環(huán)境監(jiān)測-放射性監(jiān)測

第八章

環(huán)境中放射性污染監(jiān)測第一節(jié)基礎(chǔ)知識第二節(jié)環(huán)境中的放射性第三節(jié)放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測儀器第五節(jié)放射性監(jiān)測第一節(jié)

基礎(chǔ)知識一、放射性

（一）放射性核衰變1.核蛻變不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)，從原子核內(nèi)部放出電磁波（γ）或帶有一定能量的粒子（α、β），降低其能級水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核蛻變或“放射性核蛻變”。2.放射性在衰變過程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出α、β、γ射線，使本身物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為“放射性”。圖8.1226Ra和60Co的核衰變1.α衰變α衰變是不穩(wěn)定重核（一般原子序數(shù)大于82）自發(fā)放出4He核（α粒子）的過程。2.β衰變β衰變是放射性核素放射β粒子（即快速電子）的過程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果。β衰變可分為負(fù)β衰變、正β衰變和電子俘獲三種類型。3.γ衰變γ射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態(tài)時所放射的電磁輻射。（二）放射性衰變的類型1.放射性活度（強(qiáng)度）放射性活度系指單位時間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。2.半衰期當(dāng)放射性的核素因衰變而減少到原來的一半時所需的時間稱為半衰期（T1/2）。（三）放射性活度和半衰期（四）核反應(yīng)核反應(yīng)：是指用快速粒子打擊靶核而給出新核（核產(chǎn)物）和另一粒子的過程。二、照射量和劑量（一）照射量式中：dQ——γ或X射線在空氣中完全被阻止時，引起質(zhì)量為dm的某一體積元的空氣電離所產(chǎn)生的帶電粒子（正的或負(fù)的）的總電量值，C；X——照射量，它的SI單位為C/kg，與它暫時并用的專用單位是倫琴（R），簡稱倫。（二）吸收劑量它是表示在電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。其定義用下式表示：

式中：D——吸收劑量，SI單位為J/kg，單位的專門名稱為戈瑞，簡稱戈，用符號Gy表示；——電離輻射給予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。

（三）劑量當(dāng)量

劑量當(dāng)量（H）定義為：在生物機(jī)體組織內(nèi)所考慮的一個體積單元上吸收劑量、品質(zhì)因數(shù)和所有修正因素的乘積，即H=DQN

式中：D——吸收劑量，Gy；

Q——品質(zhì)因素，其值決定于導(dǎo)致電離粒子的初始動能、種類及照射類型等（見表8.1）；

N——所有其他修正因素的乘積。表8.1

品質(zhì)因數(shù)與照射類型、射線種類的關(guān)系照射類型射線種類品質(zhì)因素外照射x、γ、e1熱中子及能量小于0.005MeV的中能中子3中能中子（0.02MeV）5中能中子（0.1MeV）8快中子（0.5～10MeV）10重反沖核20內(nèi)照射β－、β+、γ、e、x1α10裂變碎片、α發(fā)射中的反沖核20第二節(jié)環(huán)境中的放射性一、環(huán)境中放射性的來源 天然放射性核素 環(huán)境中的放射性 人為放射性核素（一）天然放射性核素1.宇宙射線及其引生的放射性核素2.天然系列放射性核素3.自然界中單獨(dú)存在的核素（二）人為放射性核素1.核試驗(yàn)及航天事故2.核工業(yè)3.工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門的排放廢物4.放射性礦的開采和利用二、放射性核素在環(huán)境中的分布（一）在土壤和巖石中的分布表8.2

土壤、巖石中天然放射性核素的含量單位：Bq/g核素土壤巖石40K2.96×10-2～8.88×10-28.14×10-2～8.14×10-1226Ra3.7×10-3～7.03×10-21.48×10-2～4.81×10-2232Th7.4×10-4～5.55×10-23.7×10-3～4.81×10-2238U1.11×10-3～2.22×10-21.48×10-2～4.81×10-2（二）在水體中的分布表8.3

各類淡水中226Ra及其子代產(chǎn)物的含量單位：Bq/L核素礦泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.7×10-2～3.7×10-13.7×102～3.7×103<3.7×10-3≈7.4×10-4<3.7×10-23.7～37<3.7×10-3≈3.7×10-4<3.7×10-23.7×10-1<1.85×10-2－－3.7×10～3.7×1031.85×10-2～1.11×10-1≈1.85×10-2（三）在大氣中的分布大多數(shù)放射性核素均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素（特別是222Rn），它是鐳的衰變產(chǎn)物，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上。（四）在動植物組織中的分布任何動植物組織中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量與這些核素參與環(huán)境和生物體之間發(fā)生的物質(zhì)交換過程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。三、放射性污染的危害通常，每人每年從環(huán)境中受到的放射性輻射總劑量不超過2毫希沃特。其中，天然放射性本底輻射占50％以上，其余是人為放射性污染引起的輻射。放射性元素鈾（238U、235U、234U）、釷（232Th）、鐳（226Ra）、氡（222Rn）和鉀（40K）對人體的輻射傷害特征見表8.4所示。表8.4

天然放射性核素的主要輻射特征放射性核素對人體傷害類型γ射線能量/kev238U外照射傷害186232Th外照射傷害238226Ra內(nèi)照射傷害、外照射傷害352.840K外照射傷害1460圖8.2放射性物質(zhì)輻射人體的途徑第三節(jié)

放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)一、我國《輻射防護(hù)規(guī)定》(GB8703—88

)中的部分規(guī)定

（一）職業(yè)性放射性工作人員和居民每年限制

劑量當(dāng)量

（二）露天水源中限制濃度和放射性工作場所

空氣中最大容許濃度表8.5

工作人員、居民年最大容許劑量當(dāng)量注：①表內(nèi)所列數(shù)值均指內(nèi)、外照射的總劑量當(dāng)量，不包括天然本底照射和醫(yī)療照射。②16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當(dāng)量為1.5×10-2Sv/a。受照射部位職業(yè)性放射性工作人員的年最大容許劑量當(dāng)量①/Sv放射性工作場所、相鄰及附近地區(qū)工作人員和居民的年最大容許劑量當(dāng)量①/Sv廣大居民年最大容許劑量當(dāng)量②/Sv器官分類器官名稱第一類全身、性腺、

紅骨髓、眼晶體5×10－25×10－35×10－4第二類皮膚、骨、甲狀腺3.0×10－13×10－2②1×10－2第三類手、前臂、足踝7.5×10－17.5×10－22.5×10－2第四類其他器官1.5×10－11.5×10－25×10－3表8.6

放射性同位素在露天水源中的限制濃度和放射性工作場所空氣中的最大容許濃度

注：①露天水源的限制濃度值是為廣大居民規(guī)定的，其他人員也適用此標(biāo)準(zhǔn)；②放射性工作場所空氣中的最大容許濃度值為職業(yè)放射性工作人員規(guī)定的，工作時間每周按40h計(jì)算；③礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的α潛能值不得大于4×104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制濃度①/(Bq·L-1)放射性工作場所空氣中最大容許濃度②/(Bq·L-1)名稱符號氚鈹碳硫磷氬鉀鐵鈷鎳鋅氪鍶碘氙銫氡鐳鈾釷3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn③226Ra③235U232Th1.1×1041.9×1043.7×1032.6×1021.9×102—2.2×1027.4×1033.7×1021.1×1033.7×102—2.62.2×10—3.7×10——1.13.7×103.7×10-11.9×1023.7×101.5×1021.1×102.67.4×103.73.3×103.3×10-11.9×102.23.7×1023.7×10-23.3×10-13.7×1023.7×10-11.1×101.11.1×10-33.7×10-37.4×10-3放射性同位素在放射性工作場所以外地區(qū)空氣中的限制濃度，按表8.6放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以表8.7所列比值控制計(jì)算。表8.7

比值控制

放射性同位素比值放射性工作場所相鄰及附近地區(qū)廣大居民區(qū)3H、35S、41Ar、85Kr、131Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100二、其他國家和機(jī)構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標(biāo)準(zhǔn)表8.8

國際放射委員會建議的個人劑量限值人員類別基本極限值/(mSv·a－1)職業(yè)性個人非隨機(jī)效應(yīng)眼晶體150其他組織500隨機(jī)效應(yīng)全身均勻照射50全身均勻照射50不均勻照射≤50公眾個人非隨機(jī)效應(yīng)任何組織50隨機(jī)效應(yīng)全身均勻照射50不均勻照射≤50群體不作規(guī)定第四節(jié)

放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測儀器一、放射性測量實(shí)驗(yàn)室（一）放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（二）放射性計(jì)測實(shí)驗(yàn)室

二、放射性檢測儀器（一）電離型檢測器（二）閃爍檢測器（三）半導(dǎo)體檢測器

表8.9

各種常用放射性檢測器閃爍檢測器蓋革計(jì)數(shù)器射線種類檢測器特點(diǎn)α閃爍檢測器檢測靈敏度低，探測面積大正比計(jì)數(shù)器檢測效率高，技術(shù)要求高半導(dǎo)體檢測器本底小，靈敏度高，探測面積小電流電離室測較大放射性活度β正比計(jì)數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大蓋革計(jì)數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大閃爍檢測器檢測效率較低，本底小半導(dǎo)體檢測器探測面積小，裝置體積小γ閃爍檢測器檢測效率高，能量分辨能力強(qiáng)半導(dǎo)體檢測器能量分辨能力強(qiáng)，裝置體積小1.電流電離室圖8.3電離室示意圖（一）電離型檢測器2.正比計(jì)數(shù)管

圖8.4α、β粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線圖8.5蓋革計(jì)數(shù)管

示意圖圖8.6射線強(qiáng)度測量裝置示意圖3.蓋革（GM）計(jì)數(shù)管（二）閃爍檢測器圖8.7閃爍檢測器測量裝置示意圖1.閃爍體；2.光電倍增管；3.前置放大器；5.脈沖幅度分析器；6.定標(biāo)器；7.高壓電源；8.光導(dǎo)材料；9.暗盒；10.反光材料閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。圖8.7是這種檢測器測量裝置的工作原理。

閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)，其性能列于表8.10中。表8.10

主要閃爍材料性能注：①Ag、Tl是激活劑。物質(zhì)密度/(g·cm-3)最大發(fā)光波長/nm對β射線的相對脈沖高度閃光持續(xù)時間/10-8sZn(Ag)粉①N