第五章-放射性污染及其控制分析

第五章放射性污染及其防治目录第一节概述第二节辐射计量学基础第三节放射性废物与防治标准第四节放射性废物处理技术第五节放射性污染去污技术一、环境中放射性的来源●二、辐射的生物效应及其危害●第一节概述放射源天然辐射源（天然本底照射）人工辐射源宇宙辐射地球内放射性物质人体内放射性物质核试验放射性污染核能、放射性同位素生产核材料贮存、运输放射性固体废物处理与处置核设施退役一、环境中放射性的来源●世界范围内，天然本底辐射每年对个人的平均辐射剂量约为2.4毫希（mSv）因地区天然本底辐射水平不同。1986年4月26日，乌克兰北部切尔诺贝利核电站4号反应堆因违规操作严重爆炸，31人当场死亡，200多人受到严重放射性辐射，成为核能利用史上一大悲剧二、辐射的生物效应及其危害●（一）辐射的生物效应（二）辐射对人体的危害（一）辐射的生物效应图5-1辐射生物反应的演变过程辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应其性质和程度主要取决于人体组织吸收的辐射能量，演变过程如图5-1所示。（一）辐射的生物效应1.辐射对细胞的作用2.辐射的生物效应1.辐射对细胞的作用影响因素物理因素生物因素辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率、照射方式、受照姿势及其在辐射场内的取向等。生物种系人猴大鼠鸡龟大肠杆菌病毒LD50/Gy4.06.07.07.1515.056.02×104表5-1生物死亡50％的吸收剂量值种系的演化程度、机体结构、个体不同发育阶段、不同细胞、组织或器官对辐射敏感性各异生物效应躯体效应遗传效应2.辐射的生物效应辐照对受照者本身的有害效应；是由于人体普通细胞受损引起的；只影响到受照者个人本身。辐射引起人体细胞内的基因突变；是生殖细胞受损伤引起的有害效应；影响到受照者后代的身体缺陷。（二）辐射对人体的危害1.急性放射病由大剂量急性照射引起，多为意外核事故、核战争造成。全身性辐射损伤局部性辐射损伤按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起的辐射损伤可分成2.远期影响主要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体健康的影响，多属于随机效应。慢性放射病是由于多次照射、长期累积的结果。危害取决于受辐射时间和辐射量来源集体剂量/人·Sv·a-1所有的天然辐射源10000000宇宙射线：飞机旅行2000燃煤电站约2000燃煤的家庭烹调及取暖100000地热能源6人·Sv／GW·a磷盐工业6000磷石膏1977年为300000工业化国家的X射线检查每百万人为1000，即1600000核武器试验最高年份为400000(1962～1963)所有时间共计30000000核电(不包括废物处置)1980年为500，2000年为1000核电(职业照射)2000夜光钟表2000表5-2各类天然和人工辐射源辐射的集体剂量估计值第二节辐射计量学基础一、辐射剂量学的基本量和单位●二、辐射防护有关的量和概念●（一）放射性活度一、辐射剂量学的基本量和单位●（二）照射量（三）吸收剂量（四）剂量当量（五）有效剂量当量（六）集体剂量当量（七）待积剂量当量（一）放射性活度定义：单位时间内放射性原子核所发生的核转变数，符号A。单位：SI单位：Bq(贝可)，1Bq表示每秒钟发生一次核衰变；曾用单位：Ci(居里)；1Ci=3.7×1010Bq。（二）照射量1.照射量X定义：表示γ或X射线在空气中产生电离能力大小的辐射量。定义式：（5-1）单位：SI单位：C/kg；曾用单位：R(伦琴)；1R＝2.58×l010C/kg。mdQXd射线在质量为dm的空气中释放出来的全部电子(正电子和负电子)被空气完全阻止时，在空气中产生的一种符号离子的总电荷的绝对值，C受照空气的质量，kg定义式：（5-2）单位：SI单位：C/（kg·s）；时间间隔dt照射量的增量,C/kg。时间间隔，s。dXXdtX2.照射量率照射量只用于量度γ或X射线在空气介质中产生的照射效能。（三）吸收剂量1.吸收剂量D定义：单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。定义式：（5-3）单位：SI单位:Gy（戈瑞）；曾用单位:rad(拉德)；1rad=0.01Gy。mdDd电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量，J；受照空气的质量，kg定义式：（5-4）单位：Gy/s时间间隔dt吸收剂量的增量,Gy。时间间隔，s。dDDdtD2.吸收剂量率吸收剂量在剂量学的实际应用中是一个非常重要的物理量适用于任何类型的辐射和受照物质，且受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值；给出吸收剂量数值时须指明辐射类型、介质种类和所在位置。（四）剂量当量定义：组织内某一点的剂量当量H=DQN（5-5）单位：Sv（希沃特）；曾用单位：rem(雷姆)；1rem=0.01Sv。生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应的严重程度或发生几率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。在该点所接受的吸收剂量，Gy品质因数，用以计量剂量的微观分布对危害的影响国际放射防护委员会规定的其他修正系数，目前规定N＝1（五）有效剂量当量受照器官和组织的总危险度按有效剂量当量计算HE=∑WTHT（5-6）式中：HE——有效剂量当量，Sv；HT——器官或组织T所接受的剂量当量，Sv；WT——该器官的相对危险度系数。（六）集体剂量当量一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人，因此采用集体当量剂量定量表示一次放射性实践对社会总的危害。（六）集体剂量当量1.集体剂量当量定义：各组内人均所接受的剂量当量与该组人数相乘，然后相加所得的总剂量当量数。TTiiiSHN(5-7)集体剂量当量，人·Sv第i组人群组中每个人的器官或组织T平均所受到的剂量当量，Sv第i组人群组的人数。（六）集体剂量当量2.集体有效剂量定义：量度某一人群所受的辐射照射，则按集体有效剂量计算，即iiiSEN(5-8)集体有效剂量，人·Sv第i组人群组接受的平均有效剂量，人·Sv第i人群组的人数。（七）待积剂量当量定义：单次摄入某种放射性核素后，在50年期间该组织或器官所接受的总剂量当量，即50,TSHUSEEST(5-9)待积剂量当量，Sv源器官S摄入放射性核素后50年内发生的总衰变数。源器官中的放射性粒子传输给单位质量靶器官的有效能量(T→S)表示由源器官S传输给靶器官T。二、辐射防护有关的量和概念●（一）与辐射防护有关的概念（二）剂量与效应的关系（三）剂量限制体系1．危险度和危害危害G:有害效应的发生频数与效应的严重程度的乘积，即G=∑hirigi(5-10)危害第i组人群接受的平均剂量当量，Sv该组发生有害效应的频数；严重程度，对可治愈的癌症，gi＝0；对致死癌症，gi＝12．关键人群组（简称关键组）定义：在某一给定实践所涉及的各受照人群组中，预期将受到最大辐射照射的人群组。关键人群组所受到的辐射照射是量度公众成员由于该实践所受剂量的上限。3．关键照射途径定义：某种辐射实践对人产生照射剂量的各种途径(食入、吸入、外照射等)中最具重要的意义的某一种照射途径。4．关键核素某种辐射实践释放的几种核素中对受照人体或人体若干器官或组织有最重要影响的核素。（一）与辐射防护有关的概念只要将剂量限制在其阈值以下，效应就不会发生。随机性效应通过减少剂量的方法虽能降低其发生率，但不能完全避免；确定性效应1．辐射防护原则（三）剂量限制体系基本原则（1）辐射实践正当性（2）辐射防护最优化（3）限制个人剂量当量为了达到辐射防护目的，国际放射防护委员会（ICRP）提出三项基本原则在施行伴有辐射的任何实践前，须经过正当性判断，确认这种实践具有正当理由，获得的利益大于代价(包括健康损害和非健康损害的代价)。避免一切不必要的照射，在考虑到经济和社会因素的条件下，所有辐照都应保持在可合理达到的尽量低的水平。用剂量限值对个人所受的照射加以限制。2．基本限值（1）职业照射：适用于辐射工作人员ICRP：5年平均年有效剂量限值20mSv，任一年有效剂量不得超过50mSv。GB8703-88《辐射防护规定》：年有效剂量当量限值50mSv；还规定了其他单个器官或组织的年剂量当量限值。（2）公众照射：适用于公众成员ICRP：有效剂量年限值为1mSv，5年平均不超过1mSv。GB8703-88《辐射防护规定》：年有效剂量当量不超过1mSv。3．导出限值根据基本限值，通过一定模式导出的供辐射监测结果比较用的限值。4．管理限值为了管理目的，主管部门或企业负责人可以根据最优化原则，对辐射防护有关的任何量制定管理限值，但它们必须严于基本限制或导出限制。一、放射性废物及处理途径●二、放射性废物的来源和分类三、环境放射性防护标准四、辐射防护一般措施●●●第三节放射性废物与防治标准一、放射性废物及处理途径●放射性废物：含放射性核素或被之污染，其浓度或比活度大于规定的清洁解控水平，预期不会再被利用的废弃物。处理基本途径浓缩及固化处理与环境隔绝长期安全存放净化后有控制排放去污后再循环利用。二、放射性废物的来源和分类●（一）放射性废物来源和特点（二）放射性废物的分类（三）放射性废物的处理原则（一）放射性废物来源和特点来源核设施产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物核技术应用产生放射性废物核设施产生的放射性废物（图5-2）伴生矿产生的放射性废物（图5-3）核技术应用产生放射性废物（图5-4）（一）放射性废物来源和特点特点（1）长期危害性（2）处理难度大（3）处理技术复杂（二）放射性废物的分类1．国家分类标准——放射性废物分类标准(GB9133-1995)（表5-4）按比活度和半衰期将放射性废物分为高放长寿命中放长寿命低放长寿命中放短寿命低放短寿命从处理和处置的角度寿命长短按半衰期30年为限（二）放射性废物的分类2．其他分类方法按半衰期分为长半衰期(100天)中半衰期(10～100天)短半衰期(10天)按射线种类：甲、乙、丙种放射性废物。按废液的pH值：酸性放射性废水、碱性放射性废水（较少用）放射性核素经10倍半衰期,放射性强度降至1/1000，按此法分类，对短半衰期废水，便于采用贮存法简单经济地处置。IAEA放射性废物管理基本原则（表5-5）（三）放射性废物的处理原则No基本原则说明1保护人类健康必须确保对人类健康的影响达到可接受水平。2保护环境必须确保对环境的影响达到可接受的水平。3超越国界的保护考虑超越国界的人员健康和环境的可能影响。4保护后代须保证对后代预期的健康影响不大于当今可接受水平5给后代的负担放射性废物管理必须保证不给后代造成不适当的负担。6国家法律框架必须在适当的国家法律框架内进行，明确划分责任和规定独立的审管职能。7控制放射性废物产生放射性废物的产生必须尽可能最少化。8放射性废物产生和管理相依性必须适当考虑放射性废物产生和管理的各阶段间的相互依赖关系。9设施安全必须保证放射性废物管理设施使用寿期内的安全。我国放射性废物管理40字方针（三）放射性废物的处理原则减少产生、分类收集、净化浓缩、减容固化、严格包装、安全运输、就地暂存、集中处置、控制排放、加强监测。依据IAEA的基本原则制定三、环境放射性防护标准●我国现已发布实施的辐射环境管理的专项法规、标准等计50多项。对于核设施（军、民）、核技术应用和伴生矿物资源开发，除遵守环境保护法规的基本原则外，着重强调辐射环境管理的特殊要求。我国强制性执行的关于辐射防护国家标准及规定可参见有关标准四、辐射防护一般措施（表5-7）●辐射类型措施说明外照射的防护距离防护其它条件不变时，操作人员所受剂量的大小与距放射源距离的平方成反比，故实际操作应尽量远离放射源。时间防护其它条件不变时，操作人员所受剂量的大小与操作时间成正比。故工作人员须熟悉操作，尽量缩短操作时间，从而减少所受辐射剂量。屏蔽防护是射线防护的主要方法，依射线的穿透性采