第九章-环境中放射性污染监测---南开大学.

第九章环境中放射性污染监测第一节基础知识第二节环境中的放射性第三节放射性辐射防护标准第四节放射性测量实验室和检测仪器第五节放射性监测第一节基础知识一、放射性（一）放射性核衰变1.核蜕变不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从原子核内部放出电磁波（γ）或带有一定能量的粒子（α、β），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。这种现象叫核蜕变或“放射性核蜕变”。2.放射性在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出α、β、γ射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，称为“放射性”。图9.1226Ra和60Co的核衰变1.α衰变α衰变是不稳定重核（一般原子序数大于82）自发放出4He核（α粒子）的过程。2.β衰变β衰变是放射性核素放射β粒子（即快速电子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的结果。β衰变可分为负β衰变、正β衰变和电子俘获三种类型。3.γ衰变γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。（二）放射性衰变的类型1.放射性活度（强度）放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。2.半衰期当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期（T1/2）。（三）放射性活度和半衰期（四）核反应核反应：是指用快速粒子打击靶核而给出新核（核产物）和另一粒子的过程。二、照射量和剂量（一）照射量mQXdd式中：dQ——γ或X射线在空气中完全被阻止时，引起质量为dm的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正的或负的）的总电量值，C；X——照射量，它的SI单位为C/kg，与它暂时并用的专用单位是伦琴（R），简称伦。（二）吸收剂量它是表示在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量。其定义用下式表示：式中：D——吸收剂量，SI单位为J/kg，单位的专门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示；——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量。mEDDddDEd（三）剂量当量剂量当量（H）定义为：在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积，即H=DQN式中：D——吸收剂量，Gy；Q——品质因素，其值决定于导致电离粒子的初始动能、种类及照射类型等（见表9.1）；N——所有其他修正因素的乘积。表9.1品质因数与照射类型、射线种类的关系照射类型射线种类品质因素外照射x、γ、e1热中子及能量小于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重反冲核20内照射β－、β+、γ、e、x1α10裂变碎片、α发射中的反冲核20第二节环境中的放射性一、环境中放射性的来源天然放射性核素环境中的放射性人为放射性核素（一）天然放射性核素1.宇宙射线及其引生的放射性核素2.天然系列放射性核素3.自然界中单独存在的核素（二）人为放射性核素1.核试验及航天事故2.核工业3.工农业、医学、科研等部门的排放废物4.放射性矿的开采和利用二、放射性核素在环境中的分布（一）在土壤和岩石中的分布表9.2土壤、岩石中天然放射性核素的含量单位：Bq/g核素土壤岩石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）在水体中的分布表9.3各类淡水中226Ra及其子代产物的含量单位：Bq/L核素矿泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.7×10-2～3.7×10-13.7×102～3.7×1033.7×10-3≈7.4×10-43.7×10-23.7～373.7×10-3≈3.7×10-43.7×10-23.7×10-11.85×10-2－－3.7×10～3.7×1031.85×10-2～1.11×10-1≈1.85×10-2（三）在大气中的分布大多数放射性核素均可出现在大气中，但主要是氡的同位素（特别是222Rn），它是镭的衰变产物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到大气，其衰变产物是金属元素，极易附着于气溶胶颗粒上。（四）在动植物组织中的分布任何动植物组织中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量与这些核素参与环境和生物体之间发生的物质交换过程有关，如植物与土壤、水、肥料中的核素含量有关；动物与饲料、饮水中的核素含量有关。三、放射性污染的危害通常，每人每年从环境中受到的放射性辐射总剂量不超过2毫希沃特。其中，天然放射性本底辐射占50％以上，其余是人为放射性污染引起的辐射。放射性元素铀（238U、235U、234U）、钍（232Th）、镭（226Ra）、氡（222Rn）和钾（40K）对人体的辐射伤害特征见表9.4所示。表9.4天然放射性核素的主要辐射特征放射性核素对人体伤害类型γ射线能量/kev238U外照射伤害186232Th外照射伤害238226Ra内照射伤害、外照射伤害352.840K外照射伤害1460图9.2放射性物质辐射人体的途径第三节放射性辐射防护标准一、我国《辐射防护规定》(GB8703—88)中的部分规定（一）职业性放射性工作人员和居民每年限制剂量当量（二）露天水源中限制浓度和放射性工作场所空气中最大容许浓度表9.5工作人员、居民年最大容许剂量当量注：①表内所列数值均指内、外照射的总剂量当量，不包括天然本底照射和医疗照射。②16岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为1.5×10-2Sv/a。受照射部位职业性放射性工作人员的年最大容许剂量当量①/Sv放射性工作场所、相邻及附近地区工作人员和居民的年最大容许剂量当量①/Sv广大居民年最大容许剂量当量②/Sv器官分类器官名称第一类全身、性腺、红骨髓、眼晶体5×10－25×10－35×10－4第二类皮肤、骨、甲状腺3.0×10－13×10－2②1×10－2第三类手、前臂、足踝7.5×10－17.5×10－22.5×10－2第四类其他器官1.5×10－11.5×10－25×10－3表9.6放射性同位素在露天水源中的限制浓度和放射性工作场所空气中的最大容许浓度注：①露天水源的限制浓度值是为广大居民规定的，其他人员也适用此标准；②放射性工作场所空气中的最大容许浓度值为职业放射性工作人员规定的，工作时间每周按40h计算；③矿井下222Rn的最大容许浓度为3.7Bq/L。但222Rn子体或220Rn子体的α潜能值不得大于4×104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制浓度①/(Bq·L-1)放射性工作场所空气中最大容许浓度②/(Bq·L-1)名称符号氚铍碳硫磷氩钾铁钴镍锌氪锶碘氙铯氡镭铀钍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场所以外地区空气中的限制浓度，按表9.6放射性工作场所空气中的最大容许浓度乘以表9.7所列比值控制计算。表9.7比值控制放射性同位素比值放射性工作场所相邻及附近地区广大居民区3H、35S、41Ar、85Kr、131Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100二、其他国家和机构发布的有关环境放射性标准表9.8国际放射委员会建议的个人剂量限值人员类别基本极限值/(mSv·a－1)职业性个人非随机效应眼晶体150其他组织500随机效应全身均匀照射50全身均匀照射50不均匀照射≤50公众个人非随机效应任何组织50随机效应全身均匀照射50不均匀照射≤50群体不作规定第四节放射性测量实验室和检测仪器一、放射性测量实验室（一）放射化学实验室（二）放射性计测实验室二、放射性检测仪器（一）电离型检测器（二）闪烁检测器（三）半导体检测器表9.9各种常用放射性检测器闪烁检测器盖革计数器射线种类检测器特点α闪烁检测器检测灵敏度低，探测面积大正比计数器检测效率高，技术要求高半导体检测器本底小，灵敏度高，探测面积小电流电离室测较大放射性活度β正比计数器检测效率较高，装置体积较大盖革计数器检测效率较高，装置体积较大闪烁检测器检测效率较低，本底小半导体检测器探测面积小，装置体积小γ闪烁检测器检测效率高，能量分辨能力强半导体检测器能量分辨能力强，装置体积小1.电流电离室图9.3电离室示意图（一）电离型检测器2.正比计数管图9.4α、β粒子的电离作用与外加电压的关系曲线图9.5盖革计数管示意图图9.6射线强度测量装置示意图3.盖革（GM）计数管（二）闪烁检测器图9.7闪烁检测器测量装置示意图1.闪烁体；2.光电倍增管；3.前置放大器；5.脉冲幅度分析器；6.定标器；7.高压电源；8.光导材料；9.暗盒；10.反光材料闪烁检测器是利用射线与物质作用发生闪光的仪器。图9.7是这种检测器测量装置的工作原理。闪烁体的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等无机和有机物质，其性能列于表9.10中。表9.10主要闪烁材料性能注：①Ag、Tl是激活剂。物质密度/(g·cm-3)最大发光波长/nm对β射线的相对脉冲高度闪光持续时间/10-8sZn(Ag)粉①NaI(Tl)①蒽芪液体闪烁液塑料闪烁液4.103.671.251.150.861.06450420440410350~450350~4502002101006040~6028~484~103030.4~0.80.2~0.80.3~0.5（三）半导体检测器半导体检测器的工作原理与电离型检测器相似，但其检测元件是固态半导体。其工作原理如图9.8所示。图9.8半导体检测器工作原理示意图n,p——半导体的n极和p极；RH——电阻。第五节放射性监测一、监测对象及内容（一）按照监测对象分1.现场监测对放射性物质生产或应用单位内部工作区域的监测。2.个人剂量监测对放射性专业工作人员或公众进行的内照射和外照射的剂量监测。3.环境监测对放射性生产和应用单位外部环境（包括空气、水体、土壤、生物、固体废物等）的监测。1.α放射性核素即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。2.β放射性核素即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要测定的放射性核素分（三）对放射性核素具体测量的内容分放射源强度，半衰期，射线种类及能量；环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空间照射量或电离辐射剂量。三、放射性监测方法定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素测定。连续监测：在现场安装放射性自动监测仪器，实现采样、预处理和测定自动化。基本步骤：样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定。（一）样品采集1.放射性沉降物的采集沉降物包括干沉降物和湿沉降物。放射性干沉降物样品可用水盘法、黏纸法、高罐法采集。湿沉降物常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器，如图8.9所示。图9.9离子交换树脂湿沉降物采集器示意图1.漏斗盖；2.漏斗；3.离子交换柱；4.滤纸浆；5.阳离子交换树脂；6.阴离子交换树脂2.放射性气溶胶的采集放射性气溶胶包括核爆炸产生的裂变产物，各种来源于人工放射性物质以及氡、钍射气的衰变子体等天然放射性物质。这种样品的采集