第八章环境放射性监测

第八章环境放射性监测第一节基础知识8.1.1放射性和放射性同位素1、放射性是具有不稳定原子核元素的一种特性。核子自发转换随之引起其本身物理和化学性质改变的现象，称为放射性。2、放射性同位素—不稳定的同位素（原子核内质子数同，中子数不同）8.1.2核衰变和衰变形式1、核衰变：核素自发地放射出α、β、γ射线。2、核辐射：核衰变过程中放射出的各种射线称为核辐射。3、核衰变形式：1、母体——子体＋α（氦核）2、母体——子体＋β（高速电子，β正，β负）3、母体——子体（较低能级或基态子体）＋γ＋α（或β）（同质异能跃迁）4、母体——子体（K层产生空穴）——子体＋x(高E级e填充K层)8.1.3放射性的度量单位1.放射性活度（A）：在给定时刻处于特定能态下的一定量放射性核素的放射性活度A的定义式是A=dN/dt式中：A—放射性活度，是放射性核素的核转变率，其专用单位是Becquerel，简称贝可，用符号Bq表示，1Bq=1sec-1。dN—在时间间隔dt内，处于该特定能态下的一定量放射性核素，发生自发核转变的核数目。比活度是指单位质量或体积内所含有的放射性活度，单位为Bq.g-1两种放射源的活度相同时，只说明这两种放射源的核转变率相同，并不能说明二者放射出的射线数目相同。2.吸收剂量（D）：定义：吸收剂量是单位质量的物质对辐射能的吸收量。定义式：D=dε/dm式中：dε与dm分别代表受电离辐射作用的某一体积元中物质的平均能量与物质的质量.单位：Gy（戈瑞），1Gy=1J.kg-1。吸收剂量适用于任何电离辐射和任何物质，是衡量电离辐射与物质相互作用的一种重要的物理量。吸收剂量率——指单位时间内的吸收剂量，单位为Gy.s-13.剂量当量（H）－希沃特SV在人体组织中某一点处的剂量当量H等于吸收剂量与其他修正因数的乘积。H的计算公式为：H=DQN式中：Q为品质因子，亦称为线质系数，N为其它修正系数，是吸收剂量在时间或空间上分布不均匀性修正因子的乘积，对外照射源通常取N=1。单位为SV（希沃特），1SV=1J.kg-14.照射量（X）：只用于Χ或γ辐射和空气介质，它是表示Χ或γ射线在空气中产生电离大小的物理量。定义：X=dQ/dmdQ是指在一个质量为dm的体积单元的空气中，由光子释放的所有电子（负电子和正电子）在空气中全部被阻时，形成的同一种符号（正或负）的离子的总电荷的绝对值。单位：库伦/千克，(C.kg-1),旧单位是伦琴(R),1R=2.58×10-4C.kg-1照射量率：指单位时间内的照射量。在环境放射性监测中是一个重要的概念。8.1.4单位放射线与物质的相互作用1.电离作用——由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这就称为电离作用。2.激发作用——如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁到高能级，则称为激发。带电粒子称为直接电离粒子，不带电粒子能使物质产生间接电离，故称为间接电离粒子。3.照像作用；是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。4.荧光作用；如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。5.热效应：由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，从而使物质变热。6.射程与穿透作用：射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前进。射线从进入物质到停止前进所经过的距离，称为该射线在该物质中的射程，以厘米为单位。如果射线通过时，不被物质阻止前进而一直穿过物质，则称其具有穿透作用。7.其它：某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核反应，引起物质发生化学变化等。第二节环境中的放射性8.2.1污染源(一)天然源1、宇宙射线初级宇宙线－高能辐射，穿透力很强;次级宇宙线2、天然放射性核素3、天然放射本源：内照射、外照射，占80％(二)人工源1、核试验－核裂变产物和中子活化产物放射性尘埃可在大气层滞留0.3－3年2、核工业及其他：核废弃物（核发电）医疗（占人工污染源的90％）3、人类在环境中受到的辐射总剂量：每人每年接收的剂量不超过2mSV（其中天然本底占50%以上）8.2.2放射性污染的特点放射性污染虽然是由于具有放射性核素的化学物质而造成的，但是放射性污染与一般的化学毒害物质污染有显著区别。主要表现在以下5点：1）放射性污染物的放射性与物质的化学状态无关；2）每一种放射性核素都能放射出具有一定能量的一种或几种射线；3）每一种放射性核素都有一定的半衰期，不因气压、温度而改变；有的放射性核素的半衰期极长，例如241Pu的β衰变产物241Am的半衰期为433年，23893U高达109年，而有些则只有几分钟甚至几秒；4）除了核反应条件外，任何化学、物理、生物的处理都不能改变放射性核素的性质；5）放射性物质进入环境后，可随介质的扩散或流动在自然界稀释和迁移，还可在生物体内被富集并由此而产生在人体内的放射性污染即内照射。8.2.3对人体危害（一）进入人体途径呼吸道－－人体－－肺，血液全身消化道－－人体－－肝脏，血液，全身皮肤或粘膜－－人体－－可溶性物质易被皮肤吸收（伤口的吸收率更较高）（二）危害1、损伤机理1）α、β高速带电粒子与物质接触时，能直接引起物质的电离。属直接电离粒子。2）γ射线等不带电的粒子，只能通过与物质作用的次收带电粒子引起物质的电离，称为间接带电粒子。——统称为电离辐射：引起生物组织内原子、分子电离2、影响因素－射线性质剂量、次数、时间、部位、方式。3、损伤方式－急性、慢性。第三节放射性保护标准最基本的标准是：对人体所受剂量当量的限制。一、我国环境放射性基本标准二、我国露天水源中限制浓度和放射性工作场所空气中最大允许浓度三、国外的一些标准第四节放射性测量实验室和检测仪器8.4.1放射性监测的对象及内容环境放射性监测的目的是为了掌握环境中的天然、人工放射性核素的水平、动态变化、转移规律、污染特点以及对公众造成的辐射剂量情况.放射性污染监测的内容包括两大类：(1)辐射剂量的测量，这是对环境辐射的物理测量方法，通常有测量放射源的活度、射线种类、半衰期、能量和对空气的电离情况，以及在环境与人体中的电离辐射剂量的监测等。(2)放射性核素的测定，这属于放射化学的分析方法，目的在于了解各种放射性核素的含量、分布和转移规律，同时也可以掌握污染环境的主要核素的情况。放射性监测按照监测对象可分为：(1)现场监测：对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测；(2)个人剂量监测：对放射性专业工作人员或公众作内照射和外照射的剂量监测；(3)环境监测：天然本底、核试验、核企业、生产和使用放射性核素以及其它场所的监测。8.4.2核辐射探测仪器的监测原理核辐射剂量的监测需要用核辐射探测仪器。是基于射线和物质相互作用所产生的各种效应如电离、光、电或热等进行观测和测量的方法。通常采用的探测器有电离探测器、闪烁探测器和半导体探测器等。（1）电离探测器：原理：如果核辐射被电离室中的气体吸收，该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的。2）闪烁探测器：原理：是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体，当射线进入其中时产生闪光，然后用光电倍增管将闪光讯号放大、记录下来。（3）半导体探测器：原理：是将辐射吸收在固态半导体中，当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子—空穴对。由于产生电子—空穴对的能量较低，所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。第五节放射性监测8.5.1放射性样品的采集1、概述1）对环境样品进行放射性测量和对非放射性环境样品监测过程一样，也是经过以下三个过程：样品采集——样品前处理——仪器测定2）根据下列因素决定采集样品的种类。1、监测目的和监测对象，2、待测核素的种类、辐射特性及其物理化学形态3、在环境中的迁移及影响4、有时要同时采集大气、水、土壤和生物样品来确定某污染源或某地区的放射性污染状况。3）采样必须具有代表性、均匀性与适时性。如果采集的样品含放射性核素浓度较高，可直接制备成样品源进行测量；如浓度较低，则需先将样品进行浓缩后制成样品源，再进行测量。2.采样点的布设1）原则：通常在核企业可能影响到的地区，约80公里范围内布设采样点。对大气、土壤、植物监测可以采用网格法或扇形布点法，对水体的监测可参考水样采集的布点法，根据具体情况，可加大布点密度。2）方法：（1）扇形布点法：（2）网格法：3）采样点的布设方法：（1）扇形布点法：以企业源为中心，按22.5°或45°划分扇形，在距源1、2、3、5、8、10、15、20、30、50、80公里处分别随机设置采样点。（2）网格法：将监测区分成20×20的网格，随机布点采样。3.采样频率和监测频率1）监测频率依环境污染的情况而定，常规监测可一年两次或每季度一次。2）若监测排放源情况时，应根据排放周期的变化、放射性核素的半衰期、环境介质的稳定情况及统计学的要求而定。3）核素半衰期短，采样频率应高，可连续采样或每日采样一次；并且对于半衰期短的放射性核素，监测频率和采样频率相同，而对半衰期长的放射性核素，测量频率可以减少，且可将几次采集的样品混合，进行一次性的测定。4.样品的采集方法（1）放射性气体的采集——采集放射性气体样品，常采用活性炭、硅胶吸附法、液体吸收法、冷凝法以及直接抽气测量等方法。①活性炭吸附法：是将装有活性炭的装置与抽气装置连接，气体通过活性炭时，放射性气体被活性炭吸附，将活性炭在高温下解吸，则放射性气体即被解吸下来，再对其进行放射性测量。或者直接测量活性炭上的放射性强度。②硅胶吸附法：将装有硅胶的装置与抽气动力装置连接，气体通过硅胶时，放射性气体则被硅胶吸附，然后直接测量硅胶上的放射性强度或将取样后的硅胶进行蒸馏，对蒸馏液测其放射性强度。③液体吸收法：该法是利用气体在液相中的特殊反应或在其中的溶解而进行的。为除去气溶胶，可在采样管前安装气溶胶过滤器。④冷凝法：采用冷凝器收集挥发性的放射性物质，用于冷凝器的冷却剂有干冰和液态氮。装有冷肼的冷凝器适于收集有机挥发性化合物和惰性气体。（2）放射性气溶胶的采集——采集方法有过滤法、沉积法、粘着法、撞击法和向心法等。过滤法简单，应用最广。采样设备包括过滤器、过滤材料、抽气动力和流量计等。采样时抽气流速约为100-200升/分，气溶胶被阻挡在滤布或特制微孔滤膜上。采样结束后，将过滤材料取下，进行样品源的制备与放射性测量。（3）放射性水样的采集：放射性水样的布点，采样原则与水质污染监测基本相同。采集水样的工具可用普通清洁的、没有放射性污染的玻璃瓶采集样品。采集的水样应盛放于塑料瓶中，以减少放射性吸附；有时可加入烯酸或载体、络合剂等，以防止放射性核素的损失。采集的水样根据需要可供作各种放射性监测分析。（4）食品、生物样品：——于收获季节在田地里布设的采样点位采集粮食的样品后混合；——对已收获的粮食在存放处的上、中、下各层均匀采集后混合。——蔬菜应采集不同类型品种的样品。——在核爆炸期间主要以采集叶菜为主。——鱼、虾类应根据在水中分布情况，可分别采集各类样品。——样品采集后，去掉非食用部分，洗净，将表面水晾干，称鲜重。然后切碎置于蒸发皿中，加热让其炭化，转入马福炉中于400～500℃灰化，冷却后称重。供测量使用。（5）土壤：放射性沉降物及各类来源的放射性废物都可直接污染土壤。土壤采样点应选地势平坦的地方，在一定范围内布设的采样点位采集样品。采样时取出10×10平方厘米方块上垂直10厘米深的土壤。采集的样品应置于无放射性污染的容器内。将样品晾干（或在110℃烘干），除去杂物，称重，将样品混合均匀，用四分法缩分，然后将土样在马福炉中于500℃灼烧两小时，冷却后，研碎、过筛，供各种测量使用。8.5.2放射性样品的前处理1、目的：浓集对象核素、去除干扰核素、将样品的物理形态转换成易于进行放射性检测的形态。2、方法：1．蜕变法：样品放置一段时间，使寿命短的干扰放射性核素蜕变后，再对样品进