12环境辐射监测-1课件

核素大气扩散及环境放射性监测上海交通大学王德忠教授2014年5月19日2021/3/232/73主要内容放射性核素在大气中扩散的原因放射性核素在大气中迁移规律空气中的放射性剂量意义及要求核电厂常规监测意义及要求核事故放射性后果评价2021/3/233/73一、环境放射性1、环境放射性定义2、天然本底3、辐射剂量基础4、事故核素和剂量5、核素迁移2021/3/234/73环境放射性及其来源人类环境中存在的放射性是由天然本底辐射和各种人工辐射源造成的。所谓环境放射性污染指的是存在于环境中放射性物质的量超过其天然存在水平。气载放射性核素扩散的辐射源有：核武器空爆产生的放射性落下灰各种核事故向环境释放或散落的放射性物质2021/3/235/73环境天然本底环境本底外照射来源离地面1米处的剂量率（10-2μGyH-1）地层放射性物质40K238U系232TH系1.6(0.4-3.0)1.1(0.4-2.1)1.7(0.5-3.3)在空气中的222Rn8.7宇宙射线电离成份中子成份3.24×10-22021/3/236/73国内环境天然本底2011年3月15日15:00-16日9:00北京市：77.3nGy/h（60.2-119.9）长春市：82.4（70.8-147.4）上海市：90.3（54.9-108.2）秦山镇：100.1（70.4-123.8）安全限值：1mSv/人年=114nGy/h2021/3/237/73常见放射源的剂量Gy（戈瑞）是吸收剂量，Sv（西弗）是剂量当量，二者可以认为数值相等。2021/3/238/73剂量限值剂量限值应用职业人员公众有效剂量20mSv·a-1连续5年内平均1mSv·a-150mSv·a-1在任一年年当量剂量眼睛150mSv15mSv皮肤500mSv50mSv四肢500mSv2021/3/239/73国际核事件分级国际核能事件分级（InternationalNuclearEventScale,INES）是根据核电厂事故对安全的影响作为分类。INES由国际原子能机构（IAEA）和经济合作发展组织（OECD）的核能机构（NEA）设计，IAEA监察。分类分级等级著名事件事故7特大切尔诺贝利事故，福岛事故6重大5具有场外风险三哩岛事故4场外无显著风险事件3严重2注意1异常偏差现象0无安全顾虑2021/3/2310/73事故等级切尔诺贝利核事故福岛核事故三里岛核事故2021/3/2311/73核事故的辐射主要来源核爆炸和燃烧放出的核素，碘-131，铯-137是人工放射性核素，如果远距离监测这些核素，可以确定有核爆炸或核事故产生的其他核素也会到达、核事故会造成电厂周边会有射性核素氮-162021/3/2312/73核事故的放射性放射性气溶胶：放射性物质的微小固体或液体粒子悬浮与空气中成为放射性气溶胶，其粒度范围为10-3~103μm。外照射中子射线，γ射线内照射放射性气体：235U裂变后以气体状态出现的产物，主要是131I，135I*，85Kr，133Xe，135Xe等。放射性气体和气溶胶会通过呼吸、饮食进入人体其中以I-131和Cs-137危害最大，二者极易被吸收，I沉积于甲状腺，Cs会积聚在肌肉组织中放射性微粒主要是14C，51Cr，56Mn，60Co和59Fe等2021/3/2313/73碘-131碘-131是β衰变核素，其化学性质与碘相同。半衰期为8.02天发射β和γ射线,β射线最大能量为0.6065MeV，主要γ射线能量为0.364MeV。碘-131属高毒性核素，紧要器官是甲状腺，对人体的有效半减期为7.6天,在人体内的最大容许积存量为1.8×106Bq。碘-131在放射性工作场所空气中和露天水源中的最大容许浓度分别为0.33和22贝克/升。2021/3/2314/73铯-137铯-137的半衰期30年，人体的有效半减期70天铯-137在自然界中是不存在的，是核弹试验和核反应堆内核裂变产生的，它会释放γ射线。铯-137会放出0.51163MeV（94.0％），1.176MeV(6.0％)的β-粒子和能量为0.662MeV的γ射线铯-137进入人体会积聚在肌肉组织中，会对体内形成长期照射，增加患癌症的风险。2021/3/2315/73放射性核素扩散的途径放射性核素在大气中的扩散大致分为两个途径，一个是在对流层，也就是地表（厚度10公里左右），受到风向和大陆表面的影响，变化较为剧烈另一个途径是更高层的10公里以上的平流层扩散，受到稳定的西风影响，加入全球大气循环，这个影响是长远的，也是微量的2021/3/2316/73放射性核素扩散的途径放射性核素在水中的扩散主要有两条途径，一个是海水，一个是地下水。放射性物质进入海洋之后，影响较强的是洋流走向，海水稀释作用很强，这也是核电站建在海边的原因。如果附近发生降雨放射性则会进入地下水2021/3/2317/731、常规监测目的2、常规监测的实施3、连续监测系统4、常规监测的二、常规监测2021/3/2318/73环境放射性监测的目的环境放射性监测：是为评价核设施附近环境辐射水平和估算公众接受剂量提供资料而进行的测量。环境监测的主要目的是：评价核电站控制放射性物质向环境中释放的设施的效能；检验环境辐射是否符合环境标准和法规规定的有关限值，探测环境介质中放射性物质浓度的短期变化，评估其长期变化趋势；估算公众受到的实际照射剂量或潜在照射剂量，或估算其可能的上限2021/3/2319/73核电厂运行前本底调查测定核电厂周围地区天然本底和其它放射性来源（如沉降灰）的辐射水平及其变化规律；鉴别可能的关键途径和关键人群组，为运行时环境监测计划的设计作准备；评价作为运行监测使用的程序、设备和技术2021/3/2320/73运行时的常规监测运行时的常规监测分运行初期和运行期间两个阶段运行初期监测的目的•为了实现从本底调查到运行期间监测的过渡；•将监测结果与本底作比较，计算重要途径对居民的剂量；•验证方案设计时的假设运行期间监测的目的•为了重新评价监测计划并作可能的修改；•确定关键途径对居民的剂量；•评价核电厂造成的辐射环境变化，及时发现异常情况，以便采取安全措施，保证环境安全2021/3/2321/73事故状况下的应急监测事故状况下应急监测的目的为了及时、迅速收集有关事故放射性污染的程度和范围的信息，估计吸入和外照射剂量迅速确定食物和水源的可能污染的程度，为实施应急辐射防护行动提供依据2021/3/2322/73环境放射性监测特点外来放射性（包括本底放射性和干扰放射性）对监测方法的探测限和准确度影响很大；为了使待测样品的放射性含量大于仪器的探测限，需要较大的样品量；在分析测量过程中，样品被沾污的可能性较大（样品中性质相近的核素，加入的试剂和工作环境都可能使待测样品被沾污，为此，要求从事分析测量人员工作必须十分严谨）；放射性测量的统计误差对分析结果的影响较大，为了达到一定的测量精确度，常常要求测量较长的时间，为此，对测量仪器的稳定性要求较高2021/3/2323/73环境放射性本底调查样品的采集样品采集点应选择在能代表周围环境平均水平的地方采样时间的确定：生物样品收获取样；水样按丰水期、枯水期每年取两次；其他样品的取样时间；气溶胶月取样、沉降物和辐射每季取样和测量样品用量的确定：根据样品中的放射性水平和测量仪器的探测限，最小样品量可按下式估计AEYLLDV602021/3/2324/73V为最小采样量（1或kg）；LLD为仪器最低探测限（CCPM）；Y为监测方式对该核素的化学回收率（%）；E为仪器的探测效率CPM/DPM；A为样品中待测核素的含量Bq/l或Bq/kgAEYLLDV602021/3/2325/73常规环境监测计划环境放射性监测：运行期间的环境监测和运行前的本底调查。本底调查的范围和测量频度要稍大于常规运行时的环境监测计划。电站运行一段时间后，采样点的密度和监测频度可逐渐减少2021/3/2326/73常规环境监测系统秦山核电厂从1991年7月就在外围建立了第一代环境γ辐射连续监测系统2003年元旦其第二代监测系统建成2021/3/2327/73广东大亚湾核电站环境辐射连续监测系统于1993年电站装料前投入运行。1996年对γ辐射监测站探测器的测量几何条件和系统的避雷保护作了改进。1998年由中山大学大气科学系和大亚湾核电站环境实验室合作,对KRS系统中央处理机的软、硬件进行了改造,建立了系统计算机局域网络2021/3/2328/73常规监测的站点模型2021/3/2329/73辐射监测站的系统部件γ探测器环境γ探测器分为电离室型、半导体型、G-M计数管型等。该探测器是一种能够在核设施周围实现无人值守环境γ辐射自动探测器。该探测器既要能够进行本底剂量率的测量，也能进行高剂量率的测量，量程跨多个数量级。多采用电离室探头2021/3/2330/73根据《环境地表γ辐射剂量率测定规范》，环境γ辐射仪的量程规定为-8-1-1110Gy~10Gyhh2021/3/2331/73辐射监测站的系统部件参考秦山地区气象站的参数，六要素气象站包含以下部件：参数规格灵敏度不确定度计数频率气温-40～40℃0.1℃±0.3%1次/min相对湿度0～100%1%±5%1次/min风向0～360度3度±10%1次/min风速0～60m/s0，1m/s±3%1次/min气压600～1060hPa0.2hPa±0.5hPa1次/min雨量0～4mm/min0.1mm/min±3%1次/min2021/3/2332/73面临的问题雷击损坏从秦山和大亚湾监测系统的故障率统计可以看出：雷击是系统的最大敌人浙江站监测系统的故障主要由雷击引起,涉及系统的各个组成部分。广东站监测系统直接雷击损坏达6.7%,而Modem、通讯线路故障不明原因故障相加达40%以上,这也可以归结为雷电干扰引起的,可见系统防雷的重要性2021/3/2333/731991～1994年浙江省环保γ监测系统历次故障情况2021/3/2334/73选择监测点考虑的原则代表性：通过优化算法在多点中选取有代表性的点，例如特征分析法、BP法等特殊性：需要注意对环境要求高、人口密集以及可能出现大放射量的地点全面性：要注意不同方向、不同距离的点，考虑到辐射传播的方向性气候特征：放射性的传播与气候关系紧密，要充分考虑，例如，辐射传播与风向的关系，辐射传播与雨量的关系2021/3/2335/73环境放射性监测三关键综合以上要素，在环境放射性监测中，应当密切注意“三关键”，加强对“三关键”的监测。关键核素、关键途径和关键居民组称之为“三关键”。2021/3/2336/73三、应急环境监测1、应急环境监测的定义2、应急系统3、福岛核事故分析4、事故分析方法2021/3/2337/73应急环境监测事故环境监测的目的及时、迅速收集有关事故放射性污染的程度和范围的信息，估算吸入和外照射剂量迅速确定食物和水源的可能污染的程度，为实施应急辐射防护行动提供依据2021/3/2338/73核事故应急事故初期的应急行动依赖于核应急应急决策支持，准确的说是核素在大气中扩散产生的剂量场。欧洲RODOS日本WSPEEDI美国ARAC国内秦山大亚湾等核电站的评价系统2021/3/2339/73核事故应急事故应急系统应包括：1）中尺度气象模式5）集成进入决策支撑系统2)地表冠层信息6）地面生物和人为排放3）降尺度/升尺度显式模式耦合7）土地资料同化系统4）遥感/现场资料（城市地形地貌数据8）气象资料及同化系统·城市土地利用遥感资料2021/3/2340/73三哩岛事故1979年3月28日,美国宾州三哩岛(TMI)压水堆核电站发生了堆芯熔毁的严重事故。运行人员的错误操作和机械故障是主要的原因。由于安全壳的作用，对周围人员和环境影响很小，但事故对核电发展造成很大负面影响。2021/3/2341/73三哩岛事故第76任宾州州长迪克·松伯（DickThornburgh）出于安全考虑于3月30日疏散了核电站5英里范围内的学龄前儿