《環(huán)境監(jiān)測(cè)》第8章-放射性污染監(jiān)測(cè)課件

第8章放射性污染監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)指南

通過(guò)學(xué)習(xí)要求掌握放射性污染的概念、來(lái)源及危害，熟悉掌握放射性監(jiān)測(cè)的方法；了解放射性監(jiān)測(cè)儀器。

8.1概述

8.1.1基本知識(shí)

1.放射性核衰變自然界的所有物質(zhì)都是由各種元素組成的，有些元素的原子核是不穩(wěn)定的，它能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)而成為另一種原子核，這種現(xiàn)象稱(chēng)為衰變，也稱(chēng)為放射性衰變。放射性有天然和人工之分。決定放射性核素性質(zhì)的基本要素是放射性類(lèi)型、放射性活度和半衰期。

2.放射性衰變的類(lèi)型

放射性衰變按其放出的粒子的性質(zhì)，分為三類(lèi)：α衰變、β衰變、γ衰變。（1）α衰變

226Ra222

Rs+4He

（2）β衰變

①β-

衰變②β+

衰變③電子俘獲（3）γ衰變

γ衰變是放射性核素的原子核從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)或基態(tài)時(shí)放射的電磁輻射。8.1.2放射性的來(lái)源、危害

1.放射性的來(lái)源

環(huán)境放射性的輻射源可分為天然輻射源和人工輻射源兩大類(lèi)。（1）天然放射性的來(lái)源

①天然系列放射性核素②宇宙射線(xiàn)

③自然界中單獨(dú)存在的核素（2）人工放射性的來(lái)源①核試驗(yàn)及核事故②放射性礦的開(kāi)采和利用③核工業(yè)④醫(yī)學(xué)、科研和工農(nóng)業(yè)等部門(mén)使用放射性核素的排放廢物2.放射性污染的危害（1）急性損傷當(dāng)人體遇到核爆炸、核事故時(shí)，一次或短期內(nèi)受到大劑量的射線(xiàn)照射，體內(nèi)的各組織、器官和系統(tǒng)將會(huì)遭受?chē)?yán)重的傷害，輕者出現(xiàn)病癥，重者造成死亡。表8-1敘述了不同的照射劑量將引起的不同急性機(jī)體效應(yīng)。（2）慢性損傷若放射源長(zhǎng)期對(duì)人體產(chǎn)生輻射，將會(huì)引發(fā)各種慢性損傷。（3）遠(yuǎn)程效應(yīng)遠(yuǎn)程效應(yīng)指人體遭受急性照射后經(jīng)過(guò)若干時(shí)間或長(zhǎng)期遭受低劑量的照射，數(shù)年后才表現(xiàn)出的軀體效應(yīng)或遺傳效應(yīng)的現(xiàn)象。表8-1急性照射時(shí)的機(jī)體效應(yīng)

8.1.3放射性污染度量單位

1.放射性活度（A）

放射性活度又叫強(qiáng)度，是指放射性物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的原子數(shù)目，它是度量核素放射性強(qiáng)弱的基本物理量。放射性活度的定義可表示為

A=-dN

/dt=λN

式中N——t時(shí)刻未衰變的核素?cái)?shù)；

t——時(shí)間，s；

λ——衰變常數(shù)，表示放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)的衰變幾率。

2.半衰期（T

1/2

）放射性核素因衰變而減少到原來(lái)的一半時(shí)所需的時(shí)間。

T1/2=0.693

/λ

3.吸收劑量（D）

單位質(zhì)量的物質(zhì)所吸收的電離輻射的能量，是反映物質(zhì)對(duì)輻射能量吸收狀況的物理量，可表示為

D=dE

/dm

式中dE——電離輻射給予一個(gè)體積單元中物質(zhì)的平均能量；

dm——被照射的體積單元中物質(zhì)的質(zhì)量。吸收劑量有時(shí)也用吸收劑量率（P）來(lái)表示，即單位時(shí)間的吸收劑量?？杀硎緸?/p>

P=dD

/dt

4.劑量當(dāng)量（H）

H=kDQ

式中

H——?jiǎng)┝慨?dāng)量，劑量當(dāng)量的SI單位是希沃特（SV），1SV=1J/kg；

k——所有其他修正因素乘積，通常取1；

D——吸收劑量，Gy；

Q——該點(diǎn)處的輻射品質(zhì)因數(shù)（表示在吸收劑量相同時(shí)各種輻射的相對(duì)危害程度）。見(jiàn)表8-2給出的Q值。表8-2各種射線(xiàn)的品質(zhì)因數(shù)

【例題】某人全身均受照射，其中γ射線(xiàn)的吸收劑量為1.5×10-2

Gy，快中子吸收劑量為2.0×10-3

Gy，計(jì)算總劑量當(dāng)量。解：

H

總

=Hγ+H快中子

由

H=kDQ

并查表8-2，得

H總=1.5×10-2×1+2.0×10-3×10=3.5×10-2

（SV）5.照射量（X）

照射量只適用于X和γ輻射，不能用于其他類(lèi)型的輻射和介質(zhì)。照射量表示在單位質(zhì)量空氣中X和γ輻射全部被空氣阻止時(shí)，使空氣電離所形成的離子總電荷（正的或負(fù)的）的絕對(duì)值。公式表示為X=dQ

/dm

式中

dQ——單位體積單元內(nèi)形成的離子的總電荷絕對(duì)值，C；dm——單位體積中空氣的質(zhì)量，kg。

8.1.4放射性監(jiān)測(cè)對(duì)象和內(nèi)容1.放射性監(jiān)測(cè)對(duì)象（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)（2）個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)的放射性核素為

①α放射性核素，即239

Pu、226Ra、224Ra、220

Rn、210Po、222

Th、234U和235U；②β放射性核素，即3H、90

Sr、89

Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。

2.放射性監(jiān)測(cè)內(nèi)容（1）放射源強(qiáng)度、半衰期、射線(xiàn)種類(lèi)及能量；（2）環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)的含量、放射性強(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。3.放射性監(jiān)測(cè)目的環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)的目的最終在于保護(hù)專(zhuān)業(yè)人員和公眾的健康，具體包括以下幾點(diǎn)：（1）確定公眾日常所受輻照劑量（實(shí)測(cè)值或推測(cè)值）是否在允許劑量之下；（2）監(jiān)督和控制生產(chǎn)、應(yīng)用單位的違法排放；（3）把握環(huán)境放射性物質(zhì)累積的傾向。

8.2放射性樣品的采集和預(yù)處理對(duì)環(huán)境樣品進(jìn)行放射性監(jiān)測(cè)和對(duì)非放射性環(huán)境樣品監(jiān)測(cè)過(guò)程一樣，也是經(jīng)過(guò)樣品采集、樣品預(yù)處理和選擇適宜方法、儀器測(cè)定三個(gè)過(guò)程。8.2.1樣品采集1.放射性沉降物的采集沉降物包括干沉降物和濕沉降物，主要來(lái)源于大氣層核爆炸所產(chǎn)生的放射性塵埃，小部分來(lái)源于人工放射性微粒。（1）水盤(pán)法（2）粘紙法（3）高罐法圖8-1離子交換樹(shù)脂采樣器1-漏斗蓋；2-漏斗；3-離子交換柱；4-濾紙漿；5-陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；6-陰離子交換樹(shù)脂濕沉降物是指隨降雨或降雪而沉降的物質(zhì)。采集濕沉降物除可用上述方法外，還常用一種能同時(shí)對(duì)雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器，如圖8-1所示，離子交換樹(shù)脂濕沉降物采樣器。

2.放射性氣體的采集（1）固體吸附法用固體顆粒作收集器。（2）液體吸收法（3）冷凝法3.放射性氣溶膠的采集4.其他類(lèi)型樣品的采集

8.2.2樣品的預(yù)處理

1.衰變法2.共沉淀法3.灰化法4.電化學(xué)法5.其他預(yù)處理法8.3放射性監(jiān)測(cè)儀器8.3.1放射性監(jiān)測(cè)儀器最常用的檢測(cè)器有三類(lèi)，即電離型檢測(cè)器、閃爍檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器。1.電離型檢測(cè)器常用的電離型檢測(cè)器有電離室、正比計(jì)數(shù)管和蓋革（GM）計(jì)數(shù)管三種。都是在密閉的充氣容器中設(shè)置一對(duì)電極，將直流電壓加在電極上（如圖8-2），當(dāng)氣體發(fā)生電離時(shí)，產(chǎn)生的正離子和電子在外電場(chǎng)的作用下分別移向兩極而產(chǎn)生電離電流。電離電流的大小與外加電壓的大小及進(jìn)入電離室的輻射粒子數(shù)目有關(guān)，外加電壓與電離電流的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖8-3所示，可分為六個(gè)區(qū)域。圖8-2電離室示意圖圖8-3外加電壓與電離電流的關(guān)系曲線(xiàn)AB段為非工作區(qū)在這一區(qū)域，電壓較低，正離子和電子的復(fù)合幾率大，電流隨外加電壓的增大而增大。

BC段為電離室區(qū)在這一區(qū)域，外加電壓已足夠大，離子幾乎全被收集，電流會(huì)達(dá)到一個(gè)飽和值，并將是一個(gè)常數(shù)，不再隨電壓的增加而改變。CD段為正比區(qū)在這一區(qū)域，電離電流突破飽和值，隨電壓增加而繼續(xù)增加。DE段為有限正比區(qū)在此區(qū)域內(nèi)，氣體放大倍數(shù)與初始電離無(wú)關(guān)，不再是常數(shù)，故檢測(cè)器在這一區(qū)域無(wú)法工作。

EF段為G-M區(qū)（蓋革-彌勒區(qū)）在這一區(qū)域，當(dāng)外加電壓繼續(xù)增加，分子激發(fā)產(chǎn)生光子的作用更加顯著，收集到的電荷與初始電離的電子數(shù)毫無(wú)關(guān)系。連續(xù)放電區(qū)在此區(qū)域，“電子雪崩”無(wú)限制地進(jìn)行，檢測(cè)器無(wú)法工作。（1）電流電離室（2）正比計(jì)數(shù)管（3）蓋革（G-M）計(jì)數(shù)管2.閃爍檢測(cè)器閃爍檢測(cè)器是利用射線(xiàn)與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器，如圖8-6所示。

圖8-6閃爍檢測(cè)器工作原理3.半導(dǎo)體檢測(cè)器半導(dǎo)體檢測(cè)器的工作原理與電離型檢測(cè)器的工作原理相似，所不同的是其檢測(cè)原件是固態(tài)半導(dǎo)體，如圖8-7所示。圖8-7半導(dǎo)體檢測(cè)器工作原理

8.3.2放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室分為兩個(gè)部分，一是放射性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，二是放射性計(jì)測(cè)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的裝備和操作方面有如下特點(diǎn)：①放射性防護(hù)要求較低；②須具備高靈敏度（低本底）、高選擇性和高穩(wěn)定性的放射性計(jì)量?jī)x器和裝置；③為防止試樣、儀器、人員和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境間發(fā)生交叉污染，需采取多種相應(yīng)有效措施。

1.放射性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

2.放射性計(jì)測(cè)實(shí)驗(yàn)室

8.4放射性監(jiān)測(cè)方法8.4.1環(huán)境中放射性監(jiān)測(cè)

1.水樣的總α放射性活度的測(cè)定（1）基本情況水體中常見(jiàn)放射α粒子的核素有226Ra、222Rn及其衰變產(chǎn)物等。（2）測(cè)定方法式中

Qa——總α放射性活度，Bq鈾/L；

nc——用閃爍檢測(cè)器測(cè)量水樣得到的計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/min；

nb——空測(cè)量盤(pán)的本底計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/min；ns——根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)源的活度計(jì)數(shù)率計(jì)算出檢測(cè)器的計(jì)算率，計(jì)數(shù)/（Bq·min）；

V——所取水樣體積，L。

2.水樣的總β放射性活度的測(cè)定

水樣的總β放射性活度測(cè)量步驟基本上與總α放射性活度測(cè)量相同，但檢測(cè)器用低本底的蓋革計(jì)數(shù)管，且以含40K的化合物作標(biāo)準(zhǔn)源。

3.土壤中放射性監(jiān)測(cè)

α放射性活度（Qα）和β放射性活度（Qβ）分別用以下兩式計(jì)算式中Qα——α放射性活度，Bq/kg干土；

Qβ——β放射性活度，Bq/kg干土；

nc

——樣品α放射性總計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/min；

nb——本底計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/min；

ε——檢測(cè)器計(jì)數(shù)率，計(jì)數(shù)/min；

S——樣品面積，cm2

；

l——樣品厚度，cm；

F——自吸收校正因子，對(duì)較厚的樣品一般取0.5；

nβ——樣品