第七章

輻射與放射性污染監(jiān)測1第一節(jié)概述第二節(jié)放射性污染物樣品的采集與處理第三節(jié)放射性監(jiān)測2第一節(jié)

概述一、放射性污染〔一〕放射性核衰變1、核衰變原子核+核外電子=原子，質(zhì)子+中子=原子核不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)，從原子核內(nèi)部放出電磁波〔γ〕或帶有一定能量的粒子〔α、β〕，降低其能級水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核衰變或“放射性核蛻變〞。32、放射性在衰變過程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出α、β、γ射線，使本身物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為“放射性〞。3、放射性污染由放射性物質(zhì)所造成的污染，稱為放射性污染。44、輻射是一種特殊的能量傳遞方式。可分為：粒子輻射——α粒子、β粒子及各種核反響或放射性核素自然衰變過程中所放出的高速帶電荷粒子及中子等。電磁輻射——包括可見光、紅外線、紫外線、X射線及γ射線等。5226Ra(鐳)和60Co(鈷)的核衰變61、α衰變α衰變是不穩(wěn)定重核〔一般原子序數(shù)大于82〕自發(fā)放出4He核〔α粒子〕的過程。2、β衰變β衰變是放射性核素放射β粒子〔即快速電子〕的過程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果。β衰變可分為負(fù)β衰變、正β衰變和電子俘獲三種類型。3、γ衰變γ射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態(tài)時所放射的電磁輻射?！捕撤派湫运プ兊念愋?二、放射性污染的來源及核素的分布〔一〕放射性污染的來源 天然放射性污染 環(huán)境中的放射性 人為放射性污染81、天然放射性污染〔1〕宇宙射線及其引生的放射性核素〔2〕天然系列放射性核素〔3〕自然界中單獨存在的核素2、人為放射性污染〔1〕核試驗及航天事故〔2〕核工業(yè)〔3〕工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門的排放廢物〔4〕放射性礦的開采和利用9〔二〕放射性核素在環(huán)境中的分布1、在土壤和巖石中的分布土壤、巖石中天然放射性核素的含量單位：Bq/g核素土壤巖石40K2.96×10-2～8.88×10-28.14×10-2～8.14×10-1226Ra3.7×10-3～7.03×10-21.48×10-2～4.81×10-2232Th7.4×10-4～5.55×10-23.7×10-3～4.81×10-2238U1.11×10-3～2.22×10-21.48×10-2～4.81×10-2102、在水體中的分布各類淡水中226Ra及其子代產(chǎn)物的含量單位：Bq/L核素礦泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.7×10-2～3.7×10-13.7×102～3.7×103<3.7×10-3≈7.4×10-4<3.7×10-23.7～37<3.7×10-3≈3.7×10-4<3.7×10-23.7×10-1<1.85×10-2－－3.7×10～3.7×1031.85×10-2～1.11×10-1≈1.85×10-211大多數(shù)放射性核素均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素〔特別是222Rn〕，它是鐳的衰變產(chǎn)物，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上。3、在大氣中的分布124、在動植物組織中的分布任何動植物組織中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量與這些核素參與環(huán)境和生物體之間發(fā)生的物質(zhì)交換過程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。13三、放射性污染的危害通常，每人每年從環(huán)境中受到的放射性輻射總劑量不超過2毫希沃特。其中，天然放射性本底輻射占50％以上，其余是人為放射性污染引起的輻射。放射性元素鈾、釷、鐳和鉀對人體輻射傷害特征見下表。天然放射性核素的主要輻射特征放射性核素對人體傷害類型γ射線能量/kev238U外照射傷害186232Th外照射傷害238226Ra內(nèi)照射傷害、外照射傷害352.840K外照射傷害1460危害方式——主要是輻射損傷，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子鍵斷裂和畸變，破壞對人類新陳代謝有重要意義的酶。另外可以直接破壞細(xì)胞的組織和結(jié)構(gòu)，對人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)和遺傳損傷效應(yīng)。14放射性物質(zhì)輻射人體的途徑人體受過量的放射線照射，產(chǎn)生機體反響有三類：急性損傷、慢性損傷、遠(yuǎn)程效應(yīng)。15放射性核素：通過呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入等三種途徑進入人體并在體內(nèi)蓄積。致死劑量：全身吸收劑量達(dá)5戈瑞時，1-2小時內(nèi)即出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹瀉等病癥，一周后出現(xiàn)咽炎、體溫上升、迅速消瘦等病癥，第二周就會死亡，且死亡率100％。半致死劑量：吸收劑量為4戈瑞時，數(shù)小時后出現(xiàn)嘔吐，兩周內(nèi)毛發(fā)脫落，體溫上升，三周內(nèi)出現(xiàn)紫斑，咽喉感染，四周后有50％受照射者死亡，存活者六個月后才能恢復(fù)健康。16輕度急性放射病病癥：吸收劑量為2戈瑞時，經(jīng)過大約一周的潛伏期，出現(xiàn)毛發(fā)脫落、厭食等病癥。吸收劑量為1戈瑞時，將有20—25％的受照射者發(fā)生嘔吐等輕度急性放射病病癥。17輻射損傷：遠(yuǎn)期效應(yīng)、驅(qū)體效應(yīng)和遺傳效應(yīng)遠(yuǎn)期效應(yīng)——系指急性照射后假設(shè)干時間或較低劑量照射后數(shù)月或數(shù)年才發(fā)生病變。驅(qū)體效應(yīng)——指導(dǎo)致受照射者發(fā)生白血病、白內(nèi)障、癌癥及壽命縮短等損傷效應(yīng)。遺傳效應(yīng)——指在下一代或幾代后才顯示損傷效應(yīng)。181、放射性活度〔強度〕，A放射性活度系指單位時間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。是度量核素放射性強弱的根本物理量。單位：貝可〔Bq〕，1Bq表示1s內(nèi)一個原子發(fā)生衰變。居里〔Ci〕，1Ci表示表示1s衰變數(shù)3.7×1010。1Ci=103mCi=106μCi四、放射線污染度量單位192、半衰期，T1/2當(dāng)放射性的核素因衰變而減少到原來的一半時所需的時間稱為半衰期〔T1/2〕。203、吸收劑量，D指電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時，單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射的能量，是反映物質(zhì)對輻射能量吸收狀況的物理量。單位：戈瑞〔Gy〕，1Gy表示1kg物質(zhì)吸收1J的輻射能。1Gy=1J/kg拉德〔rad〕，1rad=10-2Gy吸收劑量率：單位時間的吸收劑量。214、劑量當(dāng)量，H定義：在生物機體組織內(nèi)所考慮的一個體積單元上吸收劑量、品質(zhì)因數(shù)和所有修正因素的乘積。H=kDQ式中：k——所有其他修正因素乘積，常取1；D——吸收劑量，Gy；Q——品質(zhì)因素，其值決定于導(dǎo)致電離粒子的初始動能、種類及照射類型等?！惨姳?-3〕22表7-3品質(zhì)因數(shù)與照射類型、射線種類的關(guān)系照射類型射線種類品質(zhì)因素外照射x、γ、e1熱中子及能量小于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重反沖核20內(nèi)照射β

－、β+、γ、e、x1α10裂變碎片、α發(fā)射中的反沖核20宇宙射線及地面上天然放射性核素放射的β或γ射線對人體的照射。通過呼吸和消化系統(tǒng)進入人體內(nèi)部的放射性核素造成的照射。23工作人員、居民年最大容許劑量當(dāng)量注：①表內(nèi)所列數(shù)值均指內(nèi)、外照射的總劑量當(dāng)量，不包括天然本底照射和醫(yī)療照射。②16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當(dāng)量為1.5×10-2Sv/a。受照射部位職業(yè)性放射性工作人員的年最大容許劑量當(dāng)量①/Sv放射性工作場所、相鄰及附近地區(qū)工作人員和居民的年最大容許劑量當(dāng)量①/Sv廣大居民年最大容許劑量當(dāng)量②/Sv器官分類器官名稱第一類全身、性腺、

紅骨髓、眼晶體5×10－25×10－35×10－4第二類皮膚、骨、甲狀腺3.0×10－13×10－2②1×10－2第三類手、前臂、足踝7.5×10－17.5×10－22.5×10－2第四類其他器官1.5×10－11.5×10－25×10－324放射性同位素在露天水源中的限制濃度和放射性工作場所空氣中的最大容許濃度

注：①露天水源的限制濃度值是為廣闊居民規(guī)定的，其他人員也適用此標(biāo)準(zhǔn)；②放射性工作場所空氣中的最大容許濃度值為職業(yè)放射性工作人員規(guī)定的，工作時間每周按40h計算；③礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的α潛能值不得大于4×104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制濃度①/(Bq·L-1)放射性工作場所空氣中最大容許濃度②/(Bq·L-1)名稱符號氚鈹碳硫磷氬鉀鐵鈷鎳鋅氪鍶碘氙銫氡鐳鈾釷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——1.13.7×103.7×10-11.9×1023.7×101.5×1021.1×102.67.4×103.73.3×103.3×10-11.9×102.23.7×1023.7×10-23.3×10-13.7×1023.7×10-11.1×101.11.1×10-33.7×10-37.4×10-325

放射性同位素在放射性工作場所以外地區(qū)空氣中的限制濃度，按上表放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以下表所列比值控制計算。比值控制

放射性同位素比值放射性工作場所相鄰及附近地區(qū)廣大居民區(qū)3H、35S、41Ar、85Kr、131Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100265、照射量，X在單位質(zhì)量空氣中X射線和γ射線全部被空氣阻止時，空氣電離所形成的離子總電荷的絕對值。

式中：dQ——單位體積空氣形成的離子總電荷絕對值，C；

dm——單位體積空氣質(zhì)量，kg；

單位：SI單位為C/kg，暫時并用的單位是倫琴〔R〕1R=2.58×10-4C/kg照射量率：單位時間內(nèi)的照射量，C/(kg·s)27放射性監(jiān)測方法：定期監(jiān)測：采樣、樣品預(yù)處理、樣品總放射性或放射性核素測定。連續(xù)監(jiān)測：在現(xiàn)場安裝放射性自動監(jiān)測儀器，實現(xiàn)采樣、預(yù)處理和測定自動化。根本步驟：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測定。 第二節(jié)

放射性污染物樣品的采集與處理28離子交換樹脂濕沉降物采集器示意圖1.漏斗蓋；2.漏斗；3.離子交換柱；4.濾紙漿；5.陽離子交換樹脂；6.陰離子交換樹脂〔一〕樣品采集1、放射性沉降物的采集沉降物干沉降物濕沉降物采集方法：水盤法、黏紙法、高罐法。采集方法：常用一種能同時對雨水中核素進行濃集的采樣器。如右圖292、放射性氣溶膠的采集放射性氣溶膠包括：核爆炸產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物，各種來源于人工放射性物質(zhì)以及氡、釷射氣的衰變子體等天然放射性物質(zhì)。采集方法：濾料阻留采樣法〔過濾法〕、靜電法、撞擊法樣品源的制備方法：直接測量；灰化法：濾料在馬弗爐中500℃灰化1h有機溶劑溶解法：丙酮、乙酸乙酯溶解303、放射性氣體的采集放射性氣體包括：核工業(yè)生產(chǎn)過程中排放及泄露的氣體、核爆炸產(chǎn)生的氣態(tài)裂變產(chǎn)物，以及氡、釷等天然放射性氣體。采集方法：活性炭吸附法、硅膠吸附法、直接抽氣測量法4、其他類型樣品的采集水體、土壤、生物樣品的采集、制備和保存方法與非放射性樣品所用的方法大致相同。31〔二〕樣品預(yù)處理預(yù)處理目的：將樣品處理成適于測量的狀態(tài)，將樣品的欲測核素轉(zhuǎn)變成適于測量的形態(tài)并進行濃集，以及去除干擾核素。常用的樣品預(yù)處理方法： 衰變法共沉淀法灰化法電化學(xué)法有機溶劑溶解法蒸餾法溶劑萃取法離子交換法 32第三節(jié)

放射性污染物監(jiān)測一、監(jiān)測對象及內(nèi)容〔一〕按照監(jiān)測對象分1、現(xiàn)場監(jiān)測

2、個人劑量監(jiān)測

3、環(huán)境監(jiān)測

對放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應(yīng)用單位內(nèi)部工作區(qū)域的監(jiān)測。對放射性專業(yè)工作人員或公眾進行的內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測。對放射性生產(chǎn)和應(yīng)用單位外部環(huán)境〔包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等〕的監(jiān)測。331、α放射性核素即239Pu(钚)、226Ra(鐳)、224Ra、222Rn(氡)、210Po(釙)、222Th(釷)、234U(鈾)和235U。2、β放射性核素即3H、90Sr(鍶)、89Sr、134Cs(銫)、137Cs、131I(碘)和60Co(鈷)?！捕嘲粗饕獪y定的放射性核素分34〔三〕對放射性核素具體測量的內(nèi)容分放射源強度，半衰期，射線種類及能量；環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強度、空間照射量或電離輻射劑量。35二、放射性檢測儀器放射性檢測儀器檢測放射性的根本原理：基于射線與物質(zhì)之間相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)，包括電離效應(yīng)、發(fā)光效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和能產(chǎn)生次級粒子的核反響等。常用的檢測器即利用上述效應(yīng)工作。類型：電離型檢測器利用電離效應(yīng)氣體閃爍型檢測器利用光效應(yīng)半導(dǎo)體檢測器利用電離效應(yīng)固態(tài)半導(dǎo)體36表7-4

各種常用放射性檢測器閃爍檢測器蓋革計數(shù)器射線種類檢測器特點α閃爍檢測器檢測靈敏度低，探測面積大正比計數(shù)器檢測效率高，技術(shù)要求高半導(dǎo)體檢測器本底小，靈敏度高，探測面積小電流電離室測較大放射性活度β正比計數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大蓋革計數(shù)器檢測效率較高，裝置體積較大閃爍檢測器檢測效率較低，本底小半導(dǎo)體檢測器探測面積小，裝置體積小γ閃爍檢測器檢測效率高，能量分辨能力強半導(dǎo)體檢測器能量分辨能力強，裝置體積小371、電離室探測器電離室示意圖〔一〕電離型檢測器利用射線通過氣體介質(zhì)時，使氣體發(fā)生電離的原理制成的檢測器。測量由于電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于測量強放射性。382、正比計數(shù)管α、β粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線測量由每個入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化，從而對入射粒子逐個計數(shù)，適用于測量弱放射性。39蓋革計數(shù)管示意圖射線強度測量裝置示意圖3、蓋革〔GM〕計數(shù)管電壓增高，入射粒子電離，電子高速向中央絲極移動，與氣體分子碰撞產(chǎn)生大量電子及光子，電子在外電路形成脈沖電壓，根據(jù)脈沖電壓發(fā)生次數(shù)，便可測定射入管內(nèi)的粒子數(shù)目。40〔二〕閃爍檢測器閃爍檢測器測量裝置示意圖

1.閃爍體；2.光電倍增管；3.前置放大器；5.脈沖幅度分析器；6.定標(biāo)器；7.高壓電源；8.光導(dǎo)材料；9.暗盒；10.反光材料閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。以下圖是這種檢測器測量裝置的工作原理。41

閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機和有機物質(zhì)，其性能列于下表。主要閃爍材料性能注：①Ag、Tl是激活劑。物質(zhì)密度/(g·cm-3)最大發(fā)光波長/nm對β射線的相對脈沖高度閃光持續(xù)時間/10-8sZn(Ag)粉①NaI(Tl)①蒽芪液體閃爍液塑料閃爍液4.103.671.251.150.861.06450420440410350~450350~4502002101006040~6028~484~103030.4~0.80.2~0.80.3~0.542〔三〕半導(dǎo)體檢測器半導(dǎo)體檢測器的工作原理與電離型檢測器相似，但其檢測元件是固態(tài)半導(dǎo)體。半導(dǎo)體檢測器工作原理示意圖n,p——半導(dǎo)體的n極和p極；

RH——電阻。43

三、總放射性強度監(jiān)測

1、水樣的總α放射性活度的測定水體中常見的輻射α粒子的核素有226Ra(鐳)、222Rn(氡)及其衰變產(chǎn)物。目前公認(rèn)的水樣總α放射性濃度是0.1Bq/L，當(dāng)大于此值時，就應(yīng)對放射α粒子的核素進行鑒定和測量，確定主要的放射性核素，判斷水質(zhì)污染情況。442、水樣的總β放射性活度測定水樣總β放射性活度測量步驟根本上與總α放射性活度測定相同，但檢測器用低本底的蓋革計數(shù)管，且以含40K的化合物作標(biāo)準(zhǔn)源。測定方法：水樣蒸發(fā)皿蒸干殘渣恒重小坩堝電爐蒸干馬弗爐45℃1h冷卻定量與標(biāo)準(zhǔn)源同條件測量453、土壤中總