核環(huán)境監(jiān)測與評價 第3章環(huán)境輻射監(jiān)測方法和技術(shù).ppt

第3章 環(huán)境輻射監(jiān)測方法和技術(shù),環(huán)境輻射:天然與人工輻射。 本底輻射：原指某一特定環(huán)境系統(tǒng)或地區(qū)未受人類核活動干擾或某一核設(shè)施建造、運行前業(yè)已存在的天然輻射水平；由于大氣層核試驗所致全球放射性沉降造成的輻射與天然輻射難以區(qū)分，常將兩者合稱為本底輻射。,3.1 環(huán)境輻射監(jiān)測 3.1.1 環(huán)境輻射監(jiān)測的目的與特點 1、監(jiān)測目的 根據(jù)中華人民共和國環(huán)境核輻射監(jiān)測規(guī)定，環(huán)境輻射監(jiān)測目的是： 對核設(shè)施、放射性核素、本底及核設(shè)施與公眾的關(guān)系等方面進行監(jiān)測與評價。 2、環(huán)境輻射監(jiān)測的特點 指監(jiān)測對象的廣泛性、衰變性、復雜性等特點(16條)。,3.1.2 環(huán)境輻射監(jiān)測方案的制定 1、制定監(jiān)測方案應(yīng)考慮的因素 從源項單位本身及源項單位與周圍環(huán)境等方面考慮。 2、環(huán)境監(jiān)測方案的設(shè)計 大型的核設(shè)施一般都要進行運行前本底調(diào)查、運行中常規(guī)監(jiān)測和事故應(yīng)急監(jiān)測。,本底調(diào)查的基本內(nèi)容： 1）環(huán)境物質(zhì)中放射性核素的種類、濃度、輻射水平及其隨時間的變化，一般要取得運行前連續(xù)2年的資料，了解1年內(nèi)本底變化和年度間的可能變化范圍。 2）調(diào)查鑒別關(guān)鍵核素及關(guān)鍵途徑，關(guān)鍵人群組的分布、習俗、飲食資料及有關(guān)“指示體”的資料。,2）核設(shè)施運行中的常規(guī)監(jiān)測 常規(guī)監(jiān)測：在核設(shè)施正常運行期間，對其周圍環(huán)境進行的定期例行監(jiān)測。 核電站環(huán)境監(jiān)測對象應(yīng)包括放射性物質(zhì)與非放射性化學物質(zhì)兩方面。重點是對放射性物質(zhì)與輻射水平的監(jiān)測。其常規(guī)監(jiān)測分析項目、內(nèi)容與本底調(diào)查相似，主要有總、總、總能譜分析測定和單個核素的濃度。我國核電站的監(jiān)測半徑為30km。,3）核事故應(yīng)急監(jiān)測 目的： a 迅速測定事故造成的環(huán)境輻射水平、污染范圍和程度及對公眾的危害程度； b 迅速摸清釋放核素的種類、性質(zhì)及其在環(huán)境中的遷移行為，測定食物與飲水的污染程度、范圍； c 及時向決策機構(gòu)和公眾通報污染情況，以便采取必要的應(yīng)急措施。 應(yīng)急監(jiān)測分為早期和中后期監(jiān)測。,4）核設(shè)施退役的環(huán)境監(jiān)測 核設(shè)施服役期滿或因計改、發(fā)生事故等原因而關(guān)閉后，應(yīng)采取一些必要的措施，確保其安全、永久地退役。,3.1.3 環(huán)境輻射監(jiān)測儀器 原理：基于射線和物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的各種效應(yīng)如電離、光、電或熱等進行觀測和測量的方法。 常用的核輻射監(jiān)測儀器有： 個人劑量計、環(huán)境放射性氣體監(jiān)測儀和環(huán)境核輻射監(jiān)測儀。 各類儀器的結(jié)構(gòu)和原理基本相似，都由核輻射探測器和測量裝置兩部分組成。 核輻射探測器 核輻射探測器可分為電離探測器、閃爍探測器和半導體探測器等幾類。,3.2 流出物監(jiān)測 3.2.1 流出物監(jiān)測的目的 流出物監(jiān)測的目的：對流出物本身、對核設(shè)施、對周圍環(huán)境等進行監(jiān)測。 3.2.2 流出物監(jiān)測的設(shè)計 1、氣載流出物監(jiān)測設(shè)計 2、液體流出物監(jiān)測設(shè)計,3.2.3 流出物采樣和測量技術(shù) 1、采樣方式 采樣方式有：連續(xù)采樣、比例采樣；定期采樣；專門采樣等。根據(jù)流出物的情況采取相應(yīng)的采樣方式。 2、采樣技術(shù) 流出物的采樣技術(shù)應(yīng)滿足采樣及時性和代表性。,3.3 環(huán)境輻射就地監(jiān)測技術(shù) 環(huán)境輻射監(jiān)測可采取就地監(jiān)測和實驗室分析兩種方式進行。就地監(jiān)測是在欲測對象所在地進行的監(jiān)測，一般不需采集樣品，因而不會改變欲測對象在環(huán)境中的分布狀態(tài)。實驗室分析則要從環(huán)境中采集欲測環(huán)境物質(zhì)樣品，使用實驗手段進行分析。,3.3.1 就地監(jiān)測前的準備 根據(jù)監(jiān)測對象，進行就地監(jiān)測前的準備工作。 1) 就地核輻射測量之前必須先要制定詳細的測量計劃。作計劃時，下列因素應(yīng)予以考慮： a.測量對象的性質(zhì)，包括要測量核素的種類，預(yù)期活度范圍，物理化學性質(zhì)等； b.環(huán)境條件(地形、水文、氣象等)的可能影響； c.測量儀器的適應(yīng)性，包括量程范圍，能量響應(yīng)特性和最小可探測限值等； d.設(shè)備及測量儀器在現(xiàn)場可能出現(xiàn)的故障及補救辦法； e.測量人員的技術(shù)素質(zhì)； f.測量的重要性以及資金的保障情況。,2) 就地測量之前必須準備好儀器和設(shè)備。 a. 對于常規(guī)性的就地測量，每次出發(fā)前均要清點儀器和設(shè)備，檢查儀器工作狀態(tài)。 b.作為應(yīng)急響應(yīng)的就地測量，事先必須準備好應(yīng)急監(jiān)測箱，應(yīng)急監(jiān)測箱內(nèi)的儀表必須保持隨時可以工作狀態(tài)。 3) 從事就地核輻射監(jiān)測的人員事先必須經(jīng)過培訓，使之熟悉監(jiān)測儀器的性能，在現(xiàn)場可以進行簡單維修，并應(yīng)具備判所監(jiān)測數(shù)據(jù)是否合理的能力。,3.3.2 監(jiān)測網(wǎng)點的布設(shè) 監(jiān)測網(wǎng)點應(yīng)根據(jù)污染源的性質(zhì)、規(guī)模、公眾照射途徑、人群分布、人群活動情況合理布設(shè)。 環(huán)境地表輻射劑量測量分為源相關(guān)及個人相關(guān)兩種測量方式。源相關(guān)是針對單個源進行的，而人相關(guān)則是針對多個源進行的。,3.3.3 地表輻射劑量的測量 地表輻射劑量監(jiān)測是在一定的區(qū)域內(nèi)，距離地面一定高度(一般為1m) 測量周圍環(huán)境中天然和人工放射性核素所產(chǎn)生的輻射所致空氣吸收劑量。,高壓電離室(香港) 在高壓電離室內(nèi)的壓縮氣體不停受到四周環(huán)境的射線電離。電離所產(chǎn)生的電流，可以提供射線強度的資料。高壓電離室是一套靈敏度非常高的儀器，可以量度環(huán)境輻射水平的微弱變化。,1、輻射劑量儀的刻度 儀器在使用前必須用國家統(tǒng)一的刻度標準源和方法進行刻度。刻度標準一般分為國家基準、次級標準、三級標準和工作標準等四級。 X和劑量率儀的刻度方法有標準儀器法和標準源法兩種，用于測量X和低能射線的儀器常用X射線源和標準儀器法刻度；其它的儀器宜采用137Cs、60Co、226Ra等標準源刻度。,2、輻射劑量儀自然底數(shù)的測定 自然環(huán)境中測量地表輻射劑量時，會受到宇宙射線和儀器自身的本底輻射的干擾，同一地區(qū)內(nèi)海拔高相差不大時，宇宙射線的照射率基本不變，但儀器的本底各不相同。可采用水面法或鉛屏法測量儀器的自然底數(shù)。,3、地表輻射劑量的步行測量 確定路線；沿路線步行測量；異常地方加點測量。 以下公式估算公眾受照劑量： E=D,aK 測得空氣照射量率時，則可按下式估計空氣吸收劑量： D,a=fX,3.3.4 就地能譜測量 使用能譜儀就地測量地面上輻射的能譜，可以確定土壤或巖石中所含放射性核素的成分及相對濃度分布。 1、基本原理和方法 每種放射性核素都能釋放出一種或幾種具有特定能量的射線，因此，只要測得某種能量的特征譜線，即可確定相應(yīng)核素的存在。根據(jù)這些核素釋放出的射線能量之間的顯著差異， 能譜儀相應(yīng)地設(shè)置了不同的能譜窗口測量道，測得各測量道中的計數(shù)率后，根據(jù)這幾種能量的射線在相應(yīng)道中的刻度系數(shù)，即可求得土壤中相應(yīng)核素的濃度。 2、測量方法 測量方法有：航空測量、汽車測量、步行測量等。,3.3.5 氡及其子體與析出率的測量 1、環(huán)境空氣中氡濃度的測量 測量的標準方法有：徑跡蝕刻法、活性炭盒法、雙濾膜法和氣球法等。,徑跡蝕刻法:被動式采樣，能測量采樣期間內(nèi)氡的累積濃度，探測器在空氣中暴露20d，其探測下限可達2.1103Bqh/m3。探測器是聚碳酸脂片或CR-39薄片，置于一定形狀的采樣盒內(nèi)，組成采樣器。 氡及其子體發(fā)射的 粒子轟擊探測器，使其產(chǎn)生亞微觀型損傷徑跡后，將其在一定條件下進行化學或電化學蝕刻，擴大損傷徑跡，即可用顯微鏡或自動計數(shù)裝置進行計數(shù)。單位面積的徑跡數(shù)與氡濃度和暴露時間的乘積成正比，可將刻度系數(shù)將徑跡密度換算成氡濃度: a, Rn=nR /T FRn,活性炭盒法:被動式采樣，能測量出采樣期間內(nèi)平均氡濃度，暴露3 d，探測下限可達到6 Bq/m3 。 采樣盒用塑料或金屬制成，直徑610 cm，高35 cm，內(nèi)裝25100 g活性炭。盒的敝開面用濾膜封住，固定活性炭且允許氡進入采樣器。 氡隨空氣擴散到活性炭床內(nèi)，即被活性炭吸附，其衰變而新產(chǎn)生的子體亦沉積在活性碳床內(nèi)。采樣停止后3h,盒內(nèi)氡與其子體達到放射性暫時平衡，即用 譜儀測量活性炭盒內(nèi)氡子體特征射線峰（或峰群）的面積，可求得空氣中氡的平均濃度： a, Rn=a nr /( t1b e-Rnt2 ),雙濾膜法:主動式采樣，能測量采樣瞬間的氡濃度，探測下限為3.3 Bq/m3。抽氣泵開動后含氡空氣經(jīng)過濾膜進入衰變筒，被濾掉子體的純氡在通過衰變筒的過程中又生成新子體，新子體的一部分為出口濾膜所收集。測量出口濾膜上氡子體的計數(shù)就可換算出氡濃度。,氣球法：主動式采樣，能測量出采樣瞬間空氣中氡及其子體濃度，探測下限：氡2.2Bq/m3，子體5.710-7J/m3。 其工作原理同雙濾膜法，只不過氣球代替了衰變筒。把氣球法則氡和馬爾柯夫法測潛能聯(lián)合起來，一次操作用25 min，即可得到氡及其子體潛能濃度。,測氡儀-RAD7-美國RAD,FD216環(huán)境測氡儀,2、環(huán)境空氣中氡子體潛能濃度的測量和估計 氡子體所致吸入內(nèi)照射劑量遠比氡的劑量貢獻大，對空氣中氡子體潛能濃度的測量和估計具有更重要的意義。空氣中氡的實測濃度估計相應(yīng)的氡子體潛能濃度： a,p=5.610-9a,RnFRn 潛能濃度,單位為 MeVL-1 工作水平：在輻射防護中，以前用過一個特定的單位“工作水平”，以WL表示1WL=1.3105MeVL-1 工作水平月：在具有一個工作水平的子體潛能值的場所工作170小時，則其總暴露量為一個工作水平月，用WLM表示。 1MeV=1.610-13J; 1MeV/L=1.610-10Jm-3; 1WL=2.0810-5Jm-3; 1WLM=4.2410-3J。,3、氡析出率的測量 氡析出率測量方法有靜態(tài)法和動態(tài)法兩種。靜態(tài)法是在含氡 物質(zhì)表面設(shè)置一個封閉的積累空間，在沒有通風的條件下，測量其中氡濃度隨時間的積累增長，計算其析出率。 靜電收集裝置內(nèi)氡濃度的變化 收集室扣在介質(zhì)表面后，令t=0時，收集室中的氡濃度為C0，則式的解為： （1） 如果進行時間間隔為T的連續(xù)測量，則相鄰兩次測得的收集室中的氡濃度有如下關(guān)系： （2）,令：,則有:,Ci=A+BCi-1 （3）,對一定的介質(zhì)而言，由于開始時氡的反擴散可以忽略，收集室中氡濃度的減少只是由其衰變引起的，e近似等于氡的物理衰變常數(shù)，因而A和B都是常數(shù)，二者之間有： (4) 這樣，多次測量后用最小二乘法求出A、B和e，即可求出氡析出率R為： (5),3.4 環(huán)境樣品的采集和前處理 3.4.1 環(huán)境樣品的采集 要獲得可靠的監(jiān)測結(jié)果主要在于兩方面：一是可靠的儀器；二是可靠的取樣。 1、采樣方案的制定 樣本的容量：指樣本所包含的實測個體或單元的數(shù)目。由樣本所代表的待測對象的全體則稱為總體。 通常依據(jù)置信區(qū)間確定樣本容量，當監(jiān)測項目的測量值遵從正態(tài)分布規(guī)律時，如要求由樣本均數(shù) 推斷總體的均數(shù)的置信區(qū)間不超過2L(L為置信區(qū)間的1/2)，則有 S樣本監(jiān)測結(jié)果的標準差； t所需樣本容量； - Student因子。 則,2、最小采樣量 它是由監(jiān)測分析樣 和貯存?zhèn)溆脴?兩部分構(gòu)成。 M= +,若儀器的最低探測限為LD，則單次分析所需最小樣品量為：,3、空氣樣品的采集 采樣體積的確定、采樣點的選定、采樣方法的確定。,采樣體積的確定 對于累積空氣樣品的采集，每個單樣所需的采樣體積為： V=FT=q/x,幾何圖形布點法：目前常用以下幾種布設(shè)方法: 網(wǎng)格布點法； 同心圓布點法； 扇形布點法,（1）采樣點的選定,網(wǎng)格布點法：這種布點法是將監(jiān)測區(qū)域地面劃分成若干均勻網(wǎng)狀方格，采樣點設(shè)在兩條直線的交點處或方格中心。這種布點方法適用于有多個污染源，且污染源分布比較均勻的情況。,同心圓布點法：此種布點方法主要用于多個污染源構(gòu)成的污染群，或污染集中的地區(qū)。,扇形布點法：此種方法適用于主導風向明顯的地區(qū)，或孤立的高架點源。以點源為頂點，主導風向為軸線，在下風向地面上劃出一個扇形區(qū)域作為布點范圍。扇形角度一般為4590。采樣點設(shè)在距點源不同距離的若干弧線上，相鄰兩點與頂點連線的夾角一般取1020。,（2）采樣方法和采樣儀器,濾料采樣法(大氣中的氣溶膠、可吸入顆粒物、塵等總粒子濃度測定) 這種方法是將過濾材料（濾紙或濾膜）夾在采樣夾上。采樣時，用抽氣裝置抽氣。氣體中的顆粒物質(zhì)被阻留在過濾材料上。,旋風式、向心分離式和撞擊式采樣器等多種。它們又分為二級式和多級式。二級式用于采集10m以下的顆粒物，多級式可分級采集不同粒徑的顆粒物，用于測定顆粒物的粒度分布。,粒度分級采樣（大氣飄塵測定）,空氣以高速度沿180漸開線進入分塵器的圓筒內(nèi)，形成沿外壁由上而下的旋轉(zhuǎn)氣流： 大于10m的顆粒物慣性較大，在離心力的作用下，甩到筒壁上，沿壁面落入大顆粒物收集器內(nèi)； 小于10m的顆粒物慣性小，不易被甩到筒壁上。當空氣進入分塵器向下高速旋轉(zhuǎn)時，頂部壓力下降，在壓力差作用下，小于10m的細顆粒隨氣流沿氣體排出管上升，達到分離空氣中粗、細顆粒物的目的。沿分塵器氣體排出管排出的氣體進入過濾器，氣體中的細顆粒物被濾膜捕集。,二級旋風分塵器的工作原理,旋風分塵器的工作原理示意圖,當氣流從小孔高速噴出時，氣流攜帶不同質(zhì)量的顆粒物，其運動軌跡也不同。質(zhì)量越大，慣性越大，越不容易隨氣流改變運動軌跡。 當大顆粒物隨氣流穿過小孔后，在慣性作用下，仍沿著中心軸線繼續(xù)前進，進入錐形收集器，被收集器底部的濾膜收集； 當小顆粒物隨氣流穿過小孔后，由于小顆粒物慣性小，可以隨氣流改變運動軌跡，繞過錐形收集器入口，隨氣流進入下一級。,向心式分塵器工作原理,當含顆粒物氣體以一定速度由噴嘴噴出后，顆粒獲得一定的動能產(chǎn)生一定的慣性。在同一噴射速度下粒徑越大，慣性越大。 氣流從第一級噴嘴噴出后，大顆粒慣性大，難于改變運動方向，與第一塊捕集板碰撞被沉積下來，慣性較小的顆粒則隨氣流繞過第一塊捕集板進入第二級噴嘴；第二級噴嘴比第一級噴嘴口徑小，噴出顆粒物動能增加，小顆粒獲得較大的慣性與第二塊捕集板碰撞而被沉積，而慣性更小的顆粒物繼續(xù)向下級運動。 如此一級一級地進行下去，則氣流中的顆粒物由大到小地一級一級地分開，分別沉積在不同的捕集板上。最末級捕集板用玻璃纖維濾膜代替，捕集最小的顆粒物。,多段撞擊式采樣器的工作原理,多段撞擊式采樣器原理示意圖,大氣中放射性氣體和蒸汽的樣品采集： 活性炭、浸漬活性碳吸附劑及活性碳濾紙（氡、碘和有機碘）；硅膠（氚化水蒸汽）,4、水樣的有采集 從采樣點的確定、采樣頻度和采樣量等方面去考慮。,河流監(jiān)測斷面需設(shè)置背景斷面、對照斷面、控制斷面和消減斷面,為特定的環(huán)境管理還可設(shè)管理斷面。,采樣時間與采樣頻率的確定,1）河流：采樣時間為豐水期、枯水期和平水期，每期采樣至少1次。 2）潮汐河流：漲、退潮時分別采樣。,（1）土壤采樣點布設(shè)方法,對角線布點法 適用于面積較小，地勢平坦的污灌或污染河水灌溉田塊,自進水口劃對角線,均分35段,在區(qū)段中心取樣,梅花形布點法 適用于面積較小、地勢平坦,土壤物質(zhì)和污染程度較均勻田塊。中心點在對角線交點，一般設(shè)510個點,5 土壤樣的采集,棋盤式布點法 適用于中等面積，地勢平坦，地形完整開闊，但土壤較不均勻田塊，10點以上。受污染土壤20點以上,蛇形布點法 適用于面積較大，地勢不很平坦，土壤不夠均勻的田塊布點數(shù)量較多,（2）采樣的深度,水底沉積物:礦物、巖石、土壤的自然侵蝕產(chǎn)物，廢（污）水排出物沉積及生物活動物質(zhì)之間物理、化學反應(yīng)等過程的產(chǎn)物。指水體底部表層沉積物質(zhì)。,（1）水底沉積物監(jiān)測的意義和目的,6 水底沉積物的采集,意義和目的：可以了解水環(huán)境污染現(xiàn)狀，追溯水環(huán)境的污染歷史，研究污染物的沉積、遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律和對水生生物特別是底棲生物的影響，并對評價水體質(zhì)量，預(yù)測水體變化趨勢和沉積污染物對水體的潛在危險提供依據(jù)。,（2）樣品采集,1）斷面設(shè)置(cross section setting) ：設(shè)置原則與水質(zhì)監(jiān)測斷面相同，其位置應(yīng)盡可能與水質(zhì)監(jiān)測斷面相重合 。,2）采樣次數(shù)(Sampling tim