第八章放射性污染監(jiān)測.ppt

復(fù)習(xí) 1 如何判斷一種聲音是否屬于噪聲 2 噪聲的量度指標(biāo)有哪些 3 噪聲如何相加和相減 4 敘述城市區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測和交通噪聲監(jiān)測的方法 第8章放射性污染監(jiān)測 第8章環(huán)境放射性監(jiān)測 8 1放射性和電離輻射的基本概念8 2放射性污染8 3電離輻射的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)8 4放射性監(jiān)測 家具裝修要注意放射性污染 氡是一種具有放射性的天然物質(zhì) 其主要來源是花崗巖 瓷磚等裝飾材料 有數(shù)據(jù)表明 我國每年因氡致癌的患者有5萬例 此外 氡還對人體脂肪有很高的 親和力 從而影響人的神經(jīng)系統(tǒng) 8 1放射性和電離輻射的基本概念 8 1 1放射性 放射性同位素8 1 2核衰變和衰變形式8 1 3放射性的度量單位8 1 4放射線與物質(zhì)的相互作用 8 1 1放射性和放射性同位素 1 放射性污染是指各種放射性核素 這些放射性核素能夠自發(fā)衰變出各種粒子 射線 引起其本身物理和化學(xué)性質(zhì)改變的現(xiàn)象 稱為放射性 2 放射性同位素 不穩(wěn)定的同位素 原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)同 中子數(shù)不同 8 1 2核衰變和衰變形式 1 衰變 2 衰變 3 衰變 對原子核的原子序數(shù)和原子質(zhì)量數(shù)都沒有影響 8 1 3放射性的度量單位 1 放射性活度A 貝可 Bq次 秒2 半衰期 T1 23 吸收劑量D 戈瑞Gy4 劑量當(dāng)量H 希沃特SV5 照射量X 庫侖 千克 倫琴 8 1 3放射性的度量單位 1 放射性活度A 貝可l衰變常數(shù) 一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的幾率衰變常數(shù)與外界條件 溫度 壓力 磁場等 幾乎無關(guān)2 半衰期 T1 2 0 693 8 1 3放射性的度量單位 3 照射量 X 庫侖 千克表示 或 射線在空氣中產(chǎn)生電離大小的物理量 X dQ dmdQ是指質(zhì)量為dm的體積單元的空氣中 光子釋放的所有電子 負(fù)電子和正電子 在空氣中全部被阻時 形成的同一種符號 正或負(fù) 的離子的總電荷的絕對值 8 1 3放射性的度量單位 4 吸收劑量 D 吸收劑量是單位質(zhì)量的物質(zhì)對輻射能的吸收量 D d dmd 與dm分別代表受電離輻射作用的某一體積元中物質(zhì)的平均能量與物質(zhì)的質(zhì)量 單位 Gy 戈瑞 1Gy 1J kg 1 吸收劑量適用于任何電離輻射和任何物質(zhì) 是衡量電離輻射與物質(zhì)相互作用的一種重要的物理量 8 1 3放射性的度量單位 5 劑量當(dāng)量 H 希沃特SV在人體組織中某一點(diǎn)處的劑量當(dāng)量H等于吸收劑量與其他修正因數(shù)的乘積 H的計算公式為 H DQN式中 Q為品質(zhì)因子 其值決定于導(dǎo)致電離粒子的初始動能 種類及照射類型 N為其它修正系數(shù) 是吸收劑量在時間或空間上分布不均勻性修正因子的乘積 對外照射源通常取N 1 8 1 4單位放射線與物質(zhì)的相互作用 1 電離作用2 激發(fā)作用3 照像作用4 熒光作用5 熱效應(yīng)6 射程與穿透作用7 其它 8 1 4放射線與物質(zhì)的相互作用 1 電離作用 由于帶電粒子和殼層電子間的靜電作用 使殼層電子獲得足夠能量而脫離原子 分子形成自由電子和正離子 自由電子和一個正離子組成一個離子對 這就稱為電離作用 2 激發(fā)作用 如果殼層電子獲得能量較小而未能脫離原子或分子 只是由低能級躍遷到高能級 則稱為激發(fā) 帶電粒子稱為直接電離粒子 不帶電粒子能使物質(zhì)產(chǎn)生間接電離 故稱為間接電離粒子 8 1 4放射線與物質(zhì)的相互作用 3 照像作用 是指放射線照射到攝影膠片上 會使攝影膠片感光的現(xiàn)象 4 熒光作用 如果放射線照射在熒光物質(zhì)上 會使其產(chǎn)生熒光 5 熱效應(yīng) 由于帶電粒子和物質(zhì)的原子或分子不斷碰撞 使分子不規(guī)則熱運(yùn)動增加 從而使物質(zhì)變熱 8 1 4放射線與物質(zhì)的相互作用 6 射程與穿透作用 射線通過物質(zhì)時 不斷與物質(zhì)相互作用而損失能量 直至停止前進(jìn) 射線從進(jìn)入物質(zhì)到停止前進(jìn)所經(jīng)過的距離 稱為該射線在該物質(zhì)中的射程 以厘米為單位 如果射線通過時 不被物質(zhì)阻止前進(jìn)而一直穿過物質(zhì) 則稱其具有穿透作用7 其它 某些射線還可以產(chǎn)生光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對效應(yīng) 或引起物質(zhì)的核反應(yīng) 引起物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化等 8 2放射性污染 8 2 1 污染源8 2 2 放射性污染的特點(diǎn)8 2 3 對人體危害 8 2 1污染源 一 天然源1 宇宙射線初級宇宙線 高能輻射 穿透力很強(qiáng) 次級宇宙線2 天然放射性核素 鈾系 錒系 釷系3 天然放射本源內(nèi)照射 外照射 占80 8 2 1污染源 二 人工源1 核試驗(yàn) 核裂變產(chǎn)物和中子活化產(chǎn)物放射性塵?？稍诖髿鈱訙? 3 3年2 核工業(yè)及其他 核廢棄物 核發(fā)電 醫(yī)療 占人工污染源的90 3 人類在環(huán)境中受到的輻射總劑量每人每年接收的劑量不超過2mSV劑量當(dāng)量希沃特 其中天然本底占50 以上 8 2 2放射性污染的特點(diǎn) 放射性污染雖然是由于具有放射性核素的化學(xué)物質(zhì)而造成的 但是放射性污染與一般的化學(xué)毒害物質(zhì)污染有顯著區(qū)別 主要表現(xiàn)在以下5點(diǎn) 8 2 2放射性污染的特點(diǎn) 1 放射性污染物的放射性與物質(zhì)的化學(xué)狀態(tài)無關(guān) 2 每一種放射性核素都能放射出具有一定能量的一種或幾種射線 3 每一種放射性核素都有一定的半衰期 不因氣壓 溫度而改變 4 除了核反應(yīng)條件外 任何化學(xué) 物理 生物的處理不能改變放射性核素的性質(zhì) 5 放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境后 可隨介質(zhì)的擴(kuò)散或流動在自然界稀釋和遷移 可在生物體內(nèi)被富集并由此而產(chǎn)生在人體內(nèi)的放射性污染即內(nèi)照射 8 2 3對人體危害 一 進(jìn)入人體途徑呼吸道 人體 肺 血液全身消化道 人體 肝臟 血液 全身皮膚或粘膜 人體 可溶性物質(zhì)易被皮膚吸收 傷口的吸收率更較高 8 2 3對人體危害 二 危害1 損傷機(jī)理1 高速帶電粒子屬直接電離粒子 2 射線等不帶電的粒子為間接帶電粒子 統(tǒng)稱為電離輻射 引起生物組織內(nèi)原子 分子電離2 影響因素 射線性質(zhì)劑量 次數(shù) 時間 部位 方式 3 損傷方式 急性 慢性 8 3電離輻射的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 最基本的標(biāo)準(zhǔn)是 對人體所受劑量當(dāng)量的限制 一 我國環(huán)境放射性基本標(biāo)準(zhǔn)二 我國露天水源中限制濃度和放射性工作場所空氣中最大允許濃度三 國外的一些標(biāo)準(zhǔn) 8 4放射性測量實(shí)驗(yàn)室和檢測儀器 8 4 1放射性測量的對象及內(nèi)容8 4 2核輻射探測儀器的監(jiān)測原理 8 4 1放射性監(jiān)測的對象及內(nèi)容 環(huán)境放射性監(jiān)測的目的是為了掌握環(huán)境中的天然 人工放射性核素的水平 動態(tài)變化 轉(zhuǎn)移規(guī)律 污染特點(diǎn)以及對公眾造成的輻射劑量情況 放射性污染監(jiān)測的內(nèi)容包括兩大類 1 輻射劑量的測量 這是對環(huán)境輻射的物理測量方法 2 放射性核素的測定 這屬于放射化學(xué)的分析方法 8 4 1放射性監(jiān)測的對象及內(nèi)容 放射性監(jiān)測按照監(jiān)測對象可分為 1 現(xiàn)場監(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)域所作的監(jiān)測 2 個人劑量監(jiān)測 對放射性專業(yè)工作人員或公眾作內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測 3 環(huán)境監(jiān)測 天然本底 核試驗(yàn) 核企業(yè) 生產(chǎn)和使用放射性核素以及其它場所的監(jiān)測 8 4 2核輻射探測儀器的監(jiān)測原理 核輻射劑量的監(jiān)測需要用核輻射探測儀器 是基于射線和物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生的各種效應(yīng)如電離 光 電或熱等進(jìn)行觀測和測量的方法 通常采用的探測器有電離探測器 閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器等 1 電離探測器 原理 如果核輻射被電離室中的氣體吸收 該氣體將發(fā)生電離 電離探測器即是通過收集射線在氣體中產(chǎn)生的電離電荷進(jìn)行測量的 儀器 常用的有電離室 正比計數(shù)管 蓋革 彌勒計數(shù)管 G M管 用法 電離室是測量由電離作用而產(chǎn)生的電離電流 適用于測量強(qiáng)放射性 正比計數(shù)管和蓋革 彌勒計數(shù)管則是測量由每一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) 這適合于測量弱放射性 蓋革計數(shù)管工作原理圖 2 閃爍探測器 原理 是利用射線照射在某些閃爍體上而使它發(fā)生閃光的原理進(jìn)行測量的儀器 它具有一個閃爍體 當(dāng)射線進(jìn)入其中時產(chǎn)生閃光 然后用光電倍增管將閃光訊號放大 記錄下來 用法 該探測器以其高靈敏度和高計數(shù)率的優(yōu)點(diǎn)而被用作測量 輻射強(qiáng)度 由于它對不同能量的射線具有很高的分辨率 所以又可作譜儀使用 通過能譜測量 鑒別放射性核素 并且在適當(dāng)?shù)臈l件下 能夠定量的分析幾種放射性核素的混合物 此外 這種儀器還能測量照射量和吸收劑量 3 半導(dǎo)體探測器 原理 是將輻射吸收在固態(tài)半導(dǎo)體中 當(dāng)輻射與半導(dǎo)體晶體相互作用時將產(chǎn)生電子 空穴對 由于產(chǎn)生電子 空穴對的能量較低 所以該種探測器具有能量分辨率高且線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn) 用法 用硅制作的探測器可用于 計數(shù) 能譜測定 用鍺制作的半導(dǎo)體探測器可用于 能譜測量 而且探測效率高 分辨能力好 半導(dǎo)體探測器是近年來迅速發(fā)展的一類新型核輻射探測儀器 8 5放射性監(jiān)測 8 5 1放射性樣品的采集8 5 2放射性樣品的前處理8 5 3放射性監(jiān)測 8 5 1放射性樣品的采集 1 概述2 采樣點(diǎn)的布設(shè)3 采樣頻率和監(jiān)測頻率4 樣品的采集方法 1 概述 對環(huán)境樣品進(jìn)行放射性測量和對非放射性環(huán)境樣品監(jiān)測過程一樣 也是經(jīng)過以下三個過程 樣品采集 樣品前處理 儀器測定 1 概述 根據(jù)下列因素決定采集樣品的種類 1 監(jiān)測目的和監(jiān)測對象 2 待測核素的種類 輻射特性及其物理化學(xué)形態(tài)3 在環(huán)境中的遷移及影響4 有時要同時采集大氣 水 土壤和生物樣品來確定某污染源或某地區(qū)的放射性污染狀況 1 概述 采樣必須具有代表性 均勻性與適時性 如果采集的樣品含放射性核素濃度較高 可直接制備成樣品源進(jìn)行測量 如濃度較低 則需先將樣品進(jìn)行濃縮后制成樣品源 再進(jìn)行測量 2 采樣點(diǎn)的布設(shè) 1 原則 通常在核企業(yè)可能影響到的地區(qū) 約80公里范圍內(nèi)布設(shè)采樣點(diǎn) 對大氣 土壤 植物監(jiān)測可以采用網(wǎng)格法或扇形布點(diǎn)法 對水體的監(jiān)測可參考水樣采集的布點(diǎn)法 根據(jù)具體情況 可加大布點(diǎn)密度 2 方法 1 扇形布點(diǎn)法 2 網(wǎng)格法 2 采樣點(diǎn)的布設(shè)方法 1 扇形布點(diǎn)法 以企業(yè)源為中心 按22 5 或45 劃分扇形 在距源1 2 3 5 8 10 15 20 30 50 80公里處分別隨機(jī)設(shè)置采樣點(diǎn) 2 網(wǎng)格法 將監(jiān)測區(qū)分成20 20的網(wǎng)格 隨機(jī)布點(diǎn)采樣 3 采樣頻率和監(jiān)測頻率 1 監(jiān)測頻率依環(huán)境污染的情況而定 常規(guī)監(jiān)測可一年兩次或每季度一次 2 若監(jiān)測排放源情況時 應(yīng)根據(jù)排放周期的變化 放射性核素的半衰期 環(huán)境介質(zhì)的穩(wěn)定情況及統(tǒng)計學(xué)的要求而定 3 核素半衰期短 采樣頻率應(yīng)高 可連續(xù)采樣或每日采樣一次 并且對于半衰期短的放射性核素 監(jiān)測頻率和采樣頻率相同 而對半衰期長的放射性核素 測量頻率可以減少 且可將幾次采集的樣品混合 進(jìn)行一次性的測定 4 樣品的采集方法 1 放射性沉降物的采集 2 放射性氣溶膠的采集 3 其他類型樣品的采集 8 5 2放射性樣品的前處理 1 目的 濃集對象核素 去除干擾核素 將樣品的物理形態(tài)轉(zhuǎn)換成易于進(jìn)行放射性檢測的形態(tài) 2 方法 衰變法 有機(jī)溶劑溶解法 灰化法 萃取法 離子交換法 共沉淀法等 電化學(xué)法 1 衰變法 樣品放置一段時間 使壽命短的干擾放射性核素蛻變后 再對樣品進(jìn)行放射性測量 在測定大氣中放射性氣溶膠的總 放射性時常用這種方法 在用過濾法采樣后 放置4 5小時 以使短壽命的氡 釷子體蛻變殆盡 2 共沉淀法 加入共沉淀劑使待測核素得以沉淀析出 此法具有簡便 實(shí)驗(yàn)條件易滿足等優(yōu)點(diǎn) 在某些情況下還能直接提供固態(tài)樣品源 所以在微量放射性核素的分析中也是一種常用的分離濃集手段 居里夫婦發(fā)現(xiàn)一系列天然放射性元素便是運(yùn)用這種技術(shù) 用一般化學(xué)沉淀法分離環(huán)境樣品中的微量放射性核素時 有時達(dá)不到溶度積 因而不能達(dá)到分離要求 為此 可加入毫克數(shù)量級惰性載體 2 共沉淀法 例如 對環(huán)境水樣中Pu的預(yù)濃集 可采用新鮮沉淀出來的水合二氧化錳作共沉淀劑 在pH 8 9 用NaHSO4還原KmnO4溶液 并經(jīng)均相沉淀而制得 最佳條件下 100升水樣處理只需40分鐘 在pH 8 10和室溫條件下 對海水和淡水中Pu回收率可分別達(dá)80 和90 8 5 3放射性監(jiān)測實(shí)例 測定水樣總 放射性活度的作法如下 取一定量水樣 過濾 濾液加硫酸酸化 蒸干 在低于350 溫度下灰化 灰分移入測量盤中 鋪勻成薄層 用閃爍探