放射性物質(zhì)監(jiān)測

1、環(huán) 境 放 射 性 監(jiān) 測第 七 章教學(xué)目標(biāo)1、了解放射性污染的來源、計量方法及危害。2、了解一般監(jiān)測儀器的工作原理。教學(xué)內(nèi)容 放射性的類型、來源及對人體的危害；放射性防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；放射性檢測實驗室及檢測儀器；放射性樣品的采集及一般檢測方法教學(xué)重點 放射性污染物性質(zhì)特征及常用監(jiān)測方法的理論講解。教學(xué)難點 放射性污染物常用監(jiān)測方法。第七章 放射性污染監(jiān)測第一節(jié) 概述一、放射性 （一）放射性核衰變 1.核衰變 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（）或帶有一定能量的粒子（、），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“放射性核衰變”。 2.放射性 在衰變過程中

2、，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出、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”。放射性核衰變原子核+核外電子=原子，質(zhì)子+中子=原子核某些原子核不穩(wěn)定，能夠自發(fā)改變結(jié)構(gòu)，稱為核衰變；衰變可以連續(xù)進(jìn)行圖8.1 226Ra和60Co的核衰變（二）放射性衰變的類型 1.衰變：不穩(wěn)定重核(一般原子序82)自發(fā)放出粒子(4He)的過程 226Ra 222Rn + 4He不同核素放出的動能不同，一般在28MeV粒子的質(zhì)量大、速度小，照射物質(zhì)時易使其原子、分子發(fā)生電離或技法，但穿透能力小，只能穿透皮膚的角質(zhì)層 2.衰變衰變：放射性核素放射粒子(快速電子)的過程，核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果衰變分為負(fù)

3、衰變(中子變質(zhì)子)、正衰變(質(zhì)子變中子)和電子俘獲(核外電子)三種射線的電子速度比射線高10倍以上，其穿透能力較強，在空氣中能穿透幾米至幾十米才被吸收；與物質(zhì)作用可使其原子電離，也能灼傷皮膚。3.衰變衰變：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。衰變的能級躍遷不改變原子核的原子序和原子質(zhì)量數(shù)不發(fā)生變化，稱為同質(zhì)異能躍遷。某些不穩(wěn)定核素經(jīng)過或衰變后，能量仍較高，可再經(jīng)過衰變達(dá)到穩(wěn)定態(tài)。射線是短波電磁輻射(=0.0070.1nm)，穿透力極強；與物質(zhì)作用產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子成對效應(yīng)等。X射線是波長介于紫外線和射線 間的電磁輻射。X射線是一種波長很短的電磁輻射，其波長約為

4、（200.06）10-8厘米之間。由德國物理學(xué)家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，故又稱倫琴射線。倫琴射線具有很高的穿透本領(lǐng)，能透過許多對可見光不透明的物質(zhì)，如墨紙、木料 (二）、放射性活度和半衰期放射性活度（強度）單位時間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目 放射性活度單位 貝可，符號Bq，1Bq=1s-1(每秒有一個原子衰變，一克的鐳放射性活度有3.71010Bq。 )(常用單位是居里（Ci） )半衰期 放射性核素因衰變而減少到原來一般事件所需要的時間。是放射性核素的基本特征之一N=N0e -t同位素豐度半衰期衰變模式衰變能量(MeV)衰變產(chǎn)物U-232人造68.9年自發(fā)分裂-衰變5.414Th-228U-23

5、3人造159200年自發(fā)分裂197.93-衰變4.909Th-229U-2340.006%245500年自發(fā)分裂197.78-衰變4.859Th-230U-2350.72%7.038108年自發(fā)分裂202.48-衰變4.679Th-231U-235m人造約25分鐘同質(zhì)異構(gòu)轉(zhuǎn)變1Kr-92，Ba-141，2個中子U-236人造2.342107年自發(fā)分裂201.82-衰變4.572Th-232U-236m人造12110-9秒自發(fā)分裂1-U-237人造6.75日衰變0.519Np-237U-23899.275%4.468109年自發(fā)分裂205.87-衰變4.270Th-234二、照射量和劑量照射量和

6、劑量是表征放射量粒子與物質(zhì)作用后產(chǎn)生的效應(yīng)及其度量的術(shù)語1、照射量照射量定義為：式中:X照射量，SI單位為C/kg(還有專業(yè)單位R倫琴,1R=2.58*10-4c/kg) dQ或射線在空氣中完全被阻止時，引起質(zhì)量為dm的某一體積單元的空氣電離所產(chǎn)生的帶電粒子(正或負(fù))的總電量值 2、吸收劑量 它是表示在電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。其定義用下式表示： 式中：D吸收劑量，SI單位為J/kg，單位的專門名稱為戈瑞，簡稱戈，用符號Gy表示(以前習(xí)慣使用的單位是拉德(rad)。1rad=0.01Gy)； 電離輻射給予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。 3、劑量當(dāng)量

7、劑量當(dāng)量（H）定義為：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，即H=DQN 式中：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（見表）； N所有其他修正因素的乘積。表： 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、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（0.510MeV）10重反沖核20內(nèi)照射 、+、e、x110裂變碎片、發(fā)射中的反沖核20第二節(jié) 環(huán)境中的放射性2.1 環(huán)境中放射性的來源環(huán)境放射性來源于天然的和人為的放射性天然

8、放射性宇宙射線及其引生的放射性核素： 包括初級宇宙射線和次級宇宙射線天然系列放射性核素： 與地球同壽，達(dá)到母體與子體的放射性平衡，并成為放射性核素系列：鈾系(母體為238U)、錒系(母體為235U)和釷系(母體為232Th)，最終成為Pb核素自然界單獨存在的核素：約20種，具有極長半衰期和強度極弱特點（209Bi半衰期大于2*1018 年，40K半衰期大于1.26*109 年）.自然環(huán)境中天然存在的放射性稱天然放射性本底，是判斷環(huán)境是否受到放射性污染的基準(zhǔn)。天然放射性對人體的照射80%為外照射第二節(jié) 環(huán)境中的放射性人為放射性污染源核試驗與航天事故核工業(yè)工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研放射性礦物開采2.2、放

9、射性核素在環(huán)境中的分布 在土壤和巖石中的分布：含量變動很大，主要取決于巖石層的性質(zhì)和土壤的類型表 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40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-22.2 放射性核素在環(huán)境中的分布在水體中的分布。海水中天然放射性核素主要是40K、87Rb和鈾系元素，含量與區(qū)域地理、水體交換等有關(guān)；淡水中天然放射性核素含量

10、與巖石、水文地質(zhì)、大氣交換等有關(guān)。一般地下水中含有的放射性高于地面水，而且鈾、鐳的含量變化較大表 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226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.71023.71033.710-37.410-43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-22.2 放射性核素在環(huán)境中的分布在大氣中的分布：大多數(shù)核素可以出現(xiàn)在空氣中，最主要的是氡的同位素(222Rn)，氡是鐳的衰變產(chǎn)物，

11、從含淚的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到空氣中。氡在日出前濃度最高，中午較低，相差十倍以上在動植物組織中的分布：任何動植物體內(nèi)都含天然放射性核素，與土壤、水、肥料有關(guān)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)在室內(nèi)空氣中的分布：主要來源于建筑材料放射性污染有以下特點：(1)一旦產(chǎn)生和擴(kuò)散到環(huán)境中，就不斷對周圍發(fā)出放射線，永不停止。(2)自然條件的陽光、溫度無法改變放射性核同位素的放射性活度，人們也無法用任何化學(xué)或物理手段使放射性核同位素失去

12、放射性。(3)放射性污染對人類作用有累積性。放射性污染是通過發(fā)射、或中子射線來傷害人,、中子等輻射都屬于致電離輻射。(4)放射性污染既不像化學(xué)污染多數(shù)有氣味或顏色,也不像噪聲振動、熱、光等污染，公眾可以直接感知其存在；放射性污染的輻射，哪怕強到直接致死水平，人類的感官對它都無任何直接感受，從而采取躲避防范行動，只能繼續(xù)受害。2.3 人體中的放射性核素及其危害放射性核素進(jìn)入人體的三個途徑：呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入由呼吸道吸入的放射性物質(zhì)，其吸收程度與放射性核素的性質(zhì)、狀態(tài)有關(guān)：易溶性的吸收較快，氣溶膠吸收較慢；核素被肺泡粘膜吸收后，可直接進(jìn)入血液正常條件下，每年每人從環(huán)境中受到的放

13、射性輻射總劑量不超過2毫希沃特，其中一半以上是天然放射性放射性污染的危害人體受到放射性射線照射后，常會引起肌體細(xì)胞分子、原子電離，使組織的的某些大分子結(jié)構(gòu)被破壞，如使蛋白質(zhì)及核糖核酸、脫氧核糖核酸分子鏈斷裂，造成組織破壞人體一次或在短期內(nèi)接受大劑量照射，將引起急性輻射損傷大劑量外照射會嚴(yán)重傷害人體的各組織、器官和系統(tǒng)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圖 放射性物質(zhì)輻射人體的途徑第三節(jié) 放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)一、我國輻射防護(hù)規(guī)定(GB87038

14、8 )中的部分規(guī)定（一）職業(yè)性放射性工作人員和居民每年限制 劑量當(dāng)量（二）露天水源中限制濃度和放射性工作場所 空氣中最大容許濃度 表 7.1 工作人員、居民年最大容許劑量當(dāng)量注：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。 16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當(dāng)量為1.510-2Sv/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/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/Sv廣大居民年最大容許劑量當(dāng)量/Sv器官分類器官名稱第一類全身、性腺、紅骨髓、眼晶體510251035104第二類皮膚、骨、甲狀腺3.01013102 1102第三類手

15、、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四類其他器官1.51011.51025103 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，按表7.1放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以表7.2所列比值控制計算。表7.3 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1/301/100表7.2 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：露天水源的限制濃度值是為廣大居民規(guī)定的，其他人員也

16、適用此標(biāo)準(zhǔn)；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；礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的潛能值不得大于4104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制濃度 / (BqL-1)放射性工作場所空氣中最大容許濃度 / (BqL-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3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.2

17、1027.41033.71021.11033.71022.62.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3二、其他國家和機構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標(biāo)準(zhǔn) 表 國際放射委員會建議的個人劑量限值人員類別基本極限值/(mSva1)職業(yè)性個人非隨機效應(yīng)眼晶體 150其他組織 500隨機效應(yīng)全身均勻照射 50全身均勻照射 50不均勻照射 50公眾個人非隨機效應(yīng)任何組織 50隨機

18、效應(yīng)全身均勻照射 50不均勻照射 50群體不作規(guī)定第四節(jié) 放射性測量實驗室和檢測儀器 （自學(xué)）一、放射性測量實驗室 （一）放射化學(xué)實驗室（基本要求 不積塵、通風(fēng)、不積水、個人防護(hù)、廢物專門收集處置） （二）放射性計測實驗室 （基本要求 屏蔽本底、隔離干擾、良好接地、供電穩(wěn)定、恒溫）二、放射性檢測儀器 （一）電離型檢測器 （二）閃爍檢測器 （三）半導(dǎo)體檢測器 放射性檢測儀器放射性檢測儀器檢測放射性的基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)生次級粒子的核反應(yīng)等常用的檢測器即利用上述效應(yīng)工作電離型檢測器 利用電離效應(yīng) 氣體閃爍型檢測器 利用光效

19、應(yīng)半導(dǎo)體檢測器 利用電離效應(yīng) 固態(tài)半導(dǎo)體表 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1.電流電離室 圖8.3 電離室示意圖 （一）電離型檢測器2.正比計數(shù)管 圖8.4 、粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線 圖8.5 蓋革計數(shù)管示意圖圖8.

20、6 射線強度測量裝置示意圖3. 蓋革（GM）計數(shù)管 （二）閃爍檢測器 圖8.7 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。圖8.7是這種檢測器測量裝置的工作原理。 閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機和有機物質(zhì)，其性能列于表8.10中。表8.10 主要閃爍材料性能注：Ag、Tl是激活劑。物質(zhì)密度/ (gcm-3)最大發(fā)光波長/nm對射線的相對脈沖高度閃光持續(xù)時間/10-8sZn(Ag)粉NaI(Tl)蒽芪液體閃爍液塑料閃爍液4.

21、103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020021010060406028484103030.40.80.20.80.30.5 （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。其工作原理如圖8.8所示。圖8.8 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。第五節(jié) 放射性監(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 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。 2.個人劑量監(jiān)測 對放射性專業(yè)工作人員或公眾進(jìn)行的內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測。 3.環(huán)境監(jiān)測 對放射性生產(chǎn)和

22、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。 1.放射性核素 即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。 2.放射性核素 即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要測定的放射性核素分（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。 三、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。 基本步驟 ：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測定。 （一）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。 放射性干沉降物樣品可用水盤法、黏紙法、高罐法采集。 濕沉降物常用一種能同時對雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器，如圖8.9所示。 圖8.9 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