環(huán)境監(jiān)測與儀器分析第八章放射性

1、環(huán)境監(jiān)測與儀器分析第八章放射性第1頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四第一節(jié) 基礎(chǔ)知識第二節(jié) 環(huán)境中的放射性第三節(jié) 放射性輻射防護標準第四節(jié) 放射性測量實驗室和檢測儀器第五節(jié) 放射性監(jiān)測第2頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四第一節(jié) 基 礎(chǔ) 知 識一、放射性 （一）放射性核衰變 1.核衰變 有些原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核，這種現(xiàn)象稱為核衰變。 2*.放射性 在衰變過程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出具有一定動能的帶電或不帶電粒子 、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”。第3頁，共45頁，2022年，5月2

2、0日，16點8分，星期四圖8.1 226Ra和60Co的核衰變第4頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 1.衰變 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（粒子）的過程。 2.衰變 衰變是放射性核素放射粒子（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。 衰變可分為負衰變、正衰變和電子俘獲三種類型。 3.衰變 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。 （二）*放射性衰變的類型第5頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 1. 放射性活度（強度） 放射性活度系指單位時間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。 2. 半衰期 當(dāng)放

3、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）。（三）放射性活度和半衰期第6頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四（四）核反應(yīng) 是指用快速粒子打擊靶核而給出新核（核產(chǎn)物）和另一粒子的過程。第7頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四二、照射量和劑量 （一）照射量 dQ或X射線在空氣中完全被阻止時，引起質(zhì)量為dm的某一體積元的空氣電離所產(chǎn)生的帶電粒子（正的或負的）的總電量值，C； X照射量，它的SI單位為C/kg，與它暫時并用的專用單位是倫琴（R），簡稱倫。第8頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （二）吸收劑量 它是表

4、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。 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； 電離輻射給予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。 第9頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （三）劑量當(dāng)量（H） 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=DQN 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8.1）； N所有其他修正因素的乘積。第10頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四表8.1 品質(zhì)因數(shù)與照射類型、射線

5、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11頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四第二節(jié) 環(huán)境中的放射性一、環(huán)境中放射性的來源 天然放射性核素 環(huán)境中的放射性 人為放射性核素第12頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四（一）天然放射性核素 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（二）人為放射性核素1. 核試

6、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第13頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四二、放射性核素在環(huán)境中的分布 （一）在土壤和巖石中的分布表8.2 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40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-2第14頁，共45頁，2022年，5月2

7、0日，16點8分，星期四（二）在水體中的分布表8.3 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226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.71023.71033.710-37.410-43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-2第15頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （三）在大氣中的分布 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)

8、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。 （四）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)。第16頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 1、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。 2、直接破壞細胞的組織和結(jié)構(gòu)，對人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)和遺傳損傷效應(yīng)。三、放射性污染的危

9、害第17頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 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（238U、235U、234U）、釷（232Th）、鐳（226Ra）、氡（222Rn）和鉀（40K）對人體的輻射傷害特征見表8.4所示。表8.4 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第18頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四圖8.2 放射性物質(zhì)輻射人體的途徑第19頁，共45頁，2022年

10、，5月20日，16點8分，星期四第三節(jié) 放射性輻射防護標準一、輻射防護規(guī)定(GB870388 ) （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 第20頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四表8.5 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)

11、量/Sv器官分類器官名稱第一類全身、紅骨髓、眼晶體、性腺510251035104第二類皮膚、骨、甲狀腺3.01013102 1102第三類手、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四類其他器官1.51011.51025103第21頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四表8.6 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，其他人員也適用此標準；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

12、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3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.62.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.41

13、03.73.3103.310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3第22頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 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8.6放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以表8.7所列比值控制計算。表8.7 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1/301/1

14、00第23頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四二、其他國家和機構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標準 表8.8 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隨機效應(yīng)全身均勻照射 50不均勻照射 50群體不作規(guī)定第24頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四第四節(jié) 放射性測量實驗室和檢測儀器一、放射性測量實驗室 （一）放射化學(xué)實驗室 （二）放射性計測實驗室 二*、放射性檢測儀器 （一）電離型檢測器 （二）閃爍檢

15、測器 （三）半導(dǎo)體檢測器 第25頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四表8.9 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，裝置體積小第26頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 1、原理： 如果核輻射被電離室中的氣

16、體吸收，該氣體將發(fā)生電離，通過收集射線在氣體中產(chǎn)生的電離電荷進行測量的。 2、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）。 3、用法： 電離室是測量由電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于測量強放射性； 正比計數(shù)管和G-M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。（一）電離型檢測器第27頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四1. 電流電離室 圖8.3 電離室示意圖 第28頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四2. 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 第29頁，共

17、45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四圖8.5 蓋革計數(shù)管示意圖圖8.6 射線強度測量裝置示意圖3. 蓋革（GM）計數(shù)管 第30頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四（二）閃爍檢測器 1、原理： 利用射線照射在某些閃爍體上而使它發(fā)生閃光的原理進行測量的儀器。它具有一個閃爍體，當(dāng)射線進入其中時產(chǎn)生閃光，然后用光電倍增管將閃光訊號放大、記錄下來。 2、用法： 該探測器以其高靈敏度和高計數(shù)率的優(yōu)點而被用作測量、輻射強度。第31頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四圖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

18、度分析器；6.定標器；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。第32頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機和有機物質(zhì)。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4.103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020021010060406028484103030.40.80.20

19、.80.30.5第33頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （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。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34頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四第五節(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、環(huán)境監(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。 3、個人劑量監(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

20、。 第35頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 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）按測定的放射性核素分（三）按測量參數(shù)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。 第36頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四三、放射性監(jiān)測方法 定期監(jiān)測：采樣-預(yù)處理-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

21、、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。第37頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （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.陰離子交換樹脂第38頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 2. 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，

22、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)。這種樣品的采集常用濾料阻留采樣法，其原理與大氣中顆粒物的采集相同。 3. 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。第39頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 （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 有機溶劑溶解法蒸餾法 灰化法溶劑萃取法 離子交換法共沉淀法 電化學(xué)法第40頁，共45頁，2022年，5月20日，16點8分，星期四 衰變法 樣品放置一段時間，使壽命短的干擾放射性核素衰變后，再對樣品進行放射性測量。 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