第九章環(huán)境中放射性污染監(jiān)測(cè)

第九章

環(huán)境中放射性污染監(jiān)測(cè)第一節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)環(huán)境中的放射性第三節(jié)放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)第四節(jié)放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)儀器第五節(jié)放射性監(jiān)測(cè)第一節(jié)

基礎(chǔ)知識(shí)一、放射性

（一）放射性核衰變1.核蛻變不穩(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（γ）或帶有一定能量的粒子（α、β），降低其能級(jí)水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核蛻變或“放射性核蛻變”。2.放射性在衰變過(guò)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”。圖9.1226Ra和60Co的核衰變1.α衰變?chǔ)了プ兪遣环€(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(guò)程。2.β衰變?chǔ)滤プ兪欠派湫院怂胤派洇铝Ｗ樱纯焖匐娮樱┑倪^(guò)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?chǔ)蒙渚€是原子核從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)或者基態(tài)時(shí)所放射的電磁輻射。（二）放射性衰變的類型1.放射性活度（強(qiáng)度）放射性活度系指單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。2.半衰期當(dāng)放射性的核素因衰變而減少到原來(lái)的一半時(shí)所需的時(shí)間稱為半衰期（T1/2）。（三）放射性活度和半衰期（四）核反應(yīng)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(guò)程。二、照射量和劑量（一）照射量式中：dQ——γ或X射線在空氣中完全被阻止時(shí)，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(fù)的）的總電量值，C；X——照射量，它的SI單位為C/kg，與它暫時(shí)并用的專用單位是倫琴（R），簡(jiǎn)稱倫。（二）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(shí)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(mén)名稱為戈瑞，簡(jiǎn)稱戈，用符號(hào)Gy表示；——電離輻射給予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。

（三）劑量當(dāng)量

劑量當(dāng)量（H）定義為：在生物機(jī)體組織內(nèi)所考慮的一個(gè)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(dòng)能、種類及照射類型等（見(jiàn)表9.1）；

N——所有其他修正因素的乘積。表9.1

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第二節(jié)環(huán)境中的放射性一、環(huán)境中放射性的來(lái)源 天然放射性核素 環(huán)境中的放射性 人為放射性核素（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(dú)存在的核素（二）人為放射性核素1.核試驗(yàn)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(mén)的排放廢物4.放射性礦的開(kāi)采和利用二、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9.2

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40K2.96×10-2～8.88×10-28.14×10-2～8.14×10-1226Ra3.7×10-3～7.03×10-21.48×10-2～4.81×10-2232Th7.4×10-4～5.55×10-23.7×10-3～4.81×10-2238U1.11×10-3～2.22×10-21.48×10-2～4.81×10-2（二）在水體中的分布表9.3

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226Ra222Rn210Pb210Po3.7×10-2～3.7×10-13.7×102～3.7×103<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≈1.85×10-2（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)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(dòng)植物組織中的分布任何動(dòng)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(guò)程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動(dòng)物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。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(guò)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（238U、235U、234U）、釷（232Th）、鐳（226Ra）、氡（222Rn）和鉀（40K）對(duì)人體的輻射傷害特征見(jiàn)表9.4所示。表9.4

天然放射性核素的主要輻射特征放射性核素對(duì)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圖9.2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(guó)《輻射防護(hù)規(guī)定》(GB8703—88

)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(chǎng)所

空氣中最大容許濃度表9.5

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(chǎng)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1.5×10－11.5×10－25×10－3表9.6

放射性同位素在露天水源中的限制濃度和放射性工作場(chǎng)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大居民規(guī)定的，其他人員也適用此標(biāo)準(zhǔn)；②放射性工作場(chǎng)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(shí)間每周按40h計(jì)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(chǎng)所空氣中最大容許濃度②/(Bq·L-1)名稱符號(hào)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——1.13.7×103.7×10-11.9×1023.7×101.5×1021.1×102.67.4×103.73.3×103.3×10-11.9×102.23.7×1023.7×10-23.3×10-13.7×1023.7×10-11.1×101.11.1×10-33.7×10-37.4×10-3表9.7

比值控制

放射性同位素比值放射性工作場(chǎng)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1/301/100二、其他國(guó)家和機(jī)構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標(biāo)準(zhǔn)表9.8

國(guó)際放射委員會(huì)建議的個(gè)人劑量限值人員類別基本極限值/(mSv·a－1)職業(yè)性個(gè)人非隨機(jī)效應(yīng)眼晶體150其他組織500隨機(jī)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(gè)人非隨機(jī)效應(yīng)任何組織50隨機(jī)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(cè)量實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)儀器一、放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室（一）放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（二）放射性計(jì)測(cè)實(shí)驗(yàn)室

二、放射性檢測(cè)儀器（一）電離型檢測(cè)器（二）閃爍檢測(cè)器（三）半導(dǎo)體檢測(cè)器

表9.9

各種常用放射性檢測(cè)器閃爍檢測(cè)器蓋革計(jì)數(shù)器射線種類檢測(cè)器特點(diǎn)α閃爍檢測(cè)器檢測(cè)靈敏度低，探測(cè)面積大正比計(jì)數(shù)器檢測(cè)效率高，技術(shù)要求高半導(dǎo)體檢測(cè)器本底小，靈敏度高，探測(cè)面積小電流電離室測(cè)較大放射性活度β正比計(jì)數(shù)器檢測(cè)效率較高，裝置體積較大蓋革計(jì)數(shù)器檢測(cè)效率較高，裝置體積較大閃爍檢測(cè)器檢測(cè)效率較低，本底小半導(dǎo)體檢測(cè)器探測(cè)面積小，裝置體積小γ閃爍檢測(cè)器檢測(cè)效率高，能量分辨能力強(qiáng)半導(dǎo)體檢測(cè)器能量分辨能力強(qiáng)，裝置體積小1.電流電離室圖9.3電離室示意圖（一）電離型檢測(cè)器2.正比計(jì)數(shù)管

圖9.4α、β粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線圖9.5蓋革計(jì)數(shù)管

示意圖圖9.6射線強(qiáng)度測(cè)量裝置示意圖3.蓋革（GM）計(jì)數(shù)管（二）閃爍檢測(cè)器圖9.7閃爍檢測(cè)器測(cè)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(cè)器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。圖9.7是這種檢測(cè)器測(cè)量裝置的工作原理。

閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)，其性能列于表9.10中。表9.10

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(zhǎng)/nm對(duì)β射線的相對(duì)脈沖高度閃光持續(xù)時(shí)間/10-8sZn(Ag)粉①NaI(Tl)①蒽芪液體閃爍液塑料閃爍液4.103.671.251.150.861.06450420440410350~450350~4502002101006040~6028~484~103030.4~0.80.2~0.80.3~0.5（三）半導(dǎo)體檢測(cè)器

半導(dǎo)體檢測(cè)器的工作原理與電離型檢測(cè)器相似，但其檢測(cè)元件是固態(tài)半導(dǎo)體。其工作原理如圖9.8所示。圖9.8半導(dǎo)體檢測(cè)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(cè)一、監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容（一）按照監(jiān)測(cè)對(duì)象分1.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)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(cè)。2.個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)

對(duì)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(cè)。3.環(huán)境監(jiān)測(cè)

對(duì)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(cè)。

1.α放射性核素即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。2.β放射性核素即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要測(cè)定的放射性核素分（三）對(duì)放射性核素具體測(cè)量的內(nèi)容分放射源強(qiáng)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(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。三、放射性監(jiān)測(cè)方法 定期監(jiān)測(cè)：采樣、樣品預(yù)處理、樣品總放射性或放射性核素測(cè)定。

連續(xù)監(jiān)測(cè)：在現(xiàn)場(chǎng)安裝放射性自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)采樣、預(yù)處理和測(cè)定自動(dòng)化。

基本步驟：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測(cè)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(pán)法、黏紙法、高罐法采集。濕沉降物常用一種能同時(shí)對(duì)雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器，如圖8.9所示。圖9.9離子交換樹(shù)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(yáng)離子交換樹(shù)脂；6.陰離子交換樹(shù)脂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，各種來(lái)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。

（二）樣品預(yù)處理

預(yù)處理目的：將樣品處理成適于測(cè)量的狀態(tài)，將樣品