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第七章 辐射与放射性污染监测,1,第一节 概述 第二节 放射性污染物样品的采集与处理 第三节 放射性监测,2,第一节 概 述,一、放射性污染 （一）放射性核衰变 1、核衰变 原子核+核外电子=原子，质子+中子=原子核 不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从原子核内部放出电磁波（）或带有一定能量的粒子（、），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。这种现象叫核衰变或“放射性核蜕变”。,3,2、放射性 在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出、射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，称为“放射性”。 3、放射性污染 由放射性物质所造成的污染，称为放射性污染。,4,4、辐射 是一种特殊的能量传递方式。 可分为： 粒子辐射粒子、粒子及各种核反应或放射性核素自然衰变过程中所放出的高速带电荷粒子及中子等。 电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、X射线及射线等。,5,226Ra(镭)和60Co(钴)的核衰变,6,1、衰变 衰变是不稳定重核（一般原子序数大于82） 自发放出4He核（粒子）的过程。 2、衰变 衰变是放射性核素放射粒子（即快速电 子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的 结果。 衰变可分为负衰变、正衰变和电子俘获 三种类型。 3、衰变 射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或 者基态时所放射的电磁辐射。,（二）放射性衰变的类型,7,二、放射性污染的来源及核素的分布 （一）放射性污染的来源 天然放射性污染 环境中的放射性 人为放射性污染,8,1、天然放射性污染 （1）宇宙射线及其引生的放射性核素 （2）天然系列放射性核素 （3）自然界中单独存在的核素,2、人为放射性污染 （1）核试验及航天事故 （2）核工业 （3）工农业、医学、科研等部门的排放废物 （4）放射性矿的开采和利用,9,（二）放射性核素在环境中的分布 1、在土壤和岩石中的分布,土壤、岩石中天然放射性核素的含量 单位：Bq/g,10,2、在水体中的分布,各类淡水中226Ra及其子代产物的含量 单位：Bq/L,11,大多数放射性核素均可出现在大气中，但主要是氡的同位素（特别是222Rn），它是镭的衰变产物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到大气，其衰变产物是金属元素，极易附着于气溶胶颗粒上。,3、在大气中的分布,12,4、在动植物组织中的分布 任何动植物组织中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量与这些核素参与环境和生物体之间发生的物质交换过程有关，如植物与土壤、水、肥料中的核素含量有关；动物与饲料、饮水中的核素含量有关。,13,三、放射性污染的危害 通常，每人每年从环境中受到的放射性辐射总剂量不超过2毫希沃特。其中，天然放射性本底辐射占50以上，其余是人为放射性污染引起的辐射。放射性元素铀、钍、镭和钾对人体辐射伤害特征见下表。,天然放射性核素的主要辐射特征,危害方式主要是辐射损伤，导致蛋白质分子键断裂和畸变，破坏对人类新陈代谢有重要意义的酶。另外可以直接破坏细胞的组织和结构，对人体产生躯体损伤效应和遗传损伤效应。,14,放射性物质辐射人体的途径,人体受过量的放射线照射，产生机体反应有三类： 急性损伤、慢性损伤、远程效应。,15,放射性核素：通过呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入等三种途径进入人体并在体内蓄积。 致死剂量：全身吸收剂量达5戈瑞时，1-2小时内即出现恶心、呕吐、腹泻等症状，一周后出现咽炎、体温上升、迅速消瘦等症状，第二周就会死亡，且死亡率100。 半致死剂量：吸收剂量为4戈瑞时，数小时后出现呕吐，两周内毛发脱落，体温上升，三周内出现紫斑，咽喉感染，四周后有50受照射者死亡，存活者六个月后才能恢复健康。,16,轻度急性放射病症状： 吸收剂量为2戈瑞时，经过大约一周的潜伏期，出现毛发脱落、厌食等症状。 吸收剂量为1戈瑞时，将有2025的受照射者发生呕吐等轻度急性放射病症状。,17,辐射损伤：远期效应、驱体效应和遗传效应 远期效应系指急性照射后若干时间或较低剂量照射后数月或数年才发生病变。 驱体效应指导致受照射者发生白血病、白内障、癌症及寿命缩短等损伤效应。 遗传效应指在下一代或几代后才显示损伤效应。,18,1、放射性活度（强度），A 放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。是度量核素放射性强弱的基本物理量。 单位： 贝可（Bq），1Bq表示1s内一个原子发生衰变。 居里（Ci），1Ci表示表示1s衰变数3.71010。 1Ci = 103 mCi = 106Ci,四、放射线污染度量单位,19,2、半衰期，T1/2 当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期（T1/2）。,20,3、吸收剂量，D 指电离辐射与物质发生相互作用时，单位质量的物质吸收电离辐射的能量，是反映物质对辐射能量吸收状况的物理量。,单位： 戈瑞（Gy），1Gy表示1kg物质吸收1J的辐射能。 1Gy = 1J/kg 拉德（rad），1 rad = 10-2 Gy 吸收剂量率 ：单位时间的吸收剂量。,21,4、剂量当量，H 定义：在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积。 H=kDQ 式中： k所有其他修正因素乘积，常取1； D吸收剂量，Gy； Q品质因素，其值决定于导致电离粒子 的初始动能、种类及照射类型等。 （见表7-3）,22,表7-3 品质因数与照射类型、射线种类的关系,宇宙射线及地面上天然放射性核素放射的或射线对人体的照射。,通过呼吸和消化系统进入人体内部的放射性核素造成的照射。,23,工作人员、居民年最大容许剂量当量,注：表内所列数值均指内、外照射的总剂量当量，不包括天然本底照射和医疗照射。 16岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为1.510-2Sv/a。,24,放射性同位素在露天水源中的限制浓度 和放射性工作场所空气中的最大容许浓度,注： 露天水源的限制浓度值是为广大居民规定的，其他人员也适用此标准； 放射性工作场所空气中的最大容许浓度值为职业放射性工作人员规定的，工作时间每周按40h计算； 矿井下222Rn的最大容许浓度为3.7Bq/L。但222Rn子体或220Rn子体的潜能值不得大于4104MeV/L。,25,放射性同位素在放射性工作场所以外地区空气中的限制浓度，按上表放射性工作场所空气中的最大容许浓度乘以下表所列比值控制计算。,比值控制,26,5、照射量，X 在单位质量空气中X射线和射线全部被空气阻止时，空气电离所形成的离子总电荷的绝对值。,式中：dQ单位体积空气形成的离子总电荷绝对值， C； dm单位体积空气质量，kg；,单位： SI单位为C/kg，暂时并用的单位是伦琴（R） 1 R = 2.5810-4 C/kg 照射量率：单位时间内的照射量， C/(kgs),27,放射性监测方法： 定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素测定。 连续监测：在现场安装放射性自动监测仪器，实现采样、预处理和测定自动化。 基本步骤 ：样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定。,第二节 放射性污染物样品的采集与处理,28,离子交换树脂 湿沉降物采集器示意图 1.漏斗盖；2.漏斗；3.离子交换柱；4.滤纸浆；5.阳离子交换树脂；6.阴离子交换树脂,（一）样品采集 1、放射性沉降物的采集,沉降物,干沉降物,湿沉降物,采集方法：水盘法、黏纸法、高罐法。,采集方法：常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器。如右图,29,2、放射性气溶胶的采集 放射性气溶胶包括：核爆炸产生的裂变产物，各种来源于人工放射性物质以及氡、钍射气的衰变子体等天然放射性物质。 采集方法：滤料阻留采样法（过滤法）、 静电法、撞击法 样品源的制备方法： 直接测量； 灰化法：滤料在马弗炉中500灰化1h 有机溶剂溶解法：丙酮、乙酸乙酯溶解,30,3、放射性气体的采集 放射性气体包括：核工业生产过程中排放及泄露的气体、核爆炸产生的气态裂变产物，以及氡、钍等天然放射性气体。 采集方法：活性炭吸附法、硅胶吸附法、 直接抽气测量法 4、其他类型样品的采集 水体、土壤、生物样品的采集、制备和保存方法与非放射性样品所用的方法大致相同。,31,（二）样品预处理 预处理目的：将样品处理成适于测量的状态，将样品的欲测核素转变成适于测量的形态并进行浓集，以及去除干扰核素。 常用的样品预处理方法： 衰变法 共沉淀法 灰化法 电化学法 有机溶剂溶解法 蒸馏法 溶剂萃取法 离子交换法,32,第三节 放射性污染物监测,一、监测对象及内容 （一）按照监测对象分,1、现场监测 2、个人剂量监测 3、环境监测,对放射性物质生产或应用单位内部工作区域的监测。,对放射性专业工作人员或公众进行的内照射和外照射的剂量监测。,对放射性生产和应用单位外部环境（包括空气、水体、土壤、生物、固体废物等）的监测。,33,1、放射性核素 即239Pu(钚)、226Ra(镭)、224Ra、222Rn(氡)、210Po(钋)、222Th(钍)、234U(铀)和235U。 2、放射性核素 即3H、90Sr(锶)、89Sr、134Cs(铯)、137Cs、131I(碘)和60Co(钴)。,（二）按主要测定的放射性核素分,34,（三）对放射性核素具体测量的内容分,放射源强度，半衰期，射线种类及能量； 环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空间照射量或电离辐射剂量。,35,二、放射性检测仪器,放射性检测仪器检测放射性的基本原理： 基于射线与物质之间相互作用产生的各种效应，包括电离效应、发光效应、热效应、化学效应和能产生次级粒子的核反应等。 常用的检测器即利用上述效应工作。 类型：电离型检测器 利用电离效应 气体 闪烁型检测器 利用光效应 半导体检测器 利用电离效应 固态半导体,36,表7-4 各种常用放射性检测器,闪烁检测器,盖革计数器,37,1、电离室探测器,电离室示意图,（一）电离型检测器,利用射线通过气体介质时，使气体发生电离的原理制成的检测器。,测量由于电离作用而产生的电离电流，适用于测量强放射性。,38,2、正比计数管,、粒子的电离作用与外加电压的关系曲线,测量由每个入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化，从而对入射粒子逐个计数，适用于测量弱放射性。,39,盖革计数管示意图,射线强度测量装置示意图,3、盖革（GM）计数管,电压增高，入射粒子电离，电子高速向中央丝极移动，与气体分子碰撞产生大量电子及光子，电子在外电路形成脉冲电压，根据脉冲电压发生次数，便可测定射入管内的粒子数目。,40,（二）闪烁检测器,闪烁检测器测量装置示意图 1.闪烁体；2.光电倍增管；3.前置放大器；5.脉冲幅度分析器； 6.定标器；7.高压电源；8.光导材料；9.暗盒；10.反光材料,闪烁检测器是利用射线与物质作用发生闪光的仪器。下图是这种检测器测量装置的工作原理。,41,闪烁体的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等无机和有机物质，其性能列于下表。,主要闪烁材料性能,注：Ag、Tl是激活剂。,42,（三）半导体检测器 半导体检测器的工作原理与电离型检测器相似，但其检测元件是固态半导体。,半导体检测器工作原理示意图 n, p半导体的n极和p极； RH电阻。,43,三、总放射性强度监测 1、水样的总放射性活度的测定 水体中常见的辐射粒子的核素有226Ra(镭)、222Rn(氡)及其衰变产物。目前公认的水样总放射性浓度是0.1Bq/L，当大于此值时，就应对放射粒子的核素进行鉴定和测量，确定主要的放射性核素，判断水质污染情况。,44,2、水样的总放射性活度测定 水样总放射性活度测量步骤基本上与总放射性活度测定相同，但检测器用低本底的盖革计数管，且以含40K的化合物作标准源。 测定方法：,水样,蒸发皿蒸干,残渣,恒重小坩埚,电炉蒸干,马弗炉451h,冷却,定量与标准源 同条件测量,45,3、土壤中总、放射性活度的测定,确定采样范围,沿直线采集表土（10*10cm2，深1cm）,4-5份样品 去杂物,晒干或烘干 压碎,铺成1-2cm厚方块 四分法缩分,200-300g 样品,500灼烧,冷却、研磨 过筛备用,探测器检测,46,4、大气中氡的测定（补） 222Rn(氡)是226Ra(镭)的衰变产物，为一种放射性惰性气体。它与空气作用时，能使之电离。 测定方法： 电离型探测器，通过测量电离电流测定其浓度； 闪烁探测器，记录由氡衰变时放出的粒子来计算其含量。,47,碘的同位素很多，除127I是天然存在的稳定同位素外，其余都是放射性同位素。131I是裂变产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中核燃料元件包壳是否保持完整状态的环境监测指标，也可以作为核爆炸后有无新鲜裂变产物的信号。,各种形态碘的采样器,5、大气中各种形态131I的测定（补）,48,四、外照射个人剂量的监测,估测工作人员受到的外辐射剂量，以了解防护情况的优劣及在医疗条件下病人所受到的照射剂量。 （一）电离室个人剂量计 用来测定工作人员所受到的X射线和射线的照射量。 1、直读式电离室个人剂量计 2、非直读式电离室个人剂量计,49,（二）胶片剂量计 用来测定X射线和射线的照射量，也可测量射线和热中子的吸收剂量。 原理：带电粒子穿过胶片时，形成潜影，经显影后使胶片变黑。变黑程度与照射量大小成正比。胶片变黑程度用光密度计或黑度计来测量。,50,（三）荧光玻璃剂量计（辐射光致发光剂量计） 用于X射线和射线的监测，也可用于射线和热中子混合场的监测。 （四）热释光剂量计 用于X射线和射线的监测，也可用于射线和热中子的剂量监测。,51,五、放射性表面污染的监测,放射性表面污染分为：、放射性污染。 监测方法： 直接监测法：用辐射探测仪直接测量污染表面。通过测量或射线的强度，来确定污染表面的放射活度。 间接监测法：先对污染表面进行擦拭，再对擦拭样品进行测量。,52,本章结束 谢 谢！,53,
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