Transcript 环境放射性监测
环 境 放 射 性 监 测 ——物理环境监测之二 引言 今天核技术在能源、工业、医疗、农业、科 研等民用和军事领域广泛应用。环境中有着 各种来源的放射性。天然放射性，人工放射 性在我们周边广泛存在。 核武器试验、核材料流失、局地天然放射性 异常——显著超过天然放射性水平，甚至超 过限制标准，称为放射性环境污染。 环境放射性监测是环境监测的重要内容 第一节 基础知识 1.1放射性 放射性核衰变 原子核+核外电子=原子，质子+中子=原子核 某些原子核不稳定，能够自发改变结构，称 为核衰变；衰变可以连续进行 放射性衰变的类型 衰变中会放射出具有一定动能的带电或不带 电的粒子——α、β、γ射线。 放射性衰变 天然不稳定核素自发放出射线的特性称为 “天然放射性”。 通过核反应人工制造的核素的放射性称为 “人工放射性”。 226Ra 60Co β 0.306 α4.589 γ 1.17 α4.777 γ0.188 γ1.33 222Rn 60Ni 放射性衰变的类型 α衰变 α衰变：不稳定重核(一般原子序＞82)自发 放出α粒子(4He)的过程 226Ra 222Rn + 4He 不同核素放出的动能不同，一般在2~8MeV α粒子的质量大、速度小，照射物质时易使 其原子、分子发生电离或技法，但穿透能力 小，只能穿透皮肤的角质层 放射性衰变的类型 β衰变 β衰变：放射性核素放射β粒子(快速电子) 的过程，核内质子和中子发生互变的结果 β衰变分为负β衰变(中子变质子)、正β衰 变(质子变中子)和电子俘获(核外电子)三种 β射线的电子速度比α射线高10倍以上，其 穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十 米才被吸收；与物质作用可使其原子电离， 也能灼伤皮肤。 放射性衰变的类型 γ衰变 γ衰变：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。 γ衰变的能级跃迁不改变原子核的原子序和 原子质量数不发生变化，称为同质异能跃迁。 某些不稳定核素经过α或β衰变后，能量仍 较高，可再经过γ衰变达到稳定态。 γ射线是短波电磁辐射(λ=0.007~0.1nm)， 穿透力极强；与物质作用产生光电效应、康 普顿效应和电子成对效应等。 放射性活度和半衰期 放射性活度（强度）单位时间内发生核衰变 的数目 dN A N dt 放射性活度单位 贝可，符号Bq，1Bq=1s-1 半衰期 放射性核素因衰变而减少到原来一 般事件所需要的时间。是放射性核素的基本 特征之一 0.693 T1 / 2 1.2 照射量和剂量 照射量和剂量是表征放射量粒子与物质作用 后产生的效应及其度量的术语 照射量 dQ 照射量定义为： X dm 式中:X—照射量，SI单位为C/kg dQ—α或β射线在空气中完全被阻止时，引 起质量为dm的某一体积单元的空气电离所产 生的带电粒子(正或负)的总电量值 吸收剂量 吸收剂量：表示在电离辐射与物质发生相互 作用时，单位质量的物质吸收电力辐射能量 dE D 大小的物理量 D dm 式中：D—吸收剂量，SI单位为J/kg ，专门 单位戈瑞，简称戈，符号Gy，1Gy=1J/kg dED—电离辐射给予质量为dm的物质 的平均能量 第二节 环境中的放射性 2.1 环境中放射性的来源 环境放射性来源于天然的和人为的放射性 天然放射性 宇宙射线 包括初级宇宙射线和次级宇宙射 线 天然系列放射性核素 与地球同寿，达到母 体与子体的放射性平衡，并成为放射性核素 系列：铀系(母体为238U)、锕系(母体为235U) 和钍系(母体为232Th)，最终成为Pb核素 自然界独立存在的核素 半衰期极长的核素 第二节 环境中的放射性 自然环境中天然存在的放射性称天然放射性 本底，是判断环境是否受到放射性污染的基 准。天然放射性对人体的照射80%为外照射 人为放射性污染源 核试验与航天事故 核工业 工农业、医学、科研 放射性矿物开采 2.2 放射性核素在环境中的分布 在土壤和岩石中的分布。含量变动很大，主 要取决于岩石层的性质和土壤的类型 在水体中的分布。海水中天然放射性核素主 要是40K、87Rb和铀系元素，含量与区域地 理、水体交换等有关；淡水中天然放射性核 素含量与岩石、水文地质、大气交换等有关 一般地下水中含有的放射性高于地面水，而 且铀、镭的含量变化较大 2.2 放射性核素在环境中的分布 在大气中的分布：大多数核素可以出现在空 气中，最主要的是氡的同位素(222Rn)，氡是 镭的衰变产物，从含泪的岩石、土壤、水体 和建筑材料中逸散到空气中。氡在日出前浓 度最高，中午较低，相差十倍以上 在动植物组织中的分布：任何动植物体内都 含天然放射性核素，与土壤、水、肥料有关 在室内空气中的分布：主要来源于建筑材料 2.3 人体中的放射性核素及其危害 放射性核素进入人体的三个途径：呼吸道吸 入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入 由呼吸道吸入的放射性物质，其吸收程度与 放射性核素的性质、状态有关：易溶性的吸 收较快，气溶胶吸收较慢；核素被肺泡粘膜 吸收后，可直接进入血液 正常条件下，每年每人从环境中受到的放射 性辐射总剂量不超过2毫希沃特，其中一半 以上是天然放射性 放射性污染的危害 人体受到放射性射线照射后，常会引起肌体 细胞分子、原子电离，使组织的的某些大分 子结构被破坏，如使蛋白质及核糖核酸、脱 氧核糖核酸分子链断裂，造成组织破坏 人体一次或在短期内接受大剂量照射，将引 起急性辐射损伤 大剂量外照射会严重伤害人体的各组织、器 官和系统 第三节 放射性防护标准 3.1 部分环境质量标准规定了放射性限制值 环境要素 海 水 放射性核素 Co Sr Rn Cs Cs 浓度限值(Bq/L) 0.003 4 0.2 0.6 0.7 放射性防护标准 环境要素 射线或核素 浓度限值(Bq/L) 地下水 总α ≤0.1 总β ≤0.1 生活饮用水 总α ≤0.5 总β ≤1.0 住宅空气 氡及其子体 住房≤200Bq/m3 地下室≤400Bq/m3 3.2 其他国家的辐射防护标准 参见p276，表 8-8 国外有关环境放射性 标准 第四节 放射性测量实验室和检测仪器 放射性测量实验室 放射化学实验室 基本要求 不积尘、通风、不积水、个人防 护、废物专门收集处置 放射性计测实验室 基本要求 屏蔽本底、隔离干扰、良好接 地、供电稳定、恒温 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 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 第五节 放射性监测 5.1 监测对象及内容 监测对象 现场监测 对应用核技术的内部场所的监测 个人剂量 对从事与核有关专业人员以及公 众作内照射和外照射的剂量监测 环境监测 对外环境的放射性水平监测，对 象有空气、水体、土壤、生物、固体废物等 环境监测的主要核素有：α放射性核素和β 放射性核素 放射性监测 监测内容 放射源强度、办衰期、射线种类及能量 环境和人体中放射性含量、空间照射量 或电离辐射剂量 5.2 放射性监测方法 包括定期监测和连续监测 定期监测时同样遵循样品采集、样品与处 理和确定方法、样品分析测定的基本步骤 放射性样品主要采用仪器分析方法，也有 部分采用化学方法 连续监测针对特定的核设施，在现场安装 自动化监测仪器 5.2 放射性监测方法 放射性样品采集 放射性沉降物的采集 与降尘样品的采集相似，水 盘法、粘纸法、高罐法 放射性气溶胶的采集 与大气中颗粒物的采集相 似，滤料阻截法 放射性样品预处理 衰变法 共沉淀法 灰化法 电化学沉积法 5.2 放射性监测方法 基本方法 利用对特定射线强度的计数实现 水中总α放射性活度测定 利用闪烁检测器测量 利用标准源定标、校正 水中总β放射性活度测定 利用低本底盖革计数管测量 利用标准源定标、校正 小结和练习题 本章要点 环境放射性的来源 三种核衰变 半衰期计算 复习题 p285 1、2、3 作业 p285 4、6 突发性环境污染事故的应急监测 由于自然和人类活动，环境在正常情况下处于 “动态平衡”。当环境质量偏离稳态时环境质 量随之变化。若在极短时间内激烈“扰动”， 即发生“瞬态局部严重污染”，即突发性环境 污染事故。它是指：非正常的、不可抗拒，在 时间、地点、场合、排污方式、排污途径、排 污种类、数量、浓度等均难以预料的环境污染 事故 突发性环境污染事故产生的原因 1)生产事故：在化工、石油、煤炭、医药、核工业等 生产过程中使用、生产极毒化学品、易燃易爆物质或 放射性物质，由于不遵守操作规程或设备，管、阀破 裂造成有毒物、放射性物质泄漏、燃烧爆炸等事故。 (2)贮运事故：有毒有害物品在贮存过程中，发生贮 罐腐蚀、破损、仓库火灾、爆炸等事故；危险品在运 输或输送途中，发生沉船、翻车、输送管道泄漏或爆 炸、燃烧等事故。 (3)自然灾害：地质、台风、龙卷风、暴雨、 泥石流、山体滑坡等自然灾害造成工厂、仓库 倒塌、船只沉没，车辆顷翻，如果伴随危险品 流失，将引发恶性环境污染事故。 (4)人类战争：包括两类——一是战争破坏工 厂、仓库、设施、油田、输油管道等；二是战 争中使用化学武器、核武器、生化武器等所造 成严重的环境污染。统计表明，前3类是造成 突发性环境污染事故的主要原因 突发性环境污染事故的分类 根据事故发生原因、主要污染物性质和事故表现 形式等，可以分为7类 1)有毒有害物质污染事故：指在生产、生活过程 中因生产、使用、贮存、运输、排放不当导致有 毒有害化学品泄漏或非正常排放所引发的污染事 故。 (2)毒气污染事故：实际是上面事故的一种，由 于毒气污染事故最常见，所以另列，主要有毒、 有害气体有一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气等。 (3)爆炸事故：易燃、易爆物质所引起的爆 炸、火灾事故。例如，煤矿瓦斯、烟花爆竹 厂以及煤气、石油液化气、天然气、油漆、 硫磺使用不当造成的爆炸事故。有些垃圾、 固体废物堆放或处置不当，也会发生爆炸事 故。 (4)农药污染事故：剧毒农药在生产、贮存、 运输过程中，因意外、使用不当所引起的泄 漏所导致的污染事故。 (5)放射性污染事故：生产、使用、贮存、 运输放射性物质过程中不当而造成核辐射危 害的污染事故。 (6)油污染事故：原油、燃料油以及各种 油制品在生产、贮存、运输和使用过程 中因意外或不当而造成泄漏的污染事故。 (7)废水非正常排放污染事故：因排放不 当或事故使大量高浓度废水突然排入地 表水体，致使水质突然恶化 突发性环境污染事故的特征 (1)形式多样性 (2)发生的突然性 (3)危害的严重性 (4)处理处置的艰巨性 (5)突发性环境污染事故的规律性 突发性环境污染事故的应急监测 突发性污染事故的应急监测是一种特定目的 的监测，它要求监测人员在第一时间到达事 故现场，用小型便携、快速检测仪器或装置， 在尽可能短的时间内判断和测定污染物的种 类、污染物的浓度、污染范围、扩散速度及 危害程度，为领导决策提供科学依据。应急 监测是事故应急处置、善后处理的技术支持， 为正确决策赢得宝贵时间、有效控制污染范 围、缩短事故持续时间、减小事故损失起着 重要作用。 应急监测的原则 (1)预防与应急监测相结合 (2)成立应急事故组织机构 (3)进行预防和减少发生几率的分析 (4)提高群众的预防意识 突发性事故的应急组织和网络 突发性事故是现代社会需要应对的重要课题。 包括高致病流行性病的爆发、火灾等，它既有 突发和难以防范的一面，又有采取各种防范措 施减少、杜绝事故发生的可能性。世界各国特 别是发达国家均投入相当的资金、人力、物力， 采取规范措施以预防、减少事故的发生。 发生事故后临时成立“领导小组”不是最好的 方法 应急响应系统 应急响应系统包括：应急响应程序、应急组织系 统、应急通讯系统、应急防护和救援、应急预案 和应急状态终止等6个部分。 应急组织系统 应急组织系统以县以上行政区域作为应 急响应程序的框架，依据我国部门间行 政职能的划分，可设立以下相应的应急 组织 (1)应急委员会 (2)应急办公室 (3)各应急专业组 应急通讯系统 应急通讯系统包括 事故报警 应急指挥 应急信息发布