环境监测第八章环境放射性监测.ppt

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1、第八章第八章 环境中放射性污染监测环境中放射性污染监测第一节 基础知识第二节 环境中的放射性第三节 放射性辐射防护标准第四节 放射性测量实验室和检测仪器第五节 放射性监测第一节第一节 基基 础础 知知 识识一、放射性一、放射性一、放射性一、放射性 （一）放射性核衰变（一）放射性核衰变（一）放射性核衰变（一）放射性核衰变1.1.核蜕变核蜕变核蜕变核蜕变不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从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（原子核内部放出电磁波（原子核内部放出电磁波（原子核

2、内部放出电磁波（）或带有一定能量的粒子）或带有一定能量的粒子）或带有一定能量的粒子）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。），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。这种现象叫核蜕变或这种现象叫核蜕变或这种现象叫核蜕变或这种现象叫核蜕变或“放射性核蜕变放射性核蜕变放射性核蜕变放射性核蜕变”。2.2.放射性放射性放射性放射性在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出、射线，使本身

3、物理和化学性质发生变化的现象，射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，称为称为称为称为“放射性放射性放射性放射性”。图图图图8.18.1226226RaRa和和和和6060CoCo的核衰变的核衰变的核衰变的核衰变1.1.衰变衰变衰变衰变 衰变是不稳定重核（一般原子序数大于衰变是不稳定重核（一般原子序数大于衰变是不稳定重核（一般原子序数大于衰变是不稳定重核（一般原子序数大于8282）自发放出自发放出自发放出自发放出4 4HeHe核（核（核（核（粒子）的过程。粒子）的过程。粒子）的过程。粒子）的过程。2.2.衰变

4、衰变衰变衰变 衰变是放射性核素放射衰变是放射性核素放射衰变是放射性核素放射衰变是放射性核素放射 粒子（即快速电粒子（即快速电粒子（即快速电粒子（即快速电子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的结果。结果。结果。结果。衰变可分为负衰变可分为负衰变可分为负衰变可分为负 衰变、正衰变、正衰变、正衰变、正 衰变和电子俘获衰变和电子俘获衰变和电子俘获衰变和电子俘获三种类型。三种类型。三种类型。三种类型。3.3.衰变衰变衰变衰变 射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或射线

5、是原子核从较高能级跃迁到较低能级或射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或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。者基态时所放射的电磁辐射。者基态时所放射的电磁辐射。者基态时所放射的电磁辐射。（二）放射性衰变的类型（二）放射性衰变的类型1.1.放射性活度（强度）放射性活度（强度）放射性活度（强度）放射性活度（强度）放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。目。目。目。2.2.半衰期半衰期半衰期半衰期当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所当放射性的核素因衰变

6、而减少到原来的一半时所当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所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（需的时间称为半衰期（需的时间称为半衰期（需的时间称为半衰期（T T1/21/2）。）。）。）。（三）放射性活度和半衰期（三）放射性活度和半衰期 （四）核反应（四）核反应 核反应：核反应：核反应：核反应：是指用快速粒子打击靶核而给出新核是指用快速粒子打击靶核而给出新核是指用快速粒子打击靶核而给出新核是指用快速粒子打击靶核而给出新核（核产物）和另一粒子的过程。（核产物）和另一粒子的过程。（核产物）和另一粒子的过程。（核产物）和另一粒子的过程。二、照射量和剂量二、照射量和剂量

7、（一）照射量（一）照射量（一）照射量（一）照射量式中：式中：式中：式中：d dQ Q或或或或X X射线在空气中完全被阻止时，引起质量射线在空气中完全被阻止时，引起质量射线在空气中完全被阻止时，引起质量射线在空气中完全被阻止时，引起质量为为为为d dmm的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正的或的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正的或的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正的或的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正的或负的）的总电量值，负的）的总电量值，负的）的总电量值，负的）的总电量值，C C；X X照射量，它的照射量，它的照射量，它的照射量，它的SISI单位为单位为单位为单位

8、为C/kgC/kg，与它暂时并用，与它暂时并用，与它暂时并用，与它暂时并用的专用单位是伦琴（的专用单位是伦琴（的专用单位是伦琴（的专用单位是伦琴（R R），简称伦。），简称伦。），简称伦。），简称伦。（二）吸收剂量它是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离辐射能量大小的物理量。其定义用下式表示：式中：D吸收剂量，SI单位为J/kg，单位的专门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示；电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量。（三）剂量当量剂量当量（H）定义为：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，即H=DQN式中：D吸收剂量，Gy；Q品质因素，

9、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8.1）；N所有其他修正因素的乘积。表表表表8.18.1品质因数与照射类型、射线种类的关系品质因数与照射类型、射线种类的关系品质因数与照射类型、射线种类的关系品质因数与照射类型、射线种类的关系照射类型照射类型射线种类射线种类品质因素品质因素外照射外照射x、e1热中子及能量小于热中子及能量小于0.005MeV的中能中子的中能中子3中能中子（中能中子（0.02MeV）5中能中子（中能中子（0.1MeV）8快中子（快中子（0.510MeV）10重反冲核重反冲核20内照射内照射、+、e、x110裂变碎片、裂变碎片、发射中的反冲核发射中的反冲核20

10、第二节第二节 环境中的放射性环境中的放射性一、环境中放射性的来源一、环境中放射性的来源天然放射性核素天然放射性核素 环境中的放射性环境中的放射性人为放射性核素人为放射性核素（一）天然放射性核素（一）天然放射性核素1.宇宙射线及其引生的放射性核素宇宙射线及其引生的放射性核素2.天然系列放射性核素天然系列放射性核素3.自然界中单独存在的核素自然界中单独存在的核素（二）人为放射性核素（二）人为放射性核素1.核试验及航天事故核试验及航天事故2.核工业核工业3.工农业、医学、科研等部门的排放废物工农业、医学、科研等部门的排放废物4.放射性矿的开采和利用放射性矿的开采和利用二、放射性核素在环境中的分布二、

11、放射性核素在环境中的分布 （一）在土壤和岩石中的分布（一）在土壤和岩石中的分布（一）在土壤和岩石中的分布（一）在土壤和岩石中的分布表表8.2土壤、岩石中天然放射性核素的含量土壤、岩石中天然放射性核素的含量单位：Bq/g核素土壤岩石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（二）在水体中的分布（二）在水体中的分布表表8.3各类淡水中各类淡水中226Ra及其子

12、代产物的含量及其子代产物的含量单位：Bq/L核素矿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（三）在大气中的分布（三）在大气中的分布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。（四）在动

13、植物组织中的分布（四）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。三、放射性污染的危害三、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（238U、235U、234U）、钍（232Th）、镭（226Ra）、氡（222Rn）和钾（40K）对人体的辐射伤害特征见表8.4所示。表表

14、8.4天然放射性核素的主要辐射特征天然放射性核素的主要辐射特征放射性核素放射性核素对人体伤害类型对人体伤害类型射线能量射线能量/kev238U外照射伤害外照射伤害186232Th外照射伤害外照射伤害238226Ra内照射伤害、外照射伤害内照射伤害、外照射伤害352.840K外照射伤害外照射伤害1460图图图图8.28.2放射性物质辐射人体的途径放射性物质辐射人体的途径放射性物质辐射人体的途径放射性物质辐射人体的途径第三节第三节 放射性辐射防护标准放射性辐射防护标准一、我国一、我国辐射防护规定辐射防护规定(GB870388)中中的部分规定的部分规定（一）职业性放射性工作人员和居民每年限制剂量当量

15、（二）露天水源中限制浓度和放射性工作场所空气中最大容许浓度表表8.5工作人员、居民年最大容许剂量当量工作人员、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。受照射部位职业性放射性工作人员的年最大容许剂量当量/Sv放射性工作场所、相邻及附近地区工作人员和居民的年最大容许剂量当量/Sv广大居民年最大容许剂量当量/Sv器官分类器官名称第一类全身、性腺、红骨髓、眼晶体510251035104第二类皮肤、骨、甲状腺3.010131021102第三类手、前臂、足踝7.51017.51022.510

16、2第四类其他器官1.51011.51025103表表表表8.68.68.68.6 放射性同位素在露天水源中的限制浓度放射性同位素在露天水源中的限制浓度放射性同位素在露天水源中的限制浓度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和放射性工作场所空气中的最大容许浓度和放射性工作场所空气中的最大容许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

17、的潜能值不得大于4104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制浓度/(BqL-1)放射性工作场所空气中最大容许浓度/(BqL-1)名称符号氚铍碳硫磷氩钾铁钴镍锌氪锶碘氙铯氡镭铀钍3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.62.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.

18、310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3放射性同位素在放射性工作场所以外地区空气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，按表中的限制浓度，按表8.6放射性工作场所空气中的最放射性工作场所空气中的最大容许浓度乘以表大容许浓度乘以表8.7所列比值控制计算。所列比值控制计算。表表8.7比值控制比值控制放射性同位素比值放射性工作场所相邻及附近地区广大居民区3H、35S、41Ar、85Kr、131Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/3

19、01/200其它同位素1/301/100二、其他国家和机构发布的有关环境放射性二、其他国家和机构发布的有关环境放射性标准标准表表8.8国际放射委员会建议的个人剂量限值国际放射委员会建议的个人剂量限值人员类别基本极限值/(mSva1)职业性个人非随机效应眼晶体150其他组织500随机效应全身均匀照射50全身均匀照射50不均匀照射50公众个人非随机效应任何组织50随机效应全身均匀照射50不均匀照射50群体不作规定第四节第四节放射性测量实验室和检测仪器放射性测量实验室和检测仪器一、放射性测量实验室一、放射性测量实验室（一）放射化学实验室（二）放射性计测实验室二、放射性检测仪器二、放射性检测仪器（一）

20、电离型检测器（二）闪烁检测器（三）半导体检测器表表8.9各种常用放射性检测器各种常用放射性检测器闪烁检测器盖革计数器射线种类射线种类检测器检测器特特点点闪烁检测器闪烁检测器检测灵敏度低，探测面积大检测灵敏度低，探测面积大正比计数器正比计数器检测效率高，技术要求高检测效率高，技术要求高半导体检测器半导体检测器本底小，灵敏度高，探测面积小本底小，灵敏度高，探测面积小电流电离室电流电离室测较大放射性活度测较大放射性活度正比计数器正比计数器检测效率较高，装置体积较大检测效率较高，装置体积较大盖革计数器盖革计数器检测效率较高，装置体积较大检测效率较高，装置体积较大闪烁检测器闪烁检测器检测效率较低，本底小

21、检测效率较低，本底小半导体检测器半导体检测器探测面积小，装置体积小探测面积小，装置体积小闪烁检测器闪烁检测器检测效率高，能量分辨能力强检测效率高，能量分辨能力强半导体检测器半导体检测器能量分辨能力强，装置体积小能量分辨能力强，装置体积小1.1.电流电离室电流电离室电流电离室电流电离室 图图图图8.38.3电离室示意图电离室示意图电离室示意图电离室示意图（一）电离型检测器（一）电离型检测器2.2.正比计数管正比计数管正比计数管正比计数管 图图图图8.48.4、粒子的电离作用与外加电压的关系曲线粒子的电离作用与外加电压的关系曲线粒子的电离作用与外加电压的关系曲线粒子的电离作用与外加电压的关系曲线

22、图图图图8.58.5盖革计数管盖革计数管盖革计数管盖革计数管示意图示意图示意图示意图图图图图8.68.6射线强度测量装置示意图射线强度测量装置示意图射线强度测量装置示意图射线强度测量装置示意图3.3.盖革（盖革（盖革（盖革（GMGM）计数管）计数管）计数管）计数管（二）闪烁检测器（二）闪烁检测器 图图8.7闪烁检测器测量装置示意图闪烁检测器测量装置示意图1.闪烁体；闪烁体；2.光电倍增管；光电倍增管；3.前置放大器；前置放大器；5.脉冲幅度分析器；脉冲幅度分析器；6.定标器；定标器；7.高压电源；高压电源；8.光导材料；光导材料；9.暗盒；暗盒；10.反光材料反光材料闪烁检测器是利用射线与物质

23、作用发生闪光的仪器。图8.7是这种检测器测量装置的工作原理。闪烁体的材料可用闪烁体的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等无机和，蒽、芪等无机和有机物质，其性能列于表有机物质，其性能列于表8.10中。中。表表8.10主要闪烁材料性能主要闪烁材料性能注：Ag、Tl是激活剂。物质密度/(gcm-3)最大发光波长/nm对射线的相对脉冲高度闪光持续时间/10-8sZn(Ag)粉NaI(Tl)蒽芪液体闪烁液塑料闪烁液4.103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020021010060406028484103030.40.80.20.80.30.5（三）半导体检

24、测器（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。其工作原理如图8.8所示。图图图图8.88.8半导体检测器工作原理示意图半导体检测器工作原理示意图半导体检测器工作原理示意图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。第五节第五节放射性监测放射性监测一、监测对象及内容一、监测对象及内容 （一）按照监测对象分（一）按照监测对象分（一）按照监测对象分（一）按照监测对象分1.现场监测现场监测对放射性物质生产或应用单位内部工作区域的监测。2.个人剂量监测个人剂量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。3.环境监测环境监测

25、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。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）按主要测定的放射性核素分（二）按主要测定的放射性核素分（三）对（三）对放射性核素具体测量的内容分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。三、放射性监测方法三、放射性监测方法定期监测：定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或放射

26、性核素测定。连续监测：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。基本步骤基本步骤：样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定。（一）样品采集（一）样品采集1.放射性沉降物的采集放射性沉降物的采集 沉降物包括干沉降物和湿沉降物。放射性干沉降物样品可用水盘法、黏纸法、高罐法采集。湿沉降物常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器，如图8.9所示。图图8.9离子交换树脂离子交换树脂湿沉降物采集器示意图湿沉降物采集器示意图1.漏斗盖；漏斗盖；2.漏斗；漏斗；3.离子交换柱；离子交换柱；4.滤纸浆；滤纸浆；5.阳离子交换树脂；阳离子交换树脂；6.阴离子交换树脂阴离子交换树脂

27、2.放射性气溶胶的采集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。这种样品的采集常用滤料阻留采样法，其原理与大气中颗粒物的采集相同。3.其他类型样品的采集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。（二）样品预处理（二）样品预处理预处理目的：预处理目的：将样品处理成适于测量的状态，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。浓集，以及去除干扰核素。常用的样品预处理方法：常用的样

28、品预处理方法：衰变法衰变法有机溶剂溶解法有机溶剂溶解法蒸馏法蒸馏法灰化法灰化法溶剂萃取法溶剂萃取法离子交换法离子交换法共沉淀法共沉淀法电化学法电化学法（三）环境中放射性监测（三）环境中放射性监测1.水样的总水样的总放射性活度的测定放射性活度的测定水体中常见的辐射粒子的核素有226Ra、222Rn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。2.水样的总水样的总放射性活度测定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

29、准源。3.土壤中总土壤中总、放射性活度的测定放射性活度的测定4.大气中氡的测定大气中氡的测定222Rn是是226Ra的衰变产物，为一种放射性惰的衰变产物，为一种放射性惰性气体。它与空气作用时，能使之电离，因而可性气体。它与空气作用时，能使之电离，因而可用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度；用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度；也可用闪烁探测器记录由氡衰变时所放出的也可用闪烁探测器记录由氡衰变时所放出的粒粒子来计算其含量。子来计算其含量。5.大气中各种形态大气中各种形态131I的测定的测定碘的同位素很多，除碘的同位素很多，除127I是是天然存在的稳定同位素外，其余天然存在的稳定同位素外，其余都是放射性同位素。都是放射性同位素。131I是裂变是裂变产物之一，它的裂变产额较高，产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中半衰期较短，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作为核爆炸后有无新鲜裂变产物的信号。物的信号。图图8.10各种形态碘的采样器各种形态碘的采样器 本章结束本章结束谢谢 谢！谢！