上海放射污染上岗证培训 .ppt
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1、1建筑室内放射污染控制与检测建筑室内放射污染控制与检测GB 50325-2010国家标准内容讲解国家标准内容讲解 (上岗培训讲稿)(上岗培训讲稿)王王 喜喜 元元2012.7.1 2 内容内容:1 1、放射性基础知识、放射性基础知识 、什么是放射性?什么是天然放射性?什么是人工放射性?、什么是放射性?什么是天然放射性?什么是人工放射性?、物质的放射现象有什么规律?、物质的放射现象有什么规律?、放射性与射线关系?有哪几种射线?射线有什么性质?衰、放射性与射线关系?有哪几种射线?射线有什么性质?衰变能的宏观表现?变能的宏观表现?等等 2 2、“规范规范”GB 50325-2010GB 50325-
2、2010有关内容(重点)有关内容(重点)(补充补充“民用建筑防氡技术规程民用建筑防氡技术规程”部分内容及部分内容及“中国室内氡研中国室内氡研究究”部分研究成果)部分研究成果)3 3、熟悉常用仪器性能、熟悉常用仪器性能 4 4、工作中实际问题的处理、工作中实际问题的处理 参考书:参考书:从核弹到核电从核弹到核电核能中国核能中国 3 一、民用建筑室内环境检测一、民用建筑室内环境检测涉及的放射性知识涉及的放射性知识 (按高中(按高中大一大一 数理水平掌握?数理水平掌握?)1 1、天然天然放射性的偶然发现放射性的偶然发现 及天然放射性的一般属性及天然放射性的一般属性 (以往多数学员能够很好理解;以往多
3、数学员能够很好理解;参考书:从核弹到核电参考书:从核弹到核电核能中国核能中国第一章,第三章第一章,第三章)4放射性(核现象)的发现一口气打开(微观世界)放射性(核现象)的发现一口气打开(微观世界)三扇大门:三扇大门:原子核原子核 原子原子 分子。分子。能穿透人身的是什么东西?能穿透人身的是什么东西?肉眼看不见的射线。肉眼看不见的射线。射线射线天然放射性天然放射性。威尔姆威尔姆 康拉德康拉德 伦琴,伦琴,德国德国物理学家物理学家。(电子管产生后)。(电子管产生后)18951895年年1111月月8 8日,伦琴在进行日,伦琴在进行电子管加压电子管加压实验时第一次注意到某种实验时第一次注意到某种射线
4、(射线(阴极射线阴极射线)产生,他称它为产生,他称它为X X射线,并用射线,并用X X射线拍摄了著名解射线拍摄了著名解剖学教授克利克尔一只手的照片(下页图)。剖学教授克利克尔一只手的照片(下页图)。这是人类第一次这是人类第一次发现发现“穿透性射线穿透性射线”,它能穿透普通光线所不能穿透的某些材料(下页它能穿透普通光线所不能穿透的某些材料(下页图片)。图片)。19011901年诺贝尔奖第一次颁发,伦琴由于这一发现而获得了这一年诺贝尔奖第一次颁发,伦琴由于这一发现而获得了这一年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。1896.2 1896.2 贝科勒尔的贝科勒尔的天然放射性天然放射性发现(发现(从神
5、秘的从神秘的x x 射线开始)射线开始)又掀开了认识又掀开了认识微观世界的微观世界的新的一页。新的一页。56、卢瑟福卢瑟福发现并提出了发现并提出了原子的原子的有核结构模型有核结构模型(下页)(下页)19091909年,卢瑟福发现,年,卢瑟福发现,在重金属薄片中在重金属薄片中粒子的散射一般是微粒子的散射一般是微小的,约一度左右,同时发现了反散射现象小的,约一度左右,同时发现了反散射现象(下页图)(下页图)。“除非你承认这种体系,即原子质量的大部分集中成微小的核,除非你承认这种体系,即原子质量的大部分集中成微小的核,否则你就怎么也不可能得到那种数量级的散射。原子具有一个带电否则你就怎么也不可能得到
6、那种数量级的散射。原子具有一个带电的微小而重的中心。的微小而重的中心。”原子的大小在原子的大小在1010-8-8厘米量级厘米量级,即小数点后七个零(,即小数点后七个零(0.000000010.00000001厘厘米),米),原子核大小在原子核大小在10-10-1313厘米量级厘米量级(即小数点后(即小数点后1212个零)。这样小个零)。这样小的东西,按我们生活范围的尺度比,简直难以想象(在一根头发丝的东西,按我们生活范围的尺度比,简直难以想象(在一根头发丝粗细的横断面上,竟能排下数以十万计的、有一定结构的原子),粗细的横断面上,竟能排下数以十万计的、有一定结构的原子),那可真是微观世界那可真是
7、微观世界。原子核比原子小约原子核比原子小约1010万倍,比方说,万倍,比方说,如果原子象一个大型商场如果原子象一个大型商场大厅那样大的话,那么,原子核充其量不过象一颗小米粒那样大小大厅那样大的话,那么,原子核充其量不过象一颗小米粒那样大小。可见,原子空间是多么的可见,原子空间是多么的“空洞无物空洞无物”,然而,然而,整个原子重量的千整个原子重量的千分之九百九十九以上集中在那个小米粒上分之九百九十九以上集中在那个小米粒上(核外电子的质量仅为质(核外电子的质量仅为质子或中子质量的一千八百四十分之一)。子或中子质量的一千八百四十分之一)。7 2、放射性放射性原子核衰变原子核衰变射线射线 、三种射线三
8、种射线三种粒子三种粒子三种衰变三种衰变(卢瑟福的实验卢瑟福的实验)(1903)8 衰变衰变(射线、射线、粒子):粒子):两个质子和两个中子两个质子和两个中子牢固地结合牢固地结合成一团,从核里跑出来,成一团,从核里跑出来,带带2 2份正电份正电。例如,。例如,238238U U9292放射的放射的粒子带粒子带有能量有能量4.1Mev 4.1Mev 等(这对于一个微观粒子来说是个很大的数字!)。等(这对于一个微观粒子来说是个很大的数字!)。原来的母核放射后,核中的质子数减少原来的母核放射后,核中的质子数减少2 2,变成另一种核(,变成另一种核(234234RaRa9090),),叫衰变子体。叫衰变
9、子体。衰变衰变(射线、射线、粒子):粒子):从核里跑出一个电子。跑出来从核里跑出一个电子。跑出来的的电子带电子带1 1份负电份负电,也带有能量,也带有能量,例如,例如,4040K K放射的放射的粒子,最大能粒子,最大能量为量为1.46Mev1.46Mev,原来母核在放射后,核中的质子数增加,原来母核在放射后,核中的质子数增加1 1,中子数减,中子数减少少1 1,所以衰变产物的原子序数增加,所以衰变产物的原子序数增加1 1,成为氩,成为氩 4040ArAr。衰变衰变(射线射线光子):光子):从核里放射出来的粒子从核里放射出来的粒子不带电不带电荷荷。例如,例如,4040K K在放射在放射粒子时,还
10、会放射出能量为粒子时,还会放射出能量为1.46Mev1.46Mev的光子。的光子。U U238238,U U235235,ThTh232232等在一连串衰变中,也会放射光子(等在一连串衰变中,也会放射光子(射线)射线)9 核衰变随时间变化规律及核衰变随时间变化规律及“半衰期半衰期”:凡不稳定的核,发生衰变的快慢不同。为了表示衰变凡不稳定的核,发生衰变的快慢不同。为了表示衰变的快慢不同,经常采用概念的快慢不同,经常采用概念“半衰期半衰期”,它的意思是:,它的意思是:某某种核由于衰变而数量减少到一半所需要的时间种核由于衰变而数量减少到一半所需要的时间。例如:例如:铀铀 U U238238的半衰期是
11、的半衰期是4545亿年亿年(4.5(4.510109 9)。铀铀 U U235235的半衰期是的半衰期是7 7亿年(亿年(7.17.110108 8年年)。铀铀 U U234234的半衰期是的半衰期是2.52.5万年万年(2.48(2.4810105 5年年)。钍钍 ThTh232232的半衰期是的半衰期是140140亿年(亿年(1.391.3910101010年年)。钾钾 K K4040的半衰期是的半衰期是1313亿年亿年(1.31(1.3110109 9年年)。铷铷 RbRb8787的半衰期是的半衰期是500500亿年。亿年。钚钚 PuPu239239的半衰期是的半衰期是24,00024,
12、000年。年。氚氚 H H3 3的半衰期是的半衰期是12.2612.26年,年,钋钋 PoPo210210130d130d等等。等等。(衰变随时间变化的衰变随时间变化的指数规律指数规律,下页),下页)10 一般说来,放射性原子核数随时间一般说来,放射性原子核数随时间衰变而减少,呈现规律性,可以用下面衰变而减少,呈现规律性,可以用下面一个一个指数式指数式表示:表示:N=NN=N0 0 e et t 衰变随时间变化的衰变随时间变化的指数规律指数规律:11式中:式中:N N t t 时刻的原子核数,时刻的原子核数,N N0 0 开始时刻的原子数,开始时刻的原子数,衰变常数,可以表示衰变的快慢(衰变常
13、数,可以表示衰变的快慢(大,大,衰变快;衰变快;小,衰变慢。与半衰期的作用一样)。小,衰变慢。与半衰期的作用一样)。从这个式子可以看出,时间越长,留下来未衰变的原从这个式子可以看出,时间越长,留下来未衰变的原子核数越少,呈子核数越少,呈自然指数下降自然指数下降的规律。的规律。如果令如果令N=NN=N0 0/2/2(即衰减一半),代入上式,那么,(即衰减一半),代入上式,那么,可以求出:可以求出:T T1/21/2(半衰期)(半衰期)=ln2/=ln2/12 并且,可以从并且,可以从N=NN=N0 0 e et t 式求出式求出单位单位时间里由于衰变原子核的减少数量时间里由于衰变原子核的减少数量
14、(即衰变(即衰变率率,即单位时间里的衰变数,即单位时间里的衰变数 ):):=N0e(t)利用此式,通过测量放射性衰变率(利用此式,通过测量放射性衰变率()可以求出衰变)可以求出衰变常数常数(或者半衰期(或者半衰期 T T,回避了对回避了对N N及及N N0 0的测量。下页例的测量。下页例)。)。13 例:利用测定不同时间的衰变率求半衰期:例:利用测定不同时间的衰变率求半衰期:例:例:某某放射性物质现在(放射性物质现在(t t1 1=0=0)测得)测得1h1h内的衰变数为内的衰变数为100100个,个,2 2天后测得天后测得1h1h内的衰变数为内的衰变数为2020个个/h/h(t2=2t2=2)
15、,求,求半衰期。半衰期。按题意按题意:(dN/dt)1=100个个/h;2 2天后测得天后测得1h1h内的衰变数为内的衰变数为2020个个/h/h(t2=2),即:即:(dN/dt)2=20个个/h。将将t t1 1=0=0,t2=2(天天)一并代入下式:一并代入下式:(dN/dt)1/(dN/dt)2 =e(0-2)=e(2)=5;即:即:2=ln5 =ln5/2;已知:已知:T T(半衰期)(半衰期)=ln2/=ln2/将将 ln5 1.61 1.61,ln2ln20.690.69,代入代入,可以求出:可以求出:T=0.86 d=20.6 h。(射线的穿透性见下页)射线的穿透性见下页)14
16、 、射线的穿透性射线的穿透性:射线的穿透能力比射线的穿透能力比射线强的多,射线强的多,比比射线的穿透能力更强。射线的穿透能力更强。射线的穿透力射线的穿透力15 、衰变能衰变能核衰变过程中释放出的能量核衰变过程中释放出的能量。(增加内容增加内容 从核弹到核电从核弹到核电核能中国核能中国第三章,)第三章,)原子核在衰变(原子核在衰变(、)过程中放射出的粒子呈高速运动,均带有一定)过程中放射出的粒子呈高速运动,均带有一定能量,与周围物质发生作用(弹性碰撞、电离能量,与周围物质发生作用(弹性碰撞、电离生物、光电等)后,停止下来生物、光电等)后,停止下来(甚至被吸收、消失),动能转化为热能。虽然单个粒子
17、的能量很小(甚至被吸收、消失),动能转化为热能。虽然单个粒子的能量很小(KevKevMevMev量级)转化的热能也很小,但数量巨大的原子核持续衰变的放射性强度和释量级)转化的热能也很小,但数量巨大的原子核持续衰变的放射性强度和释放出的各种粒子可以转化的能量总和就十分可观,宏观表现有:放出的各种粒子可以转化的能量总和就十分可观,宏观表现有:1 1、衰变能宏观表现之一:加热了地球。衰变能宏观表现之一:加热了地球。正是由于正是由于4545亿年来,亿年来,地球上的地球上的放射性同位素放射性同位素的不停衰变,的不停衰变,地球才有今天(表面温暖宜人,地球才有今天(表面温暖宜人,内部执热高温内部执热高温地震
18、、火山、地热等)。地震、火山、地热等)。同位素同位素:包含有相同质子数但包含不同中子数的一类原子核称包含有相同质子数但包含不同中子数的一类原子核称为同位素为同位素。已经发现的各种各样原子核(同位素)总共有已经发现的各种各样原子核(同位素)总共有14001400多种多种。例如铀(例如铀(U U),核中都含有),核中都含有9292个质子,所以它的原子序数是个质子,所以它的原子序数是9292,但,但是,它的核中所含有的中子数可以很不相同,单单铀的同位素就有是,它的核中所含有的中子数可以很不相同,单单铀的同位素就有十几种。在这十几种。在这14001400多种原子核中,多种原子核中,只有只有300300
19、种是稳定的种是稳定的,即使你把即使你把它冷到零下多少度,或者放在几千度的火中烧,它也无动于衷。我它冷到零下多少度,或者放在几千度的火中烧,它也无动于衷。我们呼吸的氧气,它的原子量是们呼吸的氧气,它的原子量是1616,核中包含,核中包含8 8个质子和个质子和8 8个中子,就个中子,就是十分稳定的。但是,另外的是十分稳定的。但是,另外的11001100种原子核是不稳定的。种原子核是不稳定的。162 2、衰变能宏观表现之二:核电站停堆后的燃料棒衰变能宏观表现之二:核电站停堆后的燃料棒(铯铯-137-137、锶、锶-90-90等等、衰变,衰变,单单Cs-137Cs-137的半衰期的半衰期3030年,年
20、,还有其它短寿命同位素如下页还有其它短寿命同位素如下页)强辐射强辐射和和高温(衰变能)使得人无法靠近高温(衰变能)使得人无法靠近。(据日本计划:日本福岛核电站的最后处理(据日本计划:日本福岛核电站的最后处理估计要估计要3030年后才能完成;切尔诺贝利核电站至今还是石棺封状)。年后才能完成;切尔诺贝利核电站至今还是石棺封状)。1718 同位素同位素(天然)(天然)钾钾K K4040铷铷RbRb3737铀铀U U238238铀铀U U235235钍钍ThTh232232铼铼ReRe137137半衰期半衰期T T1/21/2(10108 8年)年)13.1470或或50045.17.13139430
21、同位素同位素(核裂变产物)核裂变产物)碘碘(挥发)(挥发)I-131I-131氙氙(气态)(气态)Xe-133Xe-133氪氪(气态)(气态)Kr-85Kr-85钡钡Ba-140Ba-140铯铯Cs-137Cs-137锶锶Sr-90Sr-90半衰期半衰期T T1/21/28 8天天5.35.3天天 9.49.4年年1313天天3030年年2020年年 几种天然放射性同位素(几种天然放射性同位素(兰兰)及裂变产物()及裂变产物(红红)的半衰期)的半衰期 19 (5 5)、)、铀铀 U U238238(镭(镭-Ra-Ra226226)、钍、钍ThTh232232(镭镭 RaRa224224)的的衰
22、变产生多种射线和氡气,钾衰变产生多种射线和氡气,钾K K4040的的()衰变:衰变:1、U U238238的衰变过程如下(要记住的衰变过程如下(要记住兰字兰字部分)部分):铀铀-U-U238238-镭镭-Ra-Ra226226-氡氡-Rn-Rn222222(3.82d3.82d,)-钋钋-Po-Po218218(3.05m3.05m,)-。2 2、钍钍ThTh232232 的衰变过程如下(要记住兰字部分)的衰变过程如下(要记住兰字部分):钍钍ThTh232232 镭镭Ra228Ra228锕锕 AcAc228228 钍钍ThTh228228 镭镭 RaRa224224 RnRn220220(54
23、.5s54.5s,)钋钋PoPo216216 (0.158s0.158s,)3 3、钾、钾K K4040 的衰变过程如下:的衰变过程如下:钾钾 K K 4040()Ca Ca 4040 (钙)。(钙)。20重量百分比重量百分比半衰期半衰期T T1/21/2年年放射量放射量%粒子能量粒子能量MeVMeVU23899.284.510948.94.18U2350.7147.11082.24.4U2340.005482.4810548.94.8 天然铀的成分天然铀的成分(引自古雪夫手册)(引自古雪夫手册)21 土壤是由岩石风化而形成的,一般岩石有万分土壤是由岩石风化而形成的,一般岩石有万分之零点几的铀
24、(同时也有镭,钍、钾等),所以,之零点几的铀(同时也有镭,钍、钾等),所以,土壤里也就不能逃脱铀等的土壤里也就不能逃脱铀等的“天然污染天然污染”。同样,。同样,凡是由岩石材料制造的东西,例如,水泥、砖、混凡是由岩石材料制造的东西,例如,水泥、砖、混凝土、砌块、加气混凝土、地板砖、卫生陶瓷和石凝土、砌块、加气混凝土、地板砖、卫生陶瓷和石灰等,也就无一例外的含有铀、镭,钍、钾等。灰等,也就无一例外的含有铀、镭,钍、钾等。提炼铀比黄金还要难(现在普遍使用提炼铀比黄金还要难(现在普遍使用气体扩散气体扩散法,下页)法,下页)。铀用于原子弹,必须将铀用于原子弹,必须将U U235235浓缩到浓缩到9090
25、左右。左右。22 浓缩铀浓缩铀U U235235气体扩散气体扩散法法(以下为知识性内容,不要求掌握):(以下为知识性内容,不要求掌握):U U235235只是混在大量只是混在大量U U238238中的微量中的微量“杂质杂质”。从化学性质以及原子。从化学性质以及原子质量上讲,它同质量上讲,它同U U238238简直像一对双胞胎,差别极小,很难分开。简直像一对双胞胎,差别极小,很难分开。气体扩散法(利用气体扩散法(利用U U235235与与U U238238的原子量微笑差别)的特点是:先的原子量微笑差别)的特点是:先把金属铀转变为铀的氟化物把金属铀转变为铀的氟化物UFUF6 6气体,使之向一个方向
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