环境监测--第7章--辐射与放射污染监测

1、 在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出出、射线，使本身物理和化学性质发生变化射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，称为的现象，称为“放射性放射性”。 由放射性物质所造成的污染，称为放射性污染。由放射性物质所造成的污染，称为放射性污染。u是一种特殊的能量传递方式。是一种特殊的能量传递方式。u可分为：可分为：粒子辐射粒子辐射粒子、粒子、粒子及各种核反应或放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。及中子等。电磁辐射电磁辐射包括可见光、红外线、紫外线、包括可见光、红外线、紫外线、

2、X X射射线及线及射线等。射线等。1、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82）自发放出自发放出4He核（核（粒子）的过程。粒子）的过程。 2、衰变衰变 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。 衰变可分为衰变可分为负负衰变衰变、正正衰变衰变和和电子俘获电子俘获三种类型。三种类型。3、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。 （二

3、）放射性衰变的类型（二）放射性衰变的类型二、放射性污染的来源及核素的分布二、放射性污染的来源及核素的分布（一）（一）放射性污染的来源放射性污染的来源 天然放射性污染天然放射性污染 环境中的放射性环境中的放射性 人为放射性污染人为放射性污染1 1、天然放射性污染、天然放射性污染（1 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 2）天然系列放射性核素）天然系列放射性核素 （3 3）自然界中单独存在的核素）自然界中单独存在的核素2 2、人为放射性污染、人为放射性污染（1 1）核试验及航天事故）核试验及航天事故（2 2）核工业）核工业（3 3）工农业、医学、科研等部门的排放废

4、物）工农业、医学、科研等部门的排放废物（4 4）放射性矿的开采和利用）放射性矿的开采和利用土壤、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：单位：Bq/gBq/g核素核素土壤土壤岩石岩石40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-22 2、在水体中的分布、在水体中的分布各类淡水中各类淡水中226226RaRa及其子代产物的含量及其子代产物

5、的含量 单位：单位：BqBq/L/L核素核素矿泉及深水井矿泉及深水井地下水地下水地面水地面水雨水雨水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 大多数放射性核素均可出现在大气中，但主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（特别是要是氡的同位素（特别是222Rn），它是镭的衰变），它是镭的衰变产物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料产物，能

6、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。着于气溶胶颗粒上。 3、在大气中的分布、在大气中的分布 4、在动植物组织中的分布、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任何动植物组织中都含有一些天然放射性核素，主要有素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和和210Po等，等，其含量与这些核素参与环境和生物体之间发生的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

7、核素含的核素含量有关；动物与饲料、饮水中的核素含量有关。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通常，每人每年从环境中受到的放射性辐射总剂量不超过量不超过2毫希沃特。其中，天然放射性本底辐射占毫希沃特。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。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

8、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危害方式危害方式主要是辐射损伤，导致蛋白主要是辐射损伤，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。应和遗传损伤效应。人体受过量的放射线照射，产生机体反应有三类：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。急性损伤

9、、慢性损伤、远程效应。通过呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤通过呼吸道吸入、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。或粘膜侵入等三种途径进入人体并在体内蓄积。全身吸收剂量达全身吸收剂量达5 5戈瑞时，戈瑞时，1-21-2小时内即小时内即出现恶心、呕吐、腹泻等症状，一周后出现咽炎、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，且体温上升、迅速消瘦等症状，第二周就会死亡，且死亡率死亡率100100。吸收剂量为吸收剂量为4 4戈瑞时，数小时后出现戈瑞时，数小时后出现呕吐，两周内毛发脱落，体温上升，三周内出现紫呕吐，两周内毛发脱落，体温上升，三周内出

10、现紫斑，咽喉感染，四周后有斑，咽喉感染，四周后有5050受照射者死亡，存活受照射者死亡，存活者六个月后才能恢复健康。者六个月后才能恢复健康。轻度急性放射病症状：轻度急性放射病症状：吸收剂量为吸收剂量为2 2戈瑞时，经过大约一周的潜伏期，戈瑞时，经过大约一周的潜伏期，出现毛发脱落、厌食等症状。出现毛发脱落、厌食等症状。吸收剂量为吸收剂量为1 1戈瑞时，将有戈瑞时，将有20202525的受照射者的受照射者发生呕吐等轻度急性放射病症状。发生呕吐等轻度急性放射病症状。辐射损伤：远期效应、驱体效应和遗传效应辐射损伤：远期效应、驱体效应和遗传效应远期效应远期效应系指急性照射后若干时间或较低剂系指急性照射后

11、若干时间或较低剂量照射后数月或数年才发生病变。量照射后数月或数年才发生病变。驱体效应驱体效应指导致受照射者发生白血病、白内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。障、癌症及寿命缩短等损伤效应。遗传效应遗传效应指在下一代或几代后才显示损伤效指在下一代或几代后才显示损伤效应。应。四、放射线污染度量单位四、放射线污染度量单位tNAdd u指电离辐射与物质发生相互作用时，单位质量的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。量吸收状况的物理量。mEDdd Du定义：在生物机体组织内

12、所考虑的一个体积单元定义：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。上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积。H=kDQ 式中：式中： k所有其他修正因素乘积，常取所有其他修正因素乘积，常取1； D吸收剂量，吸收剂量，Gy； Q品质因素，其值决定于导致电离粒子品质因素，其值决定于导致电离粒子 的初始动能、种类及照射类型等。的初始动能、种类及照射类型等。 （见表（见表7-3） 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

13、（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宇宙射线及地面上天然放射宇宙射线及地面上天然放射性核素放射的性核素放射的或或射线对人射线对人体的照射。体的照射。通过呼吸和消化系统通过呼吸和消化系统进入人体内部的放射进入人体内部的放射性核素造成的照射。性核素造成的照射。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：注：表内所列数值均指内、外照射的总剂量当量，不包括天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。然本底照射和医疗照射

14、。 16岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为1.510-2Sv/a。受照射部位受照射部位职业性放射职业性放射性工作人员性工作人员的年最大容的年最大容许剂量当量许剂量当量/Sv放射性工作场所、放射性工作场所、相邻及附近地区工相邻及附近地区工作人员和居民的年作人员和居民的年最大容许剂量当量最大容许剂量当量/Sv广大居民广大居民年最大容年最大容许剂量当许剂量当量量/Sv器官分类器官分类器官名称器官名称第一类第一类全身、性腺、全身、性腺、红骨髓、眼晶体红骨髓、眼晶体510251035104第二类第二类皮肤、骨、甲状腺皮肤、骨、甲状腺3.01013102 1102第三类第三类

15、手、前臂、足踝手、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四类第四类其他器官其他器官1.51011.51025103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 注：注：露天水源的限制浓度值露天水源的限制浓度值是为广大居民规定的，其是为广大居民规定的，其他人员也适用此标准；他人员也适用此标准；放射性工作场所空气中放射性工作场所空气中的最大容许浓度值为职业的最大容许浓度值为职业放射性工作人员规定的，放射性工作人员规定的，工作时间每周按工作时间每周按40h计算；计算；矿井下矿井下222Rn的最大

16、容许的最大容许浓度为浓度为3.7Bq/L。但。但222Rn子体或子体或220Rn子体的子体的潜能潜能值不得大于值不得大于4104MeV/L。放射性同位素放射性同位素露天水源中限制露天水源中限制浓度浓度 / (BqL-1)放射性工作场所空气中最放射性工作场所空气中最大容许浓度大容许浓度 / (BqL-1)名称名称符号符号氚氚铍铍碳碳硫硫磷磷氩氩钾钾铁铁钴钴镍镍锌锌氪氪锶锶碘碘氙氙铯铯氡氡镭镭铀铀钍钍3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.710

17、32.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.62.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3 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，按上表放射性工作场所空气中的最中的限制浓度，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。大容许浓度乘以下表所列

18、比值控制计算。比值控制比值控制 放射性同位素放射性同位素比比 值值放射性工作场所放射性工作场所相邻及附近地区相邻及附近地区广大居民广大居民区区3H、35S、41Ar、85Kr、131Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素其它同位素1/301/100u在单位质量空气中在单位质量空气中X射线和射线和射线全部被空气阻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。止时，空气电离所形成的离子总电荷的绝对值。mQXdd 单位：单位： 照射量率：单位时间内的照射量，照射量率：单位时间内的照射量， 放射性监测方法：放射性监测方法

19、：u定期监测：定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素测定。放射性核素测定。u连续监测：连续监测：在现场安装放射性自动监测仪器，实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。现采样、预处理和测定自动化。u基本步骤基本步骤 ：样品采集，样品前处理，选择适宜方样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定。法、仪器测定。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1.1.漏斗盖；漏斗盖；2.2.漏斗；漏斗；3.3.离子交换离子交换柱；柱；4.4.滤纸浆；滤纸浆；5.5.阳离子交阳离子交换树脂；换树脂；6.6.阴离子交换树

20、脂阴离子交换树脂（一）样品采集（一）样品采集1 1、放射性沉降物的采集、放射性沉降物的采集沉降物沉降物干沉降物干沉降物湿沉降物湿沉降物采集方法：水盘法、黏纸采集方法：水盘法、黏纸法、高罐法。法、高罐法。采集方法：常用一种能同采集方法：常用一种能同时对雨水中核素进行浓集时对雨水中核素进行浓集的采样器。如右图的采样器。如右图2 2、放射性气溶胶的采集、放射性气溶胶的采集 核爆炸产生的裂变产物，各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。体等天然放射性物质。滤料阻留采样法（过滤法）、滤料阻留采样法（过滤法）、

21、静电法、撞击法静电法、撞击法 直接测量；直接测量； 灰化法：滤料在马弗炉中灰化法：滤料在马弗炉中500500灰化灰化1h1h 有机溶剂溶解法：丙酮、乙酸乙酯溶解有机溶剂溶解法：丙酮、乙酸乙酯溶解3 3、放射性气体的采集、放射性气体的采集核工业生产过程中排放及泄露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。等天然放射性气体。活性炭吸附法、硅胶吸附法、活性炭吸附法、硅胶吸附法、 直接抽气测量法直接抽气测量法4 4、其他类型样品的采集、其他类型样品的采集 u水体、土壤、生物样品的采集、制备和保存方法水体、土壤、生

22、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。与非放射性样品所用的方法大致相同。（二）样品预处理（二）样品预处理将样品处理成适于测量的状态，将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。集，以及去除干扰核素。 衰变法衰变法 共沉淀法共沉淀法 灰化法灰化法 电化学法电化学法 有机溶剂溶解法有机溶剂溶解法 蒸馏法蒸馏法 溶剂萃取法溶剂萃取法 离子交换法离子交换法 对放射性物质生产或应用单位对放射性物质生产或应用单位内部工作区域的监测。内部工作区域的监测。对放射性专业工作人员或公众对放射性专业

23、工作人员或公众进行的内照射和外照射的剂量进行的内照射和外照射的剂量监测。监测。 对放射性生产和应用单位外对放射性生产和应用单位外部环境（包括空气、水体、部环境（包括空气、水体、土壤、生物、固体废物等）土壤、生物、固体废物等）的监测。的监测。 即即239Pu(钚钚)、226Ra(镭镭)、224Ra、222Rn(氡氡)、210Po(钋钋)、222Th(钍钍)、234U(铀铀)和和235U。 即即3H、90Sr(锶锶)、89Sr、134Cs(铯铯)、137Cs、131I(碘碘)和和60Co(钴钴)。（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）对放射性核素具体测量的内容分（三）对

24、放射性核素具体测量的内容分u放射源强度，半衰期，射线种类及能量；放射源强度，半衰期，射线种类及能量；u环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空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。间照射量或电离辐射剂量。 二、放射性检测仪器二、放射性检测仪器表表7-47-4 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闪烁检测器盖革计数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，

25、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（一）电离型检测器（一）电离型检测器利用射线通过气体介质利用射线通过气体介质时，使气体发生电离的时，使气体发

26、生电离的原理制成的检测器。原理制成的检测器。测量由于电离作用而产测量由于电离作用而产生的电离电流，适用于生的电离电流，适用于测量强放射性。测量强放射性。测量由每个入射粒子引起电离作用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，适用于测量弱入射粒子逐个计数，适用于测量弱放射性。放射性。电压增高，入射粒子电离，电子电压增高，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

27、脉冲电压发生次数，便可测定射入管内的粒子数目。入管内的粒子数目。（二）闪烁检测器（二）闪烁检测器 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作用发生闪光的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。仪器。下图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，蒽、芪等无机和有机物质，其性能列于下表。和有机物质，其

28、性能列于下表。主要闪烁材料性能主要闪烁材料性能注：注：Ag、Tl是激活剂。是激活剂。物质物质密度密度/ (gcm-3)最大发光波长最大发光波长/nm对对射线的相对射线的相对脉冲高度脉冲高度闪光持续时间闪光持续时间/10-8sZn(Ag)粉粉NaI(Tl)蒽蒽芪芪液体闪烁液液体闪烁液塑料闪烁液塑料闪烁液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。似，但其检测元件是固态半导体。n, p半导体的半导体的n极和极和p极；极； RH电阻。电阻。 三、总放射性强度监测三、总放射性强度监测 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 水体中常见的辐射水体中常见的辐射粒子的核素有粒子的核素有226Ra(镭镭)、222Rn(氡氡)及其衰变产物。目前公认的水样总及其衰变产物。目前公认的水样总放射放射性浓度是性浓度是0.1Bq/L，当大于此