环境污染放射性监测研究实用教案

1、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(cling)实验室和检测仪器第五节 放射性监测第1页/共42页第一页，共43页。第一节第一节 基基 础础 知知 识识一、放射性一、放射性（一）放射性核衰变（一）放射性核衰变1.核蜕变核蜕变不稳定的原子核能自发不稳定的原子核能自发(zf)地有规律地改变地有规律地改变其结构，从其结构，从原子核内部放出电磁波（原子核内部放出电磁波（）或带有一定能量的粒）或带有一定能量的粒子子（、），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。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

2、变”。2.放射性放射性在衰变过程中，不稳定的原子核能自发在衰变过程中，不稳定的原子核能自发(zf)地放出地放出、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“放射性放射性”。第2页/共42页第二页，共43页。第3页/共42页第三页，共43页。 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(fn ch)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

3、核内质子和中子发生互变的结果。结果。 衰变可分为负衰变可分为负衰变、正衰变、正衰变和电子俘获衰变和电子俘获三种类型。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）放射性衰变（二）放射性衰变(shuibin)的类型的类型第4页/共42页第四页，共43页。 1.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目。目。 2.半衰期半衰期 当放射性的核素因衰变而减少当放射性的核素因衰变而减少(jinsho)到原到原来的一半

4、时所来的一半时所需的时间称为半衰期（需的时间称为半衰期（T1/2）。）。（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：是指用快速粒子核反应：是指用快速粒子(lz)打击靶核而给出新核打击靶核而给出新核（核产物）和另一粒子（核产物）和另一粒子(lz)的过程。的过程。第5页/共42页第五页，共43页。二、照射量和剂量二、照射量和剂量 （一）照射量（一）照射量x或或辐射在单位质量空气中产生一种辐射在单位质量空气中产生一种(y zhn)符号离子总符号离子总 电荷的绝对值电荷的绝对值. mQXdd第6页/共42页第六页，共43页。 （二）吸收剂量（二）吸收剂量 它是表

5、示在电离辐射与物质发生相互作用时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单位质量的物质吸收电离辐射能量大小(dxio)的物的物理量。理量。其定义用下式表示：其定义用下式表示： 式中：式中：D吸收剂量，吸收剂量，SI单位为单位为J/kg，单位的专，单位的专门名称为戈瑞，简称戈，用符号门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示；表示； 电离辐射给予质量为电离辐射给予质量为dm的物质的平的物质的平均能量。均能量。 mEDDddDEd第7页/共42页第七页，共43页。 （三）剂量当量（三）剂量当量 剂量当量（剂量当量（H）定义为：在生物机体组织内）定义为：在生物机体组织内所考

6、虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和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，即所有修正因素的乘积，即H=DQN 式中：式中：D吸收剂量，吸收剂量，Gy； Q品质因素，其值决定于导致品质因素，其值决定于导致(dozh)电离粒电离粒子的初始动能、种类及照射类型等（见表子的初始动能、种类及照射类型等（见表8.1）；）； N所有其他修正因素的乘积。所有其他修正因素的乘积。第8页/共42页第八页，共43页。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

7、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第9页/共42页第九页，共43页。第二节第二节 环境环境(hunjng)(hunjng)中的放射性中的放射性一、环境中放射性的来源一、环境中放射性的来源天然天然(tinrn)放射性核素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第10页/共42页第十页，共43页。（一）天然（一）天然(tinrn)放射性核素放射性核素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. 天然天然(t

8、inrn)系列放射性核素系列放射性核素 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、科研工农业、医学、科研(k yn)等部门的等部门的排放废物排放废物4. 放射性矿的开采和利用放射性矿的开采和利用第11页/共42页第十一页，共43页。二、放射性核素在环境中的分布二、放射性核素在环境中的分布(fnb)（一）在土壤和岩石中的分布（一）在土壤和岩石中的分布(fnb)表表8.2 土壤土壤(trng)、岩石中天然放射性核素的含量、岩石中天然放射性核素的含量 单位：单位：Bq/g核素土

9、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第12页/共42页第十二页，共43页。（二）在水体（二）在水体(shu t)中中的分布的分布表表8.3 各类淡水中各类淡水中226Ra及其子代产物及其子代产物(chnw)的含量的含量 单位：单位：Bq/L核素矿泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.7

10、1023.71033.710-37.410-43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-2第13页/共42页第十三页，共43页。 （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（特别是是氡的同位素（特别是222Rn），它是镭的衰变），它是镭的衰变(shuibin)产产物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到大气，其衰变散到大气，其衰变(

11、shuibin)产物是金属元素，极产物是金属元素，极易附着于气易附着于气溶胶颗粒上。溶胶颗粒上。 （四）在动植物组织中的分布（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，其含其含量与这些核素参与环境和生物体之间发生的物质交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。量有关；动物与饲料、饮水中的核素含量有关。第14页/共42页第十四

12、页，共43页。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通常，每人每年从环境中受到的放射性辐射总剂量不超过剂量不超过2毫希沃特。其中，天然毫希沃特。其中，天然(tinrn)放射性本底辐射放射性本底辐射占占50以上，其余是人为放射性污染引起的辐射。放射性元素铀（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（）、钍（232Th）、镭（）、镭（226Ra）、氡（）、氡（222Rn）和钾（）和钾（40K）对人体的辐射）对人体的辐射伤害特征见表伤害特征见表8.4所示。所示。表表8.4 天然天然(tinrn)放射性核素的主要

13、辐放射性核素的主要辐射特征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第15页/共42页第十五页，共43页。度量辐射剂量的单位是希沃特（简称(jinchng)希）;1毫希沃特等于千分之一希沃特 第16页/共42页第十六页，共43页。第三节第三节 放射性辐射放射性辐射(fsh)(fsh)防防护标准护标准一、我国辐射一、我国辐射(fsh)防护规定防护规定(GB870388 )中的部分规定中的部分规

14、定（一）职业性放射性工作人员和居民每年限制（一）职业性放射性工作人员和居民每年限制 剂量当量剂量当量（二）露天水源中限制浓度和放射性工作场所（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空气中最大容许浓度 第17页/共42页第十七页，共43页。表表8.5 工作人员、居民工作人员、居民(jmn)年最大容许剂年最大容许剂量当量量当量注：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(ylio)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

15、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3.01013102 1102第三类手、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四类其他器官1.51011.51025103第18页/共42页第十八页，共43页。注：露天水源的限制浓度值是为广大居民(jmn)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。放射

16、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3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.62.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.310-11.9102.23.7

17、1023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3第19页/共42页第十九页，共43页。 放射性同位素在放射性工作场所以外地区空气中的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，按表限制浓度，按表8.6放射性工作场所空气中的最大容许浓放射性工作场所空气中的最大容许浓度乘以表度乘以表8.7所列比值控制所列比值控制(kngzh)计算。计算。表表8.7 比值比值(bzh)控制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、

18、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100第20页/共42页第二十页，共43页。二、其他二、其他(qt)国家和机构发布的有关环境国家和机构发布的有关环境放射性标准放射性标准 表表8.8 国际放射国际放射(fngsh)委员会建议的个人剂量限委员会建议的个人剂量限值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21页/共42页第二十一页，共43页。第四节第四节 放射性测量实验室和

19、检测放射性测量实验室和检测(jin c)仪器仪器一、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（一）放射化学实验室 （二）放射性计测实验（二）放射性计测实验室室 二、放射性检测仪器二、放射性检测仪器 （一）电离（一）电离(dinl)型检型检测器测器 （二）闪烁检测器（二）闪烁检测器 （三）半导体检测器（三）半导体检测器 第22页/共42页第二十二页，共43页。表表8.9 各种各种( zhn)常用放射性常用放射性检测器检测器闪烁(shn shu)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

20、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

21、小第23页/共42页第二十三页，共43页。（一）电离（一）电离(dinl)(dinl)型检型检测器测器第24页/共42页第二十四页，共43页。2.正比正比(zhngb)计数管计数管 第25页/共42页第二十五页，共43页。第26页/共42页第二十六页，共43页。（二）闪烁（二）闪烁(shn shu)(shn shu)检测器检测器 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(cilio)；9.暗盒；暗盒

22、；10.反反光材料光材料(cilio) 闪烁检测器是利用射线与物质作用发生闪光(shn gung)的仪器。图8.7是这种检测器测量装置的工作原理。 第27页/共42页第二十七页，共43页。 闪烁体的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等无机(wj)和有机物质，其性能列于表8.10中。表表8.10 主要主要(zhyo)闪烁材料性闪烁材料性能能注：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4.103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020

23、021010060406028484103030.40.80.20.80.30.5第28页/共42页第二十八页，共43页。 （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，但其检测元件似，但其检测元件(yunjin)是固态半导体。其工是固态半导体。其工作原理如作原理如图图8.8所示。所示。第29页/共42页第二十九页，共43页。第五节第五节 放射性监测放射性监测(jin c)一、监测对象一、监测对象(duxing)及内容及内容（一）按照监测对象（一）按照监测对象(duxing)分分 1.现场监测现场监测 对放射性物质生产或应

24、用单位内部工作区域对放射性物质生产或应用单位内部工作区域的监测。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对放射性专业工作人员或公众进行的内照射(zhosh)和外照射和外照射(zhosh)的剂量监测。的剂量监测。 3.环境监测环境监测 对放射性生产和应用单位外部环境（包括空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。气、水体、土壤、生物、固体废物等）的监测。 第30页/共42页第三十页，共43页。 1.放射性核素 即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。 2.放射性核素

25、 即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要（二）按主要(zhyo)测定的放射性核素分测定的放射性核素分（三）对放射性核素具体（三）对放射性核素具体(jt)测量的内容测量的内容分分 放射源强度(qingd)，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(qingd)、空间照射量或电离辐射剂量。 第31页/共42页第三十一页，共43页。三、放射性监测方法三、放射性监测方法 定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素测定或放射性核素测定(cdng)。 连续监测：在现场安装放射性自动监测仪器

26、，连续监测：在现场安装放射性自动监测仪器，实现采样、预处理和测定实现采样、预处理和测定(cdng)自动化。自动化。 基本步骤基本步骤 ：样品采集，样品前处理，选择适宜：样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定方法、仪器测定(cdng)。第32页/共42页第三十二页，共43页。 （一）样品采集（一）样品采集 1.放射性沉降放射性沉降(chnjing)物的采物的采集集 沉降沉降(chnjing)物包括干沉降物包括干沉降(chnjing)物和湿沉降物和湿沉降(chnjing)物。物。 放射性干沉降放射性干沉降(chnjing)物样物样品可用水盘品可用水盘法、黏纸法、高罐法采集。法、黏纸法、高罐法

27、采集。 湿沉降湿沉降(chnjing)物常用一种物常用一种能同时对雨能同时对雨水中核素进行浓集的采样器，如图水中核素进行浓集的采样器，如图8.9所示。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.离子离子交换柱；交换柱；4.滤纸滤纸(lzh)浆；浆；5.阳离子阳离子交换树脂；交换树脂；6.阴离子交换树脂阴离子交换树脂第33页/共42页第三十三页，共43页。 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

28、的衰变子体等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法，其原理与大气中颗粒物的采集相同(xin tn)。 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与非放射性样品所用的方法大致相同(xin tn)。第34页/共42页第三十四页，共43页。 （二）样品预处理（二）样品预处理 预处理目的：将样品处理成适于预处理目的：将样品处理成适于测量测量(cling

29、)的状态，将样品的欲测的状态，将样品的欲测核素转变成适于测量核素转变成适于测量(cling)的形态的形态并进行浓集，以及去除干扰核素。并进行浓集，以及去除干扰核素。 常用的样品预处理方法：常用的样品预处理方法：衰变法衰变法 共沉淀法共沉淀法 灰化法灰化法 电电化学法化学法 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第35页/共42页第三十五页，共43页。 （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 水体中常见的辐射水体中常见的辐射粒子的核素有粒子的核素有226Ra、222Rn及其衰变产物。目前公

30、认的水样总及其衰变产物。目前公认的水样总放射性浓度是放射性浓度是0.1Bq/L，当大于此值时，就应对放射，当大于此值时，就应对放射粒子的核素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。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 水样总水样总放射性活度测量步骤基本上与总放射性活度测量步骤基本上与总放放射性活度测定相同射性活度测定相同(xin tn)，但检测器用低本底的，但检测器用低本底的盖革计数盖革计数管，且以含管，且以含40K的化合物作标准源。的化合物作标准源。第36页/共42页第三十六页，共43页。 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确定采样范围确定采样范围 沿直线采集表土（沿直线采集表土（10*10cm2，深，深1cm） 4-5份样品份样品 去杂物去杂物 晒干或烘干晒干或烘干压碎压碎 铺成铺成1-2cm厚方块厚方块 四分法缩分四分法缩分 200-300g样品样品 500灼烧灼烧(zhu sho) 冷却冷却 研磨研磨 过筛过筛备用备用 土样置于测量盘中土样置于测量盘中 均匀样品层均匀样品层 探测器探测器检检测测、 比放射性活度比放射性活度 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