医学资料7-放射性物质监测

环境放射性监测第七章2021/7/18星期日1医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第1页!教学目标

1、了解放射性污染的来源、计量方法及危害。

2、了解一般监测仪器的工作原理。教学内容 放射性的类型、来源及对人体的危害；放射性防护标准；放射性检测实验室及检测仪器；放射性样品的采集及一般检测方法教学重点 放射性污染物性质特征及常用监测方法的理论讲解。教学难点放射性污染物常用监测方法。第七章放射性污染监测2021/7/18星期日2医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第2页!节概述一、放射性

（一）放射性核衰变

1.核衰变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（γ）或带有一定能量的粒子（α、β），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。这种现象叫核衰变或“放射性核衰变”。

2.放射性在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出α、β、γ射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，称为“放射性”。2021/7/18星期日3医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第3页!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2021/7/18星期日4医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第4页!（二）放射性衰变的类型

1.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

226Ra222Rn+4He不同核素放出的动能不同，一般在2~8MeVα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2021/7/18星期日5医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第5页!3.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。X射线是波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料2021/7/18星期日6医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第6页!同位素丰度半衰期衰变模式衰变能量(MeV)衰变产物U-232人造68.9年自发分裂--

α衰变5.414Th-228U-233人造159200年自发分裂197.93-

α衰变4.909Th-229U-2340.006%245500年自发分裂197.78-

α衰变4.859Th-230U-2350.72%7.038×10^8年自发分裂202.48-

α衰变4.679Th-231U-235m人造约25分钟同质异构转变<1Kr-92，Ba-141，2个中子U-236人造2.342×10^7年自发分裂201.82-

α衰变4.572Th-232U-236m人造121×10^-9秒自发分裂<1-U-237人造6.75日β衰变0.519Np-237U-23899.275%4.468×10^9年自发分裂205.87-

α衰变4.270Th-2342021/7/18星期日7医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第7页!2、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(以前习惯使用的单位是拉德(rad)。1rad=0.01Gy)；——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量。

2021/7/18星期日8医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第8页!表：品质因数与照射类型、射线种类的关系照射类型射线种类品质因素外照射x、γ、e1热中子及能量小于0.005MeV的中能中子3中能中子（0.02MeV）5中能中子（0.1MeV）8快中子（0.5～10MeV）10重反冲核20内照射β

－、β+、γ、e、x1α10裂变碎片、α发射中的反冲核202021/7/18星期日9医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第9页!第二节环境中的放射性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2021/7/18星期日10医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第10页!2.2放射性核素在环境中的分布在水体中的分布。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2021/7/18星期日11医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第11页!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在室内空气中的分布：主要来源于建筑材料2021/7/18星期日12医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第12页!2021/7/18星期日13医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第13页!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2021/7/18星期日14医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第14页!表：天然放射性核素的主要辐射特征放射性核素对人体伤害类型γ射线能量/kev238U外照射伤害186232Th外照射伤害238226Ra内照射伤害、外照射伤害352.840K外照射伤害14602021/7/18星期日15医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第15页!第三节

放射性辐射防护标准一、我国《辐射防护规定》(GB8703—88

)中的部分规定

（一）职业性放射性工作人员和居民每年限制

剂量当量

（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2021/7/18星期日16医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第16页!

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7.1放射性工作场所空气中的最大容许浓度乘以表7.2所列比值控制计算。表7.3

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、226Ra1/301/200其它同位素1/301/1002021/7/18星期日17医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第17页!二、其他国家和机构发布的有关环境放射性标准表

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/(mSv·a－1)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2021/7/18星期日18医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第18页!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2021/7/18星期日19医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第19页!1.电流电离室图8.3电离室示意图（一）电离型检测器2021/7/18星期日20医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第20页!图8.5盖革计数管

示意图图8.6射线强度测量装置示意图3.盖革（GM）计数管2021/7/18星期日21医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第21页!

闪烁体的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等无机和有机物质，其性能列于表8.10中。表8.10

主要闪烁材料性能注：①Ag、Tl是激活剂。物质密度/(g·cm-3)最大发光波长/nm对β射线的相对脉冲高度闪光持续时间/10-8sZn(Ag)粉①NaI(Tl)①蒽芪液体闪烁液塑料闪烁液4.103.671.251.150.861.06450420440410350~450350~4502002101006040~6028~484~103030.4~0.80.2~0.80.3~0.52021/7/18星期日22医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第22页!第五节

放射性监测一、监测对象及内容（一）按照监测对象分1.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

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

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。2021/7/18星期日23医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第23页!三、放射性监测方法 定期监测：采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素测定。

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：样品采集，样品前处理，选择适宜方法、仪器测定。

2021/7/18星期日24医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第24页!2.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

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。2021/7/18星期日25医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第25页!

（三）环境中放射性监测

1.水样的总α放射性活度的测定水体中常见的辐射α粒子的核素有226Ra、222Rn及其衰变产物。目前公认的水样总α放射性浓度是0.1Bq/L，当大于此值时，就应对放射α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β放射性活度测定

水样总β放射性活度测量步骤基本上与总α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的化合物作标准源。2021/7/18星期日26医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第26页!5.大气中各种形态131I的测定碘的同位素很多，除127I是天然存在的稳定同位素外，其余都是放射性同位素。131I是裂变产物之一，它的裂变产额较高，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物的信号。图8.10各种形态碘的采样器

2021/7/18星期日27医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第27页!图8.1226Ra和60Co的核衰变2021/7/18星期日28医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第28页!2.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。2021/7/18星期日29医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第29页!(二）、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

放射性活度单位贝可，符号Bq，1Bq=1s-1(每秒有一个原子衰变，一克的镭放射性活度有3.7×1010Bq。)(常用单位是居里（Ci）)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N=N0e-λt2021/7/18星期日30医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第30页!二、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1、照射量照射量定义为：式中:X—照射量，SI单位为C/kg(还有专业单位R伦琴,1R=2.58*10-4c/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2021/7/18星期日31医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第31页!3、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，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）；

N——所有其他修正因素的乘积。2021/7/18星期日32医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第32页!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及其引生的放射性核素：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核素自然界单独存在的核素：约20种，具有极长半衰期和强度极弱特点（209Bi半衰期大于2*1018

年，40K半衰期大于1.26*109年）.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2021/7/18星期日33医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第33页!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表

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40K2.96×10-2～8.88×10-28.14×10-2～8.14×10-1226Ra3.7×10-3～7.03×10-21.48×10-2～4.81×10-2232Th7.4×10-4～5.55×10-23.7×10-3～4.81×10-2238U1.11×10-3～2.22×10-21.48×10-2～4.81×10-22021/7/18星期日34医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第34页!表各类淡水中226Ra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226Ra222Rn210Pb210Po3.7×10-2～3.7×10-13.7×102～3.7×103<3.7×10-3≈7.4×10-4<3.7×10-23.7～37<3.7×10-3≈3.7×10-4<3.7×10-23.7×10-1<1.85×10-2－－3.7×10～3.7×1031.85×10-2～1.11×10-1≈1.85×10-22021/7/18星期日35医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第35页!2021/7/18星期日36医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第36页!放射性污染有以下特点：(1)一旦产生和扩散到环境中，就不断对周围发出放射线，永不停止。(2)自然条件的阳光、温度无法改变放射性核同位素的放射性活度，人们也无法用任何化学或物理手段使放射性核同位素失去放射性。(3)放射性污染对人类作用有累积性。放射性污染是通过发射α、β、γ或中子射线来伤害人,α、β、γ、中子等辐射都属于致电离辐射。(4)放射性污染既不像化学污染多数有气味或颜色,也不像噪声振动、热、光等污染，公众可以直接感知其存在；放射性污染的辐射，哪怕强到直接致死水平，人类的感官对它都无任何直接感受，从而采取躲避防范行动，只能继续受害。2.3人体中的放射性核素及其危害2021/7/18星期日37医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第37页!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2021/7/18星期日38医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第38页!图放射性物质辐射人体的途径2021/7/18星期日39医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第39页!表7.1工作人员、居民年最大容许剂量当量注：①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。

②16岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为1.5×10-2Sv/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①/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①/Sv广大居民年最大容许剂量当量②/Sv器官分类器官名称类全身、性腺、

红骨髓、眼晶体5×10－25×10－35×10－4第二类皮肤、骨、甲状腺3.0×10－13×10－2②1×10－2第三类手、前臂、足踝7.5×10－17.5×10－22.5×10－2第四类其他器官1.5×10－11.5×10－25×10－32021/7/18星期日40医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第40页!表7.2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

注：①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；②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；③矿井下222Rn的最大容许浓度为3.7Bq/L。但222Rn子体或220Rn子体的α潜能值不得大于4×104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制浓度①/(Bq·L-1)放射性工作场所空气中最大容许浓度②/(Bq·L-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3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn③226Ra③235U232Th1.1×1041.9×1043.7×1032.6×1021.9×102—2.2×1027.4×1033.7×1021.1×1033.7×102—2.62.2×10—3.7×10——1.13.7×103.7×10-11.9×1023.7×101.5×1021.1×102.67.4×103.73.3×103.3×10-11.9×102.23.7×1023.7×10-23.3×10-13.7×1023.7×10-11.1×101.11.1×10-33.7×10-37.4×10-32021/7/18星期日41医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第41页!第四节

放射性测量实验室和检测仪器

（自学）一、放射性测量实验室（一）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）（二）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）二、放射性检测仪器（一）电离型检测器（二）闪烁检测器（三）半导体检测器

2021/7/18星期日42医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第42页!表

各种常用放射性检测器闪烁检测器盖革计数器射线种类检测器特点α闪烁检测器检测灵敏度低，探测面积大正比计数器检测效率高，技术要求高半导体检测器本底小，灵敏度高，探测面积小电流电离室测较大放射性活度β正比计数器检测效率较高，装置体积较大盖革计数器检测效率较高，装置体积较大闪烁检测器检测效率较低，本底小半导体检测器探测面积小，装置体积小γ闪烁检测器检测效率高，能量分辨能力强半导体检测器能量分辨能力强，装置体积小2021/7/18星期日43医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第43页!2.正比计数管

图8.4α、β粒子的电离作用与外加电压的关系曲线2021/7/18星期日44医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第44页!（二）闪烁检测器图8.7闪烁检测器测量装置示意图1.闪烁体；2.光电倍增管；3.前置放大器；5.脉冲幅度分析器；6.定标器；7.高压电源；8.光导材料；9.暗盒；10.反光材料

闪烁检测器是利用射线与物质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。2021/7/18星期日45医学资料7----放射性物质监测共51页，您现在浏览的是第45页!

（三）半导体检测器

半导体检测器的工作原理与电离型检测