第五章-放射性污染及其控制-2011-11-28

第五章-放射性污染及其控制-2011-11-28第一页，共85页。第五章放射性污染及其控制第二页，共85页。第五章放射性污染及其控制第一节概述

第二节辐射剂量学基础

第三节放射性废物与防护标准

第四节放射性废物处理技术

第五节放射性污染去污技术第三页，共85页。了解环境中放射性的来源、辐射的生物效应；了解放射性的基本度量单位；了解放射性废物的定义和基本处理途径，了解放射性废物的特点以及辐射防护的一般措施；了解放射性固体废物的处理技术、放射性废液和废气的处理技术；了解放射性污染的去污技术。本章目标第四页，共85页。二、辐射的生物效应●一、环境中放射性的来源●第一节概述第五页，共85页。环境中放射性的来源一放射性：原子核自发地放射出各种射线的现象。放射线物质：能发出放射线的物质。

法国物理学家安东尼·亨利·贝克勒尔1896年发现铀原子核的天然放射性法国物理学家、化学家居里夫人1898年，发现了放射性更强的钋和镭

1975年第十五届国际计量大会为纪念贝克勒尔，将放射性活度的国际单位命名为贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。第六页，共85页。放射源

天然辐射源（天然本底照射）宇宙射线矿石、土壤、天然水、大气人工辐射源核试验放射性污染核能、放射性同位素生产核材料贮存、运输放射性固体废物处理与处置核设施退役动植物的所有组织第七页，共85页。天然辐射源外太空的宇宙射线第八页，共85页。岩石和土壤中的天然放射性物质天然辐射源第九页，共85页。天然辐射源装修建材第十页，共85页。家居饰品天然辐射源第十一页，共85页。首饰天然辐射源第十二页，共85页。人体本身及各种饮料和食物天然辐射源第十三页，共85页。人工辐射源医疗诊断：胸透、拍片和CT等第十四页，共85页。原子弹爆发第十五页，共85页。1986年4月26号，前苏联乌克兰地区发生切尔诺贝利核泄漏事故第十六页，共85页。辐射的生物效应二按效应发生的规律分类按效应出现的时间分类按效应出现的对象分类机体变化确定性效应近期效应躯体效应皮肤损伤生育器官损伤造血器官损伤消化器官损伤中枢神经损伤远期效应白内障免疫系统受损随机性效应癌症遗传效应遗传病第十七页，共85页。（一）按效应发生的规律分类

1.确定性效应定义：一种有“剂量阈值”的效应。受照剂量大于阈值，会发生确定性效应，其严重程度与所受剂量大小有关。例子:白内障，皮肤损伤，生育能力损害等。控制手段：只要将剂量限制在确定性效应的阈值以下，确定性效应就不会发生。第十八页，共85页。2.随机性效应定义：发生概率（而非其严重程度）与剂量大小有关的效应。特点：发生的机率与吸收剂量有关不存在剂量阈值损害程度与吸收剂量无关例子:

辐射引致的癌症，遗传效应随机性效应与剂量：“线性”“无阈”结论：通过减少不必要的照射能降低随机性效应的发生率，但不能完全避免。第十九页，共85页。（二）按效应出现的时间分类

1.近期效应近期效应所出现的急性放射病主要分三类型:1.造血器官损伤型2.消化系统损伤型3.中枢神经损伤型2.远期效应定义：受辐射照射六个月以后出现的机体变化，按照效应出现的对象可分为躯体效应和遗传效应两类。第二十页，共85页。（三）按效应出现的对象分类

1.躯体效应2.遗传效应定义：损伤显现在受照者身上的生物效应。

定义：因生殖细胞受照后生成突变而显现在受照者后代身上的生物效应。第二十一页，共85页。按效应发生的规律分类按效应出现的时间分类按效应出现的对象分类机体变化确定性效应近期效应躯体效应皮肤损伤生育器官损伤造血器官损伤消化器官损伤中枢神经损伤远期效应白内障免疫系统受损随机性效应癌症遗传效应遗传病第二十二页，共85页。放射性活度（一）吸收剂量（二）剂量当量（三）第二节辐射剂量学基础有效剂量当量（四）第二十三页，共85页。（一）放射性活度定义：放射性元素或同位素每秒衰变的原子数，符号为A。国际单位制：Bq（贝克勒尔）1Bq：每秒有一个原子衰变，一克镭放射性活度有3.7×1010Bq。曾用单位：Ci（居里），1Ci=3.7×1010

Bq.描述放射源的放射强度第二十四页，共85页。1.吸收剂量定义：单位质量的受照物质所吸收的平均辐射能量，符号为D。

式中:D——吸收剂量，Gy（戈瑞）。曾用单位拉德，1rad=0.01Gy；

——电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量，J;

dm——受照物质的质量，kg。

定义式：特点：适用于任何类型的辐射和受照物质，且在受照物质中的每一点都有特定的吸收剂量数值。在给出吸收剂量数值时，须指明辐射类型、介质种类和所在位置。（二）吸收剂量戈瑞快中子的剂量引起的损伤和戈瑞γ辐射的剂量引起的损伤相当。第二十五页，共85页。定义式：定义：单位时间内的吸收剂量，符号为

。

式中:——吸收剂量率，Gy/s

dD——时间间隔dt内吸收剂量的增量，Gy

dt——时间间隔，s2.吸收剂量率第二十六页，共85页。生物效应影响因素：辐射类型与能量、吸收剂量与剂量率大小、照射方式、个体差异。不同射线在相同吸收剂量下未必产生同等程度的生物效应。（三）剂量当量定义：用适当的修正因子对吸收剂量进行加权，从而使修正后的吸收剂量更好地反映辐射对机体的危害程度，用H表示，即：单位：Sv（希沃特）曾用单位：rem（雷姆），1remSv在某点所接受的吸收剂量，Gy品质因数，与辐射品质有关的修正因子其他任何修正因素的乘积。目前国际放射防护委员会规定：N＝1戈瑞快中子的剂量引起的损伤和戈瑞γ辐射的剂量引起的损伤相当。第二十七页，共85页。不同种类射线的品质因素（Q）

辐射种类品质因素QX、γ射线，电子或正电子1中子（能量≤10keV）3中子（能量≥10keV）10质子10α粒子、裂变碎片、反冲核20第二十八页，共85页。定义：在全身受到非均匀照射的情况下，人体所有组织或器官所接受的剂量当量与相应的权重因子的乘积之总和。（四）有效剂量当量

式中:HE——有效剂量当量，Sv；

HT

——剂量当量，Sv，在受照组织或器官中引起随机效应的几率，称为危险度；

WT——相应器官或组织的权重因子，表示器官或组织受电离辐射照射时产生随机效应的几率与全身受到均匀照射时产生的随机效应的几率之比值。第二十九页，共85页。器官或组织权重因子（tissueweightingfactor，WT）

组织或器官组织权重因子WT红骨髓结肠肺胃膀胱乳腺肝食道甲状腺皮肤骨表面性腺

其余组织或器官0.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.200.05第三十页，共85页。解：例：

某人骨表面接受的剂量当量，而另一个人骨表面受的照射，同时肝脏又受到的照射，哪个人危险更大些？甲：乙：第三十一页，共85页。二、放射性废物的的特点和分类●一、放射性废物及处理途径●第三节放射性废物与防护标准四、辐射防护一般措施●●三、环境放射性防护标准第三十二页，共85页。一放射性废物及处理途径放射性废物：含有放射性核素或被放射性核素所污染，其浓度或比活度大于审管部门确定的清洁解控水平，预期不会再被利用的废弃物。放射性废物的来源：核燃料生产过程；

反应堆运行过程；核燃料后处理过程；其他来源。第三十三页，共85页。处理基本途径：放射性废气，中、低放放射性废液：净化后有控制排放；高放射性废液与固体废物：浓缩及固化处理，与环境隔绝长期安全存放；放射性固体废物：去污后再循环利用。第三十四页，共85页。第三十五页，共85页。（一）放射性废物的特点①长期危害性

放射性废物的辐射强度只能随时间的推移按指数规律逐渐衰减，一般采用物理、化学、生物处理方法都不能予以消除，只能利用自然衰变的方法使之消失。放射性三废的处理方法是：稀释分散、减容贮存和回收利用。二放射性废物的特点和分类②处理难度大

③处理技术复杂

第三十六页，共85页。（二）放射性废物的分类1.国家分类标准《放射性废物分类标准》（GB9133-1995）按比活度和半衰期将放射性废物分为从处理和处置的角度高放长寿命中放长寿命低放长寿命中放短寿命低放短寿命寿命长短按半衰期30年为限深地层处置浅地层处置地表处置第三十七页，共85页。2.其它分类方法按半衰期分为长半衰期（大于100天）中半衰期（10~100天）短半衰期（小于10天）放射性核素经10倍半衰期，放射性强度降至原来的1/1000，按照此法分类，对短半衰期废水，甲种放射性废物（α射线）便于采用贮存法简单经济地处置。按射线种类分为甲种放射性废物（α射线）乙种放射性废物（β射线）丙种放射性废物（γ射线）第三十八页，共85页。（三）放射性废物的处理原则表5-5国际原子能机构的放射线废物管理基本原则No.基本原则说明1保护人类健康必须确保对人类健康的影响达到可接受水平2保护环境必须确保对环境的影响达到可接受的水平3超越国界的保护考虑超越国界的人员健康和环境的可能影响4保护后代必须保证对后代预期的健康影响不大于当今可接受的水平5给后代的负担放射性废物管理必须保证不给后代造成不适当的负担6国家法律框架必须在适当的国家法律框架内进行，明确划分责任和规定独立的审管职能7控制放射性废物产生放射性废物的产生必须尽可能最少化8放射性废物产生和管理间的相依性必须适当考虑放射性废物产生和管理的各阶段间的相互依赖关系9设施安全必须保证放射性废物管理设施使用寿期内的安全第三十九页，共85页。我国放射性废物管理40字方针减少产生、分类收集净化浓缩、减容固化严格包装、安全运输就地暂存、集中处置控制排放、加强监测第四十页，共85页。三环境放射性防护标准我国在学习和借鉴世界核先进国家的经验，并参照国际原子能机构制定的核安全与辐射防护法规、标准的基础上，结合我国国情，现已发布实施的辐射环境管理的专项法规、标准等计50多项。《辐射防护规定》(GB8703-88)第四十一页，共85页。表5-6不同人员的有效剂量当量限值受照射部位辐射工作人员年有效剂量限值/mSv公众成员的年有效剂量限值/mSv正常照射特殊照射终身照射正常照射全身50100＜2501皮肤、眼晶体15050其他单个器官50050第四十二页，共85页。四辐射防护一般措施外照射的防护1（1）时间防护操作人员所受剂量的大小与操作时间成正比措施：熟悉操作，缩短操作时间（2）距离防护操作人员所受剂量的大小与距放射源距离的平方成反比措施：远距离操作第四十三页，共85页。（3）屏蔽防护射线类型常用屏蔽材料α戴上手套，穿好鞋袜β铝、有机玻璃、混凝土、铅γ、X铅、铁、钨、混凝土、砖中子水、石蜡、含硼聚乙烯第四十四页，共85页。四辐射防护一般措施内照射的防护2防止呼吸道的吸入（inhalation）防止经口、消化道的摄入（ingestion）防止经皮肤、伤口的进入（injection）第四十五页，共85页。二、放射性废液处理技术●一、放射性固体废物处理技术●第四节放射性废物处理技术●三、放射性废气处理技术第四十六页，共85页。第四十七页，共85页。放射性废物处置原则：（1）稀释排放：放射性较低的废物净化后，通过较高的烟囱排入高空或流入江河，使排出的废物经稀释后放射性降低到对人体无害的水平。（2）浓缩贮存：将半衰期较长、放射性较高的废物浓缩或固化（变成固态）后装入不锈钢桶或水泥罐等容器内，经封闭后埋藏在专门地方，与环境隔绝长期安全存放。地层：地球表面许多地区的地层长期以来（长达几亿年）极为稳定，可放心地贮存废物，实现与生物圈的长期隔离。第四十八页，共85页。一放射性固体废物处理技术放射性固体废物湿固体干固体蒸发残渣、沉淀泥浆、过滤滤渣、废树脂等焚烧炉灰、污染劳保用品、工具、设备、活性炭等湿固体干固体固化可燃废物

不可燃废物焚烧固化切割、破碎后压缩减容、包装处置第四十九页，共85页。（一）固化技术弥散性物质：湿固体和焚烧炉灰等干固体固化对象：定义：把废物掺和到惰性而稳定的基材中，废物均匀分布在基材中或被基材包裹，转变为不易向环境扩散的固体。固化剂：固化过程所用的添加剂

固化体：结构完整的整块密实固体第五十页，共85页。1.固化的一般要求（1）放射性废物经固化处理后，所形成的固化体应具有良好的抗浸出性、耐辐射性、耐腐蚀性、生化稳定性及足够的机械强度等；（2）处理过程及设备简单、可靠、安全，材料和能量消耗要低，增容比（即所形成的固化体体积与被固化废物的体积之比）要低；（3）固化剂来源丰富，价廉易得，对废物的包容量要大。第五十一页，共85页。2.固化效果的评价指标固化处理效果常用浸出率、增容比、热导率、机械强度等物理、化学指标予以评价。浸出率

(1)定义：固化体浸于水中或其它溶液中时，其中放射性核素的浸出速度。低浸出率：使放射性污染的扩散减至最小，固化体可长时间存放在地下处置库或水中。第五十二页，共85页。热导率

(2)高热导率：使固化体内部温度过高而损坏的可能性减至最小；容许固化高浓度的放射性废物，又不致产生过高的内部温度。定义：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量。物质导热能力的量度第五十三页，共85页。耐辐射性

(3)保证固化体不致由于放射性废物产生的辐射而损坏。生化稳定性和耐腐蚀性(4)保证固化体不致由于周围环境介质的腐蚀或本身所含有的化学物质的腐蚀而损坏。机械强度

(5)保证固化体在装卸、运输、处置期间的结构完整性，而不致出现破裂或粉碎。第五十四页，共85页。减容比

(6)定义：被固化放射性废物的体积与所形成的固化体体积的比值。用来评价减量化的程度，是鉴别固化方法和衡量最终处置成本的一项重要指标。数学表达式：

式中:CR——固化减容比；

V1——固化前废物体积，m3;

V2——固化后产品体积，m3。

第五十五页，共85页。（1）水泥固化

（2）沥青固化

（3）塑料固化（4）玻璃固化3.常用固化方法（5）陶瓷固化第五十六页，共85页。项目水泥固化沥青固化塑料固化玻璃固化陶瓷固化干废物包容量/%(质量百分数)5～4030～6030～6010～3015～30密度/（g·cm-3

）1.5～2.51.1～1.91.1～1.52.5～3.02.5～3.0浸出率/(g·cm-2·d-1)10-4

～10-110-5～10-310-6～10-310-7～10-410-8～10-5抗压强度/MPa10～30塑性20～100(或塑性)脆性高耐辐照/Gy约108约107约107约109约109投资低中中高高操作和维修简单中等中等复杂复杂适用性低、中放废物低、中放废物低、中放废物高放、α废物高放、α废物应用状况工业规模工业规模工业应用工业应用研究开发表5-8常用固化方法第五十七页，共85页。（二）减容技术目的：减少体积，降低废物包装、贮存、运输和处置的费用。压缩

焚烧

不可燃废物可燃废物，焚烧灰渣必须固化处理。松散的固体废物：压缩减容废弃设备：经切割、破碎后再压缩减容。用标准容器加以包装第五十八页，共85页。原理依靠机械力作用，使废物密实化，减少体积

1.压缩

优点操作简单，设备投资和运行成本低缺点减容倍数比较低(2~10)第五十九页，共85页。常规压缩超级压缩

压缩基本方法

第六十页，共85页。常规压缩

将装满可压缩固体废物的标准金属圆桶（一般为220L）放置在挤压机平台上，由液压将挤压机圆盘压进金属桶，重复多次直到金属桶装满为止。液压挤压机的工作压力在1～100MPa之间。体积减缩因子约为5。每个金属桶约可装100kg的固体废物。第六十一页，共85页。超级压缩

超级压缩机的高端压力大于100MPa。金属、混凝土、橡胶制品和玻璃等重的废物用超级压缩机可压至密度约2500kg/m3。废物类型减容因子压块密度/（kg·m-3）金属废屑4～53200～4000重废物的混合物3.5～51600～2400轻废物的混合物2.5～3.5800～1280塑料制品2～3800～1120

表5-9超级压缩的减容情况

第六十二页，共85页。原理将可燃性废物氧化处理成灰烬(或残渣)。优点减容比大(10~100倍);可使废物向无机化转变，免除热分解、腐烂、发酵和着火等危险;可回收钚、铀等有用物质。

2.焚烧

第六十三页，共85页。干法焚烧湿法焚烧

焚烧基本方法

过剩空气焚烧、控制空气焚烧、裂解、流化床、熔盐炉酸煮解、过氧化氢分解第六十四页，共85页。对放射性废物焚烧，要求：采用专门设计的焚烧炉；炉内维持一定负压；配置完善的排气净化系统；焚烧灰渣应进行固化处理。注意第六十五页，共85页。图5-10典型的焚烧炉及其废气净化系统示意图第六十六页，共85页。核素半衰期短，衰变贮存，放射性物质浓度小于最大允许排放浓度后，排于环境中进行稀释、扩散。

弱放废液

低、中放废液：采用适当的处理方法

将大部分的放射性废物转移到小体积的浓缩物中，并加以贮藏或进一步固化处置；大体积废液检测合格后有控制排放高放废液：蒸发浓缩后贮存，或利用固化技术转变为固化体，进行最终处置。

二放射性废液处理技术絮凝沉淀、蒸发、离子交换、膜技术第六十七页，共85页。表5-10常用放射性废液处理技术的去污系数处理技术去污系数使用对象絮凝沉淀、吸附1~10低、中放废液，洗衣、淋浴水蒸发103~106低、中放废液，高放废液离子交换10~100低、中放废液（低含盐量）反渗透10~40低、中放废液，洗衣、淋浴水去污系数：放射性废液的原有放射性浓度或比活度与处理后的剩余放射性浓度或比活度之比。第六十八页，共85页。三放射性废气处理技术放射性粉尘的处理放射性气溶胶的处理放射性气体的处理碘同位素的处理废气的排放工业除尘器HEPA活性炭滞留、液体吸收等活性炭吸附高烟囱稀释排放第六十九页，共85页。二、化学去污技术●一、概述●第五节放射性污染去污技术●三、机械去污技术第七十页，共85页。放射性气体和气溶胶的逸出和扩散，放射性液体的跑、冒、滴、漏，生产、使用和操作放射性物质的场所与设备，包括操作人员，都有可能会受到不同程度的放射性污染。放射性污染是造成辐射危害的途径之一，必须对工作人员和工作场所的放射性污染加以控制。放射性污染的去污十分重要，尤其对设备检修、事故处理和核设施退役，这是必不可少的措施。

第七十一页，共85页。（一）去污的定义（二）去污的目的

（三）去污技术的基本工艺类型

一概述第七十二页，共85页。（一）去污的定义放射性去污

用物理、化学或生物的方法除去沉积在核设施结构、材料或设备内外表面上的放射性物质。从广义来说，去污实际上只改变了放射性核素的存在形式和位置；去污过程会产生二次废物。第七十三页，共85页。评价指标

去污系数（DF）：去污前污染物放射性活度与去污后放射性活度之比。去污率（DE）：去除的放射性活度占去污前放射性活度的百分数。A0——去污前放射性核素的活度，Bq；

Ai——i次去污后放射性核素的活度，Bq。第七十四页，共85页。No去污类别目的①为运行管理和检修去污在合理的范围内，降低运行和检修工作人员总的放射性照射②为退役进行的去污便于手动拆卸技术的使用③为废物治理进行的去污降低污染水平，使产生的废物能作为放射性较低的废物进行处理和处置④为长期监护进行的去污减少监护贮存方式中残余放射源的数量，或缩短监护贮存周期⑤为环境整治进行的去污出于政治或公众健康和安全的原因，使场地和设施恢复到不受限制使用的状态⑥为其他目的进行的去污如经济目的（回收利用设备和材料）、事故处理等。（二）去污的目的去污总的目的：去除放射性污染物，降低残留的放射性水平。

第七十五页，共85页。化学去污机械去污电抛光去污超声去污每种工艺对特定系统、结构及装置的适用范围不一样；去污效率各不相同；

制定去污技术时应反复比较。（三）去污技术的基本工艺类型第七十六页，共85页。二化学去污技术化学去污的原理：用化学试剂去除沉积在污染部件内外表面上的放射性物质。适用范围：

无损伤管道系统的远距离去污；大面积区域（如地面和墙壁）的有效去污；人难以接近的表面去污。第七十七页，共85页。（一）化学去污的优缺点（二）化学去污常用试剂

（三）化学去污常用工艺

第七十八页，共85页。优点

试剂易得去污快，效率高操作简单、可远程遥控产生的放射性废气较少清洗液经处理可回收再用缺点

对粗糙多孔的表面去污率低清洗液体积大且组分复杂腐蚀和安全问题需试剂贮存和收集设施去污成本高（一）化学去污的优缺点第七十九页，共85页。水（水蒸气）1无机酸及酸盐（硝酸、硫酸氢钠）2有机酸及络合剂（柠檬酸、草酸过氧化物）3碱和含碱盐（氢氧化钠、磷酸钠等）45氧化剂和还原剂（KMnO4、H2O2）去垢剂和有机溶剂6缓蚀剂和表面活性剂7（二）化学去污常用试剂第八十页，共85页。常用试剂原理优缺点举例水（水蒸气）可