第十一章其他物理性污染及防治

第十一章其他物理性污染及防治第一节放射性污染与防治第二节非电离辐射与防护第三节光污染与防护第四节热污染与防治第一节放射性污染与防治一、放射性的基础知识（一）放射性的概念及分类（二）辐射的来源及应用（三）核素和放射性同位素的应用（四）放射性和核辐射量单位（五）电离辐射生物效应（六）辐射安全防护（七）放射性污染处置对策1986年4月26日切诺贝利核电站核泄漏2011年3月11日日本福岛核电站核泄漏日本核泄漏后中国出现抢盐事件射线辐照食品手机、电脑辐射电器辐射医疗检查中的x射线切诺贝利核事故切尔诺贝利核电站是前苏联时期在乌克兰境内修建的第一座核电站。曾被认为是世界上最安全、最可靠的核电站。但1986年4月26日，核电站的第4号核反应堆在进行半烘烤实验中突然发生失火，引起爆炸，据估算，核泄漏事故后产生的放射污染相当于日本广岛原子弹爆炸产生的放射污染的100倍。爆炸使机组被完全损坏，8吨多强辐射物质泄露，尘埃随风飘散，致使俄罗斯、白俄罗斯和乌克兰许多地区遭到辐射污染。根据官方估计，发生事故后的反应炉内大约还有95%的燃料（180公吨）。（一）辐射的概念及分类一、辐射的概念辐射是指以电磁波或粒子（如粒子、粒子等）的形式向外扩散。辐射的特点1.具有一定的穿透力。2.视觉、嗅觉不能感知。3.可使被照射物质发生电离。4.具有长期的慢性效应。二、辐射的分类1.电离辐射2.非电离辐射非电离辐射1.电离辐射能使其所通过的任何介质的原子产生电离的一类辐射。电离辐射包括核辐射、医院x检查、用钴-60辐照食品、辐照一次性医疗用品（注射器等）。能量以电磁波或粒子形式从原子或原子核发射出来电离辐射的电离形式直接电离或间接电离粒子辐射包括射线、正射线、负射线。电磁辐射包括X射线，射线、中子。由携带以动能形式能量运动的原子和亚原子组成（电子/质子等）能量以电场和磁场的形式携带，以光速穿过空间2.非电离辐射辐射量子能量小于12eV的电磁辐射不足以引起生物体电离的辐射。eV是单位，叫电子伏特。紫外线、可见光、红外线、射频及激光等；紫外线的量子能量介于非电离辐射与电离辐射之间。紫外线有一部分属于电离辐射，有一部分属于非电离辐射。另外非电离辐射包括手机辐射、电脑辐射等。目前，没有确切证据表明电器辐射对人体的影响大小。近年来，非电离辐射问题受到高度重视。电离辐射与非电离辐射的交界在紫外线电离辐射与非电离辐射的交界在紫外线辐射按照来源，可以分为天然辐射与人工辐射1.天然辐射自地球存在以来就存在的天然辐射源的电离辐射。宇宙射线坐飞机避免不了宇宙射线，高海拔地区的宇宙射线较多。存在于地球上的天然放射性核素宇生核素：氢-3，碳-14，钡-7，钠-22原生核素：三大天然放射系（铀、钍、锕）放射性氡氡是地壳中放射性铀、钍、镭的蜕变产物，地壳中含有放射性核素的岩石不断向四周扩散氡气，使空气中和地下水含有氡气。氡是自然界唯一的天然放射性稀有气体，无色无味。氡的分布很广，美国几乎有十五分之一的家庭氡的含量较高。氡对人体健康的危害体内辐射主要来自于放射性辐射在空气中的衰变，从而形成的一种放射性物质氡及其气体。容易被呼吸系统截留，并在局部区域不断积累。长期吸入高浓度氡最终可诱发肺癌。体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生一种生物效应，会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。平房与高层氡的含量比对3层以下氡含量显著高于3层以上防止室内氡的危害已经成为国际关注的焦点。2.人工电离辐射由人为原因增加的电离辐射照射。核燃料循环铀矿开采冶炼/核反应堆及处理工农业应用焊接与接点的射线照相/提包与包裹的安全检查/容器内容物的高度测量/医疗用品的灭菌/纸张经典消除/育种/蔬菜保险医学应用X线/CT检查以诊断体内的疾病或损伤（诊断），射线束照射身体患病的部分，肿瘤（放疗），服用放射性核素，甲亢服用碘-131（核素治疗）人工辐射最大来源是医疗照射各种辐射所占比例（二）辐射的来源及应用一、辐射的来源和分类1、X光1985年，德国物理学家伦琴发现X射线。X射线是原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁辐射。特点：能穿过不透明物质，意义：人类历史上第一次观察到了人受骨骼的影响，以数学上惯用的假定词X作为它的代名词。伦琴夫人的手骨与戒指X射线应用X射线诊断学——透视，摄影，CT。放射治疗血——用于肿瘤的放射治疗。介入放射学——在影像学方法的引导下，进行血管造影，药物灌注等。1896年法国科学家贝克勒尔在研究铀矿的荧光现象时发现铀矿盐发射出类似X射线的穿透性辐射。1898年法国物理学家居里夫人从铀矿中相继发现另外两个能发射射线的新元素——钋和镭。居里夫人称这种能自发释放出射线的性质为放射性。2.射线：其本质是氦的原子核，具有高速运动的粒子，是氦核流，很容易引起电离。对人体内组织破坏能力较大。穿透能力差，在空气中的射程只有几厘米，只要一张纸或健康的皮肤就能挡住。3.负射线：也是一种高速带电粒子，电子流。穿透本领比射线大，但与X、射线相比，负射线的射程短，很容易被铝箔、有机玻璃等材料吸收。而铅不能阻挡住负射线。氢-3是目前已知的能量最低的放射性同位素，是软射线。4.射线：射线是波长很短的高能电磁波，不带电，不具有直接电离的功能，但可以通过和物质的相互作用间接引起电离效应。射线具有很强的穿透能力，在空气中的射程通常为几百米。要想有效地阻挡射线可以办需要采用厚的混凝土墙或重金属（如铁、铅）板块。X射线和射线特点X射线和射线的性质大致相同，是不带电波长短的电磁波，因此把它们统称为光子。两者的穿透力极强，且只有通过与物质相互作用，才能使物质间接产生电离效应。要特别注意外照射防护。X射线能量较低，通常是高速电子轰击的金属靶产生的，不是由放射性核素自发衰变释放出的。一般需要采用重金属板块来屏蔽X射线。几种射线的穿透力放射性物质在本身的转变过程中，并非同时放出三种射线，多数仅放出一种，至多两种。1912年，英国科学家卢瑟福用钋做源轰击氮核，产生质子。1932年，英国科学家查德维克用镭做源轰击铍（Be），产生中子。1934年法国科学家约里奥、居里夫妇用粒子轰击铝，获得放射性核素磷-30。1939年，德国科学家哈恩等人在用中子照射铀的研究中发现了原子核裂变现象。1940年，美国科学家西博格等人发现了超铀元素。1942年实世界上第一座核反应堆在美国建成。二、辐射的应用1.核医学临床核医学利用放射性核素及其射线进行疾病的诊断与治疗——ECT/CT，PET/CT。实验核医学利用放射性核素及其射线进行医学与生命科学的研究。心肌供血不足羊角风病灶PET/CT做的骨显像黑点表示肿瘤灶，遍布全身2.辐射在医药食品工业中的应用辐照技术利用电离辐射与物质的相互作用所产生的物理、化学和生物效应，对食品医疗用品进行加工处理的新型技术。用钴-60，铯-137，直线加速器产生的射线进行照射。主要目的是灭菌、降低农产品产后损耗以及延长食品货架寿命等。3.核能的开发和利用目前全世界核电站共有438座，美国在运核电机组100台、在建5台，共计105台，数量居首位；法国在运58台、在建1台；日本在运48台、在建2台；中国大陆在运21台(包括1台实验快堆和并网发电机组)、在建28台，共计49台，总数仅少日本1台，总数居世界第四。核电站优点（1）能量高、耗料少、地区适应性强。核电站的低浓铀，每年只需换料1次，好用核燃料仅30t。（2）在发电的同时，还产生新的核燃料。（3）安全可靠而且清洁。核电站运营多年，美国三里岛、前苏联切尔诺贝利、日本福岛核电站发生事故。虽然核弹和核反应堆都是以铀为原料，但两者对纯度的要求完全不同，生产核弹时，需要付出昂贵的代价去除杂质铀-238，要求铀-238的纯度在90%以上，而反应堆中核燃料一般只需要纯度5%一下的铀，正如烈度白酒可以点燃，啤酒却不能点燃的道理一样，反应堆即使失控，也不会像原子弹那样爆炸，因为核燃料纯度不够。切尔诺贝利核事故是蒸汽爆炸，福岛第一核电站事故是氢气爆炸，都不是核爆炸。1979年，美国三里岛核电站发生了严重的事故，仅有3名电站工作人员受到略高于季度剂量管理限制的辐射照射。1986年，前苏联切尔诺贝利核电站事故。有28人收到非常高的辐射剂量而死亡。紧急撤离了电站附近11.6万居民。目前巨大的石棺罩着，估计几百年不会撤掉。2011年，日本福岛核电站事故。日本这次，主要是应急措施不够。到现在，日本这次事故所污染的土壤还没有处理干净。三、非电离辐射的来源紫外线可见光红外线微波与射频辐射极低频电磁场静电场（三）核素和放射性同位素1.核素和放射性同位素性质核素：原子核内质子数、种子数和能量状态均相同的一类原子。例如：氢，氘，氚的原子序数（质子数）都是1，原子质量数分别为1，2，3。氢，氘，氚是一种核素。同位素：具有相同的质子数的核素，由于属于同一种元素，在元素周期表上处于同一位置，故成为该元素的同位素或彼此是同位素。例如：氢，氘，氚都是氢的同位素。一般，每种元素都有一种以上的同位素，多的可有数十种，其中有些是放射性的，有些是稳定的。放射性核素：也称放射性同位素，原子核不稳定，容易自发地发生核内成分或能量状态的改变而变成另外一种核素，同时释放出一种或一种以上的射线。放射性衰变：放射性核素发射出放射线后将变成新的同位素，新同位素可能是放射性同位素，也可能是稳定同位素，而这一过程则成为放射性衰变。放射性核素衰变方式放射性半衰期：放射性核素的原子核衰变时，母体的原子核会不断减少。某核素的放射性核素因衰变而减至原有量的一半时所需时间，成为该核素的放射性半衰期。例如：日本核电站泄漏物质中，有一种辐射物质铯-137，半衰期是30年，过30年才会少一半。天然的比较长，人工的比较短。所以日本福岛核电站最恐怖的不是碘-131，而是铯-137。所有放射性物质的半衰期不变，不受任何环境影响。我国规定在食盐中添加碘元素的标准为20-40mg/kg，若要达到防御碘-131辐射的作用，一次需补充碘元素100mg。天然放射性核素：自然界中存在230多种天然放射性核素，分为原生和次生两类。原生包括铀、钍、锕系三大天然放射系。次生主要是三个天然放射系的衰变子体。人工放射性核素：利用反应堆、回旋加速器、实验室中子源等照射靶子物，可以制造元素周期表上所有元素的人工放射性核素。（四）放射性和核辐射量单位1.放射性活度放射性大小是可以度量的。单位是贝克勒尔，简称贝克（Bq）。1Bq表示放生核素在1s内发生1次衰变。旧单位叫居里。2.放射性核素能谱测定核物理中的能量单位是电子伏特（eV），1eV是指电压为1V的亮点间移动一个电子时电场力所做的功。非电离辐射小于12eV。3.照射量表示中等能量（10KeV-3KeV）或X射线在空气中致电离作用的大小的量。照射量的国际单位是库伦每千克（C/Kg），旧单位是伦琴（R）。4.吸收剂量指单位质量的组织或器官吸收的辐射能力的大小。吸收剂量的单位为戈瑞（Gy），1Gy相当于辐射授予每千克质量组织或器官的能量为1焦耳（J）。吸收剂量反映的是被照射物质吸收电离辐射能量的大小，国际制点位：戈瑞（Gy）。旧点位：拉德（rad）。1Gy=100rad。照射量X与吸收剂量D是两个意义完全不同的辐射量。照射量只能作为X射线或射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电离本领；而吸收剂量则可以用于任何类型的电离辐射，反映被照介质吸收辐射能量的程度。但是，在两个不同量之间，在一定条件下相互可以换算，对于同种类、同能量的射线和同一种被照物质来说，吸收剂量是与照射量成正比的。由于X射线或射线在空气中产生一对离子的平均