环境监测-放射性污染监测

8.1基础知识8.2环境中的放射性8.3放射性辐射防护标准8.4放射性实验室和检测仪器8.5放射性监测第8章放射性污染监测8.1基础知识8.1.1放射性8.1.2放射性的度量单位8.1.3放射线与物质的相互作用1、核衰变：有些原子核是不稳定的，能自发地改变核结构，这种现象称核衰变。2、※放射性：在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子，即α、β和γ射线，这种现象称为放射性。3、放射性同位素—不稳定的同位素（原子核内质子数同，中子数不同）一、放射性核衰变8.1.1放射性4、天然不稳定核素能自发放出射线的放射性称为“天然放射性”；通过核反应由人工制造出来的核素的放射性称为“人工放射性”。5、※决定放射性核素性质的基本要素是放射性衰变类型、放射性活度和半衰期。一、放射性核衰变8.1.1放射性8.1.1放射性1、母体——子体＋α（氦核）2、母体——子体＋β（高速电子，β正，β负，电子俘获－x）3、母体——子体（较低能级或基态子体）＋γ＋α（或β）（同质异能跃迁）二、放射性衰变的类型※1.α衰变:不稳定重核(一般原子序大于82)自发放出4He核(即α粒子)的过程.226Ra→222Rn+4He2．β衰变:放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程，是原子核内质子和中子发生互变的结果,可分为三种类型：(1)β-衰变：是核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子(电子)和中微子的过程。β射线的电子速度比α射线高10倍以上，其穿透能力较强，与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤。(2)β+衰变：核素中质子转变为中子并发射正电子和中微子的过程。(3)电子俘获：不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程，又称为K电子俘获3.γ衰变：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。这种跃迁对原子核的原子序和原子质量数都没影响，所以称为同质异能跃迁。8.1.1放射性二放射性衰变的类型※α、β、γ衰变1.放射性活度（A）：在给定时刻处于特定能态下的一定量放射性核素的放射性活度A的定义式是A=dN/dt式中：A—放射性活度，单位Bq(贝可)，1Bq=1s-1。dN—时间间隔dt内，处于该特定能态下的一定量放射性核素，发生自发核转变的核数目。比活度是指单位质量或体积内所含有的放射性活度，单位为Bq.g-1。8.1.1放射性三、放射性活度和半衰期2．半衰期当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期(T1/2)。衰变常数与半衰期有下列关系：T1/2=0.693/λ咋来的(A=dN/dt；N＝Noe-λt)半衰期是放射性核素的基本特性之一，不同核素T1/2不同。所以对一些T1/2长的核素，一旦发生核污染，要通过衰变令其自行消失，需时是十分长久的。例题：Sr的T1/2=29年，一定质量的90Sr衰变掉99.9％所需时间？8.1.1放射性三、放射性活度和半衰期例题：Sr的T1/2=29年，一定质量的90Sr衰变掉99.9％所需时间？解：T1/2=0.693/λλ=0.693/T1/2A=-dN/dt=λN或N＝Noe-λtlgN0/N=λ×t/2.303t＝2.303×(1/2.39×10-2)×(lg1/0.001)＝289(a)8.1.1放射性三、放射性活度和半衰期核反应：指用快速粒子打击靶核而给出新核（核产物）和另一粒子的过程。进行核反应的方法主要有：*用快速中子轰击发生核反应；*吸收慢中子的核反应；*用带电粒子轰击发生核反应；*用高能光子照射发生核反应等8.1.1放射性四、核反应8.1.2放射性的度量单位1、照射量X——库仑/千克（伦琴R）2、吸收剂量D——戈瑞Gy（或拉德rad）3、剂量当量H——希沃特SV（或雷姆rem）照射量（X）表示Χ或γ射线在空气中产生电离大小的物理量。X=dQ/dmdQ是指质量为dm的体积单元的空气中，光子释放的所有电子（负电子和正电子）在空气中全部被阻时，形成的同一种符号（正或负）的离子的总电荷的绝对值。单位：库伦/千克，(C·kg-1),旧单位是伦琴(R),1R=2.58×10-4C·kg-1照射量率：指单位时间内的照射量。8.1.2放射性的度量单位一、照射量（X）吸收剂量是单位质量的物质对辐射能的吸收量。D=dε/dmdε与dm分别代表受电离辐射作用的某一体积元中物质的平均能量与物质的质量：单位为Gy（戈瑞），1Gy=1J·kg-1。吸收剂量适用于任何电离辐射和任何物质，是衡量电离辐射与物质相互作用的一种重要的物理量。吸收剂量率——单位时间内的吸收剂量，单位Gy·s-1。8.1.2放射性的度量单位二、吸收剂量（D）剂量当量（H)－希沃特SV在人体组织中某一点处的剂量当量H等于吸收剂量与其他修正因数的乘积。H的计算公式为：H=DQN式中：D为吸收剂量，Gy（戈瑞）Q为品质因子，亦称为线质系数，不同电离辐射的Q值列于表8-1。N为其它修正系数，是吸收剂量在时间或空间上分布不均匀性修正因子的乘积，对外照射源通常取N=1。单位为SV（希沃特），1SV=1J·kg-18.1.2放射性的度量单位三、剂量当量（H)8.1.3放射线与物质的相互作用1.电离作用2.激发作用3.照像作用4.荧光作用5.热效应6.射程与穿透作用7.其它1.电离作用——由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这就称为电离作用。2.激发作用——如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁到高能级，则称为激发。带电粒子称为直接电离粒子，不带电粒子能使物质产生间接电离，故称为间接电离粒子。8.1.3放射线与物质的相互作用※3.照像作用——是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。4.荧光作用——如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。5.热效应——由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，从而使物质变热。8.1.3放射线与物质的相互作用6.射程与穿透作用——射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前进。射线从进入物质到停止前进所经过的距离，称为该射线在该物质中的射程，以厘米为单位。如果射线通过时，不被物质阻止前进而一直穿过物质，则称其具有穿透作用7.其它——某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核反应，引起物质发生化学变化等。8.1.3放射线与物质的相互作用8.2环境中的放射性8.2.1、环境中放射性的来源8.2.2、※放射性污染的特点8.2.3、放射性核素在环境中的分布8.2.4、对人体危害8.2.1环境中放射性的来源(一)天然源1、宇宙射线初级宇宙线—高能辐射，穿透力很强;次级宇宙线—比初级弱放射性核素－20余种2、天然放射性核素—与地球共生3、天然放射本源—半衰期极长，强度弱。内照射、外照射（占80％）（二）人工源1、核试验及航天事故－核裂变产物和中子活化产物放射性尘埃可在大气层滞留0.3—3年2、核工业：核废弃物（核发电）3、工农业、医学和科研等部门医学占人工污染源的90％4、放射性矿的开采和利用8.2.1环境中放射性的来源8.2.2放射性污染的特点放射性污染虽然是由于具有放射性核素的化学物质而造成的，但是放射性污染与一般的化学毒害物质污染有显著区别。主要表现在以下5点：8.2.2放射性污染的特点※1）放射性污染物的放射性与物质的化学状态无关；2）每一种放射性核素都能放射出具有一定能量的一种或几种射线；3）每一种放射性核素都有一定的半衰期，不因气压、温度而改变；有的放射性核素的半衰期极长，例如241Pu的β衰变产物241Am的半衰期为433年，23893U高达109年，而有些则只有几分钟甚至几秒；4）除了核反应条件外，任何化学、物理、生物的处理都不能改变放射性核素的性质；5）放射性物质进入环境后，可随介质的扩散或流动在自然界稀释和迁移，可在生物体内被富集并由此而产生在人体内的放射性污染即内照射。8.2.3放射性核素在环境中的分布一、在土壤和岩石中的分布-表8-2二、在水体中的分布-表8-3三、在大气中的分布四、在室内空气中的分布五、在动植物组织中的分布8.2.4对人体危害（一）进入人体途径呼吸道－－人体－－肺，血液全身消化道－－人体－－肝脏，血液，全身皮肤或粘膜－－人体－－可溶性物质易被皮肤吸收（伤口的吸收率更较高）（二）危害（一）进入人体途径呼吸道－－人体－－肺，血液全身消化道－－人体－－肝脏，血液，全身皮肤或粘膜－－人体－－可溶性物质易被皮肤吸收（伤口的吸收率更较高）（二）危害8.2.4对人体危害（二）危害1、损伤机理1）α、β高速带电粒子属直接电离粒子。2）γ射线等不带电的粒子为间接带电粒子。——统称为电离辐射：引起生物组织内原子、分子电离，破坏组织中的大分子结构。2、影响因素－射线性质剂量、次数、时间、部位、方式。（致死剂量、半致死剂量）3、损伤方式－急性、慢性（远期效应、躯体效应、遗传效应）。8.3放射性辐射防护标准最基本的标准是：对人体所受剂量当量的限制。具体有表8-4~表8-6一、我国环境放射性基本标准二、我国露天水源中限制浓度和放射性工作场所空气中限制浓度三、国外的一些标准8.3放射性辐射防护标准放射性辐射防护标准：具体有表8-7~表8-8。涉及：年龄、职业、时间/频度、部位等8.4放射性测量实验室和检测仪器8.4.1放射性测量实验室8.4.2核辐射探测仪器的监测原理8.4.1放射性测量实验室（一）放射性化学实验室①墙壁、门窗、天花板等要涂刷耐酸油漆；②电缆和电线应装在墙壁内；③安装良好的通风设备，大多数放射化学操作应在通风橱内进行，通风马达应装在管道外，且以选用离心式马达为宜；④橱柜、凳子、家具、台面、地面等要使用光平材料制作，操作台面上要铺塑料布；⑤洗涤池和下水池最好不要有尖角，放水用足踏式龙头，下水道中尽量少用弯头和接头等。（二）放射性计测实验室放射性计测实验室装备有灵敏度、选择性和稳定性好的放射性计量仪器和装置。设计此类实验室时，特别要考虑到消除放射性本底问题：一方面要在了解其来源的基础上，采取措施，将其降到最小程度；另一方面，需通过数据处理，对测量结果做修正。电学仪器还需有良好接地和有效的电磁屏蔽，最好在恒温条件下工作。8.4.1放射性测量实验室8.4.2核辐射探测仪器的监测原理※核辐射剂量的监测需要用核辐射探测仪器。是基于射线和物质相互作用所产生的各种效应如电离、光、电或热等进行观测和测量的方法。通常采用的探测器有电离探测器、闪烁探测器和半导体探测器等。（1）电离探测器：原理：如果核辐射被电离室中的气体吸收，该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的。仪器：常用的有电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管（G-M管）。用法：电离室是测量由电离作用而产生的电离电流，适用于测量强放射性；正比计数管和盖革—弥勒计数管则是测量由每一入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化，从而对入射粒子逐个计数，这适合于测量弱放射性。8.4.2核辐射监测原理（2）闪烁探测器：原理：是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体，当射线进入其中时产生闪光，然后用光电倍增管将闪光讯号放大、记录下来。用法：该探测器以其高灵敏度和高计数率的优点而被用作测量α、β、γ辐射强度。由于它对不同能量的射线具有很高的分辨率，所以又可作谱仪使用。通过能谱测量，鉴别放射性核素，并且在适当的条件下，能够定量的分析几种放射性核素的混合物。此外，这种仪器还能测量照射量和吸收剂量。8.4.2核辐射监测原理（3）半导体探测器：原理：是将辐射吸收在固态半导体中，当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子—空穴对。由于产生电子—空穴对的能量较低，所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。用法：用硅制作的探测器可用于α计数、α、β能谱测定；用锗制作的半导体探测器可用于γ能谱测量，而且探测效率高、分辨能力好。半导体探测器是近年来迅速发展的一类新型核辐射