物理性污染控制3放射性污染及其控制

放射性污染及其控制目录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一、环境中的放射源●二、辐射的生物效应及其危害●第一节概述放射源天然辐射源（天然本底辐射）人工辐射源宇宙辐射地球内放射性物质人体内放射性物质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一、环境中的放射源●天然本底辐射≈2.4毫希核辐射•核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实。•核辐射的能量较高，能够可以把原子电离。所以也称为电离辐射。•一般而言，电离是指电子被电离辐射从电子壳层中击出，使原子带正电。由于细胞由原子组成，电离作用可以引致癌症。一个细胞大约由数万亿个原子组成。电离辐射引致癌症的几率取决于辐射剂量率及接受辐射生物之感应性。α、β、γ辐射及中子辐射均可以加速至足够高能量电离原子。天然放射性•1896年，法国物理学家贝克勒尔（Beequerel）发现铀（U）的化合物能使附近包在黑纸里的照相底片感光，从而推断出铀可以不断的自动放射出某种看不见的、穿透力相当强的射线。•1897年，卢瑟福（E.Rutherford）和约瑟夫·汤姆孙（J.J.Thomson）通过在磁场中研究铀的放射线偏转，发现铀的放射线有带正电，带负电和不带电三种，分别被称为α射线，β射线和γ射线，后来经过物理学家的共同努力，发展了这一研究结果。现在知道原子序数在84以上的所有元素都有天然放射性，小于此数的某些元素如碳、钾等也有这种性质。•衰变模式：常见衰变模式有α衰变、β衰变、γ衰变α衰变•α衰变是原子核自发放射α粒子的核衰变过程。α粒子是电荷数为2、质量数为4的氦核He。1896年A.-H.贝可勒尔发现放射性后，人们花了很大力量研究α衰变。E.卢瑟福和他的学生经过整整10年的努力，终于在1908年直接证明了α粒子就是氦原子核He。α衰变中放出的能量称为α衰变能。衰变能可以通过衰变前后的原子核的静止质量之差计算而得到。β衰变•β衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子。新核的质量数不变，电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置要向后移一位。γ衰变•伽玛衰变﹝γ衰变﹞是放射性元素衰变的一种形式。反应时放出伽玛射线﹝是电磁波的一种，不是粒子﹞。•通常在发生α衰变或β衰变时，所生成的核仍处于不稳定的较高能态（激发态），在转化到处于稳定的最低能态（基态）的过程中，也会产生这种衰变而放出γ射线。人工放射性•1933年，约里奥-居里夫妇在第七届索尔威会议上报告，某些物质在α粒子轰击下发射出正电子连续谱。他们一直坚持研究这个现象，于1934年1月19日作了结论，并向《自然》杂志写了一则通信。这封信证明了就是居里夫妇通过实验证明了人工放射线的存在。•人工放射性核素主要是通过裂变反应堆和粒子加速器制备。二、辐射的生物效应及其危害●（一）辐射的生物效应（二）辐射对人体的危害（一）辐射的生物效应辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应其性质和程度主要取决于人体组织吸收的辐射能量，演变过程如图5-1所示。1.辐射对细胞的作用影响因素物理因素生物因素辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率、照射方式、受照姿势及其在辐射场内的取向等。生物种系人猴大鼠鸡龟大肠杆菌病毒LD50/Gy4.06.07.07.1515.056.02×104表5-1生物死亡50％的吸收剂量值种系的演化程度、机体结构、个体不同发育阶段、不同细胞、组织或器官对辐射敏感性各异生物效应躯体效应遗传效应2.辐射的生物效应辐照对受照者本身的有害效应；是由于人体普通细胞受损引起的；只影响到受照者个人本身。辐射引起人体细胞内的基因突变；是生殖细胞受损伤引起的有害效应；影响到受照者后代的身体缺陷。（二）辐射对人体的危害1.急性放射病由大剂量急性照射引起，多为意外核事故、核战争造成。全身性辐射损伤局部性辐射损伤按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起的辐射损伤可分成2.远期影响慢性放射病是由于多次照射、长期累积的结果。危害取决于受辐射时间和辐射量。主要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体健康的影响，多属于随机效应。来源集体剂量/人·Sv·a-1所有的天然辐射源10000000宇宙射线：飞机旅行2000燃煤电站约2000燃煤的家庭烹调及取暖100000磷盐工业6000磷石膏1977年为300000核武器试验最高年份为400000(1962～1963)所有时间共计30000000核电(不包括废物处置)1980年为500，2000年为1000核电(职业照射)2000夜光钟表2000表5-2来自天然和人工辐射源辐射的集体剂量第二节辐射剂量学基础（一）放射性活度一、辐射剂量学的基本量和单位●（二）照射量（三）吸收剂量（四）剂量当量（五）有效剂量当量（一）放射性活度定义：单位时间内放射性原子核所发生的核转变数，符号A。单位：SI单位：Bq(贝可)，1Bq表示每秒钟发生一次核衰变；曾用单位：Ci(居里)；1Ci=3.7×1010Bq。（二）照射量1.照射量X定义：表示γ或X射线在空气中产生电离能力大小的辐射量。定义式：（5-1）单位：SI单位：C/kg；曾用单位：R(伦琴)；1R＝2.58×l010C/kg。mdQXd射线在质量为dm的空气中释放出来的全部电子(正电子和负电子)被空气完全阻止时，在空气中产生的一种符号离子的总电荷的绝对值，C受照空气的质量，kg照射量只用于量度γ或X射线在空气介质中产生的照射效能。（三）吸收剂量1.吸收剂量D定义：单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。定义式：（5-3）单位：SI单位:Gy（戈瑞）；曾用单位:rad(拉德)；1rad=0.01Gy。mdDd电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量，J；质量，kg定义：组织内某一点的剂量当量H=DQN单位：Sv（希沃特）（四）剂量当量生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应的严重程度或发生概率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。在该点所接受的吸收剂量，Gy国际放射防护委员会规定的其他修正系数，目前规定N＝1品质因数，用以计量剂量的微观分布对危害的影响1120品质因数γβα辐射1120品质因数γβα辐射（五）有效剂量当量受照器官和组织的总危险度按有效剂量当量计算HE=∑WTHT（5-6）式中：HE——有效剂量当量，Sv；HT——器官或组织T所接受的剂量当量，Sv；WT——该器官的相对危险度系数。性腺：0.25肺部：0.12甲状腺：0.03第三节放射性废物与防护标准放射性污染基本概念放射性污染:人类活动排放出的放射性物质，使环境的放射性水平高于天然本底或超过国家规定的标准所造成的污染。大气水土壤原子能工业排放的废物原子能工业中核燃料的提炼、精制和核燃料元件的制造，都会有放射性废弃物产生和废水、废气的排放。由于原子能工业都采取了相应的安全防护措施，“三废”排放也受到严格控制，所以污染并不严重。但是，当原子能工厂发生意外事故，其污染是相当严重的。医疗放射性医疗检查和诊断过程中，患者身体都要受到一定剂量的放射性照射，例如，进行一次胃部透视，约接受0.015-0.03SV的剂量。核武器试验的沉降物在进行大气层、地面或地下核试验时，排入大气中的放射性物质与大气中的飘尘相结合，由于重力作用或雨雪的冲刷而沉降于地球表面，这些物质称为放射性沉降物或放射性粉尘。科研放射性科研工作中广泛地应用放射性物质，除了原子能利用的研究单位外，金属冶炼、自动控制、生物工程、计量等研究部门、几乎都有涉及放射性方面的课题和试验。在这些研究工作中都有可能造成放射性污染。放射性主要来源时间防护。人体受照时间越长,人体接受的照射量越大,这就要求操作准确、敏捷,以减少受照射时间,达到防护目的;也可以增配工作人员轮换操作,以减少每人的受照时间。距离防护。人距离辐射源越近,受照量越大。因此应在远距离操作,以减轻辐射对人体的影响。屏蔽防护。在放射源与人体之间放置一种合适的屏蔽材料,利用屏蔽材料对射线的吸收降低外照射剂量。针对α射线、β射线和γ射线的防护,分别为:①α射线的防护。②β射线的防护。③γ射线的防护。污染防护放射性废物来源和特点来源核设施产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物核技术应用产生的放射性废物核设施产生的放射性废物（图5-2）图5-2核设施产生的放射性废物核技术应用产生放射性废物（图5-4）图5-4核技术应用产生放射性废物放射性废物的来源和特点特点（1）长期危害性（2）处理难度大（3）处理技术复杂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、废树脂等焚烧炉灰、污染用品、工具、设备、废过滤器芯、活性炭等（一）固化技术（二）减容技术一、放射性固体废物处理技术●（一）固化技术固化对象：弥散性物质放射性废液处理产生的泥浆、蒸发残渣和废树脂等湿固体；焚烧炉灰等干固体固化：在放射性废物中添加固化剂，使其转变为不易向环境扩散的固体的过程。1.固化的一般要求使废物转变成适宜最终处置的稳定固化体；固化材料及工艺的选择应保证固化体的质量；应能满足长期安全处置的要求和进行工业规模生产的需要；对废物的包容量大，工艺过程及设备简单、可靠、安全、经济。2.常用固化方法（1）水泥固化（2）沥青固化（3）塑料固化（4）玻璃固化（1）水泥固化原理基于水泥的水合和水硬胶凝作用。泥浆、废树脂等均可拌入水泥搅拌均匀，待凝固后即成为固化体。适用中、低放废水浓缩物的固化。轻水堆核电站的浓缩废液、废离子交换树脂和滤渣等核燃料处理厂或其他核设施产生的各种放射性废物（2）沥青固化原理放射性废液与沥青皂化反应。适用低、中放射性蒸发残液、化学沉淀物、焚烧炉灰分等（3）塑料固化放射性废物浓缩物（如树脂、泥浆、蒸残液、焚烧灰等）掺入有机聚合物而固化的方法。用于废物处理的聚合物有脲甲醛、聚乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物(用于蒸残液)，环氧树脂(用于废离子交换树脂)，聚酯，聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。（4）玻璃固化以玻璃原料为固化剂与高放废物混合，高温(900～1200℃)蒸发、煅烧、熔融、烧结，装桶后经退火处理成玻璃固化体。原理类似的高放固化工艺陶瓷固化:添加黏土页岩人工合成岩固化:添加锆、钛、钡、铝氧化物。（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。1.压缩2.焚烧原理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；在核电厂应用相当普遍。缺点减容倍数比较低(2～10)。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（一）絮凝沉淀（二）蒸发（三）膜分离和过滤（四）离子交换和吸附二、放射性废液处理技术●•絮凝沉淀：放射性核素污染物质通常以悬浮固体颗粒、胶体或溶解离子状态存在于废水中。向废水中投放一定量的化学絮凝剂，生成带正电荷的胶体粒子，放射性污染物被胶体粒子吸附载带，除去絮状物，即可达到净化放射性废水目的。•蒸发：蒸发的主要目的是将放射性物质浓缩、减小废液的体积，以便降低贮存或后处理的费用。•膜分离和过滤：借助膜或过滤介质对放射性污染物与溶液进行分离，从而实现放射性废液的去污。•离子交换和吸附：利用离子吸附剂（如离子交换树脂）等将废液中的放射性离子进行去除。三、放射性废气处理技术●（一）放射性粉尘的处理（二）放射性气体的处理（三）废气的排放除尘设备机械式除尘器过滤式除尘器去除粒径大于60μm的粉尘颗粒。去除粉尘粒径小于10μm；净化气粉尘浓度为1～2mg/m3。湿式除尘器去除粒径10～60μm的粉尘颗粒；净化气粉尘浓度≯100mg/m3。（一）放射性粉尘的处理电除尘器微米粒径颗粒物