放射性污染及其防治VIP

一 环境中放射性的来源 天然辐射源是自然界中天然存在的辐射源 来自宇宙辐射 地球和人体内的放射性物质 这种辐射通常称为天然本地辐射 天然本底辐射每年对个人的平均辐射剂量当量约为2 4mSv 毫希 环境中天然辐射源主要由宇宙射线 宇生放射性核素和原生放射性核素这三部分组成 1 宇宙射线宇宙射线主要来源于地球的外层空间 由外层空间射到地球大气层的高能粒子称为初级宇宙射线 主要由高能质子组成 具有极大的动能 这些粒子与大气中的氧 氦原子核碰撞产生了次级宇宙射线粒子 一 环境中放射性的来源 环境中天然辐射源主要由宇宙射线 宇生放射性核素和原生放射性核素这三部分组成 2 宇生放射性核素宇生放射性核素是高能初级宇宙射线与大气的原子核发生核反应时产生的放射性核素 种类不少 但在空气中的含量很低 对环境辐射的实际贡献不大 一 环境中放射性的来源 环境中天然辐射源主要由宇宙射线 宇生放射性核素和原生放射性核素这三部分组成 3 原生放射性核素原生放射性核素是从地球形成开始 迄今为止还存在于地壳中的那些放射性核素 其中最主要的有铀 U 钍 Th 以及钾 K 碳 C 和氚 H 等 一 环境中放射性的来源 人工辐射源是指由生产 研究和使用放射性物质的单位所排放出的放射性废物和核武器试验所产生的放射性物质 是对环境造成放射性污染的主要来源 1 核爆炸的沉降物2 核工业过程的排放物3 医疗照射4 其他方面的污染源 一 环境中放射性的来源 放射性污染与放射性污染物 放射性污染是指由于人类活动排放出的放射性污染物造成的环境污染和人体危害 放射性污染物是指人类释放的各种放射性核素 它和一般化学污染物的显著区别是放射性与化学状态无关 每一种放射性核素都有一定的半衰期 能放射具有一定能量的射线 除了在核反应条件下 任何化学 物理或生化的处理都不能改变放射性核素的这一特性 二 辐射量及单位 一 放射性活度放射性活度 radioactivity 简称活度 指单位时间内放射性元素衰变的次数 它的SI单位是 s 1 SI单位专名是贝可 勒尔 Becquerel 符号为Bq 1Bq 1次衰变 秒 暂时与SI并用的专用单位名称是居里 符号为Ci 1Ci 3 7 1010Bq1Bq 1s 1 2 703 10 11Ci 注 SI Syst meInternationald Unit s 国际单位制 来自法语 二 辐射量及单位 一 放射性活度可用克镭当量来表示 放射源的相对放射性活度 1克镭当量表示一个 放射源的 射线对空气的电离作用和1克的标准镭源 放在壁厚为0 5毫米的铂铱合金管内 且与其子体达到平衡的1克镭 相当 单位质量 固体 或单位体积 液体气体 的放射性物质的在单位时间内放射性元素衰变的次数称为放射性比活度 specificradioactivity 简称比活度 二 照射量照射量 exposuredose X是dQ除以dm所得的商 其中dQ的值是在质量为dm空气中 由光子释放的全部电子 负电子和正电子 在空气中完全被阻止时所产生的离子总电荷的绝对量 X dQ dm 二 辐射量及单位 二 照射量单位为库仑 千克 1 C kg 目前尚无SI单位专名 暂时与SI并用的照射量的专用单位名称是伦琴 Roentgen 符号为R 与SI单位的关系为1R 2 58 10 4C kg 1 二 辐射量及单位 二 照射量伦琴的定义是 在1Rx或 射线照射下 在0 001293g 相当于0 和760mm汞柱大气压力下1cm3干燥空气的质量 空气中所产生的次级电子在空气形成总电荷量为1静电单位的正离子或负离子 照射量只对空气而言 仅适用于x或 射线 二 辐射量及单位 三 吸收剂量吸收剂量 absorbeddose 定义为d 除以dm所得的商 其中d 是致电离辐射给予质量为dm的受照物质的平均能量 即D d dm 吸收剂量的SI单位是焦耳 千克 1 J kg 1 SI单位专名是戈 瑞 gray 符号Gy 暂时与SI并用的专用单位名称是拉德 符号为rad 1Gy 1J kg 1 100rad 1rad 10 2J kg 1 10 2Gy 二 辐射量及单位 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 二 辐射量及单位 四 当量剂量相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应 因为生物效应受到辐射类型 剂量与剂量率大小 照射条件 生物种类和个体生理差异等因素的影响 为了比较不同类型辐射引起的有害效应 在辐射防护中引进了一些系数 当吸收剂量乘上这些修正系数后 就可以用同一尺度来比较不同类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率 二 辐射量及单位 四 当量剂量把乘上了适当的修正系数后的吸收剂量称为当量剂量 equivalentdose 用符号H表示 当量剂量只限于防护中应用 当量剂量H的SI单位是焦耳 千克 1 J kg 1 SI单位专名是希沃特 Sievert 符号为Sv 暂时与SI并用的专用单位名称是雷姆 符号为rem 1Sv 1J kg 100rem 1rem 10 2J kg 二 辐射量及单位 辐射量单位对照表 三 放射性对人类的危害 放射性实际是一种能量形式 对人体有两类损伤作用 一是直接损伤 即辐射直接将肌体物质的原子或分子电离 从而破坏肌体内某些大分子结构 如蛋白质分子 脱氧核糖核酸 DNA 核糖核酸 RNA 分子等 二是间接损伤 即射线先将体内的水分子电离 使之生成具有很强活性的自由基 并通过它们的作用影响肌体的组成 由此可见 放射性不仅可干扰 破坏肌体细胞和组织的正常代谢活动 而且能直接破坏它们的结构 从而对人体造成危害 三 放射性对人类的危害 放射性物质对人产生辐照伤害通常有3种方式 一 浸没照射人体浸没在放射性污染的空气中 全身和皮肤会受到外照射 二 吸入照射吸入放射性物质 使全身或甲状腺 肺等器官受到内照射 三 沉降照射沉积在地面的放射性物质对人体产生的照射 放射性物质主要是通过食物链经消化道进入人体 其次是经呼吸道进入人体 通过皮肤吸收的可能性很小 放射性核素进入人体后 其放射线对机体产生持续照射 直到放射性核素蜕变成稳定性核素或全部排出体外为止 就多数放射性核素而言 它们在人体内的分布是不均匀的 放射性核素沉积较多的器官 受到内照射量较其他组织器官大 放射性污染物所造成的危害 在有些情况下并不立即显示出来 而是经过一段潜伏期后才显现出来 三 放射性对人类的危害 放射性对人体的危害程度主要取决于所受辐射剂量的大小 一次或短期内受到大剂量照射时 会产生放射损伤的急性效应 使人出现恶心 呕吐 脱发 食欲减退 腹泻 喉炎 体温升高 睡眠障碍等神经系统和消化系统的症状 严重时会造成死亡 例如在数千拉德 rad 高剂量照射下 可以在几分钟或几小时内将人致死 受到600rad以上的照射时 在两周内的死亡率可达100 受照射量在300 500rad左右时 在四周内死亡率为50 三 放射性对人类的危害 在急性放射病恢复以后 经一段时间或在低剂量照射后的数月 数年 甚至数代后还会产生辐射损伤的远期效应 如致癌 白血病 白内障 寿命缩短 影响生长发育等 甚至对遗传基因产生影响 使后代身上出现某种程度的遗传性疾病 如1945年原子弹在日本广岛 长崎爆炸后 当时居民长期受到辐射远期效应的影响 肿瘤 白血病的发病率明显增高 1986年的切而诺贝利核爆炸 到2006年为止 俄罗斯 乌克兰和白俄罗斯三个国家由于辐射而死亡20万人 其中最常见的是甲状腺疾病 造血功能障碍 神经系统疾病以及恶性肿瘤等 三 放射性对人类的危害 四 放射性辐射防护标准 目前我国一般采用 最大容许剂量当量 用不允许接受的剂量范围的下限来限制从事放射性工作人员的照射剂量 其含义是 当放射性工作人员接受这样的剂量照射时 肌体受到的损伤被认为是可以容许的 即在他的一生中及其后代身上 都不会发生明显的危害 即或有某些效应 其发生率极其微小 只能用统计学方法才能察觉 对邻近居民的限制剂量当量为职业照射的1 10 我国1988年发布的 辐射防护规定 GB8703 88 中规定了剂量当量 四 放射性辐射防护标准 五 放射性辐射防护方法 1 时间防护人体受照的时间越长 则接受的照射量也越多 因此要求工作人员操作准确敏捷以减少受照时间 或增配人员轮流操作以减少每个工作人员的受照时间 2 距离防护人距辐射源越近 则受照量越大 因此尽可能远距离操作以减少受照量 五 放射性辐射防护方法 3 屏蔽防护在辐射源与人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 射线的防护 射线射程短 穿透力弱 在空气中易被吸收 用几张纸或薄的铝膜即可将其屏蔽 但其电离能力强 进入人体后会因内照射造成较大的伤害 射线的防护 射线是带负电的电子流 穿透物质的能力较强 因此对屏蔽 射线的材料可采用有机玻璃 烯基塑料 普通玻璃和铝板等 射线的防护 射线是波长很短的电磁波 穿透能力很强 危害也最大 常用具有足够厚度的铝 铁 钢 混凝土等屏蔽材料来屏蔽 射线 另外 为防止人们受到不必要的照射 在有放射性物质和射线的地方应设置明显的危险标记 六 放射性废物的处理处置 1 处理处置技术的特点 放射性废物所含的放射性核素不能用化学或生化方法来消除 只能依靠放射性核素自身的衰变来消除 处理操作需要在严密的防护和屏蔽条件下进行 所用设备的材质应为耐腐蚀 耐辐射的合金材质 对大多数放射性废物应作深度处理 尽量复用 减少排放 在处理过程中所产生的二次废物应纳入后续处理系统进一步处理或处置 六 放射性废物的处理处置 2 放射性废气的处理根据放射性物质在废气中存在形态的不同采用不同的处理方法 对挥发性放射性废气用吸附法和扩散稀释法处理 放射性碘可用活性炭吸附达到净化目的 浓度较低的放射性废气可由高烟囱稀释排放 六 放射性废物的处理处置 2 放射性废气的处理根据放射性物质在废气中存在形态的不同采用不同的处理方法 以气溶胶形式存在的放射性废气可通过除尘技术达到净化 先经过机械除尘器 湿式洗涤除尘器进行预处理 除去气溶胶中粒径较大的固态或液态颗粒 然后中效过滤 除去大部分中等粒径的颗粒 最后是高效过滤 几乎可以全部滤去粒径大于0 3 m的微粒 使气溶胶废气得到完全净化 但中效和高效过滤器使用过的滤料应作为放射性固体废物加以处理 3 放射性废液的处理处置基本方法是稀释排放 浓缩贮存和回收利用 对不同浓度放射性废液的处理方法不同 低放废液 放射性强度 10 3 Ci mL 对清洁的低放废液可直接采用离子交换 蒸发和膜分离法处理 处理后清水可回用 浓缩液送至中放废液处理系统再处理 混浊性放射废液可用化学混凝沉淀 过滤 离子交换处理工艺 沉渣 废过滤料和废交换树脂作为放射性废物进一步处置 上述处理过程除对设备的材质要求较高外 与常规的废水处理相同 六 放射性废物的处理处置 3 放射性废液的处理处置 中放废液 放射性强度为10 2 103 Ci mL 中放废液的处理手段是蒸发浓缩 减少体积 使之达到高放废液的水平 然后进一步处置 蒸发过程所产生的二次废物可按低放废物的处理方法进一步处理 高放废液 放射性强度 103 Ci mL 多数国家采用固化技术进行最终安全处置 常用的方法有水泥固化 水玻璃固化 沥青固化 人工合成树脂固化等 固化处理后的固化体最终还需送入统一管理的安全贮存库处置 六 放射性废物的处理处置 六 放射性废物的处理处置 4 放射性固体废物的处理处置放射性固体废物指铀矿石提取铀后的废矿渣 被放射性物质沾污而不能用的各种器物和废液处理过程中的残渣 滤渣的固化体 对铀矿渣一般采用土地堆放或回填矿井的方法 这不能根本解决污染问题 但目前还没有更有效的方法 对可燃性放射性固体废物最好用焚烧法 焚烧产生的废气和气溶胶物质需严加控制 灰烬要收集并掺入固化物中 不可燃性放射性固体废物主要指受污染的设备 部件等 应先行拆卸和破碎 再锻烧熔融 减少其体积 以利于最终包封贮存 或采用去污法 如溶剂洗涤 机械刮削 喷镀 熔化等手段 将污染降低到可接受的水平 5 最终处置放射性废物的最终处置是为了确保废物中的有害物质对人类环境不产生危害 基本方法是埋入能与生物圈有效隔离的最终贮存库中 放射性废物的最终贮存库的选址及地质条件应比有毒有害废物处置地的选择更加严格 并远离人类活动区 如选择在沙漠或谷地中 最终贮存的废物应封装于不锈钢容器内 再放到贮存库中 六 放射性废物的处理处置 5 最终处置贮存库应设立三道屏障 内层采用不锈钢覆面的钢筋混凝土结构 中间的工程屏障为一整套地下水抽提系统 以维持库外区域有较低的地下水位 有时为了加固深层地质 还要设置混凝土墙或金属板结构 外层为天然屏障 主要指地质介质 地质介质有多种 如盐矿层中的盐具有塑性变形和再结晶性质 导热性好 热容量高 机械性能好 且矿床常位于低地震区 床层内无循环地下水 有不透水层与地下水隔绝 是理想的贮存库 能保证有可靠的安全性 六 放射性废物的处理处置 核电站及安全 核电站 nuclearpowerplant 是利用核裂变 NuclearFission 或核聚变 NuclearFusion 反应所释放的的能量产生电能的发电厂 目前商业运转中的核电站都是利用核裂变反应而发电 使用的燃料一般是放射性重金属 铀 钚 核电站一般由利用原子核裂变生产蒸汽的核岛 包括反应堆装置和一回路系统 和利用蒸汽发电的常规岛 包括汽轮发电机系统 和电厂配套设施三大部分组成 核电站 发电原理 核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉 以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的 燃烧 产生热量 使核能转变成热能来加热水产生蒸汽 利用蒸汽通过管路进入汽轮机 推动汽轮发电机发电 使机械能转变成电能 一般说来 核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异 其奥妙主要在于核反应堆 安全系统 隔离系统 用来将反应堆厂房隔离开来 主要有自动关闭穿过厂房的各条运