第八章放射性污染监测.ppt

复习 1 如何判断一种声音是否属于噪声 2 噪声的量度指标有哪些 3 噪声如何相加和相减 4 叙述城市区域环境噪声监测和交通噪声监测的方法 第8章放射性污染监测 第8章环境放射性监测 8 1放射性和电离辐射的基本概念8 2放射性污染8 3电离辐射的防护标准8 4放射性监测 家具装修要注意放射性污染 氡是一种具有放射性的天然物质 其主要来源是花岗岩 瓷砖等装饰材料 有数据表明 我国每年因氡致癌的患者有5万例 此外 氡还对人体脂肪有很高的 亲和力 从而影响人的神经系统 8 1放射性和电离辐射的基本概念 8 1 1放射性 放射性同位素8 1 2核衰变和衰变形式8 1 3放射性的度量单位8 1 4放射线与物质的相互作用 8 1 1放射性和放射性同位素 1 放射性污染是指各种放射性核素 这些放射性核素能够自发衰变出各种粒子 射线 引起其本身物理和化学性质改变的现象 称为放射性 2 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 8 1 2核衰变和衰变形式 1 衰变 2 衰变 3 衰变 对原子核的原子序数和原子质量数都没有影响 8 1 3放射性的度量单位 1 放射性活度A 贝可 Bq次 秒2 半衰期 T1 23 吸收剂量D 戈瑞Gy4 剂量当量H 希沃特SV5 照射量X 库仑 千克 伦琴 8 1 3放射性的度量单位 1 放射性活度A 贝可l衰变常数 一个原子核在单位时间内发生衰变的几率衰变常数与外界条件 温度 压力 磁场等 几乎无关2 半衰期 T1 2 0 693 8 1 3放射性的度量单位 3 照射量 X 库仑 千克表示 或 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 8 1 3放射性的度量单位 4 吸收剂量 D 吸收剂量是单位质量的物质对辐射能的吸收量 D d dmd 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 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 8 1 3放射性的度量单位 5 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 Q为品质因子 其值决定于导致电离粒子的初始动能 种类及照射类型 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 8 1 4单位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 8 1 4放射线与物质的相互作用 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 4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 4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 2放射性污染 8 2 1 污染源8 2 2 放射性污染的特点8 2 3 对人体危害 8 2 1污染源 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2 天然放射性核素 铀系 锕系 钍系3 天然放射本源内照射 外照射 占80 8 2 1污染源 二 人工源1 核试验 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 核工业及其他 核废弃物 核发电 医疗 占人工污染源的90 3 人类在环境中受到的辐射总剂量每人每年接收的剂量不超过2mSV剂量当量希沃特 其中天然本底占50 以上 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 4 除了核反应条件外 任何化学 物理 生物的处理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 8 2 3对人体危害 二 危害1 损伤机理1 高速带电粒子属直接电离粒子 2 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2 影响因素 射线性质剂量 次数 时间 部位 方式 3 损伤方式 急性 慢性 8 3电离辐射的防护标准 最基本的标准是 对人体所受剂量当量的限制 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最大允许浓度三 国外的一些标准 8 4放射性测量实验室和检测仪器 8 4 1放射性测量的对象及内容8 4 2核辐射探测仪器的监测原理 8 4 1放射性监测的对象及内容 环境放射性监测的目的是为了掌握环境中的天然 人工放射性核素的水平 动态变化 转移规律 污染特点以及对公众造成的辐射剂量情况 放射性污染监测的内容包括两大类 1 辐射剂量的测量 这是对环境辐射的物理测量方法 2 放射性核素的测定 这属于放射化学的分析方法 8 4 1放射性监测的对象及内容 放射性监测按照监测对象可分为 1 现场监测 对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测 2 个人剂量监测 对放射性专业工作人员或公众作内照射和外照射的剂量监测 3 环境监测 天然本底 核试验 核企业 生产和使用放射性核素以及其它场所的监测 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 盖革计数管工作原理图 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 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 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 计数 能谱测定 用锗制作的半导体探测器可用于 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探测仪器 8 5放射性监测 8 5 1放射性样品的采集8 5 2放射性样品的前处理8 5 3放射性监测 8 5 1放射性样品的采集 1 概述2 采样点的布设3 采样频率和监测频率4 样品的采集方法 1 概述 对环境样品进行放射性测量和对非放射性环境样品监测过程一样 也是经过以下三个过程 样品采集 样品前处理 仪器测定 1 概述 根据下列因素决定采集样品的种类 1 监测目的和监测对象 2 待测核素的种类 辐射特性及其物理化学形态3 在环境中的迁移及影响4 有时要同时采集大气 水 土壤和生物样品来确定某污染源或某地区的放射性污染状况 1 概述 采样必须具有代表性 均匀性与适时性 如果采集的样品含放射性核素浓度较高 可直接制备成样品源进行测量 如浓度较低 则需先将样品进行浓缩后制成样品源 再进行测量 2 采样点的布设 1 原则 通常在核企业可能影响到的地区 约80公里范围内布设采样点 对大气 土壤 植物监测可以采用网格法或扇形布点法 对水体的监测可参考水样采集的布点法 根据具体情况 可加大布点密度 2 方法 1 扇形布点法 2 网格法 2 采样点的布设方法 1 扇形布点法 以企业源为中心 按22 5 或45 划分扇形 在距源1 2 3 5 8 10 15 20 30 50 80公里处分别随机设置采样点 2 网格法 将监测区分成20 20的网格 随机布点采样 3 采样频率和监测频率 1 监测频率依环境污染的情况而定 常规监测可一年两次或每季度一次 2 若监测排放源情况时 应根据排放周期的变化 放射性核素的半衰期 环境介质的稳定情况及统计学的要求而定 3 核素半衰期短 采样频率应高 可连续采样或每日采样一次 并且对于半衰期短的放射性核素 监测频率和采样频率相同 而对半衰期长的放射性核素 测量频率可以减少 且可将几次采集的样品混合 进行一次性的测定 4 样品的采集方法 1 放射性沉降物的采集 2 放射性气溶胶的采集 3 其他类型样品的采集 8 5 2放射性样品的前处理 1 目的 浓集对象核素 去除干扰核素 将样品的物理形态转换成易于进行放射性检测的形态 2 方法 衰变法 有机溶剂溶解法 灰化法 萃取法 离子交换法 共沉淀法等 电化学法 1 衰变法 样品放置一段时间 使寿命短的干扰放射性核素蜕变后 再对样品进行放射性测量 在测定大气中放射性气溶胶的总 放射性时常用这种方法 在用过滤法采样后 放置4 5小时 以使短寿命的氡 钍子体蜕变殆尽 2 共沉淀法 加入共沉淀剂使待测核素得以沉淀析出 此法具有简便 实验条件易满足等优点 在某些情况下还能直接提供固态样品源 所以在微量放射性核素的分析中也是一种常用的分离浓集手段 居里夫妇发现一系列天然放射性元素便是运用这种技术 用一般化学沉淀法分离环境样品中的微量放射性核素时 有时达不到溶度积 因而不能达到分离要求 为此 可加入毫克数量级惰性载体 2 共沉淀法 例如 对环境水样中Pu的预浓集 可采用新鲜沉淀出来的水合二氧化锰作共沉淀剂 在pH 8 9 用NaHSO4还原KmnO4溶液 并经均相沉淀而制得 最佳条件下 100升水样处理只需40分钟 在pH 8 10和室温条件下 对海水和淡水中Pu回收率可分别达80 和90 8 5 3放射性监测实例 测定水样总 放射性活度的作法如下 取一定量水样 过滤 滤液加硫酸酸化 蒸干 在低于350 温度下灰化 灰分移入测量盘中 铺匀成薄层 用闪烁探