第8章放射性污染监测(1).ppt

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,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,第一节基础知识,一、放射性,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、和射线，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,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。,1、母体子体（氦核）2、母体子体（高速电子，正，负，电子俘获x）3、母体子体（较低能级或基态子体）（或）（同质异能跃迁）,（二）放射性衰变的类型,1.衰变（4He核粒子）质量大，能量大，可使其他分子或者原子发生电离或激发，速度小，射程短，穿透力小，只能穿过皮肤的角质层。226Ra222Rn+4He226Ra衰变有两种方式（分枝衰变)：,2.衰变：因核素中质子和中子互变产生，速度比高10倍以上，穿透力较强在空气中穿透几米到几十米，可使物质电离，灼伤皮肤,电子捕获：俘获核外电子，质子变为中子,+衰变（质子变为中子）,-衰变（中子变为质子）,(核能级跃迁，同质异能级）：（5-140pm)穿透力极强。X（内层电子跃迁）（0.001-10nm）,(三)放射性活度和半衰期,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Becquerel，简称贝可，用符号Bq表示，1Bq=1sec-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。,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/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？,解：=0.693/T1/2A=-dN/dt=N或NNoe-tlgN0/N=t/2.303t2.303(1/2.3910-2)(lg1/0.001)289(a),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,(四)核反应,（一）照射量(库仑每千克/伦琴R),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。单位：库伦/千克，(C.kg-1),旧单位是伦琴(R),1R=2.5810-4C.kg-1照射量率：指单位时间内的照射量。,二、照射量和剂量,（二）吸收剂量(戈瑞Gy/拉德rad)（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。吸收剂量率-单位时间内的吸收剂量，单位Gy.s-1。,（三）剂量当量（H)(希沃特SV/雷姆rem),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，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-1,第二节环境中的放射性,(一)天然放射性的来源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）,一、环境中放射性的来源,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0.33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904、放射性矿的开采和利用,（二）人为放射性污染的来源,放射源的安全已成为我国当前辐射防护的一个主要问题。已经发生的辐射致死事故均是放射源引起的,96.6%的急性放射病患者是因放射源事故造成的。约有2000枚完全失控的放射源散布在环境中。据不完全统计,全国使用放射源的用户有上万家,使用的各类放射源有5万个。由于管理不善,不断发生放射源丢失和被盗事件。山东19881993，发生17起放射源都市事故，88.2为被偷。年月日内蒙古某单位发现放射源库被打开，经过天的调查找到拿源者“常”某（岁）他曾先后次打开源库门，拿走了大小铅罐个，其中个玻璃瓶打碎倒掉，针状的东酉自己玩，铅罐当废铁卖。青海年发生一起放射事故，共丢失枚镭源，找回枚。2004国庆前夕,东北师大实验室库房被盗,13枚放射源丢失，且是分两次被盗。1996年4月4日宿州市的某酒厂有24枚放射源下落不明。在一个水电站工地,一名37岁焊工拾到一个192铱放射源后,将它放在自己的臀部裤兜中,在管道里(直径2)工作约6,感到大腿部有点疼痛,医生诊断为虫咬伤。年月日上午时许，某地质大队油库值班人员发现存放放射性同位素标准源的库房铁门被撬开，一批放射性标准源丢散在库房门口地上，经现场清点枚放射源（镭）丢失。云南省某企业187枚(粒)放射源丢失。2002年5月18日上午8时左右文登市某综合医院皮肤科,一位患儿由其母亲等陪同接受皮肤病的治疗,在治疗过程中,值班医生因有事外出,患儿交其家属陪治,值班医生回来发现患者及90皮肤敷贴器(95108)敷贴器均不见,患者家属当即矢口否认拿走敷贴器用仪器(-3013数字辐射仪).,1.在土壤和岩石中的分布土壤和岩石中天然放射性核素的含量变动很大，主要决定于岩石层的性质及土壤的类。,核素,土壤(Bq/g),岩石(Bq/g),40K,226Ra,232Th,238U,2.9710-28.8810-2,3.710-37.0310-2,7.410-45.5510-2,1.1110-32.2210-2,8.1410-28.1410-1,1.4810-24.8110-2,3.710-34.8110-2,1.4810-24.8110-2,二、放射性核素在环境中的分布,2在水体中的分布海水中天然放射性核素主要是40K、87Rb、235U系元素。其含量与所处地理区域、流动状态、淡水和淤泥入海情况等因素有关。淡水中天然放射性核素的含量与所接触的岩石、水文地质、大气交换及自身理化性质等因素有关。一般地下水所含放射性核素高于地面水，且U、Ra的含量变化大。,核素,地下水(Bq/g),地面水(Bq/g),226Ra,222Rn,210Pb,210Po,3.710-2,3.710-33.710-2,3.710-23.710-1,3.710-3,7.410-4,3.737,矿泉及深井水(Bq/g),雨水(Bq/g),3.710-3,3.710-4,3.710-2,3.710-1,1.8510-2,1.8510-2,1.8510-21.1110-1,3.7103.7103,3在大气中的分布在多数放射性核素均可出现在大气中，但主要是氡的同位素(特别是222Rn)，它是Ra的衰变产物，能从含镭的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到大气，其衰变产物是金属元素，极易附着于气溶胶颗粒上。大气中氡的浓度日出前浓度最高，日中较低，二者可相差十倍以上。陆地和海洋上的近地面大气中氡的浓度分别在(1.1110-3一9.610-3和(1.910-52.210-3)Bq范围内。,4在动植物组织中的分布任何动植物组织中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量与这些核参与环境和生物体之间发生的物质交换过程有关.,四、放射性的危害射线：电离本领大、致伤集中，射程短（几厘米厚的空气即可吸收掉），在组织中的射程仅几十微米，它进入机体内产生内照射的危害最大射线：空气中射程达几米，易被人体组织表层完全吸收，尤其对眼睛角膜危害大。射线易被铝、有机玻璃、玻璃等吸收。射线的穿透能力最强，体外照射危害性最大。可采用远距离操作、在手套箱内操作、防护屏（铅、铁、混凝土、铅玻璃等密度大的材料）。,（1）急性放射病它是由于大剂量照射所引起的，一般出现于发生意外放射事故和核爆炸时。,（2）慢性放射病白血球减少，白血病；手指指甲周围皮肤发红、发亮，失去指纹，无感觉，随后溃烂。,（3）远期影响它是由于急性、慢性危害导致的潜伏性影响。例如照射剂量为1.5Gy以下，死亡率为零，但在1020年以后，其结果才表现出来。躯体效应有白血病、骨癌、肺癌、甲状腺癌等各种癌症和白内障等；遗传效应有基因突变和染色体畸变，在第一代表现为流产、死胎、畸形和智力不全等，在下几代可出现变异、变性和不孕等。,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，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）。,（二）放射性的危害,(三）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。,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。,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。,第三节放射性辐射防护标准,一、部分环境质量标准对放射性辐射的限制值二、放射性辐射防护标准,第四节放射性测量实验室和检测仪器,（一）放射性化学实验室墙壁、门窗、天花板等要涂刷耐酸油漆；电幻和电线应装在墙壁内；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；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；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。,一、放射性测量实验室,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。,（二）放射性计测实验室,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。,二、放射性检测仪器,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。,（一）电离型检测器,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。,（二）闪烁检测器,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。,（三）半导体检测器,第五节放射性监测,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。放射源强度、半衰期、射线种类及能量；环境和人体中放射性物质含量、放射性强度、空间照射量或电离辐射剂量。,一、监测对象及内容,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。,主要测定的放射性核素为：(1)放射性核素，226Ra、222Rn、235U等；(2)放射性核素，134Cs、137Cs、131I和60Co等,环境放射性监测方法有定期监测和连续监测。定期监测的一般步骤是采样、样品预处理、样品总放射性或放射性核素的测定；连续监测是在现场安装放射性自动监测仪器，实现采样、预处理和测定自动化。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：样品采集样品前处理和选择适宜方法仪器测定,二、放射性监测方法,1、放射性沉降物的采集2、放射性气溶胶的采集3、放射性水样的采集4、食品、生物样品的采集5、土壤样品的采集,（一）样品采集,（二）样品预处理（三）环境中放射性监测,1、放射性沉降物的采集沉降物包括干沉降物和湿沉降物，主要来源于大气层核爆炸所产生的放射性尘埃，小部分来源于人工放射性微粒。对于放射性干沉降物样品可用水盘法、粘纸法、高罐法采集。湿沉降物系指随雨(雪)降落的沉降物，其采集方法除上述方法外，常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器（离子交换树脂湿沉降物采集器）。,（一）样品采集,2、放射性气溶胶的采集：采集方法有过滤法、沉积法、粘着法、撞击法和向心法等。滤料阻留采样法简单，应用最广，其原理与大气中颗粒物的采集相同。采样设备包括过滤器、过滤材料、抽气动力和流量计等。采样时抽气流速约为100-200升/分，气溶胶被阻挡在滤布或特制微孔滤膜上。采样结束后，将过滤材料取下，进行样品源的制备与放射性测量。,3、放射性水样的采集：放射性水样的布点，采样原则与水质污染监测基本相同。采集水样的工具可用普通清洁的、没有放射性污染的玻璃瓶采集样品。采集的水样应盛放于塑料瓶中，以减少放射性吸附；有时可加入烯酸或载体、络合剂等，以防止放射性核素的损失。采集的水样根据需要可供作各种放射性监测分析。,4、食品、生物样品：于收获季节在田地里布设的采样点位采集粮食的样品后混合；对已收获的粮食在存放处的上、中、下各层均匀采集后混合。蔬菜应采集不同类型品种的样品。在核爆炸期间主要以采集叶菜为主。鱼、虾类应根据在水中分布情况，可分别采集各类样品。样品采集后，去掉非食用部分，洗净，将表面水晾干，称鲜重。然后切碎置于蒸发皿中，加热让其炭化，转入马福炉中于400500灰化，冷却后称重。供测量使用。,5、土壤：放射性沉降物及各类来源的放射性废物都可直接污染土壤。土壤采样点应选地势平坦的地方，在一定范围内布设的采样点位采集样品。采样时取出1010平方厘米方块上垂直10厘米深的土壤。采集的样品应置于无放射性污染的容器内。将样品晾干（或在110烘干），除去杂物，称重，将样品混合均匀，用四分法缩分，然后将土样在马福炉中于500灼烧两小时，冷却后，研碎、过筛，供各种测量使用。,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：衰变法共沉淀法灰化法电化学法其它方法（有机溶剂溶解法、萃取法、离子交换法等）,（二）样品预处理,1衰变法,样品放置一段时间，使寿命短的干扰放射性核素衰变后，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。,固态样品或蒸干的水样，可放入瓷坩埚内，置于500马福炉中灰化一定时间，冷却后称量灰重，并转入测量盘中，均匀铺样后检测其放射性。,3.灰化法,4电化学法,通过电解的方法将放射性核素（如Ag、Pb、Bi等）沉积在阴极、或以氧化物（如Pb、Co）的形式沉积在阳极上。该法的优点是分离纯度高。沉积在惰性金属片（或丝）电极上的沉积物可直接（或做成样品源）进行放射性测量。,1有机溶剂溶解法：用适宜的有机溶剂处理固态样品如飘尘、土壤、沉积物、生物样等，使其中所含待测核素得以溶解浸出，浸出液可转入测量盘中，用红外灯烘干后进行放射性测量。,5.其它方法,1有机溶剂溶解法2溶剂萃取法3离子交换法,2溶剂萃取法,早期是应核武器制造需要而迅速发展起来的一门专用技术，对于环境样品来说，它也是分离极微量放射性核素的最常用方法之一。该方法的特点是达到相平衡所需时间短、分离浓集效率高。例如，对第一颗钚原子弹爆炸地日本长崎地区周围土壤及太平洋海水样品中钚的测定，曾采用三辛胺-硝酸盐体系的溶剂萃取法作为分离手段。,3离子交换法,是目前最重要和应用最广泛的放射化学分离法之一，可用于分离几乎所有的无机离子和许多结构复杂的有机化合物，还特别适用于同族元素分离和超微量组分的分离。例天然水中铀、钍分离：取1升天然水（或矿井水）水样，用柠檬酸酸化、过滤后，再加入一定数量柠檬酸钠和抗坏血酸使溶液pH=3，再将此水样通过阴离子交换柱（柱内装载4gDowexl8柠檬酸型的树脂），水样中所含铀和钍与柠檬素络合而被树脂吸附，然后以8mol/LHCL洗脱钍（续）,（续）为了将洗脱液中对测定钍有干扰的杂质进一步除去，用8mol/LHNO3处理该洗脱液将其转化为络阴离子后，再流过另一根阴离子交换柱（柱内装载2gDowexl8硝酸根型的树脂），柱经用8mol/LHNO3洗涤后，用6mol/LHCl作洗脱液，将吸附在柱上的钍洗脱下来。对已经洗脱钍之后的交换柱，用体积比为1：8：1的甲基异丁基酮、丙酮和1mol/L盐酸洗脱铀。对经以上步骤所得的含铀洗脱液和含钍洗脱液作进一步化学处理后，用偶氮胂分光光度法测定钍；用荧光法测定铀。,（三）环境中放射性监测,1.水样总放射性活度的测定2.水样总放射性活度测量3.空气中氡的测定4.空气中氚（3H）的放射性测定5.各种形态的碘-131的测定6.土壤中总、放射性活度的测量,1.水样总放射性活度的测定,水中常见辐射粒子的核素有Ra、Rn及其衰变产物等。一般情况下，水样总放射性浓度是0.1Bq/L，超过此值，即应进行总放射性活度的测量。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，用闪烁探测器测量。在测量样品之前，先测量空测量盘的本底值和已知活度的标准样品（标准源），以确定探测器的计数效率，计算样品源的相对放射性活度，即比放射性活度。,2.水样总放射性活度测量,水中的射线常来自K、Sr、I等核素的衰变，一般认为安全水平为1Bq/L。水样总放射性活度测量步骤基本与测量总放射性活度相同，但检测器用低本底的盖革计数管，且以含K的化合物作标准源。,3大气、水体中氡的测定,氡是一种天然产生的放射性气体，来源于自然界中铀的放射性衰变，它本身会发生天然衰变并产生具有放射性的衰变产物。受到氡和氡衰变产物的照射会使患肺癌的危险性增加。氡与空气作用时，能使空气电离，因而可用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度，测量时可采用活性炭吸附法浓缩样品中的氡；水体中氡的测定也可用闪烁探测器通过测量由氡及其子体衰变时所放出的粒子测定其浓度。,4、空气中氚（3H）的放射性测定,3H主要存在形态是HTO，也有少量以HT形态存在，可用硅胶吸附或冷凝的方法，将HT0以氚水形态分离出，再用液体闪烁技术测定其放射性活度。也可以将气样经过滤除去气溶胶粒子后，引入电流电离室或正比计数管测定。测定空气中的HT和以蒸气状态存在的有机氚化合物时，可将它们氧化成HT0后，再用上述方法测定。,5各种形态的碘-131的测定,131I是裂变产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中核燃料元件包壳是否保持完整状态的环境监测指标，也可以作为核爆炸后有无新鲜裂变产物的信号。大气沉降物、液态或固态动植物样品中的131I呈各种化学形态和状态，收集各种形态的含131I样品后，可用四氯化碳萃取法制得样品源，然后放于测量盘中测计数。对例行大气环境监测，可在低流速下连续采样一周或一周以上，然后用谱仪定量测定各种化学形态的131I。,6.土壤中总、放射性活度的测量,采集4-5份表土，除去杂物，晾干（或烘干），压碎，缩分，直至剩200-300g土样，再于500灼烧，冷却后研细、过筛备用。称取适量上述土样于测量盘中，铺匀，用相应的探测器分别测量和比放射性活度（测放射性的样品层应厚于测放射性的样品层）。,复习题和习题,1放射性衰变有哪几种形式?各有什么特征?2什么是放射性活度，半衰期、照射量和剂量?它们的单位及其物理意义是什么?3造成环境放射性污染的原因有哪些?放射性污染对人体产生哪些危害作用?4常用于测量放射性的检测器有哪几种?5计算题教材习题（4、6题）,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。,（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2020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）放射性气体的采集（2）放射性气溶胶的采集（3）放射性水样的采集（4）食品、生物样品的采集（5）土壤样品的采集,（1）放射性气体的采集：,采集放射性气体样品，常采用活性炭、硅胶吸附法、液体吸收法、冷凝法以及直接抽气测量等方法。活性炭吸附法：是将装有活性炭的装置与抽气装置连接，气体通过活性炭时，放射性气体被活性炭吸附，将活性炭在高温下解吸，则放射性气体即被解吸下来，再对其进行放射性测量。或者直接测量活性炭上的放射性强度。硅胶吸附法：将装有硅胶的装置与抽气动力装置连接，气体通过硅胶时，放射性气体则被硅胶吸附，然后直接测量硅胶上的放射性强度或将取样后的硅胶进行蒸馏，对蒸馏液测其放射性强度。液体吸收法：该法是利用气体在液相中的特殊反应或在其中的溶解而进行的。为除去气溶胶，可在采样管前安装气溶胶过滤器。冷凝法：采用冷凝器收集挥发性的放射性物质，用于冷凝器的冷却剂有干冰和液态氮。装有冷肼的冷凝器适于收集有机挥发性化合物和惰性气体。,（2）放射性气溶胶的采集：,（2）放射性气溶胶的采集：采集方法有过滤法、沉积法、粘着法、撞击法和向心法等。过滤法简单，应用最广。采样设备包括过滤器、过滤材料、抽气动力和流量计等。采样时抽气流速约为100-200升/分，气溶胶被阻挡在滤布或特制微孔滤膜上。采样结束后，将过滤材料取下，进行样品源的制备与放射性测量。,（3）放射性水样的采集：,（3）放射性水样的采集：放射性水样的布点，采样原则与水质污染监测基本相同。采集水样的工具可用普通清洁的、没有放射性污染的玻璃瓶采集样品。采集的水样应盛放于塑料瓶中，以减少放射性吸附；有时可加入烯酸或载体、络合剂等，以防止放射性核素的损失。采集的水样根据需要可供作各种放射性监测分析。,（4）食品、生物样品的采集,（4）食品、生物样品：于收获季节在田地里布设的采样点位采集粮食的样品后混合；对已收获的粮食在存放处的上、中、下各层均匀采集后混合。蔬菜应采集不同类型品种的样品。在核爆炸期间主要以采集叶菜为主。鱼、虾类应根据在水中分布情况，可分别采集各类样品。样品采集后，去掉非食用部分，洗净，将表面水晾干，称鲜重。然后切碎置于蒸发皿中，加热让其炭化，转入马福炉中于400500灰化，冷却后称重。供测量使用。,（5）土壤样品的采集,（5）土壤：放射性沉降物及各类来源的放射性废物都可直接污染土壤。土壤采样点应选地势平坦的地方，在一定范围内布设的采样点位采集样品。采样时取出1010平方厘米方块上垂直10厘米深的土壤。采集的样品应置于无放射性污染的容器内。将样品晾干（或在110烘干），除去杂物，称重，将样品混合均匀，用四分法缩分，然后将土样在马福炉中于500灼烧两小时，冷却后，研碎、过筛，供各种测量使用。,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：蜕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蜕变法,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。,有机溶剂溶解法和灰化法,2有机溶剂溶解法：用适宜的有机溶剂处理固态样品如飘尘、土壤、沉积物、生物样等，使其中所含待测核素得以溶解浸出，浸出液可转入测量盘中，用红外灯烘干后进行放射性测量。3.灰化法：固态样品或蒸干的水样，可放入瓷坩埚内，置于500马福炉中灰化一定时间，冷却后称量灰重，并转入测量盘中，均匀铺样后检测其放射性。,4溶剂萃取法,早期是应核武器制造需要而迅速发展起来的一门专用技术，对于环境样品来说，它也是分离极微量放射性核素的最常用方法之一。该方法的特点是达到相平衡所需时间短、分离浓集效率高。例如，对第一颗钚原子弹爆炸地日本长崎地区周围土壤及太平洋海水样品中钚的测定，曾采用三辛胺-硝酸盐体系的溶剂萃取法作为分离手段。,5离子交换法,是目前最重要和应用最广泛的放射化学分离法之一，可用于分离几乎所有的无机离子和许多结构复杂的有机化合物，还特别适用于同族元素分离和超微量组分的分离。例天然水中铀、钍分离：取1升天然水（或矿井水）水样，用柠檬酸酸化、过滤后，再加入一定数量柠檬酸钠和抗坏血酸使溶液pH=3，再将此水样通过阴离子交换柱（柱内装载4gDowexl8柠檬酸型的树脂），水样中所含铀和钍与柠檬素络合而被树脂吸附，然后以8mol/LHCL洗脱钍（续）,5离子交换法,（续）为了将洗脱液中对测定钍有干扰的杂质进一步除去，用8mol/LHNO3处理该洗脱液将其转化为络阴离子后，再流过另一根阴离子交换柱（柱内装载2gDowexl8硝酸根型的树脂），柱经用8mol/LHNO3洗涤后，用6mol/LHCl作洗脱液，将吸附在柱上的钍洗脱下来。对已经洗脱钍之后的交换柱，用体积比为1：8：1的甲基异丁基酮、丙酮和1mol/l盐酸洗脱铀。对经以上步骤所得的含铀洗脱液和含钍洗脱液作进一步化学处理后，用偶氮胂分光光度法测定钍；用荧光法测定铀。,6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。,6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%。,7电化学法,通过电解的方法将放射性核素（如Ag、Pb、Bi等）沉积在阴极、或以氧化物（如Pb、Co）的形式沉积在阳极上。该法的优点是分离纯度高。沉积在惰性金属片（或丝）电极上的沉积物可直接（或做成样品源）进行放射性测量。,8.5.3放射性监测实例,1.铀的测定2.钍的测定3.镭的测定4.钾-40的测定5.大气、水体中氡的测定6.各种形态的碘-131的测定7.放射性气溶胶的测量8.水样总放射性活度的测定9.水样总放射性活度测量10.土壤中总、放射性活度的测量11.个人外照射剂量的测定,1.铀的测定,铀的化学性质比较活泼，常以化合物形式存在于自然界的岩石、土壤、水和各种生物体中。但它在环境样品中含量很低，需用高灵敏度的方法才能测出。常用的方法有荧光法,分光光度法,激光-液体荧光法等。,2.钍的测定,钍主要存在于一些岩石中，在环境样品中含量很低，同样需用高灵敏度的方法才能测出。常用的方法有活性炭吸附铀试剂光度法,甲基磷酸二甲庚酯萃取铀试剂光度法和N2,3,5-二甲苯萃取铀试剂光度法等。,3.镭的测定,通常用加入载体共沉淀的原理，例如用钡铅作载体以硫酸盐形式共沉淀水中的镭，或是用氢氧化铁、碳酸钙为混合载体，吸附共沉淀浓集大体积水样中的镭，均可将镭从样品中分离出来，纯化后，进行计数测量。或是通过测定样品中生成的氡及其放射性子体计算出镭的含量。,4.钾-40的测定,动植物组织中的放射性主要来自体内的钾-40，钾-40是一种较重要的天然内照射源。钾-40的测定方法较多，常用原子吸收法、四苯硼钠法（重量法）。,5大气、水体中氡的测定,氡是一种天然产生的放射性气体，来源于自然界中铀的放射性衰变，它本身会发生天然衰变并产生具有放射性的衰变产物。受到氡和氡衰变产物的照射会使患肺癌的危险性增加。氡与空气作用时，能使空气电离，因而可用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度，测量时可采用活性炭吸附法浓缩样品中的氡；水体中氡的测定也可用闪烁探测器通过测量由氡及其子体衰变时所放出的粒子测定其浓度。,6各种形态的碘-131的测定,131I是裂变产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中核燃料元件包壳是否保持完整状态的环境监测指标，也可以作为核爆炸后有无新鲜裂变产物的信号。大气沉降物、液态或固态动植物