环 境 放 射 性 监 测

1、LOGO 环环 境境 放放 射射 性性 监监 测测 物理环境监测之二物理环境监测之二 引言 v今天核技术在能源、工业、医疗、农业、科今天核技术在能源、工业、医疗、农业、科 研等民用和军事领域广泛应用。环境中有着研等民用和军事领域广泛应用。环境中有着 各种来源的放射性。天然放射性，人工放射各种来源的放射性。天然放射性，人工放射 性在我们周边广泛存在。性在我们周边广泛存在。 v核武器试验、核材料流失、局地天然放射性核武器试验、核材料流失、局地天然放射性 异常异常显著超过天然放射性水平，甚至超显著超过天然放射性水平，甚至超 过限制标准，称为放射性环境污染。过限制标准，称为放射性环境污染。 v环境放射

2、性监测是环境监测的重要内容环境放射性监测是环境监测的重要内容 第一节 基础知识 1.11.1放射性放射性 放射性核衰变放射性核衰变 v原子核原子核+ +核外电子核外电子= =原子，质子原子，质子+ +中子中子= =原子核原子核 v某些原子核不稳定，能够自发改变结构，称某些原子核不稳定，能够自发改变结构，称 为核衰变；衰变可以连续进行为核衰变；衰变可以连续进行 v放射性衰变的类型放射性衰变的类型 v衰变中会放射出具有一定动能的带电或不带衰变中会放射出具有一定动能的带电或不带 电的粒子电的粒子 、 、 射线。射线。 放射性衰变 v天然不稳定核素自发放出射线的特性称为天然不稳定核素自发放出射线的特性

3、称为 “天然放射性天然放射性”。 v通过核反应人工制造的核素的放射性称为通过核反应人工制造的核素的放射性称为 “人工放射性人工放射性”。 226Ra 60Co 222Rn 60Ni 4.589 0.188 4.777 0.306 1.17 1.33 放射性衰变的类型放射性衰变的类型 衰变衰变 v衰变：不稳定重核衰变：不稳定重核(一般原子序一般原子序82)自自 发放出发放出粒子粒子(4He)的过程的过程 226Ra 222Rn + 4He v不同核素放出的动能不同，一般在不同核素放出的动能不同，一般在 28MeV v粒子粒子的质量大、速度小，照射物质时易使的质量大、速度小，照射物质时易使 其原子

4、、分子发生电离或技法，但穿透能力其原子、分子发生电离或技法，但穿透能力 小，只能穿透皮肤的角质层小，只能穿透皮肤的角质层 放射性衰变的类型放射性衰变的类型 衰变衰变 v衰变：放射性核素放射衰变：放射性核素放射粒子粒子( (快速电子快速电子) ) 的过程，核内质子和中子发生互变的结果的过程，核内质子和中子发生互变的结果 v衰变分为负衰变分为负衰变衰变(中子变质子中子变质子)、正、正 衰变衰变(质子变中子质子变中子)和电子俘获和电子俘获(核外电子核外电子) 三种三种 v 射线的电子速度比射线的电子速度比 射线高射线高1010倍以上，其倍以上，其 穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十穿透能力较强，

5、在空气中能穿透几米至几十 米才被吸收；与物质作用可使其原米才被吸收；与物质作用可使其原子子电离，电离， 也能灼伤皮肤。也能灼伤皮肤。 放射性衰变的类型放射性衰变的类型 衰变衰变 v衰变：原子核从较高能级跃迁到较低能级衰变：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。或者基态时所放射的电磁辐射。 v衰变的能级跃迁不改变原子核的原子序和衰变的能级跃迁不改变原子核的原子序和 原子质量数不发生变化，称为同质异能跃迁。原子质量数不发生变化，称为同质异能跃迁。 某些不稳定核素经过某些不稳定核素经过 或或 衰变后，能量仍衰变后，能量仍 较高，可再经过较高，可再经过 衰变达到稳定态。衰变达到稳

6、定态。 v 射线是短波电磁辐射射线是短波电磁辐射( ( =0.0070.1nm=0.0070.1nm) )， 穿透力极强；与物质作用产生光电效应、康穿透力极强；与物质作用产生光电效应、康 普顿效应和电子成对效应等。普顿效应和电子成对效应等。 放射性活度和半衰期 v放射性活度（强度）单位时间内发生核衰变放射性活度（强度）单位时间内发生核衰变 的数目的数目 v放射性活度单位放射性活度单位 贝可，符号贝可，符号Bq， 1Bq=1s-1 v半衰期半衰期 放射性核素因衰变而减少到原来一放射性核素因衰变而减少到原来一 般事件所需要的时间。是放射性核素的基本般事件所需要的时间。是放射性核素的基本 特征之一特

7、征之一 N dt dN A 6930 21 . / T 1.2 照射量和剂量 v照射量和剂量是表征放射量粒子与物质作用照射量和剂量是表征放射量粒子与物质作用 后产生的效应及其度量的术语后产生的效应及其度量的术语 照射量照射量 v照射量定义为：照射量定义为： 式中式中:X:X照射量，照射量，SISI单位为单位为C/kgC/kg dQ dQ 或或 射线在空气中完全被阻止时，引射线在空气中完全被阻止时，引 起质量为起质量为dmdm的某一体积单元的空气电离所的某一体积单元的空气电离所 产生的带电粒子产生的带电粒子( (正或负正或负) )的总电量值的总电量值 dm dQ X 吸收剂量吸收剂量 吸收剂量：

8、表示在电离辐射与物质发生相互吸收剂量：表示在电离辐射与物质发生相互 作用时，单位质量的物质吸收电力辐射能量作用时，单位质量的物质吸收电力辐射能量 大小的物理量大小的物理量 式中：式中：D吸收剂量，吸收剂量，SI单位为单位为J/kg ，专，专 门单位戈瑞，简称戈，符号门单位戈瑞，简称戈，符号Gy， 1Gy=1J/kg dED电离辐射给予质量为电离辐射给予质量为dm的的 物质的平均能量物质的平均能量 dm dE D D 第二节 环境中的放射性 2.1 2.1 环境中放射性的来源环境中放射性的来源 v环境放射性来源于天然的和人为的放射性环境放射性来源于天然的和人为的放射性 天然放射性天然放射性 v宇

9、宙射线宇宙射线 包括初级宇宙射线和次级宇宙射线包括初级宇宙射线和次级宇宙射线 v天然系列放射性核素天然系列放射性核素 与地球同寿，达到母体与地球同寿，达到母体 与子体的放射性平衡，并成为放射性核素系与子体的放射性平衡，并成为放射性核素系 列：铀系列：铀系( (母体为母体为238 238U) U)、锕系、锕系( (母体为母体为235 235U) U)和和 钍系钍系( (母体为母体为232 232Th) Th)，最终成为，最终成为PbPb核素核素 v自然界独立存在的核素自然界独立存在的核素 半衰期极长的核素半衰期极长的核素 第二节 环境中的放射性 v自然环境中天然存在的放射性称天然放射性自然环境中

10、天然存在的放射性称天然放射性 本底，是判断环境是否受到放射性污染的基本底，是判断环境是否受到放射性污染的基 准。天然放射性对人体的照射准。天然放射性对人体的照射80%为外照为外照 射射 v人为放射性污染源人为放射性污染源 v核试验与航天事故核试验与航天事故 v核工业核工业 v工农业、医学、科研工农业、医学、科研 v放射性矿物开采放射性矿物开采 2.2 放射性核素在环境中的分布 v在土壤和岩石中的分布在土壤和岩石中的分布。含量变动很大，主。含量变动很大，主 要取决于岩石层的性质和土壤的类型要取决于岩石层的性质和土壤的类型 v在水体中的分布在水体中的分布。海水中天然放射性核素主。海水中天然放射性核

11、素主 要是要是40K、87Rb和铀系元素，含量与区域和铀系元素，含量与区域 地理、水体交换等有关；淡水中天然放射性地理、水体交换等有关；淡水中天然放射性 核素含量与岩石、水文地质、大气交换等有核素含量与岩石、水文地质、大气交换等有 关关 v一般地下水中含有的放射性高于地面水，而一般地下水中含有的放射性高于地面水，而 且铀、镭的含量变化较大且铀、镭的含量变化较大 2.2 放射性核素在环境中的分布 v在大气中的分布在大气中的分布：大多数核素可以出现在空：大多数核素可以出现在空 气中，最主要的是氡的同位素气中，最主要的是氡的同位素(222Rn)，氡，氡 是镭的衰变产物，从含泪的岩石、土壤、水是镭的衰

12、变产物，从含泪的岩石、土壤、水 体和建筑材料中逸散到空气中。氡在日出前体和建筑材料中逸散到空气中。氡在日出前 浓度最高，中午较低，相差十倍以上浓度最高，中午较低，相差十倍以上 v在动植物组织中的分布在动植物组织中的分布：任何动植物体内都：任何动植物体内都 含天然放射性核素，与土壤、水、肥料有关含天然放射性核素，与土壤、水、肥料有关 v在室内空气中的分布在室内空气中的分布：主要来源于建筑材料：主要来源于建筑材料 2.3 人体中的放射性核素及其危害 v放射性核素进入人体的三个途径：呼吸道吸放射性核素进入人体的三个途径：呼吸道吸 入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入 v由呼吸

13、道吸入的放射性物质，其吸收程度与由呼吸道吸入的放射性物质，其吸收程度与 放射性核素的性质、状态有关：易溶性的吸放射性核素的性质、状态有关：易溶性的吸 收较快，气溶胶吸收较慢；核素被肺泡粘膜收较快，气溶胶吸收较慢；核素被肺泡粘膜 吸收后，可直接进入血液吸收后，可直接进入血液 v正常条件下，每年每人从环境中受到的放射正常条件下，每年每人从环境中受到的放射 性辐射总剂量不超过性辐射总剂量不超过2 2毫希沃特，其中一半毫希沃特，其中一半 以上是天然放射性以上是天然放射性 放射性污染的危害 v人体受到放射性射线照射后，常会引起肌体人体受到放射性射线照射后，常会引起肌体 细胞分子、原子电离，使组织的的某些

14、大分细胞分子、原子电离，使组织的的某些大分 子结构被破坏，如使蛋白质及核糖核酸、脱子结构被破坏，如使蛋白质及核糖核酸、脱 氧核糖核酸分子链断裂，造成组织破坏氧核糖核酸分子链断裂，造成组织破坏 v人体一次或在短期内接受大剂量照射，将引人体一次或在短期内接受大剂量照射，将引 起急性辐射损伤起急性辐射损伤 v大剂量外照射会严重伤害人体的各组织、器大剂量外照射会严重伤害人体的各组织、器 官和系统官和系统 第三节 放射性防护标准 v3.1 3.1 部分环境质量标准规定了放射性限制值部分环境质量标准规定了放射性限制值 环境要素环境要素放射性核素放射性核素浓度限值浓度限值(Bq/L) 海海 水水 Co0.0

15、03 Sr4 Rn0.2 Cs0.6 Cs0.7 放射性防护标准 环境要素环境要素射线或核素射线或核素浓度限值浓度限值(Bq/L) 地下水地下水总总 总总 0.10.1 0.10.1 生活饮用水生活饮用水 总总 总总 0.50.5 1.01.0 住宅空气住宅空气氡及其子体氡及其子体住房住房200Bq/m200Bq/m3 3 地下室地下室400Bq/m400Bq/m3 3 3.2 其他国家的辐射防护标准 v参见参见p276p276，表，表 8-8 8-8 国外有关环境放射性国外有关环境放射性 标准标准 第四节 放射性测量实验室和检测仪器 放射性测量实验室放射性测量实验室 v放射化学实验室放射化学

16、实验室 基本要求基本要求 不积尘、通风、不积水、个人不积尘、通风、不积水、个人 防护、废物专门收集处置防护、废物专门收集处置 v放射性计测实验室放射性计测实验室 基本要求基本要求 屏蔽本底、隔离干扰、良好接屏蔽本底、隔离干扰、良好接 地、供电稳定、恒温地、供电稳定、恒温 放射性检测仪器 v放射性检测仪器检测放射性的基本原理基放射性检测仪器检测放射性的基本原理基 于射线与物质之间相互作用产生的各种效于射线与物质之间相互作用产生的各种效 应，包括电离效应、发光效应、热效应、应，包括电离效应、发光效应、热效应、 化学效应和能产生次级粒子的核反应等化学效应和能产生次级粒子的核反应等 v常用的检测器即利

17、用上述效应工作常用的检测器即利用上述效应工作 v电离型检测器电离型检测器 利用电离效应利用电离效应 气体气体 v闪烁型检测器闪烁型检测器 利用光效应利用光效应 v半导体检测器半导体检测器 利用电离效应利用电离效应 固态半导体固态半导体 第五节 放射性监测 v5.1 5.1 监测对象及内容监测对象及内容 监测对象监测对象 v现场监测现场监测 对应用核技术的内部场所的监测对应用核技术的内部场所的监测 v个人剂量个人剂量 对从事与核有关专业人员以及公对从事与核有关专业人员以及公 众作内照射和外照射的剂量监测众作内照射和外照射的剂量监测 v环境监测环境监测 对外环境的放射性水平监测，对对外环境的放射性

18、水平监测，对 象有空气、水体、土壤、生物、固体废物等象有空气、水体、土壤、生物、固体废物等 v环境监测的主要核素有：环境监测的主要核素有： 放射性核素和放射性核素和 放放 射性核素射性核素 放射性监测 监测内容监测内容 v放射源强度、办衰期、射线种类及能量放射源强度、办衰期、射线种类及能量 v环境和人体中放射性含量、空间照射量或环境和人体中放射性含量、空间照射量或 电离辐射剂量电离辐射剂量 5.2 放射性监测方法 v包括定期监测和连续监测包括定期监测和连续监测 v定期监测时同样遵循样品采集、样品与处定期监测时同样遵循样品采集、样品与处 理和确定方法、样品分析测定的基本步骤理和确定方法、样品分析

19、测定的基本步骤 v放射性样品主要采用仪器分析方法，也有放射性样品主要采用仪器分析方法，也有 部分采用化学方法部分采用化学方法 v连续监测针对特定的核设施，在现场安装连续监测针对特定的核设施，在现场安装 自动化监测仪器自动化监测仪器 5.2 放射性监测方法 放射性样品采集放射性样品采集 v放射性沉降物的采集放射性沉降物的采集 与降尘样品的采集相似，水与降尘样品的采集相似，水 盘法、粘纸法、高罐法盘法、粘纸法、高罐法 v放射性气溶胶的采集放射性气溶胶的采集 与大气中颗粒物的采集相与大气中颗粒物的采集相 似，滤料阻截法似，滤料阻截法 放射性样品预处理放射性样品预处理 v衰变法衰变法 v共沉淀法共沉淀

20、法 v灰化法灰化法 v电化学沉积法电化学沉积法 5.2 放射性监测方法 v基本方法基本方法 利用对特定射线强度的计数实现利用对特定射线强度的计数实现 v水中总水中总 放射性活度测定放射性活度测定 利用闪烁检测器测量利用闪烁检测器测量 利用标准源定标、校正利用标准源定标、校正 v水中总水中总 放射性活度测定放射性活度测定 利用低本底盖革计数管测量利用低本底盖革计数管测量 利用标准源定标、校正利用标准源定标、校正 小结和练习题 本章要点本章要点 v环境放射性的来源环境放射性的来源 v三种核衰变三种核衰变 v半衰期计算半衰期计算 v复习题复习题 p285 1、2、3 v作业作业 p285 4、6 突

21、发性环境污染事故的应急监测 v由于自然和人类活动，环境在正常情况下处于由于自然和人类活动，环境在正常情况下处于 “动态平衡动态平衡”。当环境质量偏离稳态时环境质。当环境质量偏离稳态时环境质 量随之变化。若在极短时间内激烈量随之变化。若在极短时间内激烈“扰动扰动”， 即发生即发生“瞬态局部严重污染瞬态局部严重污染”，即突发性环境，即突发性环境 污染事故。它是指：非正常的、不可抗拒，在污染事故。它是指：非正常的、不可抗拒，在 时间、地点、场合、排污方式、排污途径、排时间、地点、场合、排污方式、排污途径、排 污种类、数量、浓度等均难以预料的环境污染污种类、数量、浓度等均难以预料的环境污染 事故事故

22、突发性环境污染事故产生的原因突发性环境污染事故产生的原因 v1)1)生产事故：在化工、石油、煤炭、医药、核工业等生产事故：在化工、石油、煤炭、医药、核工业等 生产过程中使用、生产极毒化学品、易燃易爆物质或生产过程中使用、生产极毒化学品、易燃易爆物质或 放射性物质，由于不遵守操作规程或设备，管、阀破放射性物质，由于不遵守操作规程或设备，管、阀破 裂造成有毒物、放射性物质泄漏、燃烧爆炸等事故。裂造成有毒物、放射性物质泄漏、燃烧爆炸等事故。 v(2)(2)贮运事故：有毒有害物品在贮存过程中，发生贮贮运事故：有毒有害物品在贮存过程中，发生贮 罐腐蚀、破损、仓库火灾、爆炸等事故；危险品在运罐腐蚀、破损、

23、仓库火灾、爆炸等事故；危险品在运 输或输送途中，发生沉船、翻车、输送管道泄漏或爆输或输送途中，发生沉船、翻车、输送管道泄漏或爆 炸、燃烧等事故。炸、燃烧等事故。 v(3)(3)自然灾害：地质、台风、龙卷风、暴雨、泥石自然灾害：地质、台风、龙卷风、暴雨、泥石 流、山体滑坡等自然灾害造成工厂、仓库倒塌、流、山体滑坡等自然灾害造成工厂、仓库倒塌、 船只沉没，车辆顷翻，如果伴随危险品流失，将船只沉没，车辆顷翻，如果伴随危险品流失，将 引发恶性环境污染事故。引发恶性环境污染事故。 v(4)(4)人类战争：包括两类人类战争：包括两类一是战争破坏工厂、一是战争破坏工厂、 仓库、设施、油田、输油管道等；二是战

24、争中使仓库、设施、油田、输油管道等；二是战争中使 用化学武器、核武器、生化武器等所造成严重的用化学武器、核武器、生化武器等所造成严重的 环境污染。统计表明，前环境污染。统计表明，前3 3类是造成突发性环境污类是造成突发性环境污 染事故的主要原因染事故的主要原因 突发性环境污染事故的分类突发性环境污染事故的分类 v根据事故发生原因、主要污染物性质和事故表现根据事故发生原因、主要污染物性质和事故表现 形式等，可以分为形式等，可以分为7 7类类 v1)1)有毒有害物质污染事故：指在生产、生活过程有毒有害物质污染事故：指在生产、生活过程 中因生产、使用、贮存、运输、排放不当导致有中因生产、使用、贮存、

25、运输、排放不当导致有 毒有害化学品泄漏或非正常排放所引发的污染事毒有害化学品泄漏或非正常排放所引发的污染事 故。故。 v(2)(2)毒气污染事故：实际是上面事故的一种，由毒气污染事故：实际是上面事故的一种，由 于毒气污染事故最常见，所以另列，主要有毒、于毒气污染事故最常见，所以另列，主要有毒、 有害气体有一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气等。有害气体有一氧化碳、硫化氢、氯气、氨气等。 v(3)(3)爆炸事故：易燃、易爆物质所引起的爆爆炸事故：易燃、易爆物质所引起的爆 炸、火灾事故。例如，煤矿瓦斯、烟花爆竹炸、火灾事故。例如，煤矿瓦斯、烟花爆竹 厂以及煤气、石油液化气、天然气、油漆、厂以及煤气、石油液

26、化气、天然气、油漆、 硫磺使用不当造成的爆炸事故。有些垃圾、硫磺使用不当造成的爆炸事故。有些垃圾、 固体废物堆放或处置不当，也会发生爆炸事固体废物堆放或处置不当，也会发生爆炸事 故。故。 v(4)(4)农药污染事故：剧毒农药在生产、贮存、农药污染事故：剧毒农药在生产、贮存、 运输过程中，因意外、使用不当所引起的泄运输过程中，因意外、使用不当所引起的泄 漏所导致的污染事故。漏所导致的污染事故。 v(5)(5)放射性污染事故：生产、使用、贮存、放射性污染事故：生产、使用、贮存、 运输放射性物质过程中不当而造成核辐射危运输放射性物质过程中不当而造成核辐射危 害的污染事故。害的污染事故。 v(6)(6

27、)油污染事故：原油、燃料油以及各种油油污染事故：原油、燃料油以及各种油 制品在生产、贮存、运输和使用过程中因制品在生产、贮存、运输和使用过程中因 意外或不当而造成泄漏的污染事故。意外或不当而造成泄漏的污染事故。 v(7)(7)废水非正常排放污染事故：因排放不当废水非正常排放污染事故：因排放不当 或事故使大量高浓度废水突然排入地表水或事故使大量高浓度废水突然排入地表水 体，致使水质突然恶化体，致使水质突然恶化 突发性环境污染事故的特征 v(1)(1)形式多样性形式多样性 v(2)(2)发生的突然性发生的突然性 v(3)(3)危害的严重性危害的严重性 v(4)(4)处理处置的艰巨性处理处置的艰巨性 v(5)(5)突发性环境污染事故的规律性突发性环境污染事故的规律性 突发性环境污染事故的应急监测 v突发性污染事故的应急监测是一种特定目的突发性污染事故的应急监测是一种特定目的 的监测，它要求监测人员在第一时间到达事的监测，它要求监测人员在第一时间到达事 故现场，用小型便携、快速检测仪器或装置，故现场，用小型便携、快速检测仪器或装置， 在尽可能短的时间内判断和测定污染物的种在尽可能短的时间内判断和测定污染物的种 类、污染物的浓度、污染范围、扩散速度及类、污染物的浓度、污染范围、扩散速度及 危害程度，为领导决策提供科学依据。应急危害程度，为