放射性污染监测

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1、第 12 章放射性污染监测本章教学目的、要求1了解环境放射性的来源及危害；2熟悉放射性测量实验室；3掌握放射性监测方法；4了解电磁辐射污染监测。本章重点放射性危害、放射性监测本章难点放射性监测方法本章教学目录12.1 概述12.2 放射性监测方 法12.3 电磁辐射污染监测12.1概述放射性有些原子核是不稳定的，它能自发地有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰变。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，这种性质称为放射性 。凡具有自发地放出射线特征的物质称作放射性物质。放射性的来源放射性污染物质来源于自然界和人工制造两个方面。天然放射性来源宇

2、宙射线由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成。初级宇宙射线是指从外层空间1射到地球大气的高能辐射，主要成分为质子(83%89%)、 粒子 (10% 15%)及原子序 Z3 的轻核和高能电子 (1%2%)，这种射线能量很高，可达2010 MeV 以上。初级宇宙射线与地球大气层中的原子核相互作用，产生的次级粒子和电磁辐射称为次级宇宙射线。天然放射性同位素自然界中天然放射性核素主要包括以下三个方面：宇宙射线产生的放射线核素。如14N(n,T) 12C 反应产生的氚， 14N(n,P) 12C 反应产生的 14C；天然系列放射性核素。这种系列有三个，即铀系，其母体是238U；锕系，其母体是 235U；钍系，

3、其母体是232Th。自然界中单独存在的核素。这类核素约有20 种，如 40K 、87Rb、 209Bi 等。人为放射性核素的来源a. 核试验及航天事故b. 核工业c. 工农业、医学科研等部门对放射性核素的应用d. 放射性矿的开采和利用放射性核素对人体的危害途径：呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入。其对人体的危害主要是辐射损伤，辐射引起的电子激发作用和电离作用使机体分子不稳定，导致蛋白质分子键断裂和畸变，破坏对人类新陈代谢有重要意义的酶。辐射不仅可扰乱和破坏机体细胞组织的正常代谢活动，而且可以直接破坏细胞和组织的结构，对人体产生躯体损伤效应(如白血病、恶性肿瘤、生育力降低、寿命缩短等)和遗传

4、损伤效应 (流产、遗传性死亡和先天畸形等)。12.2放射性监测方法监测对象和内容监测对象：现场监测，即对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测；个人剂量监测，即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；2环境监测，即对放射性物质生产和应用单位外部环境，包括空气、水体、 土壤、生物、固体废物等所作的监测。在环境监测中，主要测定的放射性核素为： 放射性核素， 即239226222210222234235Pu 、 Ra、 Rn、Po、Th、U、U 等； 放射性核素， 即 3H、 90Sr、 89Sr、 134Cs、 137Cs、 131I 和 60Co 等。这些核素在环境中出现的

5、可能性较大，其毒性也较大。对放射性核素具体测量的内容有：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。放射性测量实验室放射性测量实验室分为两个部分，一是放射化学实验室；二是放射性计测实验室。放射化学实验室放射性样品的处理一般应在放射化学实验室内进行。为得到准确的监测结果和考虑操作安全问题，该实验室内应符合要求。放射性计测实验室放射性计测实验室装备有灵敏度高、选择性和稳定性好的放射性计量仪器和装置。设计实验室时，特别要考虑放射性本底问题。放射性检测仪器放射性测量仪器检测放射性的基本原理是基于射线与物质间相互作用所产生的各种效应，包括电离、发

6、光、热效应、化学效应和能产生次级粒子的核反应等。最常用的检测器有三类，即电离型检测器、闪烁型检测器和半导体检测器。见表12-1。表 12-1各种常用放射性检测器射线种类检测器特点闪烁检测器检测灵敏度低，探测面积大正比计数管检测效率高，技术要求高半导体检测器本底小，灵敏度高，探测面积小电流电离室测较大放射性活度正比计数管检测效率较高，装置体积较大盖革计数管检测效率较高，装置体积较大3闪烁检测器检测效率较低，本底小半导体检测器探测面积小，装置体积小闪烁检测器检测效率高，能量分辩能力强半导体检测器能量分辩能力强，装置体积小电离型检测器电离型检测器是利用射线通过气体介质时，使气体发生电离的原理制成的探

7、测器。该种检测器有电流电离室、正比计数管和盖革计数管(GM 管 )三种。电流电离室是测量由于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，适于测量弱放射性。以上三种检测器之所以有不同的工作状态和不同的功能，主要是因为对它们施加的工作电压不同，从而引起电离过程不同。12.2.3.2 闪烁检测器闪烁检测器是利用射线与物质作用发生闪光的仪器。它具有一个受带电粒子作用后其内部原子或分子被激发而发射光子的闪烁体。当射线照在闪光体上时，便发射出荧光光子，并且利用光导和反光材料等将大部分光子收集在光电倍增

8、管的光阴极上。光子在灵敏阴极上打出光电子，经过倍增放大后在阳极上产生电压脉冲，此脉冲还是很小的，需再经电子线路放大和处理后记录下来。闪烁体的材料可用 ZnS、 NaI、蒽、芪等无机和有机物质。探测 粒子时， 通常用 ZnS 粉末；探测 射线时，可选用密度大、能量转化率高、可做成体积较大且透明的 NaI(TI) 晶体；蒽等有机材料发光持续时间短，可用 于高速计数和测量寿命 短的核素的半衰期。闪烁检测器具有高灵敏度和高计数率的优点。被广泛应用于测量 、 辐射强度。半导体检测器半导体检测器的工作原理与电离型检测器相似，但其检测元件是固态半导体 。当放射性粒子射入这种元件后，产生电子 空穴对，电子和空

9、穴受外加电场的 作用，分别向两极运动，并被电极所收集，从而产生脉冲电流，再经放大后，由多道分析器或4计数器记录。放射性监测方法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、仪器测定三个过程。样品采集(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

10、、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。(2)放射性气溶胶的 采集这种样品的采集常用滤料阻留采样法，其原理与大气中颗粒物的采集相同。(3)其他类型样品的 采集对于水体、土壤、生物样品的采集、制备和保存方法与非放射性样品所用的方法没有大的差别。样品预处理预处理的目的是将样品处理成适于测量的状态，将样品的欲测核素转变成适于测量的形态并进行浓集，以及去除干扰核素。(1)衰变法采样后，将其放置一段时间，让样品中一些寿命短的非待测核素衰变除去，然后再进行放射性测量。(2)共沉淀法用一般化学沉淀法分离环境样品中的放射性核素，

11、因核素含量很低，达不到溶度积，故不能达到分离目的，但如果加入毫克数量级与欲分离放射性核素性质相近的非放射性元素载体，则由于二者之间同晶共沉淀或吸附共沉淀作用，载体将放射性核素55960载带下来，达到分离和富集的目的。例如，用Co 作载体，则与Co 发生同晶共沉淀。这种富集分离方法具有简便，实验条件容易满足等优点。(3)灰化法对蒸干的水样或固体样品，可在瓷坩埚内于500马弗炉 中灰化，冷却后称重，再转入测量盘中铺成薄层检测其放射性。(4)电化学法该方法是通过电解将放射性核素沉积在阴极上，或以氧化物形式沉积在阳极上。+2+2+等可以金属形式沉积在阴极；2+2+可以氧化物的形式沉积在如 Ag、 Bi

12、、PbPb、Co阳极。其优点是分离核素的纯度高。如果将放射性核素沉积在惰性金属片电极上，可直接进行放射性测量；如将其沉积在惰性金属丝电极上，可先将沉积物溶出，再制备成样品源。(5)其它预处理方法蒸馏法、有机溶剂溶解法、溶剂萃取法、离子交换法的原理和操作与非放射物质无本质区别。环境中放射性监测(1)水样的总 放射性活度的测定水体中常见辐射 粒 子的核素有 226Ra、 222Rn 及其衰变产物 等。目前公认的水样总 放射性浓度是 0.1Bq/L ，当大于此值时，就应对放射粒子的核素进行鉴定和测量，确定主要的放射性核素，判断水质污染情况。方法是：取一定体积水样，过滤除去固体物质，滤液加硫酸酸化，蒸

13、发至干，在不超过 350温度下灰化。将灰化后的样品移入测量盘中并铺成均匀薄层，用闪烁检测器测量。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。测定标准样品的目的是确定探测器的计数效率，以计算样品源的相对放射性活度，即比放射性活度。标准源最好是欲测核素，并且二者强度相差不大。如果没有相同核素的标准源，可选用放射同一种粒子而能量相近的其他核素。测量总 放射性活度的标准源常选择硝酸铀酰。水样的总 比放射性活度 (Q)用下式计算：Q=(nc-nb)/(nsV)式中：比放射性活度 (Bq/L) ；Qnc用闪烁检测器测量水样得到的计数率(计数 min) ；nb空测量盘的本底计数率 (计数 m

14、in)；6ns根据标准源的活度计数率计算出的检测器的计数率 计数 (Bq.min) ；V所取水样体积 (L)。(2)水样的总 放射性活度测量水样总 放射性活度测量步骤基本上与总 放射性活度测量相同，但检测器 用低本底的盖革计数管，且以含 40K 的化合物作标准源。水样中的 射线常来自 40K 、90Sr、 129I 等核素的衰变，其目前公认的安全水平为 lBq/L 。 40K 标准源可用天然钾的化合物 (如氯化钾 )制备。(3) 土壤中总 、 放射性活度的测量在采样点选定的范围内，沿直线每隔一定距离采集一份土壤样品，共采集45 份。采样时用取土器或小刀取1010cm2、深 1cm 的表土。除去

15、土壤中的石块、草类等杂物，在实验室内晾干或烘干，移至干净的平板上压碎，铺成12cm 厚方块，用四分法反复缩分，直到剩余200-300g 土样，再于 500灼烧，待 冷却后研细、过筛备用。称取适量制备好的土样放于测量盘中，铺成均匀的样品层，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 )。 比放射性活度 (Q )和 比放射性活度 (Q)分别用以下两式计算：Q=( c-nb)106/（ 60lFs）n4Q=1.48 10 n/nKCl式中：比放射性活度 (Bq kg 干土 )；Q比放射性活度 (Bq/Kg 干土 )；Qnc样品 放射性总计数率 (计数 mi

16、n)；nb本底计数率 (计数 min) ；2检测器计数效率 (计数 Bqmin)；S 样品面积 (cm ) ；l样品厚度 (mgcm2)；F自吸收校正因子，对较厚的样品一般取0.5；n样品月放射性总计数率(计数 min)；4 40 nKCl 氯化钾标准源的计数率(计数 min)；1.48 101kg 氯化钾所含K 的 放 射性的贝可数。(4)大气中氡的测定7222Rn 是 226Ra 的衰变产物，为一种放射性惰性气体。它与空气作用时，能使之电离，因而可用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度；也可用闪烁探测器记录由氡衰变时所放出的粒子计算其含量。(5)大气中各种形态131I 的测定碘的同位素很

17、多，除127I 是天然存在的稳定性同位素外，其余都是放射性的同位素。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。大气中的 131 I 呈元素、化合物等各种化学形态和蒸气、气溶胶等不同状态，因此采样方法各不相同。见图 12-1，该采样器由粒子过滤器、元素碘吸附器、次碘酸吸附器、甲基碘吸附器和炭吸附床组成。对例行环境监测，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。图 12-1 各种形态碘的采样器个人外照射剂量个人外照射剂量用佩戴在身体适当部位的个人

18、剂量计测量，这是一种能对放射性辐射进行累积剂量的小型、轻便、容易使用的仪器。常用的个人剂量计有袖 珍电离室、胶片剂量计、热释光体和荧光玻璃。812.3电磁辐射污染监测12.3.1 电磁辐射12.3.1.1 电磁辐射的含义电磁辐射：电磁波在自由空间以一定速度向四周传播，这种以电磁波传递能量的过程或现象称之。电磁辐射能随频率的增高而增大，低频率的辐射能则较弱。一般发电厂发出的交流电的频率约为 50Hz，在电路中它所辐射 的电磁波能量可忽略不计，若要产生有效的辐射，波源的最低频率需在105Hz 以上。12.3.1.2 电磁辐射产生的方式可分为天然和人工两种。天然产生的电磁辐射主要来自地球的热辐射、太

19、阳的辐 射、宇宙射线和雷电等；人工产生的电磁辐射主要来自某些电子设备和电气装置的工 作系统，其中包括： (1)高频感应加热设备，如高频焊接、高频熔炼等；(2)高频介质加 热设备，如塑料热合机、干燥处理机等； (3)短波、超短波理疗设备；(4)微波发射设备；(5)无线电广播与通 讯等各种射频设备。常 见的高频电磁场、微波技术应用及设备辐射源见表12-2 所示。表 12-2 常用射频技术及辐射源波段射频技术应用辐射 源1.感应加热 (淬火 、熔炼、焊接、切 割等 )高频振荡管、 高频变压器、中波2.介质加热 (木材 、粮食、纸张、茶 叶、干馈线、感应圈 、工作电极、燥、塑料热合 等)耦合 电容器等

20、短波3.无线电通 讯、广播4.理疗设备1.无线电通 讯、广播、电视振荡回路、工 作电路、馈超短波2.射频溅射 等工业应用线、 天然、电 极等3.医用治疗1.无线电定 位( 雷达等 )、导 航磁控管、速调 管、波导管、微波2.无线电天 文学、气象学天线、辐射器 等3.无线电通 讯、电视、食品 、热疗电磁辐射污染的危害电磁辐射污染是指天然和人为的各种电磁波干扰，以及对人体有害的电磁辐射。9虽然电磁辐射属于非电离辐射，其危害性远低于放射性污染，但电磁辐射对 环境和人类仍然存在威胁，其危害性主要体现为以下几个方面：(1)引燃引爆极高频辐射场可使导弹系统控制失灵，造成电爆管效应的提前或滞后；更为严重的是

21、由于高频电磁的振荡可使金属器件之间相互碰撞而打火，引起火药、可燃油类或气体燃烧爆炸。(2)干扰信号电磁辐射可直接影响电子设备、仪器仪表的正常工作，造成信息失真、控制失灵，以致酿成大祸。如，会引起火车、飞机、导弹或人造卫星的失控；干扰医院的脑电图、心电图等信号，使之无法正常工作。(3)危害人体健康电磁辐射监测电磁辐射的监测按监测场所分为作业环境、特定公众暴露环境、一般公众暴露环境监测；按监测参数分为电场强度、磁场强度和电磁场功率通量密度等监测。监测仪器根据测量目的分为非选频式宽带辐射测量仪和选频式辐射测量仪，见表12-3 和表12-4。表 12-3 常用非选频式宽带辐射测量仪名 称频 带量 程各

22、向同性探头类型微波漏能仪0915 12.4GHz0.00530mW/cm 2无热偶结点阵微波辐射测量仪110GHz0.2 20mW/cm 2有肖特基二极管偶极子电磁辐射监测仪0.51000MHz1 1000V/m有偶极子全向宽带近区场强仪0.21000MHz1 1000V/m有偶极子宽带电磁场强计E： 0.13000MHzE ：0.51000V/m有偶极子环天线H ：0.5 30MHzH ：1 2000A/m宽带电磁场强计E： 20 105HzE ：12000V/m有偶极子环天线H ：5060HzH ：1 2000A/m辐射危害计0.318GHz0.1 200mV/cm 2有热偶结点阵辐射危害

23、计200kHz 26GHz0.001 20mV/cm 2有热偶结点阵宽带全向辐射监测仪0.326GHz8621B 探头：有热偶结点阵0.005 20mW/cm 28623 探头： 0.05100mW/cm 2宽带全向辐射监测仪10300GHz8631： 0.005 200mW/cm2有热偶结点阵8633： 0.05100mW/cm 210宽带全向辐射监测仪0.326GHz8621B ： 0.005 20mW/cm 2有热偶结点阵10300MHz8631： 0.05100mW/cm 2宽带全向辐射监测仪8635、 86338633： 0.05100mW/cm 2有热偶结点阵环天线103000MH

24、z8644： 0.0005 2W/cm 286448635： 0.0025 10W/cm 2103000MHz宽带全向辐射监测仪由决定选用探头由决定选用探头有热偶结点阵环天线全向宽带场强仪-4E ：0.130V/m有偶极子E： 510 6GHzH ：0.3 3000MHzH ：0.11000A2/m2磁环天线名称干扰场 强测量仪干扰场 强测量仪干扰场 强测量仪干扰场 强测量仪干扰场 强测量仪场强仪EMI 测试接收机电视场 强计电视信 号场强计场强仪表 12.4常用选频式辐射测量仪频带量程10 150kHz24 124dB0.15 30MHz28 132dB28 500MH29 110dB0.47 1GH227 120dB0.5 30MH210 115dB2 10-8 18GHz110-8 1V9kHz 30MHz20MHz 1GHz5Hz 1GHz1000V m20Hz 5GHz20Hz 26.5GHz1 56 频道灵敏度 ： 10 V40 890MHz20 120dB40 860MHz20 120dB备注交直流 两用交直流 两用交直流 两用交直流 两用交直流 两用NM-67 只能用交 流交流供 电、显示被 测场频谱交直流 两用交直流 两用交直流 两用11