物理性污染控制 3 放射性污染及其控制

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1、放射性污染及其控制 目目 录录 第一节第一节 概概 述述 第二节第二节 辐射剂量学基础辐射剂量学基础 第三节第三节 放射性废物与防护标准放射性废物与防护标准 第四节第四节 放射性废物处理技术放射性废物处理技术 一、环境中的放射源二、辐射的生物效应及其危害 第一节第一节 概概 述述 放射源放射源 天然辐射源天然辐射源（天然本底辐射）人工辐射源人工辐射源宇宙辐射宇宙辐射地球内放射性物质地球内放射性物质人体内放射性物质人体内放射性物质核试验放射性污染核试验放射性污染核能、放射性同位素生产核能、放射性同位素生产核材料贮存、运输核材料贮存、运输放射性固体废物处理与处置放射性固体废物处理与处置核设施退役核

2、设施退役一、环境中的放射源l天然本底辐射天然本底辐射2.42.4毫希毫希核辐射核辐射 核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实。 核辐射的能量较高，能够可以把原子电离。所以也称为电离辐射。 一般而言，电离是指电子被电离辐射从电子壳层中击出，使原子带正电。由于细胞由原子组成，电离作用可以引致癌症。一个细胞大约由数万亿个原子组成。电离辐射引致癌症的几率取决于辐射剂量率及接受辐射生物之感应性。、辐射及中子辐射均可以加速至足够高能量电离原子。天然放射性 1896年，法国物理学家贝克勒尔（Beequerel）发现铀（U）的化合物能使附近包在黑纸里的照相底片感光，从而推

3、断出铀可以不断的自动放射出某种看不见的、穿透力相当强的射线。 1897年，卢瑟福（E. Rutherford）和约瑟夫汤姆孙（J. J. Thomson）通过在磁场中研究铀的放射线偏转，发现铀的放射线有带正电，带负电和不带电三种，分别被称为射线，射线和射线，后来经过物理学家的共同努力，发展了这一研究结果。现在知道原子序数在84以上的所有元素都有天然放射性，小于此数的某些元素如碳、钾等也有这种性质。 衰变模式：常见衰变模式有衰变、衰变、衰变衰变 衰变是原子核自发放射粒子的核衰变过程。粒子是电荷数为2、质量数为4的氦核He。1896年A.-H.贝可勒尔发现放射性后，人们花了很大力量研究衰变。E.卢

4、瑟福和他的学生经过整整10年的努力，终于在1908年直接证明了粒子就是氦原子核 He。衰变中放出的能量称为衰变能。衰变能可以通过衰变前后的原子核的静止质量之差计算而得到。衰变 衰变中，核内的一个中子转变为质子，同时释放一个电子。新核的质量数不变，电荷数增加1，新核在元素周期表中的位置要向后移一位。 衰变 伽玛衰变衰变是放射性元素衰变的一种形式。反应时放出伽玛射线是电磁波的一种，不是粒子。 通常在发生衰变或衰变时，所生成的核仍处于不稳定的较高能态（激发态），在转化到处于稳定的最低能态（基态）的过程中，也会产生这种衰变而放出射线。人工放射性 1933年，约里奥-居里夫妇在第七届索尔威会议上报告，某

5、些物质在粒子轰击下发射出正电子连续谱。他们一直坚持研究这个现象，于1934年1月19日作了结论，并向自然杂志写了一则通信。这封信证明了就是居里夫妇通过实验证明了人工放射线的存在。 人工放射性核素主要是通过裂变反应堆和粒子加速器制备。二、辐射的生物效应及其危害辐射的生物效应辐射的生物效应 辐射对人体的危害辐射对人体的危害 辐射的生物效应辐射的生物效应 l辐射与人体相互作用会辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应导致某些特有生物效应l其性质和程度主要取决其性质和程度主要取决于人体组织吸收的辐射于人体组织吸收的辐射能量，能量，l演变过程如图演变过程如图5-15-1所示。所示。 1.1.辐射对细胞的

6、作用辐射对细胞的作用 影响影响因素因素 物理因素物理因素 生物因素生物因素 辐射类型、辐射能量、吸收剂辐射类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率、照射方式、受照量、剂量率、照射方式、受照姿势及其在辐射场内的取向等。姿势及其在辐射场内的取向等。生物种系生物种系人人猴猴大鼠大鼠鸡鸡龟龟大肠杆菌大肠杆菌病毒病毒LDLD5050 / / GyGy4.04.06.06.07.07.07.157.1515.015.056.056.02 210104 4 表表5-1 5-1 生物死亡生物死亡5050的吸收剂量值的吸收剂量值 种系的演化程度、机体结构、种系的演化程度、机体结构、个体不同发育阶段、不同细个体不同发育阶

7、段、不同细胞、组织或器官对辐射敏感胞、组织或器官对辐射敏感性各异性各异生物生物效应效应 躯体效应躯体效应 遗传效应遗传效应 2.2.辐射的生物效应辐射的生物效应 l辐照对受照者本身的有害效应；辐照对受照者本身的有害效应；l是由于人体普通细胞受损引起的；是由于人体普通细胞受损引起的；l只影响到受照者个人本身。只影响到受照者个人本身。l辐射引起人体细胞内的基因突变；辐射引起人体细胞内的基因突变；l是是生殖细胞受损伤引起的生殖细胞受损伤引起的有害效应；有害效应；l影响到受照者影响到受照者后代的身体缺陷后代的身体缺陷。辐射对人体的危害辐射对人体的危害 1.1.急性放射病急性放射病 v由大剂量急性照射引

8、起，多为意外核事故、由大剂量急性照射引起，多为意外核事故、 核战争造成。核战争造成。v全身性辐射损伤全身性辐射损伤v局部性辐射损伤局部性辐射损伤v按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起按射线的作用范围，短期大剂量外照射引起 的辐射损伤可分成的辐射损伤可分成2.2.远期影响远期影响 v慢性放射病是由于多次照射、长期累积的慢性放射病是由于多次照射、长期累积的结果。危害取决于受辐射时间和辐射量。主结果。危害取决于受辐射时间和辐射量。主要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体要是慢性放射病和长期小剂量照射对人体 健康的影响，多属于随机效应。健康的影响，多属于随机效应。来来 源源集体剂量集体剂量 /人人Sv

9、a-1所有的天然辐射源所有的天然辐射源10 000 000 宇宙射线：飞机旅行宇宙射线：飞机旅行2000燃煤电站燃煤电站约约2000燃煤的家庭烹调及取暖燃煤的家庭烹调及取暖100 000磷盐工业磷盐工业6000磷石膏磷石膏1977年为年为300 000核武器试验核武器试验最高年份为最高年份为400 000(19621963)所有时间共计所有时间共计30 000 000核电核电(不包括废物处置不包括废物处置)1980年为年为500，2000年为年为1000核电核电(职业照射职业照射)2000夜光钟表夜光钟表2000表表5-2 5-2 来自来自天然和人工辐射源辐射的集体剂量天然和人工辐射源辐射的集

10、体剂量 第二节第二节 辐射剂量学基础辐射剂量学基础 放射性活度放射性活度一、辐射剂量学的基本量和单位 照射量照射量 吸收剂量吸收剂量 剂量当量剂量当量 有效剂量当量有效剂量当量 放射性活度放射性活度v定义定义：单位时间内放射性原子核所发生的核：单位时间内放射性原子核所发生的核 转变数，符号转变数，符号A A。v单位单位：vSISI单位：单位：BqBq( (贝可贝可) )，1Bq1Bq表示每秒钟发生表示每秒钟发生 一次核衰变；一次核衰变；v曾用单位：曾用单位：CiCi( (居里居里) )；v1Ci=3.71Ci=3.710101010BqBq。照射量照射量1.1.照射量照射量X Xv定义定义：表

11、示表示或或X X射线在空气中产生电离能力射线在空气中产生电离能力 大小的辐射量大小的辐射量。v定义式：定义式： （5-1） v单位单位：vSISI单位：单位：C/kg ；曾用单位：；曾用单位：R ( (伦琴伦琴) ) ；v1 R2.58l010 C/kg 。mdQXd射线在质量为射线在质量为dmdm的空气中释放出来的空气中释放出来的全部电子的全部电子( (正电子和负电子正电子和负电子) )被空被空气完全阻止时，在空气中产生的一气完全阻止时，在空气中产生的一种符号离子的总电荷的绝对值，种符号离子的总电荷的绝对值，C C 受照空气的质量，受照空气的质量，kg kg 照射量只用于量度照射量只用于量度

12、或或X X射线在空气介质中产生的照射效能。射线在空气介质中产生的照射效能。吸收剂量吸收剂量 1.1.吸收剂量吸收剂量D Dv定义定义：单位质量受照物质中所吸收的平均辐单位质量受照物质中所吸收的平均辐 射能量。射能量。 v定义式：定义式： （5-3） v单位单位：vSISI单位单位: :Gy（戈瑞）（戈瑞）；曾用单位；曾用单位: :radrad( (拉德拉德) ) ；v1rad=0.011rad=0.01Gy 。mdDd电离辐射授予质量为电离辐射授予质量为dmdm的物的物质的平均能量，质的平均能量，J J； 质量，质量，kg kg v定义定义：组织内某一点的剂量当量：组织内某一点的剂量当量 H

13、= DQN单位单位：Sv（希沃特）（希沃特）剂量当量剂量当量 l生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。等因素的影响，故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。l为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射照射对人体造成的生物效应的严重程度或发生概率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。的严重程度或发生概率的大小，辐射防护上采用剂量当量这一辐射量。 在该点所接受的吸收在该点所接受的吸收剂量，剂

14、量，GyGy 国际放射防护委员会规定的国际放射防护委员会规定的其他修正系数，目前规定其他修正系数，目前规定N1 品质因数，用以计量剂量的品质因数，用以计量剂量的微观分布对危害的影响微观分布对危害的影响 有效剂量当量有效剂量当量 v 受照器官和组织的总危险度按有效剂量当受照器官和组织的总危险度按有效剂量当 量计算量计算 HE=WTHT （5-65-6）式中：式中：HE有效剂量当量，有效剂量当量，Sv； HT器官或组织器官或组织T所接受的剂量当量，所接受的剂量当量，Sv； WT该器官的相对危险度系数。该器官的相对危险度系数。性腺：性腺：0.25 肺部：肺部：0.12 甲状腺：甲状腺：0.03第三节

15、第三节 放射性废物与防护标准放射性废物与防护标准放射性污染基本概念放射性污染放射性污染:人类活动排放出的放射性物人类活动排放出的放射性物质，使环境的放射性水平高于天然本底或质，使环境的放射性水平高于天然本底或超过国家规定的标准所造成的污染。超过国家规定的标准所造成的污染。大气大气水水土壤土壤原子能工业排放的废物原子能工业排放的废物原子能工业中核燃料原子能工业中核燃料的提炼、精制和核燃料元的提炼、精制和核燃料元件的制造，都会有放射性件的制造，都会有放射性废弃物产生和废水、废气废弃物产生和废水、废气的排放。由于原子能工业的排放。由于原子能工业都采取了相应的安全防护都采取了相应的安全防护措施，措施，

16、“三废三废”排放也受排放也受到严格控制，所以污染并到严格控制，所以污染并不严重。但是，当原子能不严重。但是，当原子能工厂发生意外事故，其污工厂发生意外事故，其污染是相当严重的。染是相当严重的。医疗放射性医疗放射性医疗检查和诊断过程中，患者医疗检查和诊断过程中，患者身体都要受到一定剂量的放射性照身体都要受到一定剂量的放射性照射，例如，进行一次胃部透视，约射，例如，进行一次胃部透视，约接受接受0.015-0.03SV0.015-0.03SV的剂量。的剂量。核武器试验的沉降物核武器试验的沉降物在进行大气层、在进行大气层、地面或地下核试验时，地面或地下核试验时，排入大气中的放射性排入大气中的放射性物质

17、与大气中的飘尘物质与大气中的飘尘相结合，由于重力作相结合，由于重力作用或雨雪的冲刷而沉用或雨雪的冲刷而沉降于地球表面，这些降于地球表面，这些物质称为放射性沉降物质称为放射性沉降物或放射性粉尘。物或放射性粉尘。科研放射性科研放射性科研工作中广泛地应科研工作中广泛地应用放射性物质，除了原子用放射性物质，除了原子能利用的研究单位外，金能利用的研究单位外，金属冶炼、自动控制、生物属冶炼、自动控制、生物工程、计量等研究部门、工程、计量等研究部门、几乎都有涉及放射性方面几乎都有涉及放射性方面的课题和试验。在这些研的课题和试验。在这些研究工作中都有可能造成放究工作中都有可能造成放射性污染。射性污染。 放射性

18、主要来源放射性主要来源时间防护。时间防护。人体受照时间越长人体受照时间越长 , ,人体接受的照射量越大人体接受的照射量越大 , ,这这就要求操作准确、就要求操作准确、 敏捷敏捷 , ,以减少受照射时间以减少受照射时间 , ,达到防护目的达到防护目的; ;也也可以增配工作人员轮换操作可以增配工作人员轮换操作 , ,以减少每人的受照时间。以减少每人的受照时间。距离防护。距离防护。人距离辐射源越近人距离辐射源越近 , ,受照量越大。因此应在远距受照量越大。因此应在远距离操作离操作 , ,以减轻辐射对人体的影响。以减轻辐射对人体的影响。屏蔽防护。屏蔽防护。在放射源与人体之间放置一种合适的屏蔽材料在放射

19、源与人体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。针对利用屏蔽材料对射线的吸收降低外照射剂量。针对 射线、射线、 射线和射线和 射线的防护射线的防护 , ,分别为分别为: : 射线的防护。射线的防护。 射线的防射线的防护。护。 射线的防护。射线的防护。 污染防护放射性废物来源和特点放射性废物来源和特点 来源 核设施产生的放射性废物核设施产生的放射性废物 伴生矿产生的放射性废物伴生矿产生的放射性废物 核技术应用产生的放射性废物核技术应用产生的放射性废物 核设施产生的放射性废物（图核设施产生的放射性废物（图5-25-2） 图图5-25-2 核设施产生的放射性废物核设

20、施产生的放射性废物核技术应用产生放射性废物（图核技术应用产生放射性废物（图5-45-4） 图图5-4 5-4 核技术应用产生放射性废物核技术应用产生放射性废物 放射性废物的来源和特点放射性废物的来源和特点 特点 （1 1）长期危害性）长期危害性 （2 2）处理难度大）处理难度大 （3 3）处理技术复杂）处理技术复杂 放射性固体废物处理技术 放射性放射性固体废物固体废物 湿固体湿固体 干固体干固体 蒸发残渣、沉淀泥浆、废树脂等蒸发残渣、沉淀泥浆、废树脂等焚烧炉灰、污染用品、工具、设备、焚烧炉灰、污染用品、工具、设备、废过滤器芯、活性炭等废过滤器芯、活性炭等固化技术固化技术 减容技术减容技术 一、

21、放射性固体废物处理技术 固化技术固化技术 v固化对象：弥散性物质固化对象：弥散性物质 l放射性废液处理产放射性废液处理产生的泥浆、蒸发残渣生的泥浆、蒸发残渣和废树脂等湿固体；和废树脂等湿固体；l焚烧炉灰等干固体焚烧炉灰等干固体v固化：在放射性废物中添加固化剂，使固化：在放射性废物中添加固化剂，使 其转变为不易向环境扩散的固体的过程。其转变为不易向环境扩散的固体的过程。 1. 1.固化的一般要求固化的一般要求 v使废物转变成适宜最终处置的稳定固化体；使废物转变成适宜最终处置的稳定固化体；v固化材料及工艺的选择应保证固化体的质量；固化材料及工艺的选择应保证固化体的质量；v应能满足长期安全处置的要求

22、和进行工业规应能满足长期安全处置的要求和进行工业规模生产的需要；模生产的需要；v对废物的包容量大，工艺过程及设备简单、对废物的包容量大，工艺过程及设备简单、可靠、安全、经济。可靠、安全、经济。 2.2.常用固化方法常用固化方法 （1 1）水泥固化）水泥固化 （2 2）沥青固化）沥青固化 （3 3）塑料固化）塑料固化（4 4）玻璃固化）玻璃固化（1 1）水泥固化）水泥固化 原理原理v基于水泥的水合和水硬胶凝作用。基于水泥的水合和水硬胶凝作用。 l泥浆、废树脂等均可拌入泥浆、废树脂等均可拌入水泥搅拌均匀，待凝固后即水泥搅拌均匀，待凝固后即成为固化体。成为固化体。适用适用v中、低放废水浓缩物的固化。

23、中、低放废水浓缩物的固化。 l轻水堆核电站的浓缩废液、废离轻水堆核电站的浓缩废液、废离子交换树脂和滤渣等子交换树脂和滤渣等l核燃料处理厂或其他核设施产生的各核燃料处理厂或其他核设施产生的各 种放射性废物种放射性废物（2 2）沥青固化）沥青固化 原理原理v放射性废液与沥青皂化反应放射性废液与沥青皂化反应。 适用适用v低、中放射性蒸发残液、化学沉低、中放射性蒸发残液、化学沉 淀物、焚烧炉灰分等淀物、焚烧炉灰分等 （3 3）塑料固化）塑料固化 v放射性废物浓缩物（如树脂、泥浆、蒸放射性废物浓缩物（如树脂、泥浆、蒸残液、焚烧灰等）掺入有机聚合物而固化残液、焚烧灰等）掺入有机聚合物而固化的方法。的方法。

24、 v用于废物处理的聚合物有脲甲醛、聚乙用于废物处理的聚合物有脲甲醛、聚乙烯、苯乙烯烯、苯乙烯- -二乙烯苯共聚物二乙烯苯共聚物( (用于蒸残液用于蒸残液) )，环氧树脂环氧树脂( (用于废离子交换树脂用于废离子交换树脂) )，聚酯，聚酯，聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。 （4 4）玻璃固化）玻璃固化 v以玻璃原料为固化剂与以玻璃原料为固化剂与高放废物高放废物混合，混合，高温高温(900(9001200)1200)蒸发、煅烧、熔融、烧蒸发、煅烧、熔融、烧结，装桶后经退火处理成玻璃固化体。结，装桶后经退火处理成玻璃固化体。 原理原理v类似的高放固化工艺类似的高放固化工艺v陶

25、瓷固化陶瓷固化: : 添加黏土页岩添加黏土页岩v人工合成岩固化人工合成岩固化: :添加锆、钛、钡、铝添加锆、钛、钡、铝氧化物。氧化物。减容技术减容技术 v目的：目的：减少体积，降低废物包装、贮减少体积，降低废物包装、贮存、运输和处置的费用。存、运输和处置的费用。 1 1. .压缩压缩 2.2.焚烧焚烧 原理原理v依靠机械力作用，使废物密实化，减少依靠机械力作用，使废物密实化，减少体积。体积。 1.1.压缩压缩 优点优点v操作简单，设备投资和运行成本低；操作简单，设备投资和运行成本低；v在核电厂应用相当普遍。在核电厂应用相当普遍。缺点缺点v减容倍数比较低减容倍数比较低(2(210) 10) 。原

26、理原理v将可燃性废物氧化处理成灰烬将可燃性废物氧化处理成灰烬( (或残渣或残渣) )。优点优点v减容比大减容比大(10(10100100倍倍););v可使废物向无机化转变，免除热分解、可使废物向无机化转变，免除热分解、腐烂、发酵和着火等危险腐烂、发酵和着火等危险; ;v可回收钚、铀等有用物质。可回收钚、铀等有用物质。 2.2.焚烧焚烧 絮凝沉淀絮凝沉淀 蒸发蒸发 膜分离和过滤膜分离和过滤 离子交换和吸附离子交换和吸附 二、放射性废液处理技术 絮凝沉淀：放射性核素污染物质通常以悬浮固体颗粒、胶体或溶解离子状态存在于废水中。向废水中投放一定量的化学絮凝剂，生成带正电荷的胶体粒子，放射性污染物被胶体

27、粒子吸附载带，除去絮状物，即可达到净化放射性废水目的。 蒸发：蒸发的主要目的是将放射性物质浓缩、减小废液的体积，以便降低贮存或后处理的费用。 膜分离和过滤：借助膜或过滤介质对放射性污染物与溶液进行分离，从而实现放射性废液的去污。 离子交换和吸附：利用离子吸附剂（如离子交换树脂）等将废液中的放射性离子进行去除。三、放射性废气处理技术 放射性粉尘的处理放射性粉尘的处理 放射性气体的处理放射性气体的处理 废气的排放废气的排放 除尘除尘设备设备 机械式除尘器机械式除尘器 过滤式除尘器过滤式除尘器 l去除粒径大于去除粒径大于60m60m的粉尘颗粒。的粉尘颗粒。 l去除粉尘粒径小于去除粉尘粒径小于10m1

28、0m；l净化气粉尘浓度为净化气粉尘浓度为1 12 mg/m2 mg/m3 3。湿式除尘器湿式除尘器 l去除粒径去除粒径101060m60m的粉尘颗粒；的粉尘颗粒；l净化气粉尘浓度净化气粉尘浓度 100mg/m100mg/m3 3。放射性粉尘的处理放射性粉尘的处理 电除尘器电除尘器 l微米粒径颗粒物的去除率可达微米粒径颗粒物的去除率可达9999以上。以上。 放射性气体的处理放射性气体的处理 活性炭滞留床活性炭滞留床 利用活性炭的吸附性，将放射性废气中的利用活性炭的吸附性，将放射性废气中的惰性气体在活性炭滞留床中滞留一段时间惰性气体在活性炭滞留床中滞留一段时间，使气体核素衰变到所要求的水平。，使气体核素衰变到所要求的水平。v放射性废气净化达标后，一般通过高放射性废气净化达标后，一般通过高烟囱烟囱(60(60150m) 150m) 稀释扩散排放；稀释扩散排放；v选择有利的气象条件排放；选择有利的气象条件排放；v排放口要设置连续监测器。排放口要设置连续监测器。废气的排放废气的排放 end