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第七章 輻射與放射性污染監(jiān)測(cè),1,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 放射性污染物樣品的采集與處理 第三節(jié) 放射性監(jiān)測(cè),2,第一節(jié) 概 述,一、放射性污染 （一）放射性核衰變 1、核衰變 原子核+核外電子=原子，質(zhì)子+中子=原子核 不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)，從原子核內(nèi)部放出電磁波（γ）或帶有一定能量的粒子（α、β），降低其能級(jí)水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核衰變或“放射性核蛻變”。,3,2、放射性 在衰變過(guò)程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)地放出α、β、γ射線，使本身物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱(chēng)為“放射性”。 3、放射性污染 由放射性物質(zhì)所造成的污染，稱(chēng)為放射性污染。,4,4、輻射 是一種特殊的能量傳遞方式。 可分為： 粒子輻射——α粒子、β粒子及各種核反應(yīng)或放射性核素自然衰變過(guò)程中所放出的高速帶電荷粒子及中子等。 電磁輻射——包括可見(jiàn)光、紅外線、紫外線、X射線及γ射線等。,5,226Ra(鐳)和60Co(鈷)的核衰變,6,1、α衰變 α衰變是不穩(wěn)定重核（一般原子序數(shù)大于82） 自發(fā)放出4He核（α粒子）的過(guò)程。 2、β衰變 β衰變是放射性核素放射β粒子（即快速電 子）的過(guò)程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的 結(jié)果。 β衰變可分為負(fù)β衰變、正β衰變和電子俘獲 三種類(lèi)型。 3、γ衰變 γ射線是原子核從較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)或 者基態(tài)時(shí)所放射的電磁輻射。,（二）放射性衰變的類(lèi)型,7,二、放射性污染的來(lái)源及核素的分布 （一）放射性污染的來(lái)源 天然放射性污染 環(huán)境中的放射性 人為放射性污染,,8,1、天然放射性污染 （1）宇宙射線及其引生的放射性核素 （2）天然系列放射性核素 （3）自然界中單獨(dú)存在的核素,2、人為放射性污染 （1）核試驗(yàn)及航天事故 （2）核工業(yè) （3）工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、科研等部門(mén)的排放廢物 （4）放射性礦的開(kāi)采和利用,9,（二）放射性核素在環(huán)境中的分布 1、在土壤和巖石中的分布,土壤、巖石中天然放射性核素的含量 單位：Bq/g,10,2、在水體中的分布,各類(lèi)淡水中226Ra及其子代產(chǎn)物的含量 單位：Bq/L,11,大多數(shù)放射性核素均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素（特別是222Rn），它是鐳的衰變產(chǎn)物，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上。,3、在大氣中的分布,12,4、在動(dòng)植物組織中的分布 任何動(dòng)植物組織中都含有一些天然放射性核素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等，其含量與這些核素參與環(huán)境和生物體之間發(fā)生的物質(zhì)交換過(guò)程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動(dòng)物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。,13,三、放射性污染的危害 通常，每人每年從環(huán)境中受到的放射性輻射總劑量不超過(guò)2毫希沃特。其中，天然放射性本底輻射占50％以上，其余是人為放射性污染引起的輻射。放射性元素鈾、釷、鐳和鉀對(duì)人體輻射傷害特征見(jiàn)下表。,天然放射性核素的主要輻射特征,危害方式——主要是輻射損傷，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子鍵斷裂和畸變，破壞對(duì)人類(lèi)新陳代謝有重要意義的酶。另外可以直接破壞細(xì)胞的組織和結(jié)構(gòu)，對(duì)人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)和遺傳損傷效應(yīng)。,14,放射性物質(zhì)輻射人體的途徑,人體受過(guò)量的放射線照射，產(chǎn)生機(jī)體反應(yīng)有三類(lèi)： 急性損傷、慢性損傷、遠(yuǎn)程效應(yīng)。,15,放射性核素：通過(guò)呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入等三種途徑進(jìn)入人體并在體內(nèi)蓄積。 致死劑量：全身吸收劑量達(dá)5戈瑞時(shí)，1-2小時(shí)內(nèi)即出現(xiàn)惡心、嘔吐、腹瀉等癥狀，一周后出現(xiàn)咽炎、體溫上升、迅速消瘦等癥狀，第二周就會(huì)死亡，且死亡率100％。 半致死劑量：吸收劑量為4戈瑞時(shí)，數(shù)小時(shí)后出現(xiàn)嘔吐，兩周內(nèi)毛發(fā)脫落，體溫上升，三周內(nèi)出現(xiàn)紫斑，咽喉感染，四周后有50％受照射者死亡，存活者六個(gè)月后才能恢復(fù)健康。,16,輕度急性放射病癥狀： 吸收劑量為2戈瑞時(shí)，經(jīng)過(guò)大約一周的潛伏期，出現(xiàn)毛發(fā)脫落、厭食等癥狀。 吸收劑量為1戈瑞時(shí)，將有20—25％的受照射者發(fā)生嘔吐等輕度急性放射病癥狀。,17,輻射損傷：遠(yuǎn)期效應(yīng)、驅(qū)體效應(yīng)和遺傳效應(yīng) 遠(yuǎn)期效應(yīng)——系指急性照射后若干時(shí)間或較低劑量照射后數(shù)月或數(shù)年才發(fā)生病變。 驅(qū)體效應(yīng)——指導(dǎo)致受照射者發(fā)生白血病、白內(nèi)障、癌癥及壽命縮短等損傷效應(yīng)。 遺傳效應(yīng)——指在下一代或幾代后才顯示損傷效應(yīng)。,18,1、放射性活度（強(qiáng)度），A 放射性活度系指單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。是度量核素放射性強(qiáng)弱的基本物理量。 單位： 貝可（Bq），1Bq表示1s內(nèi)一個(gè)原子發(fā)生衰變。 居里（Ci），1Ci表示表示1s衰變數(shù)3.7×1010。 1Ci = 103 mCi = 106μCi,四、放射線污染度量單位,19,2、半衰期，T1/2 當(dāng)放射性的核素因衰變而減少到原來(lái)的一半時(shí)所需的時(shí)間稱(chēng)為半衰期（T1/2）。,20,3、吸收劑量，D 指電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時(shí)，單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射的能量，是反映物質(zhì)對(duì)輻射能量吸收狀況的物理量。,單位： 戈瑞（Gy），1Gy表示1kg物質(zhì)吸收1J的輻射能。 1Gy = 1J/kg 拉德（rad），1 rad = 10-2 Gy 吸收劑量率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間的吸收劑量。,21,4、劑量當(dāng)量，H 定義：在生物機(jī)體組織內(nèi)所考慮的一個(gè)體積單元上吸收劑量、品質(zhì)因數(shù)和所有修正因素的乘積。 H=kDQ 式中： k——所有其他修正因素乘積，常取1； D——吸收劑量，Gy； Q——品質(zhì)因素，其值決定于導(dǎo)致電離粒子 的初始動(dòng)能、種類(lèi)及照射類(lèi)型等。 （見(jiàn)表7-3）,22,表7-3 品質(zhì)因數(shù)與照射類(lèi)型、射線種類(lèi)的關(guān)系,,宇宙射線及地面上天然放射性核素放射的β或γ射線對(duì)人體的照射。,通過(guò)呼吸和消化系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)部的放射性核素造成的照射。,23,工作人員、居民年最大容許劑量當(dāng)量,注：①表內(nèi)所列數(shù)值均指內(nèi)、外照射的總劑量當(dāng)量，不包括天然本底照射和醫(yī)療照射。 ②16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當(dāng)量為1.5×10-2Sv/a。,24,放射性同位素在露天水源中的限制濃度 和放射性工作場(chǎng)所空氣中的最大容許濃度,注： ①露天水源的限制濃度值是為廣大居民規(guī)定的，其他人員也適用此標(biāo)準(zhǔn)； ②放射性工作場(chǎng)所空氣中的最大容許濃度值為職業(yè)放射性工作人員規(guī)定的，工作時(shí)間每周按40h計(jì)算； ③礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的α潛能值不得大于4×104MeV/L。,25,放射性同位素在放射性工作場(chǎng)所以外地區(qū)空氣中的限制濃度，按上表放射性工作場(chǎng)所空氣中的最大容許濃度乘以下表所列比值控制計(jì)算。,比值控制,,26,5、照射量，X 在單位質(zhì)量空氣中X射線和γ射線全部被空氣阻止時(shí)，空氣電離所形成的離子總電荷的絕對(duì)值。,式中：dQ——單位體積空氣形成的離子總電荷絕對(duì)值， C； dm——單位體積空氣質(zhì)量，kg；,單位： SI單位為C/kg，暫時(shí)并用的單位是倫琴（R） 1 R = 2.58×10-4 C/kg 照射量率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的照射量， C/(kg·s),27,放射性監(jiān)測(cè)方法： 定期監(jiān)測(cè)：采樣、樣品預(yù)處理、樣品總放射性或放射性核素測(cè)定。 連續(xù)監(jiān)測(cè)：在現(xiàn)場(chǎng)安裝放射性自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)采樣、預(yù)處理和測(cè)定自動(dòng)化。 基本步驟 ：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測(cè)定。,第二節(jié) 放射性污染物樣品的采集與處理,28,離子交換樹(shù)脂 濕沉降物采集器示意圖 1.漏斗蓋；2.漏斗；3.離子交換柱；4.濾紙漿；5.陽(yáng)離子交換樹(shù)脂；6.陰離子交換樹(shù)脂,（一）樣品采集 1、放射性沉降物的采集,沉降物,干沉降物,濕沉降物,,采集方法：水盤(pán)法、黏紙法、高罐法。,采集方法：常用一種能同時(shí)對(duì)雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器。如右圖,29,2、放射性氣溶膠的采集 放射性氣溶膠包括：核爆炸產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物，各種來(lái)源于人工放射性物質(zhì)以及氡、釷射氣的衰變子體等天然放射性物質(zhì)。 采集方法：濾料阻留采樣法（過(guò)濾法）、 靜電法、撞擊法 樣品源的制備方法： 直接測(cè)量； 灰化法：濾料在馬弗爐中500℃灰化1h 有機(jī)溶劑溶解法：丙酮、乙酸乙酯溶解,30,3、放射性氣體的采集 放射性氣體包括：核工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放及泄露的氣體、核爆炸產(chǎn)生的氣態(tài)裂變產(chǎn)物，以及氡、釷等天然放射性氣體。 采集方法：活性炭吸附法、硅膠吸附法、 直接抽氣測(cè)量法 4、其他類(lèi)型樣品的采集 水體、土壤、生物樣品的采集、制備和保存方法與非放射性樣品所用的方法大致相同。,31,（二）樣品預(yù)處理 預(yù)處理目的：將樣品處理成適于測(cè)量的狀態(tài)，將樣品的欲測(cè)核素轉(zhuǎn)變成適于測(cè)量的形態(tài)并進(jìn)行濃集，以及去除干擾核素。 常用的樣品預(yù)處理方法： 衰變法 共沉淀法 灰化法 電化學(xué)法 有機(jī)溶劑溶解法 蒸餾法 溶劑萃取法 離子交換法,32,第三節(jié) 放射性污染物監(jiān)測(cè),一、監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容 （一）按照監(jiān)測(cè)對(duì)象分,1、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè) 2、個(gè)人劑量監(jiān)測(cè) 3、環(huán)境監(jiān)測(cè),對(duì)放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應(yīng)用單位內(nèi)部工作區(qū)域的監(jiān)測(cè)。,對(duì)放射性專(zhuān)業(yè)工作人員或公眾進(jìn)行的內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測(cè)。,對(duì)放射性生產(chǎn)和應(yīng)用單位外部環(huán)境（包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等）的監(jiān)測(cè)。,33,1、α放射性核素 即239Pu(钚)、226Ra(鐳)、224Ra、222Rn(氡)、210Po(釙)、222Th(釷)、234U(鈾)和235U。 2、β放射性核素 即3H、90Sr(鍶)、89Sr、134Cs(銫)、137Cs、131I(碘)和60Co(鈷)。,（二）按主要測(cè)定的放射性核素分,34,（三）對(duì)放射性核素具體測(cè)量的內(nèi)容分,放射源強(qiáng)度，半衰期，射線種類(lèi)及能量； 環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。,35,二、放射性檢測(cè)儀器,放射性檢測(cè)儀器檢測(cè)放射性的基本原理： 基于射線與物質(zhì)之間相互作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)，包括電離效應(yīng)、發(fā)光效應(yīng)、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和能產(chǎn)生次級(jí)粒子的核反應(yīng)等。 常用的檢測(cè)器即利用上述效應(yīng)工作。 類(lèi)型：電離型檢測(cè)器 利用電離效應(yīng) 氣體 閃爍型檢測(cè)器 利用光效應(yīng) 半導(dǎo)體檢測(cè)器 利用電離效應(yīng) 固態(tài)半導(dǎo)體,36,表7-4 各種常用放射性檢測(cè)器,閃爍檢測(cè)器,蓋革計(jì)數(shù)器,37,1、電離室探測(cè)器,電離室示意圖,（一）電離型檢測(cè)器,利用射線通過(guò)氣體介質(zhì)時(shí)，使氣體發(fā)生電離的原理制成的檢測(cè)器。,測(cè)量由于電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于測(cè)量強(qiáng)放射性。,38,2、正比計(jì)數(shù)管,α、β粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線,測(cè)量由每個(gè)入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化，從而對(duì)入射粒子逐個(gè)計(jì)數(shù)，適用于測(cè)量弱放射性。,39,蓋革計(jì)數(shù)管示意圖,射線強(qiáng)度測(cè)量裝置示意圖,3、蓋革（GM）計(jì)數(shù)管,電壓增高，入射粒子電離，電子高速向中央絲極移動(dòng)，與氣體分子碰撞產(chǎn)生大量電子及光子，電子在外電路形成脈沖電壓，根據(jù)脈沖電壓發(fā)生次數(shù)，便可測(cè)定射入管內(nèi)的粒子數(shù)目。,40,（二）閃爍檢測(cè)器,閃爍檢測(cè)器測(cè)量裝置示意圖 1.閃爍體；2.光電倍增管；3.前置放大器；5.脈沖幅度分析器； 6.定標(biāo)器；7.高壓電源；8.光導(dǎo)材料；9.暗盒；10.反光材料,閃爍檢測(cè)器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。下圖是這種檢測(cè)器測(cè)量裝置的工作原理。,41,閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無(wú)機(jī)和有機(jī)物質(zhì)，其性能列于下表。,主要閃爍材料性能,注：①Ag、Tl是激活劑。,42,（三）半導(dǎo)體檢測(cè)器 半導(dǎo)體檢測(cè)器的工作原理與電離型檢測(cè)器相似，但其檢測(cè)元件是固態(tài)半導(dǎo)體。,半導(dǎo)體檢測(cè)器工作原理示意圖 n, p——半導(dǎo)體的n極和p極； RH——電阻。,43,三、總放射性強(qiáng)度監(jiān)測(cè) 1、水樣的總α放射性活度的測(cè)定 水體中常見(jiàn)的輻射α粒子的核素有226Ra(鐳)、222Rn(氡)及其衰變產(chǎn)物。目前公認(rèn)的水樣總α放射性濃度是0.1Bq/L，當(dāng)大于此值時(shí)，就應(yīng)對(duì)放射α粒子的核素進(jìn)行鑒定和測(cè)量，確定主要的放射性核素，判斷水質(zhì)污染情況。,44,2、水樣的總β放射性活度測(cè)定 水樣總β放射性活度測(cè)量步驟基本上與總α放射性活度測(cè)定相同，但檢測(cè)器用低本底的蓋革計(jì)數(shù)管，且以含40K的化合物作標(biāo)準(zhǔn)源。 測(cè)定方法：,水樣,蒸發(fā)皿蒸干,殘?jiān)?恒重小坩堝,電爐蒸干,馬弗爐45℃1h,冷卻,定量與標(biāo)準(zhǔn)源 同條件測(cè)量,,,,,,,45,,3、土壤中總α、β放射性活度的測(cè)定,確定采樣范圍,沿直線采集表土（10*10cm2，深1cm）,4-5份樣品 去雜物,曬干或烘干 壓碎,鋪成1-2cm厚方塊 四分法縮分,200-300g 樣品,500℃灼燒,冷卻、研磨 過(guò)篩備用,探測(cè)器檢測(cè),,,,,,,,46,4、大氣中氡的測(cè)定（補(bǔ)） 222Rn(氡)是226Ra(鐳)的衰變產(chǎn)物，為一種放射性惰性氣體。它與空氣作用時(shí)，能使之電離。 測(cè)定方法： 電離型探測(cè)器，通過(guò)測(cè)量電離電流測(cè)定其濃度； 閃爍探測(cè)器，記錄由氡衰變時(shí)放出的α粒子來(lái)計(jì)算其含量。,47,碘的同位素很多，除127I是天然存在的穩(wěn)定同位素外，其余都是放射性同位素。131I是裂變產(chǎn)物之一，它的裂變產(chǎn)額較高，半衰期較短，可作為反應(yīng)堆中核燃料元件包殼是否保持完整狀態(tài)的環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)，也可以作為核爆炸后有無(wú)新鮮裂變產(chǎn)物的信號(hào)。,各種形態(tài)碘的采樣器,,5、大氣中各種形態(tài)131I的測(cè)定（補(bǔ)）,48,四、外照射個(gè)人劑量的監(jiān)測(cè),估測(cè)工作人員受到的外輻射劑量，以了解防護(hù)情況的優(yōu)劣及在醫(yī)療條件下病人所受到的照射劑量。 （一）電離室個(gè)人劑量計(jì) 用來(lái)測(cè)定工作人員所受到的X射線和γ射線的照射量。 1、直讀式電離室個(gè)人劑量計(jì) 2、非直讀式電離室個(gè)人劑量計(jì),49,（二）膠片劑量計(jì) 用來(lái)測(cè)定X射線和γ射線的照射量，也可測(cè)量β射線和熱中子的吸收劑量。 原理：帶電粒子穿過(guò)膠片時(shí)，形成潛影，經(jīng)顯影后使膠片變黑。變黑程度與照射量大小成正比。膠片變黑程度用光密度計(jì)或黑度計(jì)來(lái)測(cè)量。,50,（三）熒光玻璃劑量計(jì)（輻射光致發(fā)光劑量計(jì)） 用于X射線和γ射線的監(jiān)測(cè)，也可用于γ射線和熱中子混合場(chǎng)的監(jiān)測(cè)。 （四）熱釋光劑量計(jì) 用于X射線和γ射線的監(jiān)測(cè)，也可用于β射線和熱中子的劑量監(jiān)測(cè)。,51,五、放射性表面污染的監(jiān)測(cè),放射性表面污染分為：α、β、γ放射性污染。 監(jiān)測(cè)方法： 直接監(jiān)測(cè)法：用輻射探測(cè)儀直接測(cè)量污染表面。通過(guò)測(cè)量α或β射線的強(qiáng)度，來(lái)確定污染表面的放射活度。 間接監(jiān)測(cè)法：先對(duì)污染表面進(jìn)行擦拭，再對(duì)擦拭樣品進(jìn)行測(cè)量。,52,本章結(jié)束 謝 謝！,53,