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1、物理性污染控制 主编陈杰瑢 第五章放射性污染及其防治 目录 第一节概述 第二节辐射计量学基础 第三节放射性废物与防治标准 第四节放射性废物处理技术 第五节放射性污染去污技术 一 环境中放射性的来源 二 辐射的生物效应及其危害 第一节概述 放射源 天然辐射源 天然本底照射 人工辐射源 宇宙辐射 地球内放射性物质 人体内放射性物质 核试验放射性污染核能 放射性同位素生产核材料贮存 运输放射性固体废物处理与处置核设施退役 一 环境中放射性的来源 世界范围内 天然本底辐射每年对个人的平均辐射剂量约为2 4毫希 mSv 因地区天然本底辐射水平不同 1986年4月26日 乌克兰北部切尔诺贝利核电站4号反应
2、堆因违规操作严重爆炸 31人当场死亡 200多人受到严重放射性辐射 成为核能利用史上一大悲剧 切尔诺贝利的教训 二 辐射的生物效应及其危害 一 辐射的生物效应 二 辐射对人体的危害 一 辐射的生物效应 图5 1辐射生物反应的演变过程 辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应其性质和程度主要取决于人体组织吸收的辐射能量 演变过程如图5 1所示 一 辐射的生物效应 1 辐射对细胞的作用 2 辐射的生物效应 1 辐射对细胞的作用 影响因素 物理因素 生物因素 辐射类型 辐射能量 吸收剂量 剂量率 照射方式 受照姿势及其在辐射场内的取向等 表5 1生物死亡50 的吸收剂量值 种系的演化程度 机体结构
3、个体不同发育阶段 不同细胞 组织或器官对辐射敏感性各异 生物效应 躯体效应 遗传效应 2 辐射的生物效应 辐照对受照者本身的有害效应 是由于人体普通细胞受损引起的 只影响到受照者个人本身 辐射引起人体细胞内的基因突变 是生殖细胞受损伤引起的有害效应 影响到受照者后代的身体缺陷 二 辐射对人体的危害 1 急性放射病 由大剂量急性照射引起 多为意外核事故 核战争造成 全身性辐射损伤局部性辐射损伤 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 2 远期影响 主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 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
4、量 表5 2各类天然和人工辐射源辐射的集体剂量估计值 第二节辐射计量学基础 一 辐射剂量学的基本量和单位 二 辐射防护有关的量和概念 放射性活度 一 辐射剂量学的基本量和单位 照射量 吸收剂量 剂量当量 有效剂量当量 集体剂量当量 待积剂量当量 放射性活度 定义 单位时间内放射性原子核所发生的核转变数 符号A 单位 SI单位 Bq 贝可 1Bq表示每秒钟发生一次核衰变 曾用单位 Ci 居里 1Ci 3 7 1010Bq 照射量 1 照射量X定义 表示 或X射线在空气中产生电离能力大小的辐射量 定义式 5 1 单位 SI单位 C kg 曾用单位 R 伦琴 1R 2 58 l010C kg 射线在
5、质量为dm的空气中释放出来的全部电子 正电子和负电子 被空气完全阻止时 在空气中产生的一种符号离子的总电荷的绝对值 C 受照空气的质量 kg 照射量只用于量度 或X射线在空气介质中产生的照射效能 吸收剂量 1 吸收剂量D定义 单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量 定义式 5 3 单位 SI单位 Gy 戈瑞 曾用单位 rad 拉德 1rad 0 01Gy 电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量 J 受照空气的质量 kg 吸收剂量在剂量学的实际应用中是一个非常重要的物理量适用于任何类型的辐射和受照物质 且受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值 给出吸收剂量数值时须指明辐射类型 介质种类和所在位置
6、 剂量当量 定义 组织内某一点的剂量当量H DQN 5 5 单位 Sv 希沃特 曾用单位 rem 雷姆 1rem 0 01Sv 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 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几率的大小 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剂量 Gy 品质因数 用以计量剂量的微观分布对危害的影响 国际放射防护委员会规定的其他修正系数 目前规定N 1 有效剂量当量 受照器官和组织的总危险度按有效剂量当量计算HE WTHT 5 6 式中 HE 有效剂
7、量当量 Sv HT 器官或组织T所接受的剂量当量 Sv WT 该器官的相对危险度系数 集体剂量当量 一次大的放射性实践或放射性事故 会涉及许多人 因此采用集体当量剂量定量表示一次放射性实践对社会总的危害 集体剂量当量 1 集体剂量当量 定义 各组内人均所接受的剂量当量与该组人数相乘 然后相加所得的总剂量当量数 5 7 集体剂量当量 人 Sv 第i组人群组中每个人的器官或组织T平均所受到的剂量当量 Sv 第i组人群组的人数 集体剂量当量 2 集体有效剂量 定义 量度某一人群所受的辐射照射 则按集体有效剂量计算 即 5 8 集体有效剂量 人 Sv 第i组人群组接受的平均有效剂量 人 Sv 第i人群
8、组的人数 待积剂量当量 定义 单次摄入某种放射性核素后 在50年期间该组织或器官所接受的总剂量当量 即 5 9 待积剂量当量 Sv 源器官S摄入放射性核素后50年内发生的总衰变数 源器官中的放射性粒子传输给单位质量靶器官的有效能量 T S 表示由源器官S传输给靶器官T 二 辐射防护有关的量和概念 一 与辐射防护有关的概念 二 剂量与效应的关系 三 剂量限制体系 1 危险度和危害 危害G 有害效应的发生频数与效应的严重程度的乘积 即 危害 第i组人群接受的平均剂量当量 Sv 该组发生有害效应的频数 严重程度 对可治愈的癌症 gi 0 对致死癌症 gi 1 2 关键人群组 简称关键组 定义 在某一
9、给定实践所涉及的各受照人群组中 预期将受到最大辐射照射的人群组 关键人群组所受到的辐射照射是量度公众成员由于该实践所受剂量的上限 3 关键照射途径 定义 某种辐射实践对人产生照射剂量的各种途径 食入 吸入 外照射等 中最具重要的意义的某一种照射途径 4 关键核素 某种辐射实践释放的几种核素中对受照人体或人体若干器官或组织有最重要影响的核素 一 与辐射防护有关的概念 剂量与效应的关系按对人体的危害分为 随机效应 确定性效应 二 剂量与效应的关系 线性 无阈 有阈值 效应 发生几率与剂量大小有关的效应 辐射防护中把随机性效应与剂量的关系简化地假设为线性无阈 线性是指随机性效应的发生几率与所受剂量之
10、间成线性关系 无阈意味着任何微小的剂量都可能诱发随机性效应 受照剂量大于阈值 就会发生确定性效应 其严重程度与所受的剂量大小有关 剂量越大后果越严重 具体阈值大小与个体情况有关 确定性效应的剂量阈值相当大 正常情况下一般不可能达到 只有在大放射性事故下才可能发生 只要将剂量限制在其阈值以下 效应就不会发生 随机性效应 通过减少剂量的方法虽能降低其发生率 但不能完全避免 确定性效应 1 辐射防护原则 三 剂量限制体系 基本原则 1 辐射实践正当性 2 辐射防护最优化 3 限制个人剂量当量 为了达到辐射防护目的 国际放射防护委员会 ICRP 提出三项基本原则 在施行伴有辐射的任何实践前 须经过正当
11、性判断 确认这种实践具有正当理由 获得的利益大于代价 包括健康损害和非健康损害的代价 避免一切不必要的照射 在考虑到经济和社会因素的条件下 所有辐照都应保持在可合理达到的尽量低的水平 用剂量限值对个人所受的照射加以限制 2 基本限值 1 职业照射 适用于辐射工作人员 ICRP 5年平均年有效剂量限值20mSv 任一年有效剂量不得超过50mSv GB8703 88 辐射防护规定 年有效剂量当量限值50mSv 还规定了其他单个器官或组织的年剂量当量限值 2 公众照射 适用于公众成员 ICRP 有效剂量年限值为1mSv 5年平均不超过1mSv GB8703 88 辐射防护规定 年有效剂量当量不超过1
12、mSv 3 导出限值 根据基本限值 通过一定模式导出的供辐射监测结果比较用的限值 4 管理限值 为了管理目的 主管部门或企业负责人可以根据最优化原则 对辐射防护有关的任何量制定管理限值 但它们必须严于基本限制或导出限制 一 放射性废物及处理途径 二 放射性废物的来源和分类 三 环境放射性防护标准 四 辐射防护一般措施 第三节放射性废物与防治标准 一 放射性废物及处理途径 放射性废物 含放射性核素或被之污染 其浓度或比活度大于规定的清洁解控水平 预期不会再被利用的废弃物 处理基本途径浓缩及固化处理与环境隔绝长期安全存放净化后有控制排放去污后再循环利用 二 放射性废物的来源和分类 一 放射性废物来
13、源和特点 二 放射性废物的分类 三 放射性废物的处理原则 一 放射性废物来源和特点 来源 核设施产生的放射性废物 伴生矿产生的放射性废物 核技术应用产生放射性废物 核设施产生的放射性废物 图5 2 伴生矿产生的放射性废物 图5 3 核技术应用产生放射性废物 图5 4 一 放射性废物来源和特点 特点 1 长期危害性 2 处理难度大 3 处理技术复杂 二 放射性废物的分类 1 国家分类标准 放射性废物分类标准 GB9133 1995 表5 4 按比活度和半衰期将放射性废物分为 高放长寿命中放长寿命低放长寿命中放短寿命低放短寿命 从处理和处置的角度 寿命长短按半衰期30年为限 二 放射性废物的分类
14、2 其他分类方法 按射线种类 甲 乙 丙种放射性废物 按废液的pH值 酸性放射性废水 碱性放射性废水 较少用 IAEA放射性废物管理基本原则 表5 5 三 放射性废物的处理原则 我国放射性废物管理40字方针 三 放射性废物的处理原则 减少产生 分类收集 净化浓缩 减容固化 严格包装 安全运输 就地暂存 集中处置 控制排放 加强监测 依据IAEA的基本原则制定 三 环境放射性防护标准 我国现已发布实施的辐射环境管理的专项法规 标准等计50多项 对于核设施 军 民 核技术应用和伴生矿物资源开发 除遵守环境保护法规的基本原则外 着重强调辐射环境管理的特殊要求 我国强制性执行的关于辐射防护国家标准及规
15、定可参见有关标准 四 辐射防护一般措施 表5 7 二 放射性废液处理技术 三 放射性废气处理技术 第四节放射性废物处理技术 一 放射性固体废物处理技术 一 放射性固体废物处理技术 放射性固体废物 湿固体 干固体 蒸发残渣 沉淀泥浆 废树脂等 焚烧炉灰 污染用品 工具 设备 废过滤器芯 活性炭等 一 固化技术 二 减容技术 一 放射性固体废物处理技术 一 固化技术 固化对象 弥散性物质 放射性废液处理产生的泥浆 蒸发残渣和废树脂等湿固体 焚烧炉灰等干固体 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 1 固化的一般要求 使废物转变成适宜最终处置的稳定固化体 固化材料及工艺
16、的选择应保证固化体的质量 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 对废物的包容量大 工艺过程及设备简单 可靠 安全 经济 理想的废物固化体主要特性指标 1 低浸出率浸出率 确定固化产品中放射性核素在水或其他溶液中析出情况的指标 低浸出率 使放射性污染的扩散减至最小 固化体可长时间存放在地下处置库或水中 2 高导热率使固化体因内部温度过高而损坏的可能性减至最小 容许固化高浓度的放射性废物 又不致产生过高的内部温度 3 高耐辐射性保证固化体不致由于放射性废物产生的辐射而损坏 4 高生化稳定性和耐腐蚀性保证固化体不致由于周围环境介质的腐蚀或本身所含有的化学物质的腐蚀而损坏 5 高机械强度保证固化体在装卸 运输 处置期间的结构完整性 而不致出现破裂或粉碎 6 高减容比最终固化物体积应小于掺入的废物体积减容比的大小取决于能嵌入固体中的废物和可以接受的水平是鉴别固化方法和衡量最终处置成本的一项重要指标 1 固化的一般要求 2 常用固化方法 表5 8 2 常用固化方法 1 水泥固化 2 沥青固化 3 塑料固化 4 玻璃固化 1 水泥固化 原理 基于水泥的水合和水硬胶凝作用 适用 中 低放
