流出物和环境放射性监测教材

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1、 1 第四章第四章 流出物和环境放射性监测流出物和环境放射性监测 考试要求： 1熟悉环境放射性本底调查。 2了解环境天然放射性的来源。 3了解环境中人工放射性核素的来源。 4熟悉控制流出物排放的基本原则。 5熟悉流出物监测的基本要求。 6了解环境中放射性核素的迁移和蓄积。 7熟悉人类核活动对环境辐射水平的潜在影响。 8掌握流出物和环境放射性监测的目的和范围。 引言引言 流出物和环境放射性监测是辐射环境管理的重要内容。 伴有辐射设施通过液 体和气体途径向环境排放放射性物质的液体流和气体流称为流出物。 为了保护环 境，人们希望流出物越少越好。但由于技术和经济原因流出物的零排放是做不到 的。对流出物

2、管理，包括排放量审批、日常监督和监测则是确保核与辐射安全必 须作的工作。流出物经过在环境介质中的传输、弥散，最终对人产生影响。流出 物监测可以判断伴有辐射设施的排放源项，环境监测则确认实际的影响程度。 某一伴有辐射设施周围的公众所受到的辐射照射并不都是源于该设施的贡 献。公众受到的辐射照射还包括天然本底引起的照射，大气层核试验落下灰残留 物引起的照射，其他人工辐射源引起的照射。为了客观、准确评价公众所受到的 辐射照射，需要进行广泛的环境放射性监测工作。环境放射性监测包括放射性本 底调查，核与辐射设施运行期间经气、液流出物向环境排放放射性物质的监督性 监测，以及环境介质中放射性核素含量，环境中贯

3、穿辐射水平的测量等。 本章就流出物和环境放射性监测中的相关问题进行简要介绍， 更详细的内容 可参考相关资料。 第一节 环境放射性本底调查 一、什么是放射性本底调查 环境放射性本底调查是指为某种目的， 对指定范围内的放射性背景值进行测 量分析以及为评价目的对其他相关资料进行收集的活动。 2 环境放射性本底调查可按目的分为两类： 大范围环境放射性本底普查 针对特定核及辐射设施周边开展的调查 对于大范围环境放射性本底普查，可以是一个国家（例如上个世纪 80 年代 国家环保总局组织开展的全国环境天然放射性本底调查）或一个地区。调查对象 可以是广泛的，包括环境介质中的放射性核素含量和贯穿辐射水平。也可以

4、是针 对某一特定的调查，例如，对氡的水平进行普查。 针对特定核与辐射设施的放射性本底调查， 是辐射环境管理中最常见的一种 本底调查。例如，对于像核电站这样的核设施，要求在首次装料前必须完成连续 两年以上的本底调查。 二、本底调查的作用 对于大范围普查性的本底调查，其目的是事先确定的。这类调查的目的往往 是获得平均水平，比如公众平均接受的陆地剂量率，近地面宇宙射线，环境及 室内氡水平等。 对于针对特定核及辐射设施所开展的本底调查主要目的有： 在该核与辐射设施的评价范围内，确定天然放射性本底状况； 在上述评价范围内，确定由于大气层核试验、切尔诺贝利核电站事故、其 他邻近核与辐射设施所产生的人工放射

5、性影响。 这种影响包括环境介质中的放射 性核素含量以及所引起的辐射剂量； 判断本底贡献处于正常范围还是存在异常； 确定本底水平以便为今后运行时的环境影响作比较。 为核及辐射设施在实施退役的环境影响评价提供基础资料。 三、本底调查的地理范围 对于大范围普查性的调查，其范围是由调查目的决定的。 针对核与辐射设施的本底调查，范围是与设施的性质、规模及可能环境影响 范围不同而不同。 对于核设施，本底调查范围一般以设施为中心半径几十公里范围内。 对于核技术应用项目，本底调查范围一般以设施为中心几百米到几公里。 对于伴生天然放射性矿物资源开发利用项目， 本底调查的范围视实际影响程 度从几百米到几公里。 3

6、 以上所述的范围是以气态流出物的可能影响确定的。对于液态流出物的影 响，若上述范围包容不了，可依据液态流出物的实际影响范围来确定调查范围。 四、本底调查的内容 本底调查，特别是针对特定核与辐射设施的本底调查，最终目的是评价该设 施的环境影响。由于评价一个设施引起的环境影响时，除要考虑该设施向环境可 能排放的放射性物质，即流出物之外，还需考虑气、液流出物在环境中的传输、 弥散，要考虑人口分布、食谱和土地利用，因此，放射性本底调查还应对环境影 响评价相关的气象、水文、土地利用、人口分布、饮食习惯等一并调查。 五、对本底调查的基本要求 本底调查既是一项独立的调查工作，又是辐射环境管理链条中的一个环节

7、。 因此，要做好本底调查工作必须考虑下列基本要求。 1、依据调查目的制定相应的本底调查大纲 本底调查之前编制调查大纲是做好本底调查的首要环节。 在调查大纲中应明 确调查内容，地理范围，调查方法，监测或取样频次，监测仪器、仪表；本底调 查的组织管理；本底调查数据处理；本底调查的资源保证以及本底调查的质量保 证等。 2、本底调查的质量保证 要想取得有代表性、可比可信的本底调查结果，必须作好本底调查的质量保 证工作。质量保证贯穿于本底调查的始终，从制定本底调查的大纲起直到整理发 布本底调查报告止都要考虑并执行质量保证要求。比如，本底调查大纲内容要周 全，监测频次要合理，方可保证数据处理的顺利进行；本

8、底调查时监测与取样点 位选择合理方能达到应有的代表性；所用仪器足够灵敏和准确，监测结果方让人 可信；仪器进行刻度，实验室参加比对有助于提高调查结果的可靠性。 4 第二节 天然放射性的来源与水平 了解天然放射性的来源与水平，即是环境放射性监测所需的基础知识，也是 评价伴生天然放射性矿物资源开发利用项目的必备知识。 天然放射性按其来源可分为两部分： 地球上生来就有的； 宇宙射线以及宇宙射线与大气层相互作用产生的。 一、陆生放射性核素 地球上生来就有的放射性物质又称为陆生放射性物质。 地球生成已经 45 亿年了， 经历这么长的时间仍然存于地球上的放射性物质都是些长寿命放射性核素及其 衰变子体。陆生放

9、射性主要有 232Th 系，238U 系，235U 系等三个衰变系列。此外还 有一些半衰期长的单个放射性核素，例如 40K、87Rb，138La,147Sm，176Lu 等。 232Th 系，又称 4n 系，232Th 经过 7 次衰变和 4 次衰变，最后形成稳定核 素 208Pb。232Th 的半衰期的为 1.4051010a。232Th 系的放射性衰变产物包括228Ra， 228Ar，228Th，224Ra，220Rn，216Po，212Pb，212Bi，212Po，208Tl 等 10 个核素。 238U 系，又称 4n2 系，238U 经过 9 次衰变，7 次衰变形成稳定核素206Pb

10、。 238U 的半衰期为 4.468109a。238U 系的放射性衰变产物包括：234Th，234Pa，234U，230Th， 226Ra，222Rn，218Po，214Pb，214Bi，214Po，210Tl，210Pb，210Bi，210Po 等 14 个核素。 235U 系， 又称 4n+3 系。235U 系经过 9 次衰变和 6 次衰变形成稳定核素207Pb。 235U 的半衰期为 7.04105a。235U 的放射性衰变产物包括：231Th，231Pa，227Ac， 227Th，223Fr，223Ra，219Rn，215Po，211Pb，211Bi，211Po，207Tl 12 个核

11、素。 40K 的半衰期为 1.28109a。是环境介质中，包括人体在内常见的陆生天然 放射性核素。其他几个单个的放射性核素的名称和半衰期为： 87Rb：4.751010a 138La：1.051011a 147Sm：1.061011a 176Lu：3.731010a 半衰期大于 10 11a 的放射性核素在地球上还有几个，但因丰度不高，半衰期 又特别的长，实际的辐射影响完全可以忽略不计。 5 二、宇生放射性 宇生放射性包括两部分： 来自外层空间的宇宙射线以及宇宙射线与大气层相互作用产生的次级射 线； 宇宙射线与大气层相互作用产生的放射性核素。 宇宙射线主要来自太阳系， 一部分高能宇宙射线可能来

12、自太阳系之外更远的 宇宙空间。 宇宙射线经与大气层相互作用， 不仅强度发生变化， 能谱也发生变化。 在人类生活的地球表面，很难见到高能宇宙射线，近地表的宇宙射线主要是其低 能部分。 这部分宇宙射线随海拔高度的增加而增加， 在海拔一万米以上的高度上， 宇宙射线对飞机机组人员及乘客产生的剂量率比海平面高度宇宙射线的贡献可 大 100 倍。关于宇生放射性的另一部分，是宇生放射性核素。详见表 1。主要包 括 14 个核素，其中人们熟悉的有 14C 和3H。14C 尽管半衰期较长，但与地球的寿 命 45 亿年相比仍是短的。因此在人工放射性 14C 进入大气层之前14C 在全球的盘 存量是恒定的，这也是为

13、什么科学家可通过测定古物的 14C 含量来判定其所处的 年代。由于上个世纪进行的大气层核试验，以及核电站的运行，人工产生的 3H， 14C 大量向环境释放，环境中14C，3H 等平衡的盘存量受到破坏，特别是在这些人 工放射源产生地附近，局部环境中的 3H 与14C 将高出平衡状态下的数值，在环境 监测中对 14C 与3H 浓度的变化应予的关注。人们关心3H 和14C 的另一原因是，它 们参与人类的新陈代谢过程，对公众产生长期辐射影响。 表 1 宇生放射性核素 核素 产生速率（原子 m -2s-1） 2 1 T 全球盘存量 PBq 3H 2500 12.23 年 1275 7Be 810 53.

14、29 天 413 10Be 450 1.5110 6年 230 14C 25000 5730 年 12750 22Na 0.86 2602 年 0.44 26Ac 1.4 7.410 5年 0.71 32Si 1.6 172 年 0.82 32P 8.1 14.26 天 4.1 33P 6.8 25.36 天 3.5 35S 14 87.51 天 7.1 36Cl 11 3.0110 5年 5.6 37Ar 8.3 35.04 天 4.2 6 39Ar 56 269 年 28.6 81Kr 0.01 2.2910 5年 0.005 取自 UNSCEAR 2000 p115 三、天然放射性的水平

15、 天然放射性的水平通常包含两层意义。一是指天然放射性的源项特征，例如 天然放射性核素在感兴趣的环境介质中的活度浓度， 在环境中产生的贯穿辐射照 射量率。第二是指天然放射性对公众产生的效应特征，即照射剂量水平。 关于天然放射性的源项特征，各国不相同，各地亦不相同。就陆生放射性核 素而言，我国在上个世纪 80 年代进行了详细调查，表 2,3,4 分别给出了全国土壤 （干样）中 238U，226Ra，232Th，40K 的含量，水体中 U，Th,226Ra 和40K 含量， 以及贯穿辐射水平。 表 2 土壤中 238U，226Ra，232Th，40K 含量（Bq/kg） 238U 226Ra 232

16、Th 40K 范围 1.8-52 2.4-425.8 1-437.8 11-2185.2 按面积加权平均 39.5 36.5 49.1 580 标准差 34.4 22.0 27.6 202 表 3 全国水体中 U，Th，226Ra 和 40K 的含量 U(g/l) Th(g/l) 266Ra(mBq/l) 40K(mBq/l) 范围 0.02-42.35 0.01-9.07 0.5-99.5 8.0-7149 均值 A 1.66 0.31 6.05 143.7 B 1.77 0.31 5.57 89.4 C 2.56 0.33 6.21 133.5 A，B，C 分别为按断面，按经流量、按积水面积加权的结果。 表 4 贯穿辐射水平 原野剂量率 nGy/h 道路剂量率 nGy/h 室内剂量率 nGy/h 人均有效剂量 mSv 范围 2.4-340.8 3.0-399.1 11-118.5 0.15-2.31 均值 62.1 61.8 99.1 0.55 标准差 27.4 27.5