第12章放射性污染监测

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1、第1 2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1 2 .2放射性监测方法1 2。 3电磁辐射污染监测12 1 概述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a、B和丫射线，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 . 12.1。2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 .。

2、1天然放射性来源宇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 射到地球大气的高能辐射，主要成分为质子(83%8 9%)、a粒子(1 0% 1 5%)及 原子序Z 3的轻核和高能电子(1%2%)，这种射线能量很高，可达1 0 20MeV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： 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 23 8U;锕系,其母体 是235U ;

3、钍系，其母体是23 2 Th 自然界中单独存在的核素这类核素约有 20种，如40K、87Rb、29B i等。1 2.1。2.2人为放射性核素的来源a。核试验及航天事故b。核工业co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121。3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

4、育力降低、寿命缩短等）和遗传损 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1 2.2.1 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; 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 : a放射性核素，即 239 P u 22 6 Ra、2 22Rn、210Po、2 2 2 T h、234U、235U 等； B放射性核素，即3H、90Sr、89 S r、134Cs

5、、13?Cs、1311和60Co等。这些核素在 环境中出现的可能性较大 ,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。1 2。 2。2 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 .12.2.2。 1 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.12。2。2。2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

6、考虑放射性本底问题1 2.2。3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1 2- 1各种常用放射性检测器射线种类检测器特点a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咼，技术要求咼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Y闪烁检测器检

7、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12.2。3. 1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。1 2 . 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

8、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 .a粒子时，通常用ZnS粉末；探测丫射线时，可选用密度大、能量转化率高、可做 成体积较大且透明的N al (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。a、B、丫辐射强度。12 23. 3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

9、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 ,由多道分析器或计数器记录 .12.2。 4 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.1 2。 2。 4。 1 样品采集(1) 放射性沉降物的

10、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、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1 2。2.4o2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

11、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 ,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， 载体将放射性核素载带下来 , 达到分离和富集的目的。例如，用59Co作载体，则与60 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 500C马弗炉中灰化，冷却后称重，再

12、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如 Ag+、Ei 2+、P b2 +等可以金属形式沉积在阴极；Pb2+、Co2+可以氧化物的形式沉积在阳 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a放射性活度的测定水体中常见辐射a粒子的核素有2 2 6Ra、2 2

13、2R n及其衰变产物等.目前公认的水样总a放 射性浓度是0。1 B q /L,当大于此值时，就应对放射 a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 ,蒸发至干 ,在不超过350C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

14、核素。测量总 a放射性活度的标准源常选择硝酸铀酰。水样的总a比放射性活度（Qa用下式计算：Q a=（nc n b）/ （nsV）式中：Qa比放射性活度（E q/L）;nc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/mi n ）;ns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B放射性活度测量水样总B放射性活度测量步骤基本上与总 a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4 K的化合物作标准源。水样中的B射线常来自40K、90Sr、1291等核素的衰变，其目前公认的安全水

15、平为IBq/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a B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4-5份.采样时用取土器或小刀取10X1 0cm2、深1 c m的表土。除去土壤中的石块、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12 c m厚方块，用四分法反复缩分，直到剩余20 0 3 0 0g 土样，再于500E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 a和B 比放射性活度（测b放射性的样品层应厚于测 a放射性的样品层）.a匕放射性活度（Q a和 B比放射性活度（Qb）分别用以下两式计算：Qa= （n c-n b） X1 06/ （60 IF）Q b= 1.4 8X1 04 nBnKc i式中：Qaa比放射性活度（Bq/k g干土）;Qb B比放射性活度（Eq /K g干土）;nc样品a放射性总计数率（计数/mi n ）;n b本底计数率（计数/ mi