1、第8章環境中放射性污染監測第一節 基礎知識第二節 環境中的放射性第三節 放射性輻射防護標準第四節 放射性測量實驗室和檢測儀器第五節 放射性監測第一節 基 礎 知 識一、放射性 （一）放射性核衰變 1.核蛻變 不穩定的原子核能自發地有規律地改變其結構，從原子核內部放出電磁波（）或帶有一定能量的粒子（、），降低其能級水平，轉化為結構穩定的核。這種現象叫核蛻變或“放射性核蛻變”。 2.放射性 在衰變過程中，不穩定的原子核能自發地放出、射線，使本身物理和化學性質發生變化的現象，稱為“放射性”。圖8.1 226Ra和60Co的核衰變 1.衰變 衰變是不穩定重核（一般原子序數大于82）自發放出4He核（粒

2、子）的過程。 2.衰變 衰變是放射性核素放射粒子（即快速電子）的過程，它是原子核內質子和中子發生互變的結果。 衰變可分為負衰變、正衰變和電子俘獲三種類型。 3.衰變 射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態時所放射的電磁輻射。 （二）放射性衰變的類型 1.放射性活度（強度） 放射性活度系指單位時間內發生核衰變的數目。A=-Dn/dt 單位s-1 專門名稱Bq 2.半衰期 當放射性的核素因衰變而減少到原來的一半時所需的時間稱為半衰期（T1/2）。（三）放射性活度和半衰期 （四）核反應 核反應：是指用快速粒子打擊靶核而給出新核（核產物）和另一粒子的過程。二、照射量和劑量 （一）照射量式中：dQ

3、或X射線在空氣中完全被阻止時，引起質量為dm的某一體積元的空氣電離所產生的帶電粒子（正的或負的）的總電量值，C：庫侖； X照射量，它的SI單位為C/kg，與它暫時并用的專用單位是倫琴（R），簡稱倫。（二）吸收劑量 它是表示在電離輻射與物質發生相互作用時單位質量的物質吸收電離輻射能量大小的物理量。其定義用下式表示： 式中：D吸收劑量，SI單位為J/kg，單位的專門名稱為戈瑞，簡稱戈，用符號Gy表示； rad(拉德)1J/kg=1GY=100rad D適用于外照射,用于放射生物學、輻射化學、輻射防護 （三）劑量當量 劑量當量（H）定義為：在生物機體組織內所考慮的一個體積單元上吸收劑量、品質因數和所

4、有修正因素的乘積，即H （J/kg ）=DQN 式中：D吸收劑量，Gy； Q品質因素，其值決定于導致電離粒子的初始動能、種類及照射類型等（見表8.1）； N所有其他修正因素的乘積。表8.1 品質因數與照射類型、射線種類的關系照射類型射線種類品質因素外照射x、e1熱中子及能量小于0.005MeV的中能中子3中能中子（0.02MeV）5中能中子（0.1MeV）8快中子（0.510MeV）10重反沖核20內照射 、+、e、x110裂變碎片、發射中的反沖核20第二節 環境中的放射性一、環境中放射性的來源 天然放射性核素 環境中的放射性 人為放射性核素（一）天然放射性核素1. 宇宙射線及其引生的放射性核

5、素 2. 天然系列放射性核素 3. 自然界中單獨存在的核素（二）人為放射性核素1. 核試驗及航天事故2. 核工業3. 工農業、醫學、科研等部門的排放廢物4. 放射性礦的開采和利用二、放射性核素在環境中的分布 （一）在土壤和巖石中的分布表8.2 土壤、巖石中天然放射性核素的含量 單位：Bq/g核素土壤巖石40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-2（二）在水體

6、中的分布表8.3 各類淡水中226Ra及其子代產物的含量 單位：Bq/L核素礦泉及深水井地下水地面水雨水226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.71023.71033.710-37.410-43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-2 （三）在大氣中的分布 大多數放射性核素均可出現在大氣中，但主要是氡的同位素（特別是222Rn），它是鐳的衰變產物，能從含鐳的巖石、土壤、水體和建筑材料中逸散到大氣，其衰變產物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上

7、。 （四）在動植物組織中的分布 任何動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境和生物體之間發生的物質交換過程有關，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關；動物與飼料、飲水中的核素含量有關。三、放射性污染的危害 通常，每人每年從環境中受到的放射性輻射總劑量不超過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（238U、235U、234U）、釷（232Th）、鐳（226Ra）、氡（222Rn）和鉀（40K）對人體的輻射傷害特征見表8.4所示。表8.4 天然放射性核素的主要輻

8、射特征放射性核素對人體傷害類型射線能量/ kev238U外照射傷害186232Th外照射傷害238226Ra內照射傷害、外照射傷害352.840K外照射傷害1460全身劑量5Gy致死劑量；全身劑量4Gy半致死劑量。 圖8.2 放射性物質輻射人體的途徑第三節 放射性輻射防護標準一、我國輻射防護規定(GB870388 )中的部分規定（一）職業性放射性工作人員和居民每年限制 劑量當量（二）露天水源中限制濃度和放射性工作場所 空氣中最大容許濃度 表8.5 工作人員、居民年最大容許劑量當量注：表內所列數值均指內、外照射的總劑量當量，不包括天然本底照射和醫療照射。 16歲以下人員甲狀腺的限制劑量當量為1.

9、510-2Sv/a。受照射部位職業性放射性工作人員的年最大容許劑量當量/Sv放射性工作場所、相鄰及附近地區工作人員和居民的年最大容許劑量當量/Sv廣大居民年最大容許劑量當量/Sv器官分類器官名稱第一類全身、性腺、紅骨髓、眼晶體510251035104第二類皮膚、骨、甲狀腺3.01013102 1102第三類手、前臂、足踝7.51017.51022.5102第四類其他器官1.51011.51025103表8.6 放射性同位素在露天水源中的限制濃度和放射性工作場所空氣中的最大容許濃度 注：露天水源的限制濃度值是為廣大居民規定的，其他人員也適用此標準；放射性工作場所空氣中的最大容許濃度值為職業放射性

10、工作人員規定的，工作時間每周按40h計算；礦井下222Rn的最大容許濃度為3.7Bq/L。但222Rn子體或220Rn子體的潛能值不得大于4104MeV/L。放射性同位素露天水源中限制濃度 / (BqL-1)放射性工作場所空氣中最大容許濃度 / (BqL-1)名稱符號氚鈹碳硫磷氬鉀鐵鈷鎳鋅氪鍶碘氙銫氡鐳鈾釷3H7Be14C35S32P41Ar42K55Fe60Co59Ni65Zn85Kr90Sr131I131Xe137Cs220Rn222Rn226Ra235U232Th1.11041.91043.71032.61021.91022.21027.41033.71021.11033.71022.6

11、2.2103.7101.13.7103.710-11.91023.7101.51021.1102.67.4103.73.3103.310-11.9102.23.71023.710-23.310-13.71023.710-11.1101.11.110-33.710-37.410-3注意：在這些標準中，環境中放射性核素的允許濃度是“Bq/L”而不用“mg/L” 放射性同位素在放射性工作場所以外地區空氣中的限制濃度，按表8.6放射性工作場所空氣中的最大容許濃度乘以表8.7所列比值控制計算。表8.7 比值控制放射性同位素比 值放射性工作場所相鄰及附近地區廣大居民區3H、35S、41Ar、85Kr、13

12、1Xe1/301/30014C、55Fe、59Ni、65Zn、90Sr、226Ra1/301/200其它同位素1/301/100二、其他國家和機構發布的有關環境放射性標準 表8.8 國際放射委員會建議的個人劑量限值人員類別基本極限值/(mSva1)職業性個人非隨機效應眼晶體 150其他組織 500隨機效應全身均勻照射 50全身均勻照射 50不均勻照射 50公眾個人非隨機效應任何組織 50隨機效應全身均勻照射 50不均勻照射 50群體不作規定第四節 放射性測量實驗室和檢測儀器一、放射性測量實驗室 （一）放射化學實驗室 （二）放射性計測實驗室 二、放射性檢測儀器 （一）電離型檢測器 （二）閃爍檢測

13、器 （三）半導體檢測器 檢測基本原理都是：利用射線與物質間的相互作用時產生的各種效應（電離、發光、發熱、化學效應、產物次級粒子等）間接進行觀測和測量。表8.9 各種常用放射性檢測器閃爍檢測器蓋革計數器射線種類檢測器特 點閃爍檢測器檢測靈敏度低，探測面積大正比計數器檢測效率高，技術要求高半導體檢測器本底小，靈敏度高，探測面積小電流電離室測較大放射性活度正比計數器檢測效率較高，裝置體積較大蓋革計數器檢測效率較高，裝置體積較大閃爍檢測器檢測效率較低，本底小半導體檢測器探測面積小，裝置體積小閃爍檢測器檢測效率高，能量分辨能力強半導體檢測器能量分辨能力強，裝置體積小1.電流電離室 圖8.3 電離室示意圖

14、 （一）電離型檢測器2.正比計數管 圖8.4 、粒子的電離作用與外加電壓的關系曲線 圖8.5 蓋革計數管示意圖圖8.6 射線強度測量裝置示意圖3. 蓋革（GM）計數管 （二）閃爍檢測器 圖8.7 閃爍檢測器測量裝置示意圖 1.閃爍體；2.光電倍增管；3.前置放大器；4.主放大器; 5.脈沖幅度分析器；6.定標器；7.高壓電源；8.光導材料；9.暗盒；10.反光材料 閃爍檢測器是利用射線與物質作用發生閃光的儀器。圖8.7是這種檢測器測量裝置的工作原理。 閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機和有機物質，其性能列于表8.10中。表8.10 主要閃爍材料性能注：Ag、Tl是激活劑。物質密度/

15、(gcm-3)最大發光波長/nm對射線的相對脈沖高度閃光持續時間/10-8sZn(Ag)粉NaI(Tl)蒽芪液體閃爍液塑料閃爍液4.103.671.251.150.861.0645042044041035045035045020021010060406028484103030.40.80.20.80.30.5 （三）半導體檢測器 半導體檢測器的工作原理與電離型檢測器相似，但其檢測元件是固態半導體。其工作原理如圖8.8所示。圖8.8 半導體檢測器工作原理示意圖 n, p半導體的n極和p極； RH電阻。第五節 放射性監測一、監測對象及內容 （一）按照監測對象分 1.現場監測 對放射性物質生產或應用

16、單位內部工作區域的監測。 2.個人劑量監測 對放射性專業工作人員或公眾進行的內照射和外照射的劑量監測。 3.環境監測 對放射性生產和應用單位外部環境（包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等）的監測。 1.放射性核素 即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U。 2.放射性核素 即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）按主要測定的放射性核素分（三）對放射性核素具體測量的內容分 放射源強度，半衰期，射線種類及能量；環境和人體中放射性物質含量、放射性強度、空間照射量或電離輻射劑量。 三、放射性監測方法 定期監測：

17、采樣、樣品預處理、樣品總放射性或放射性核素測定。 連續監測：在現場安裝放射性自動監測儀器，實現采樣、預處理和測定自動化。 基本步驟 ：樣品采集，樣品前處理，選擇適宜方法、儀器測定。 （一）樣品采集 1.放射性沉降物的采集 沉降物包括干沉降物和濕沉降物。 放射性干沉降物樣品可用水盤法、黏紙法、高罐法采集。 濕沉降物常用一種能同時對雨水中核素進行濃集的采樣器，如圖8.9所示。 圖8.9 離子交換樹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.陽離子交換樹脂；6.陰離子交換樹脂 2. 放射性氣溶膠的采集 放射性氣溶膠包括核爆炸產生的裂變產物，各種來源于人工放射性物質以及

18、氡、釷射氣的衰變子體等天然放射性物質。這種樣品的采集常用濾料阻留采樣法，其原理與大氣中顆粒物的采集相同。 3. 其他類型樣品的采集 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。 （二）樣品預處理 預處理目的：將樣品處理成適于測量的狀態，將樣品的欲測核素轉變成適于測量的形態并進行濃集，以及去除干擾核素。 常用的樣品預處理方法：衰變法 有機溶劑溶解法蒸餾法 灰化法溶劑萃取法 離子交換法共沉淀法 電化學法 （三）環境中放射性監測 1. 水樣的總放射性活度的測定 水體中常見的輻射粒子的核素有226Ra、222Rn及其衰變產物。目前公認的水樣總放射性濃度是0.1Bq/L，當大于此值時，就應對放射粒子的核素進行鑒定和測量，確定主要的放射性核素，判斷水質污染情況。 2. 水樣的總放射性活度測定 水樣總放射性活度測量步驟基本上與總放射性活度測定相同，但檢測器用低本底的蓋革計數管，且以含40