《环境监测》第8章 放射性污染监测

第8章 放射性污染监测
学习指南
通过学习要求掌握放射性污染的概念、来源及危害， 熟悉掌握放射性监测的方法；了解放射性监测仪器。
8.1 概 述
8.1.1 基本知识
1.放射性核衰变 自然界的所有物质都是由各种元素组成的，有些元素的原 子核是不稳定的，它能自发地有规律地改变其结构而成为另 一种原子核，这种现象称为衰变，也称为放射性衰变。 放 射性有天然和人工之分。 决定放射性核素性质的基本要素是放射性类型、放射性活 度和半衰期。
3.吸收剂量（D） 单位质量的物质所吸收的电离辐射的能量，是反映物质 对辐射能量吸收状况的物理量，可表示为 D = dE / dm 式中 dE——电离辐射给予一个体积单元中物质的平均能量； dm——被照射的体积单元中物质的质量。 吸收剂量有时也用吸收剂量率（P）来表示，即单位时间 的吸收剂量。可表示为 P = dD / dt
湿沉降物是指随降雨或 降雪而沉降的物质。采集 湿沉降物除可用上述方法 外，还常用一种能同时对 雨水中核素进行浓集的采 样器，如图8-1所示，离子 交换树脂湿沉降物采样器。
图8-1 离子交换树脂采样器 1-漏斗盖；2-漏斗；3-离子交换柱；4-滤纸浆； 5-阳离子交换树脂；6-阴离子交换树脂
2.放射性气体的采集 （1）固体吸附法 用固体颗粒作收集器。 （2）液体吸收法 （3）冷凝法 3.放射性气溶胶的采集 4.其他类型样品的采集
（1）电流电离室 （2）正比计数管 （3）盖革（G-M）计数管 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仪 器，如图8-6所示。
图8-6 闪烁检测器工作原理
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的工作原理相 似，所不同的是其检测原件是固态半导体，如图8-7所示。
图8-7 半导体检测器工作原理
8.1.3 放射性污染度量单位
1.放射性活度（A） 放射性活度又叫强度，是指放射性物质在单位时间内发 生核衰变的原子数目，它是度量核素放射性强弱的基本物 理量。放射性活度的定义可表示为 A= -dN / dt =λN 式中 N——t 时刻未衰变的核素数； t——时间，s； λ——衰变常数，表示放射性核素在单位时间内的衰变 几率。 2.半衰期（T 1/2 ） 放射性核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间。 T 1/2 = 0.693 /λ
1.放射性的来源 环境放射性的辐射源可分为天然辐射源和人工辐射源两 大类。 （1）天然放射性的来源 ①天然系列放射性核素 ②宇宙射线 ③自然界中单独存在的核素 （2）人工放射性的来源 ①核试验及核事故 ②放射性矿的开采和利用 ③核工业 ④医学、科研和工农业等部门使用放射性核素的排放废物
2.放射性污染的危害 （1）急性损伤 当人体遇到核爆炸、核事故时，一次或短期内受到大剂量 的射线照射，体内的各组织、器官和系统将会遭受严重的伤 害，轻者出现病症，重者造成死亡。表8-1叙述了不同的照 射剂量将引起的不同急性机体效应。 （2）慢性损伤 若放射源长期对人体产生辐射，将会引发各种慢性损伤。 （3）远程效应 远程效应指人体遭受急性照射后经过若干时间或长期遭受 低剂量的照射，数年后才表现出的躯体效应或遗传效应的现 象。
Qβ = 1.48 × 10
4
nβ n KCl
式中 Qα ——α放射性活度，Bq/kg干土； Qβ ——β放射性活度，Bq/kg干土； nc ——样品α放射性总计数率，计数/min； nb ——本底计数率，计数/min； ε——检测器计数率，计数/min； S——样品面积，cm2 ； l——样品厚度，cm； F——自吸收校正因子，对较厚的样品一般取0.5； nβ ——样品β放射性总计数率，计数/min； nKCl ——氯化钾标准源的计数率，计数/min； 1.48×104 ——1kg氯化钾所含 40K的β放射性的贝可数。
2.放射性衰变的类型 放射性衰变按其放出的粒子的性质，分为三类：α衰变、β 衰变、γ衰变。 （1）α衰变 226 Ra 222 Rs+ 4 He （2）β衰变 ①β- 衰变 ②β+ 衰变 ③电子俘获 （3）γ衰变 γ衰变是放射性核素的原子核从较高能级跃迁到较低能级 或基态时放射的电磁辐射。
8.1.2 放射性的来源、危害
表8-1
受照射剂量/Gy 0～0.25 0.5 1 >1.25 2 4（致半死剂量） ≥5（致死剂量）
急性照射时的机体效应
急 性 效 应
无可检出的临床效应 血相发生轻度变化、食欲减退 疲劳、恶心、呕吐 血相发生显著变化、将有 20%～25%的被照射者发生呕吐等急性放射性病症 24h 内出现恶心、呕吐，经过大约一周的潜伏期，出现毛发脱落、全身虚弱的病症 数小时内出现恶心、呕吐，两周内毛发脱落，体温上升，三周后出现紫斑、咽喉感染、 极度虚弱的病症，50%的人四周后死亡，存活者半年后可逐渐康复 1～2h 内即出现严重的恶心、呕吐的症状，一周后出现咽喉炎、体温增高、迅速消瘦 等症状，第二周就会死亡
n c − nb Qα = ns ⋅ V
2.水样的总β放射性活度的测定 水样的总β放射性活度测量步骤基本上与总α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 40 K的 化合物作标准源。 3.土壤中放射性监测 α放射性活度（Qα）和β放射性活度（Qβ）分别用以下两式 计算
(nc − N b ) × 10 6 Qα = 60ε ⋅ S ⋅ l ⋅ F
8.4 放射性监测方法
8.4.1环境中放射性监测
1.水样的总α放射性活度的测定 （1）基本情况 水体中常见放射α粒子的核素有 226Ra、222Rn及其衰变产 物等。
（2）测定方法
式中 Qa ——总α放射性活度，Bq铀/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/min； ns ——根据标准源的活度计数率计算出检测器的计算率， 计数/（Bq·min）； V——所取水样体积，L。
8.1.4 放射性监测对象和内容
1.放射性监测对象 （1）现场监测 （2）个人剂量监测 （3）环境监测 主要监测的放射性核素为 ①α放射性核素，即 239 Pu、226 Ra、224 Ra、220 Rn、210 Po、 222 Th、 234 U和 235 U； ②β放射性核素，即 3 H、90 Sr、89 Sr、134 Cs、137 Cs、
4.剂量当量（H） H = kDQ 式中 H——剂量当量，剂量当量的SI单位是希沃特（SV）， 1SV=1J/kg； k——所有其他修正因素乘积，通常取1； D——吸收剂量，Gy； Q——该点处的辐射品质因数（表示在吸收剂量相同时 各种辐射的相对危害程度）。见表8-2给出的Q值。 表8-2
照射类型 射线类型 X、γ、e 外照射 慢中子 中能中子 快中子
各种射线的品质因数
品质因数 Q ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 3 5～8 10 内照射 照射类型 外照射 射线类型 反冲核 X、γ、e、β α 反冲核 品质因数 Q 20 1 10 20
【例题】 某人全身均受照射，其中γ射线的吸收剂量为 1.5×10 -2 Gy，快中子吸收剂量为2.0×10 -3 Gy，计算总 剂量当量。 解： H 总 = Hγ+ H 快中子 由 H= kDQ 并查表8-2，得 H 总= 1.5×10 -2 ×1 + 2.0×10 -3×10 1.5 10 1 2.0 10 10 = 3.5×10 -2 （SV）
5.照射量（X ） 照射量只适用于X 和γ辐射，不能用于其他类型的辐射和介 质。照射量表示在单位质量空气中X 和γ辐射全部被空气阻 止时，使空气电离所形成的离子总电荷（正的或负的）的绝 对值。公式表示为 X = dQ / dm 式中 dQ——单位体积单元内形成的离子的总电荷绝对值，C； dm——单位体积中空气的质量，kg。
8.2 放射性样品的采集和预处理
对环境样品进行放射性监测和对非放射性环境样品监 测过程一样，也是经过样品采集、样品预处理和选择适宜 方法、仪器测定三个过程。
8.2.1 样品采集
1.放射性沉降物的采集 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。 （1）水盘法 （2）粘纸法 （3）高罐法
8.2.2 样品的预处理
1.衰变法 2.共沉淀法 3.灰化法 4.电化学法 5.其他预处理法
8.3 放射性监测仪器
8.3.1 放射性监测仪器
最常用的检测器有三类，即电离型检测器、闪烁检测器 和半导体检测器。 1.电离型检测器 常用的电离型检测器有电离室、正比计数管和盖革（GM） 计数管三种。都是在密闭的充气容器中设置一对电极，将直 流电压加在电极上（如图8-2），当气体发生电离时，产生 的正离子和电子在外电场的作用下分别移向两极而产生电离 电流。电离电流的大小与外加电压的大小及进入电离室的辐 射粒子数目有关，外加电压与电离电流的关系曲线，如图83所示，可分为六个区域。
4.大气中氡的测定
222Rn是 226Rn的衰变产物，为一种放射性惰性气体。
8.4.2 个人外照射剂量
个人外照射剂量是用佩戴在身体适当部位的个人剂量 计测量，这是一种能对放射性辐射进行累积剂量的小型、 轻便、容易使用的仪器。常用的个人剂量计有袖珍电离室、 胶片剂量计、热释光体和荧光玻璃等。
图8-2
电离室示意图
图8-3 外加电压与电离电流的关系曲线
AB段为非工作区 在这一区域，电压较低，正离子和电 子的复合几率大，电流随外加电压的增大而增大。 BC段为电离室区 在这一区域，外加电压已足够大，离 子几乎全被收集，电流会达到一个饱和值，并将是一个常数， 不再随电压的增加而改变。 CD段为正比区 在这一区域，电离电流突破饱和值，随 电压增加而继续增加。 DE段为有限正比区 在此区域内，气体放大倍数与初始 电离无关，不再是常数，故检测器在这一区域无法工作。 EF段为G-M区（盖革-弥勒区） 在这一区域，当外加电 压继续增加，分子激发产生光子的作用更加显著，收集到的 电荷与初始电离的电子数毫无关系。 连续放电区 在此区域，“电子雪崩”无限制地进行，检 测器无法工作。