核安全专业实务2013年 第14章 辐射环境监测—要点

第十四章 辐射环境监测
第一节 辐射环境监测的概述
一、监测概念
z我国现标准GB18871-2002采用了IAEA机构的定义：
——为评价或控制辐射或放射性物质的照射，对剂量或污染所进行的测量及对测量结果的解释。

这段简短的定义包含多层意思：
（1）监测目的——评价或控制辐射或放射性物质的照射。

这里的“辐射”是贯穿辐射，放射性物质指各种放射性核素，“照射”包括对人员的内照射和外照射。

（2）监测内容——贯穿辐射和放射性物质对人产生的辐射剂量，和/或放射性物质对环境介质造成的污染程度或水平。

（3）监测手段——测量和分析。

（4）监测结果——不仅仅是提供监测的数据，还有给出对监测结果的分析和解释。

二、辐射环境监测分类
z按监测对象分：
（1）针对较大区域内的一般环境质量监测；
（2）针对特定核与辐射设施的监测。

z按监测的属性分：
（1）按计划开展的常规监测；
（2）应对突发情况的应急监测。

z针对核与辐射设施运行时间顺序，环境监测可分为：
（1）核与辐射设施运行前本底调查；
（2）核与辐射设施运行期间的监测；
（3）核与辐射设施退役终态监测。

z针对核与辐射设施监测的实施主体，环境监测可分为：
（1）由企业组织的监测；
（2）由政府组织的监督性监测。

三、辐射环境监测的作用
z辐射环境监测的主要作用包括：
（1）验证核与辐射设施对环境的实际影响是否处在所控制的范围之内；
（2）发现核与辐射设施的异常排放；
（3）严重事故时可以判定污染的范围和水平；
（4）改善公共关系。

四、辐射环境监测的特点
z监测具有一定的特点：
（1）环境中辐射及放射性核素种类繁多，辐射环境监测时它们有时彼此相互干扰；
（2）环境介质复杂，对不同的环境介质需采用不同的监测（取样）方法；
（3）辐射环境监测往往是在很高的环境背景值下去探查一个附加的小增量，辐射环境监测受环境放射性背景值及其他因素的影响较大，只有在良好的质量保证下，才能取得准确的监测结果。

第二节 环境中放射性的背景情况
z环境放射性监测是在较高的放射性背景情况之下去探查一个小的附加增量，环境中较高的放射性背景值主要是天然放射性的贡献。

一、天然放射性的来源与水平
z天然放射性按其来源可分为：
（1）地球上生来就有的；
（2）宇宙射线以及宇宙射线与大气层相互作用产生的。

z陆生放射性核素主要有钍232系、铀238系和铀235系三个衰变系列。

z钍232系，又称4n系，钍232经过7次α衰变和4次β衰变形成稳定核素，钍232半衰期为1.405×1010a，钍232系的放射性衰变产物包括10个核素。

z铀238系，又称4n+2系，铀238经过9次α衰变和7次β衰变形成稳定核素，钍232半衰期为4.468×109a，铀238系的放射性衰变产物包括14个核素。

z铀235系，又称4n+3系，铀238经过9次α衰变和6次β衰变形成稳定核素，钍232半衰期为7.04×108a，铀238系的放射性衰变产物包括12个核素。

z40K的半衰期为1.28×109a。

z宇生放射性包括两部分：
（1）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；
（2）宇宙射线与大气层相互作用产生的放射性核素。

z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。

z宇宙射线强度随海拔高度的增加而增加，在海拔一万米以上高度上，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。

z天然放射性水平通常有包含两层意义：一是指天然放射性的源项特征，二指天然放射性对公众产生的效应特征，即照射剂量水平。

z统计资料表明，全世界由于天然放射性引起的年有效剂量为2.4mSv，典型范围在1~10mSv。

z国家标准GB 18871-2002规定公众照射年剂量限值是1mSv。

z我国对核动力厂经由气、液流出物一年对公众产生的剂量约束规定为0.25mSv之内。

二、人工放射性核素的来源与水平
z人工放射性核素的来源途径包括核武器生产和试验、核能生产、核技术利用等。

z大气层核试验仍在环境中残留的主要是90Sr和173Cs。

z地下核试验后总会有H3和85Kr进入环境。

z核武器生产放射性废液贮存罐事故主要是144Ce、95Zr、90Sr和173Cs进入环境。

z铀矿采矿技术分为地下开采和露天开采，冶炼是指对矿石加工并把铀提取出来，制成俗称黄饼的半成品。

z地浸和堆浸的差别在于，地浸并不需要把矿石开采出来，而是在铀矿石埋藏地点，直接用烯酸把铀溶取出来。

z铀矿采冶作业，主要流出物是氡气。

对于地下开采，矿井排出的氡气按生产1t U3O8归一化处理为
1~2000GBq/t，其平均值为300GBq/t。

z铀矿采冶阶段生产的成品是U3O8。

z浓缩指的是将天然铀中U235的丰度由0.7%左右提高到核动力厂使用的2%~5%。

z在铀加工和核燃料生产环节，所操作的核素较为单一，主要是U238、U235和U234。

z核裂变每次产生总能量约为200MeV，1kg裂变材料完全裂变就可以得到2.6×1024裂变，可生产2.05×107kW·h的热量。

z核动力厂发电的同时会产生大量的放射性物质，百万千瓦级的反应堆放射性物质盘存量可达1020Bq，其中99%以上的放射性物质被包容在反应堆内。

z核燃料后处理视为了回收乏燃料中的铀和钚。

z对于乏燃料是否进行后处理有两种态度：一种是不对乏燃料进行后处理，把乏燃料作为高放废物准备直接处置，美国持此态度；另一种是英、法等国家主张对乏燃料进行后处理，从中提取有用资源并再次用于核能发电。

z后处理释放出的放射性物质，产生长期环境影响的几个核素有：3H、14C、85Kr和129I，其中14C产生的待积集体剂量最大。

z以131I为例，为了诊断甲状腺癌和乳头状癌，估计全世界每年使用600TBq的131I。

z对于甲状腺癌的治疗，I131用量平均为5GBq，治乳头状癌的用量要小些，平均为0.5GBq。

除了患者受到辐射照射以外，与患者密切接触的人员，如家庭成员，也将受到辐射照射，且受照水平可达0.5mSv，对于儿童可达1mSv。

预计全世界因使用I131而产生的集体剂量可达400~600人·Sv。

第三节 辐射环境监测的管理
一、环境监测制度
z鉴于环境辐射监测实行“双轨监测”，企业和审管部门都负有保证环境辐射监测质量的任务。

z针对核设施，特别是大型核设施的辐射环境监测，分为运行前的本底调查、运行期间的监测、寿期终了的退役监测等。

z运行前的本底调查任务由企业承担。

二、实行“双轨”监测
z由业主和审管部门同时开展的监测称“双轨”监测。

z核及辐射源项单位的监测机构的规模依据设施向环境排放放射性物质的性质、总量、浓度、排放方式以及潜在危险来定。

z核及辐射设施的环境监测机构负责本单位的环境辐射监测，包括运行前的本底调查，运行期间监测（常规监测及事故应急监测），评价设施的环境影响，调查污染变化的趋势，追踪异常排放时核素的可能分布。

此外，还负责编制向环境保护部门上报的监测报告。

z环境保护行政主管部门是审管部门。

三、制定环境辐射监测大纲
z制定环境辐射监测大纲，首先要考虑实施监测所期望达到的目的：
（1）评价核及辐射设施对放射性物质包容和流出物控制的有效性；
（2）测定环境介质中放射性核素浓度或照射量率的变化；
（3）评价公众受到的实际照射及潜在剂量，或估计可能的剂量上限值；
（4）发现未知的照射途径和为确定放射性核素在环境中的传输模型提供资料；
（5）出现事故排放时，保持能快速估计环境污染状态的能力；
（6）鉴别由其他来源引起的污染；
（7）对环境放射性本底水平实施调查；
（8）证明是否满足限制向环境排放放射性物质的规定和要求。

z制定环境辐射监测大纲，还要考虑下列客观因素：
（1）源项单位流出物中放射性物质的含量，排放量，排放核素的相对毒性和潜在危险；
（2）源项单位的运行规模，可能发生事故的类型、概率及环境后果；
（3）流出物监测现状，对实施环境核辐射监测的要求程度；
（4）受照射群体的人数及其分布；
（5）源项单位周围土地利用和物产情况；
（6）实施环境核辐射监测的代价和效果；
（7）实用环境核辐射监测仪器的可获得性；
（8）环境辐射监测中可能出现的各种干扰因素。

z运行前环境本底调查大纲：
（1）调查目的；
（2）调查的内容；
（3）调查时间；
（4）调查范围。

z核设施运行前环境本底调查的内容，包括：
（1）环境介质中放射性核素的种类、浓度、γ辐射水平及其变化；
（2）核设施附近水文、地质、地震和气象资料；
（3）主要生物种群与分布及土地利用情况；
（4）人口分布、饮食及生活习惯等。

z对于大型核设施供评价用的环境参数一般要调查到80km。

z设施运行期间的环境核辐射监测应考虑运行前本底调查所确定的关键核素、关键途径、关键居民组。

第四节 辐射环境监测方法
z辐射环境监测方法依据所拥有的监测手段和具体的环境条件，分为在现场直接获得监测结果的就地测量，在现场进行取样然后在实验室完成测量和分析两大类。

一、就地测量
z就地测量准备，包括：
（1）就地辐射水平测量之前必须先要制定详细的测量计划；
（2）就地测量之前必须要准备好仪器和设备；
（3）从事就地辐射水平监测的人员事先必须经过培训。

z就地测量实施，包括：
（1）就地核辐射水平测量必须选在有代表性的地方，通常测量点应选择在平坦开阔的地方；
（2）在测量现场核对仪器的工作状态，确保仪器工作正常后方可读取数据；
（3）当辐射场自身不稳定时，应增加现场测量时间，以求测出辐射场的可能变化范围。

（4）在现场进行放射性污染测量时，一定要防止测量仪器受到污染。

二、样品现场采集和实验室分析
z样品采集的基本原则：
（1）按事先制定好的程序进行；
（2）样品要有代表性；
（3）参数记载必须齐备；
（4）采样频度要合理；
（5）采样范围的大小决定于源项单位的运行规模和可能影响的区域；
（6）采集量依据分析目的和分析方法来确定，现场采集要留裕量；
（7）样品妥善保管，防止损失。

z样品采集时应避开下列因素的影响：
（1）天然放射性物质可能浓集的场所；
（2）建筑物的影响；
（3）降水冲刷和搅动的影响；
（4）产生大量尘土的情况；
（5）河流的回水区域；
（6）靠近岸边的水；
（7）不定型的植物群落。

z空气取样注意事项：
（1）确定取样对象，并由此确定出合适的取样方法和取样程序；
（2）确定取样时取样器相对待取样空气的运动方式：主动流气式或被动吸附式；
（3）确保取样效率稳定。

z沉降物收集注意事项：
（1）沉降物收集的布点；（核设施为主导风向的下风向）
（2）采集大气沉降物时，采取措施防止收集到的样品再悬浮；
（3）取样频率视沉降物中放射性活度的变化而定；
（4）进行大气沉降时，必须同时记录气象资料。

z水样采集的注意事项：
（1）确定取样对象，并由此确定出合适的取样方法和取样程序；
（2）采集水样时，采样管路和容器先要用待取水冲刷数次；
（3）采集到的水样必须进行预处理，以防止水中核素变化。

z水底沉积物取样的注意事项：
（1）应定期取样和分析；
（2）采集的时间最好在春汛前；
（3）采用合适的工具和方法，确保不同深度上的样品彼此不干扰；
（4）采集同时要记录水体情况；
（5）需及时对样品进行烘干处理。

z土壤样品采集的注意事项：
（1）下列情况需要采集并分析土壤样品：
——调查土壤天然放射性水平含量；
——确定核设施运行对周围土壤的污染情况；
——评价核及辐射设施退役后的残余放射性；
——评价核事故的土壤污染情况；
（2）针对分析目地，采取合适的采样方法；
（3）采集土壤样品时，必须对采样点附近的自然条件进行记录；
（4）土壤样品若需长期保存，必须进行风干处理。

z生物样品采集的注意事项：
（1）对于确定的源项单位，需要采集生物样品种类决定于当地的环境条件和评价目的；
（2）生物样品要在源项单位液体流出物排放点附近及地面空气中放射性浓度最高的地方采样；
（3）生物样品如不能立即分析，必须进行预处理。

z实验室分析包括放射化学分析和物理测量。

第五节 放射性本底调查和运行监测
一、放射性本底调查
z环境放射性本底调查可按调查目的分为两类：
（1）大范围环境放射性本底调查；
（2）针对特定核与辐射设施周边开展的调查。

z调查对象可以是广泛的，包括环境介质中放射性核素含量和贯穿辐射水平。

z对于像核动力厂这样的核设施，要求在首次装料前必须完成连续两年以上的本底调查。

z对于大范围普查性的本底调查，其目的往往是获得平均水平。

z对于针对特定核及辐射设施所开展的本底调查的主要目的是：
（1）在核与辐射设施评价范围内，确定天然放射性本底状况；
（2）在上述范围内，确定由于大气层核试验、切尔诺贝利等核动力厂事故、其他临近核与辐射设施所产生的人工放射性影响。

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。

（3）判断本底贡献处于正常范围还是存在异常；
（4）确定本底水平以便为今后运行时的环境影响作比较；
（5）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。

z对于大范围普查性本底调查，其范围是由调查的目的决定的。

z针对核与辐射的本底调查范围是与设施的性质、规模及可能的环境影响范围不同而不同。

z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。

z对于核技术利用项目，本底调查范围一般以设施为中心几百米到几公里。

z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。

z运行前环境本底调查的实施，包括：
（1）由有资质的单位来开展；
（2）制定出具体的本底调查大纲；
（3）制定详细的本底调查质量保证；
（4）对调查的资料进行甄别和筛选；（时效性、科学性）
（5）统计处理。

二、运行期间辐射环境监测
z核与辐射设施运行期间的辐射环境监测，指核与辐射设施的营运单位及核辐射设施所在地的环境保护部门所开展的连续或间断式的环境辐射水平及环境介质中放射性核素的活度的测量、分析以及对测量和分析结果的解释与简单评价。

z对于针对特定核及辐射设施所开展的辐射环境监测主要作用有：
（1）在核与辐射设施运行期间内，确定核与辐射设施周围环境中的辐射以及选定的放射性核素的水平及其变化，判断核及辐射设施正常运行期间对周围环境的辐射影响。

（2）确定由于来源，诸如早期大气层核试验落下灰残留物、切尔诺贝利等核动力厂事故、其他临近核与辐射设施所产生的人工放射性的可能影响。

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。

（3）对核与辐射设施的流出物排放进行间接检验，判断是否存在非计划排放；
（4）判断核与辐射设施的流出物在受纳环境介质中，特别是受纳水体中的累积效应；
（5）为核及辐射设施的事故应急监测兼容，为应急响应决策提供现场数据；
（6）为核及辐射设施在实施退役的环境影响评价提供基础数据；
（7）为验证环境影响评价模式的有效性提供实测数据；
（8）改善公共关系。

z核与辐射设施运行期间的辐射环境监测范围是与设施的性质、规模及可能的环境影响范围不同而不同。

z对于核设施，辐射环境监测范围一般以设施为中心半径几十公里范围内。

z对于核技术利用项目，辐射环境监测范围一般以设施为中心几百米到几公里。

z对于伴生天然放射性矿物资源开发利用项目，辐射环境监测的范围视实际影响程度从几百米到几公里。

z对于核动力厂，辐射环境监测内容包括γ辐射剂量率和环境介质中放射性核素含量。

zγ辐射剂量率监测点一般布设在距核动力厂几公里范围内。

z对于环境介质中的放射性核素的测量来说，要测的放射性核素包括碘131、氚、碳14、铯137、锶90、钴60、银110等。

z对于铀矿冶和核燃料加工设施，主要包含的放射性核素是铀。

z运行期间辐射环境监测的实施，包括：
（1）由有资质的单位来开展；
（2）制定出具体的辐射环境监测大纲；
（3）辐射环境监测质量保证；
（4）辐射环境监测资料及时分析整理。

z制定辐射环境监测大纲，要充分考虑地理范围，监测或取样频次，监测仪器、仪表；组织管理；数据处理；资源保证以及质量保证等。

此外，还要考虑：
（1）与运行前本底调查的衔接；
（2）与运行期间流出物排放的关联；
（3）与运行期间事故应急监测的兼容；
（4）对于准备退役的核设施，必须制定退役期间以及退役后长期监护期间的环境辐射监测大纲；
（5）对于核技术利用及伴生放射性矿物资源利用活动，环境辐射监测大纲的内容可相应简化；
（6）随着（源和环境）情况的变化，以及环境辐射监测经验的积累，监测大纲要及时调整。

第六节 人为活动对环境放射性的影响的监测
z伴生矿的安全管理属于辐射安全范畴。

一、伴生矿的概述
z伴生矿概念包含以下要点：
（1）仅含天然放射性物质；
（2）天然放射性物质含量大于国家规定的限值；
（3）不属于核能开发范畴；
（4）不属于核技术利用领域。

z在我国伴生矿主要涉及下述领域：
（1）有色冶金工业；
（2）稀土工业；
（3）黑色冶金工业；
（4）磷酸盐工业；
（5）石油工业；
（6）煤炭工业；
（7）建材工业。

z NORM是指任何天然放射性物质。

z TENORM是指由于技术原因增加的天然放射性物质。

z天然辐射对公众一年所致剂量世界平均在2.4mSv，受照大的个人可达到10mSv。

z国家标准中关于人工辐射源对公众照射规定的剂量限值是1mSv/a，对核动力厂之类核设施规定的约束剂量为0.25mSv/a。

z实际上核动力厂经气载流出物和液体流出物对周围公众产生的辐射影响仅在每年几个μSv。

z天然源因属自然现象，长久以来人们感到对它无能为力。

但是随着科学技术的发展，特别是受到下列因素的影响：
（1）室内氡是重要的致癌因素；
（2）建材中放射性问题引起社会关注；
（3）高空飞行宇宙放射线的影响不容忽视；
（4）伴生矿物资源开发利用会显著改变人类生活环境中的天然辐射水平。

z实际上核动力厂经气载流出物和液体流出物对周围公众产生的辐射影响仅在每年几个μSv。

z由于辐射防护是将低水平长期辐射效应视为随机性效应，且线性无阈。

z伴生矿涉及的范围：
（1）工业活动；
（2）室内氡；
（3）高空飞行。

z伴生矿工业活动涉及：
（1）磷酸盐加工；
（2）稀土生产；
（3）锆砂；（重要的锆矿有锆（ZrSiO4）和斜锆石（ZrO2））
（4）钛色素生产；（钛色素包括氧化钛（TiO2）和人造金红石）
（5）化石燃料；
（6）石油和天然气提取；
（7）建材；
（8）钍化合物。

（钍化合物主要来自于独居石、钍化物或方钍石）
z天然氡气有三种同位素，即氡222、氡220和氡219，他们分别是铀238、钍232和铀235的裂变产物。

他们的半衰期都不长，氡222的半衰期为3.82d，氡220的半衰期为55.6s，氡219的半衰期为3.96s。

z氡吸入体内，其衰变子体则会滞留在肺内，子体衰变时放出的α射线会成为导致肺癌的重要因素。

z研究表明宇宙射线产生的剂量当量率与高度、纬度以及太阳活动期有很强的依赖关系。

z10000m以上的飞行，1h的飞行可能受到5~6μSv的剂量。

z工业活动中天然放射性核素向空气释放，主要放射性核素氡222和氡220。

z初级磷光粉与钢铁生产工业是向空气中释放210Pb的重要源项。

水泥生产也放出很多210Pb。

z放射性核素向水体的最大释放来自于磷酸盐加工，其次是石油和天然气生产以及初级钢铁生产。

z对固体废物的安全管理务必考虑长期安全性。

二、伴生矿的环境辐射监测
z伴生矿的环境辐射监测，与前述核设施及核技术利用项目的环境辐射监测有相同之处，也有不同之处。

z相同之处有如下几点：
（1）由有资质的单位来开展监测工作；
（2）制定出具体的监测大纲；
（3）制定辐射环境监测质量保证；
（4）对辐射环境监测资料及时分析整理。

z不同之处有如下几点：
（1）伴生矿需要经过监测认定；
（2）放射性物质时该物项所固有的。

z判断是不是伴生矿的这种环境辐射监测的方法有：
（1）通过测量物质的比活度来判断；
（2）通过测量物质产生的γ辐射剂量率来判断。

第七节 环境辐射监测的质量保证
一、概念
z质量保证含有三层意思：
（1）质量保证（QA）；
（2）质量控制（QC）；
（3）检查/评估。

二、人员资质要求
三、现场测量和取样
z测量在现场完成的：
（1）环境γ辐射剂量率；
（2）γ谱成分分析。

z在试验室分析的参数有：
（1）土壤或植物样品中指定核素的浓度。

四、样品的制备和贮存
五、编码和记录保存
六、化学和放化分析
z外部QC样品通常包括重复样品和空白样品。

z常规使用的QC样品有几种基本类型：空白样品、重复样品、基准材料、控制样品以及“示踪”样品。

七、仪器分析。