建筑材料放射性的检测

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大学物理
开放性实验
建筑材料放射性的检测
主讲教师:李明非
吉林建筑工程学院城建学院
建筑材料放射性的检测
【实验简介】
用于建造各类建筑物所使用的无机非金属类 材料(如水泥与水泥制品、砖、瓦、混凝土、混 凝土预制构件、砌块、墙体保温材料、工业废渣、 掺工业废渣的建筑材料及各种新型墙体材料等) 和用于建筑物室内、外饰面用的建筑材料(如花 岗石、建筑陶瓷、石膏制品、吊顶材料、粉刷材 料及其他新型饰面材料等)都包含天然放射性核 素238U、226Ra、232Th、40K和222Rn等,是人群受 到的天然辐射来源之一。研究证明,建筑与装饰 材料放射性超标,直接影响消费者特别是儿童、 老人和孕妇的身体健康,使人体免疫系统受损害, 并诱发类似白血病的慢性放射病。
建筑材料放射性的检测
人体受到照射源有两类,即天然辐射源和人 工辐射源。
一、天然本底辐射 ①宇宙射线:即来自宇宙空间的高能粒子流,其 中有质子,α粒子、其他重粒子、中子、电子、光 子、介子等; ②宇生核素:它们主要是由宇宙射线与大气中的 原子核相互作用产生的; ③原生核素:即存在于地壳中的天然放射性核素。
【实验目的】
建筑材料放射性的检测
1.了解建筑材料放射性的性质和危害。
2. 了解建筑材料放射性的检测方法。
3.了解建筑材料放射性的控制标准和室内环境污 染物的限量。
建筑材料放射性的检测
【放射性基本知识】
一个不稳定的原子核自发衰变为另一个原子核,同 时放出射线,这种现象称为放射性衰变。
【有多可怕?】
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放射性物质广泛存在于地质层中,众所周知对人 体有一定的伤害。我们的身体对放射性的承受能 力有一定限度,过度了则有可能引起不适和病变。 所以说,放射性物质超过一定标准就一定会造成 危害。研究证明,建筑与装饰材料放射性超标, 直接影响消费者特别是儿童、老人和孕妇的身体 健康,使人体免疫系统受损害,并诱发类似白血 病的慢性放射病。
钾-K 钾在自然界中大量存在,它是一种活性很高的
碱金属。比重为0.862g/cm3,熔点336.65K,常保 存于煤油之中。40K是放射性核素,丰度为 0.0118%,因此对建材原料中40K的放射性进行检 测,显得尤其重要。
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氡-Rn 氡是一种无色、无味的惰性气体。在水中有
α
1.40×1010年
α
1602年
α
3.82天
α
1.28×109年
β
5730年
β
(人工)
30.23年
β
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到目前为止已发现的核素约有1900种以上,其中 稳定核素约有250种,天然放射性核素约有70多种, 人工放射性核素约有1500多种。
现在已发现的元素有112(118)种,每种元素有 几种不同的同位素。
建筑材料放射性的检测
瓷砖的放射性 :主要由粘土或页岩等作坯料表面 涂上彩色釉料加工而成。其坯料因原料不同辐射 水平有所差异,一般用页岩作坯料比用粘土作坯 料的放射性要稍高一些。为增加表面光洁度和便 于清洗,瓷砖表面涂有一层“釉料”,是由不同 颜色的无机原料加含锆乳浊剂配制而成。釉料中 所用含锆化合物有锆铟砂和氧化锆,白色釉料中, 使用锆铟砂较多,一般含量为10-15%,也有加到 17-18%的,其它颜色的釉中用量较少。锆铟砂中 天然放射性核素含量因产地而异,一般都比较高。 通常瓷砖的辐射水平比一般建材高。
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广州报道:某单位在不长时间里有两名中年人先 后死于白血病,该单位职工和患者及家属,都自 然联想到建筑材料放射性这个问题,因为他们搬 进的办公室铺用的是花岗岩。该单位马上找技术 部门对办公室建筑材料进行放射性鉴定,结果证 实该建筑物真有超标准放射性。
西安报道:西安市五户居民家中发现"无形杀手", 家中装修用的建筑材料放射性物质严重超标,并 引发家庭成员脱发、浑身无力、精神性抽搐、免 疫力下降等症状。
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铀-U 自1789年发现铀,直到1939年发现铀的裂变性
质之前,铀的重要性并没有被人类所重视。当铀 作为核燃料后,铀就成为特别重要的原料。
金属铀具有银白色光泽,密度很大,是一种很 活泼的金属,与很多元素可以直接化合。在空气 中表面很快变黄,接着变成黑色氧化膜。粉末状 铀在空气中可以自燃。铀易溶于盐酸、硝酸,但 它不与碱发生反应。在建材放射性检测工作中, 我们最关心的是铀的同位素之一238U。
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我国先后颁布了三个建材放射性控制标准
GB6763—86《建筑材料用工业废渣放射性物质限 制标准》
GB9196—88《掺工业废渣建筑材料产品放射性物 质控制标准》
JC518—93《天然石材产品放射防护分类控制标 准》
GB50325—2001《民用建筑工程室内环境污染控 制规范》
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【建材放射性及控制标准】
木材的放射性:木材中的放射性系由土壤中转移 而来。由于各地土壤中放射性核素含量不尽相同, 因而木材中的放射性也有所区别。一般说来木材 中放射性含量均比较低。
石膏装饰材料的放射性 :石膏为主要原料加工成 的各种花纹图案、薄板,主要用于室内墙壁与天棚 的装饰材料。天然石膏装饰材料的辐射水平较低。 在磷酸盐工业中产生的大量磷石膏附产品,为了 开展综合利用,国内外已将其用作建材或室内装饰 材料,这类产品中放射性含量较高。
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石材放射性:石材产品的放射性来源于地壳岩石 中所含的天然放射性核素。自然界的岩石中广泛 存在的天然放射性核素主要有铀系、钍系的衰变 产物和钾―40等。这些放射性核素在不同种类岩 石中的平均含量有很大差异,在碳酸盐岩石中含 量较低;在岩浆岩中,随岩石中SiO2含量的增加, 岩石酸性增加,其放射性核素的平均值含量有规 律地增加。
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二、人工辐射 1、医疗照射:医疗照射来源于χ射线诊断检查, 体内引入放射性核素的核医学诊断以及放射治疗 过程。 2、核爆炸:核爆炸在大气中形成的人工放射性物 质是环境广泛受到污染的原因。 3、核动力生产:核燃料循环运行时,放射性排除 物(不包括废物处置)对附近居民以及全球的居 民都会造成一定的当量剂量,从有关预测可以知 即使到2500年也不过是天然辐射照射水平的1%。
日常 生活
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燃煤的放射性污染:一般的燃煤中常含有一定的 放射性矿石,分析研究表明,许多燃煤烟气中含 有铀、钍、镭、钋及铅等,尽管这些物质含量 很 少,但长期的慢性蓄积,可随空气及被烘烤的食 物进入人体。
新建住宅的土壤及建筑材料的放射性危害:新建 的住宅,由于地基、岩石或矿渣、大理石装饰板 等,往往含有一定的氡,可对新房(尤其是通风 不良时)造成放射性污染。
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镭-Ra 金属镭是有光泽的无色固体,比重为6g/cm3,
熔点约为960℃。在空气中不稳定,表面上会生成 一层黑色的氮化镭薄膜,它能强烈地与水作用, 分解水后生成Ra(OH)2而转入溶液。它是一个 典型的碱土金属,化学性质与钡非常相似。建材 用废渣及产品中,我们最关心的是226Ra,它是衡 量建材放射性对人体产生内照射的重要指标。因 为226Ra经过α衰变后形成222Rn核素,高浓度的氡 会影响人体健康。
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饮用水中的放射性污染:我国地大物博,矿泉水 十分丰富,但其中也有不少水源受到天然或人工 的放射性污染。据有关部门检测,有些盲目开发 的矿泉水,其氡浓度高达5×10居里/升,如果长 期饮用这种矿泉水就会有害健康.尤其值得警惕的 是,某些使用贮藏放射性物质的厂矿及肿瘤医院 排放的废水,可对水源及水生植物 造成放射性污 染。
石材中产生的γ射线的辐射体主要是铀系、钍系衰 变子体和钾―40,而对人体产生内照射的主要是 铀系、钍系中的氡的同位素及其短寿命子体。
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如何简单判断石材放射性情况? 一般来说石材分为大理石、花岗岩,大理石放
射性比花岗岩小。根据石材的颜色可以简单判断 辐射的强弱,红色、绿色、深红色的超标较多, 如杜鹃红、印度红、枫叶红、玫瑰红等超标较多。
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香烟中的放射性污染:烟叶中含有226镭、210钋、 210铅等放射性物质,其中以210钋为甚。一个每 天吸一包半香烟的人,其肺脏一年所接受的放射 物含量相当于他接受300次胸部X光线照射
食品中的放射性污染:鱼及许多水生动植物都可 富集水中的放射性物质。某些茶叶中天然钍含量 与一些冶炼厂、化工厂、综合医院等使用射线的 区域的蔬菜,放射性物质含量也都普遍偏高。
原子核自发地放射出射线的性质称之为放射性;具 有放射性的同位素称之为放射性同位素。
天然放射性元素核衰变的主要类型为

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放射性元素衰变到原来数量一半时所需的时间, 我们将这个时间称为该放射性元素的半衰期。
同位素
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
半衰期
衰变类型
4.51×109年
α
7.13×108年
放射性核素相继衰变而成系列。起始核素经过衰 变成为一个新的核素,新的核素仍是放射性的, 它会继续进行衰变,直到形成稳定的核素为止。
自然界里有三个放射性系列,即铀系、钍系和锕 系
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【生活中人们接受的电离辐射】
20世纪初出产的夜光手表、老式挂钟和罗盘的 含镭数码盘,能放出大量的α和γ射线,用仪器计数, 其计数率超过正常手表的10~20倍甚至更多。一个五 十年代生产的台式闹钟,距离其表面1英尺,并且 隔一层玻璃,测量的射线竟高达每分钟40个计数。 喜欢珠宝、无盖夜光表和旧胸针饰物等是很危险的, 因为含放射性物质的油漆会脱落,容易吸入或吃进 身体里面。从60年代中开始制造的夜光表用氚或 147Pm,两种元素都能隔着表盖放射出很多β和γ 射线。
一定的溶解度,20℃条件下,大约有1/4的氡溶于 水中,即使升至100℃还有10%的氡残留于水中。 因此,氡广泛存在于岩石狭缝、地下、地上水、 土壤、空气、天然气等之中。所以氡可以说无处 不在。
氡(222Rn)放射性的危害主要是对人体产生 内照射。因此,发达国家及我国都相应实施《住 房内氡浓度控制标准》,以保障减少氡对人体的 危害。
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建筑材料中的放射性危害主要有两 个方面,即体内辐射与体外辐射:
体内辐射主要来自于放射性辐射在空气中的衰变, 而形成的一种放射性物质氡及其子体。氡是自然 界唯一的天然放射性气体,氡在作用于人体的同 时会很快衰变成人体能吸收的核素,进入人的呼 吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。
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钍-Th 钍也是核燃料之一,在自然界它主要存在于独
居石中。金属钍在新切开时显银白色,但在大气 中逐渐变暗,它是一种活泼金属,粉末状钍在空 气中能着火。建材放射性相关标准中,主要考虑 232Th核素。在原子能工业中,232Th被中子照射后 可蜕变为裂变原料233U。
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统计资料表明,氡已成为人们患肺癌的主要原因, 美国每年因此死亡的达5000-20000人,我国每年 也约有50000人因氡及其子体致肺癌而死亡。另外, 氡还对人体脂肪有很高的亲和力,从而影响人的 神经系统,使人精神不振,昏昏欲睡。
体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射 人体后产生一种生物效果,会对人体内的造血器 官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。
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四川报道:有一家三口先后一月内都患上了再生 障碍性贫血,医生觉得奇怪,多方面查找病因, 最后对其住房进行放射性检测才发现,这家人使 用了一种印度红的花岗石装饰地面,放射性水平 太高,损伤了其造血功能。
北京地区:家住学院路的一位小伙子在检测专家 的帮助下,终于找到了妻子不孕的原因:杀死自 己精子的凶手竟是两年前室内装修用的花岗岩。
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对人体形成威胁的并不是放射性同位素本身,而 是它们在衰变过程中发射出的能量较高的α粒子, 一旦放射性物质其子体被吸入人体后,便会沉积 在气管、支气管等部位,并会在肺中不断发射α 粒子,这些粒子会杀死或杀伤肺细胞。被杀死的 肺细胞可通过新陈代谢得以补充,但被杀伤的肺 细胞就有可能变异,发展成肺癌。
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