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放射性基础知识

来宝网 2009/7/5点击4260次

一、放射性
1、放射性核衰变
核衰变：有些原子核不稳定，能自发地改变核结构，这种现象称为核衰变；
放射性：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α、β、γ射线，这种现象称为放射性；
天然放射性：天然不稳定核素能自发放出射线的特性；
人工放射性：通过核反应由人工制造出来的核素的放射性。
2、放射性衰变的类型
①α衰变：不稳定重核(一般原子序数大于82)自发放出4He核(α粒子)的过程；
α粒子的质量大，速度小，照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发，但穿透能力小，只能穿过皮肤的角质层
②β衰变：放射性核素放射β粒子（即快速电子）的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的结果；
负β衰变（β-衰变）：核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子和中微子的过程。β-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。
β射线电子速度比α射线高10倍以上，其穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十米才被吸收；与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤；
正β衰变(β+衰变)：核素中质子转变为中子并发射出正电子和中微子的过程；
电子俘获：不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。因靠近原子核的K层电子被俘获的几率大于其他壳层电子，故这种衰变又称为K电子俘获；
③γ衰变：原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所发射的电磁辐射；γ射线是一种波长很短的电磁波（约为0.007~0.1nm），穿透能力极强，它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等；
3、放射性活度和半衰期
①放射性活度：单位时间内发生核衰变的数目；

A—放射性活度（s-1），活度单位贝可（Bq），其中1Bq=1s-1，1贝可表示1s内发生1次衰变；
N—某时刻的核素数；
t—时间（s）；
λ—衰变常数，放射性核素在单位时间内的衰变几率；
②半衰期(T1/2)：放射性核素因衰变而减少到原来的一半所需时间；
4、核反应：用快速粒子打击靶核而给出新核(核产物)和另一粒子的过程称为核反应；
方法：
用快速中子轰击发生核反应；
吸收慢中子的核反应；
用带电粒子轰击发生核反应；
用高能光子照射发生核反应；
二、照射量和剂量
1、照射量
dQ——γ或x射线在空气中完全被阻止时，引起质量为dm的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子（正或负）的总电量值（C，库仑）；
x——照射量，国际单位制单位：库仑/kg，即C/kg
伦琴（R），1R=2.58×10-4C/kg
伦琴单位定义：凡1伦琴γ或x射线照射1cm3标准状况下（0℃，101.325kPa）空气，能引起空气电离而产生1静电单位正电荷和1静电单位负电荷的带电粒子；
2、吸收剂量：在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量的大小；

D——吸收剂量；
——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量；
吸收剂量D的国际单位为J/kg，专门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示：1Gy=1J/kg
拉德(rad) 1rad=10-2Gy
吸收剂量率（P）：单位时间内的吸收剂量，单位为Gy/s或rad/s
3、剂量当量（H）：在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积，H=DQN
D——吸收剂量（Gy）；
Q——品质因数，其值决定于导致电离粒子的初始动能，种类及照射类型；
N——所有其他修正因素的乘积，通常取为1；
剂量当量(H)的国际单位 J/kg，希沃特(Sv)，1Sv=1J/kg
雷姆(rem)， 1rem=10-2Sv
剂量当量率：单位时间内的剂量当量，Sv/s或rem/s；
4、

第二节环境中的放射性
本节要求：
了解环境中放射性的来源，放射性核素在土壤、水、大气等环境中的分布，了解放射性核素对人体的危害及内照射概念。
一、环境中放射性的来源
1、天然放射性的来源
①宇宙射线：
初级宇宙射线：质子（83~89%）、α粒子（10~15%）、轻核（原子序数>3，4~26）、高能电子；
次级宇宙射线：初级宇宙射线进入大气层与空气中原子核发生碰撞，引起核反应并产生一系列其他粒子，通过这些粒子自身转变或与周围物质反应而形成的。
②天然系列放射性核素：P375图8-2，都含有放射性气体Rn氡核素，末端都是稳定的Pb核素；
铀系：母体238U；
锕系：母体235U；
钍系：母体232Th；
③自然界中单独存在的核素
约有20种核素，半衰期长，强度极弱；例如人体中40K(T1/2=1.26×109年)
2、人为放射性污染的来源
①核试验及航天事故
②核工业：原子能反应堆、原子能电站、核动力舰艇
③工农业、医学、科研等部门的排放废物(放射性同位素进行示踪试验)
④放射性矿的开采和利用
二、放射性核素在环境中的分布
1、土壤和岩石中的分布(表8-2，P376)
2、水体中的分布：海水中的天然放射性核素主要是40K、87Ra(铷)和铀系元素。P376，表8－3
3、大气中的分布：氡的同位素（222Rn）
4、动植物组织中的分布：40K、226Ra、14C、210Pb和210Po等。
三、人体中的放射性核素及其危害
放射性核素可通过呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入等三种途径进入人体并在体内蓄积。
致死剂量：全身吸收剂量达5戈瑞时，1—2小时内即出现恶心、呕吐、腹泻等症状，一周后出现咽炎、体温上升、迅速消瘦等症状，第二周就会死亡，且死亡率100％。
半致死剂量：吸收剂量为4戈瑞时，数小时后出现呕吐，两周内毛发脱落，体温上升，三周内出现紫斑，咽喉感染，四周后有50％受照射者死亡，存活者六个月后才能恢复健康。
轻度急性放射病症状：吸收剂量为2戈瑞时，经过大约一周的潜伏期，出现毛发脱落、厌食等症状。吸收剂量为1戈瑞时，将有20—25％的受照射者发生呕吐等轻度急性放射病症状。0.5戈瑞的剂量可使人体血象发生轻度变化。
辐射损伤：远期效应、驱体效应和遗传效应。远期效应系指急性照射后若干时间或较低剂量照射后数月或数年才发生病变。驱体效应指导致受照射者发生白血病、白内障、癌症及寿命缩短等损伤效应。遗传效应指在下一代或几代后才显示损伤效应。
第三节放射性辐射标准
本节要求：
了解我国和国外有关环境放射性的标准；依最新国家标准讲述
GB 8703-1988 辐射防护规定
GB 14500-1993 放射性废物管理
GB18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准
GBZ128-2002 职业性外照射个人监测规范
GB8702-88 电磁辐射防护规定
第四节放射性测量实验室和检测仪器
本节要求：
了解对放射性测量实验室的要求，放射性监测的两种类型；
掌握放射性检测仪器的原理和适用情况；
一、放射性测量实验室
1、放射化学实验室：样品处理、安全防范方面；
2、放射性计测实验室：放射性计量仪器和装置，设计实验室时，特别要考虑放射性本底问题。
二、放射性检测仪器
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。
1、电离型检测器：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。
电流电离室：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；主要用来研究由带电粒子所引起的总电离效应，即测量辐射强度及其随时间的变化。
正比计数管：由于输出脉冲大小正比于入射粒子的初始电离能，故定名为正比计数管。这种计数管普遍用于α和β粒子计数，具有性能稳定、本底响应低等优点。
盖革（GM）计数管：普遍地用于检测β射线和γ射线强度。
2、闪烁检测器：利用射线与物质作用发生闪光的仪器。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。
闪烁检测器以其高灵敏度和高计数率的优点而被用于测量α、β、γ辐射强度。
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。半导体检测器可用作测量α、β和γ辐射。
放射性监测按相应国家或行业标准进行。
HJ/T 61-2001 辐射环境监测技术规范
GB 12379-90 环境核辐射监测规定
GB/T 14583-93 环境地表γ辐射剂量率测定规范
GB/T 14582-1993 环境空气中氡的标准测量方法
GB/T 14584-1993 空气中碘-131的取样与测定
三、HJ/T 61-2001 辐射环境监测技术规范
1、常用术语
辐射监测：为了评估和控制辐射和放射性物质的照射，对剂量或污染所完成的测量及对测量结果所作的分析和解释。
辐射环境监测：在辐射源所在场所的边界以外环境中进行的辐射监测。
常规监测：在预定场所按预定时间间隔进行的监测。
应急监测：在应急情况下，为查明放射性污染情况和辐射水平而进行的监测。
放射性废物：含有放射性核素或被其污染，没有或暂没有重复利用价值，其放射性比活度或污染水平超过国家规定妇女限值的废弃物。
代表性样品：是被取样介质相同的一部分，具有被取样介质的性质和特征。
2、辐射环境质量监测的目的
积累环境辐射水平数据；总结环境辐射水平变化规律；判断环境中放射性污染及其来源；报告辐射环境质量状况。
3、辐射环境质量监测的原则
辐射环境质量监测蝗内容，因监测对象的类型、规模、环境特征等因素的不同而变化；
在进行辐射环境质量监测方案设计时，应根据辐射防护最优化原则，进行优化设计，随着时间的推移和经验的积累，可进行相应的改进。
4、辐射环境质量监测内容
（1）陆地γ辐射剂量
（2）空气
气溶胶：监测悬浮在空气中微粒态固体或液体中的放射核素浓度；
沉降物：监测避自然降落于地面上的尘埃、降水（雨、雪）中的放射性核素含量；
氚：主要监测空气中氚化水蒸气中氚的浓度；
（3）水
地表水：监测主要江、河、湖泊和水库中的放射性核素浓度；
地下水：监测地下水中放射性核素的浓度；
饮用水：监测自来水和井水及其它饮用水中的放射性核素浓度；
海水：监测沿海海域近海海水中的放射性核素浓度；
（4）底泥：监测江、河、湖、库及近岸海域沉积物中放射性核素含量；
（5）土壤：监测土壤中的放射性核素含量；
（6）生物
陆生生物：监测谷类、蔬菜、牛（羊）奶、牧草等中的放射性核素含量；
水生生物：监测淡水和海水的鱼类、藻类和其它水生生物中的放射性核素含量；
5、辐射环境质量监测点的布设原则
（1）陆地γ辐射：监测点应相对固定，连续监测点可设置在空气采样点处；
（2）空气：空气（气溶胶、沉降物、氚）的采样点要选择在周围没有树木、没有建筑物影响的开阔地，或没有高大建筑物影响的建筑物的无遮盖平台上；
（3）水
地表水：尽量考虑国控、省控监测点；
饮用水：在城市自来水管末端和部分使用中的深井设饮用水监测采样点；
海水：在近海海域设置海水监测采样点；
（4）底泥：监测江、河、湖、库及近岸海域沉积物中放射性核素含量；
（5）土壤：设置在无水土流失的原野或田间；
（6）生物
陆生生物：样品采集区和样品种类应相对固定；
采集的谷类、蔬菜样品应选择当地居民摄入量较多且种植面积大的种类；牧草样品应选择当地有代表性的种类；采集的牛（羊）奶均应选择当地饲料饲养的牛（羊）奶所产的奶汁；
水生生物：监测采样点应尽量和地表水、海水的监测采样区域一致。
6、辐射环境质量监测的项目和频次
表1 环境质量监测项目和频次
监测对象分析测量项目监测频次
陆地γ辐射γ辐射空气吸收剂量率
γ辐射累积剂量连续监测或1次/月
氚氚化水蒸气 1次/季
气溶胶总α、总β、γ能谱分析 1次/季
沉降物γ能谱分析 1次/季
降水 3H、210Po、210Pb 一次降雨(雪)期/年
水 U、Th、226Ra、总α、除K总β、90Sr、137Cs 1次/半年
土壤和底泥 U、Th、226Ra、90Sr、137Cs 1次/年
生物 90Sr、137Cs 1次/年
7、样品采集
（1）采样原则
从采样点的布设到样品分析前的全过程都必须在严格的质控措施下进行；
采集代表性样品与选用分析方法同等重要，必须给予足够的重视；
根据监测目的和现场具体情况确定监测项目、采样容器、设备、方法、方案、采样点的布置和采样量。采样量除保证分析测定用量外，应留有足够的余量，以备复查；
采样器使用前必须符合国家技术标准的规定，使用前须经检验，保证采样器和样品容器的清洁，防止交叉污染。
（2）空气
气溶胶：一般由滤膜（纸）夹具、流量调节装置和抽气泵等三部分组成。采样器的采样口应高出基础面1.5m；采样器经过计量检定，采样总体积换算成标准状态下的体积，同时记录温度、气压、湿度、风向和风速。
沉降物：采样设备的接受面积为0.25m2的不锈钢盘，盘深30cm，采样盘安装在距地面一定调试周围开阔、无遮盖的平台上，盘底面要保持水平，上口离基础面1.5m。
湿法采样：采样盘中注入蒸馏水，水深经常保持在1~2cm。收集样品时，将采样盘中采集的沉降物和水一并收入兼或玻璃容器中封存。
干法采样：在采样盘内表面底部涂一薄层硅油（或甘油），用以粘结沉降物。收集样品时，用蒸馏水冲洗干净，将样品收塑料或玻璃容器中封存。
降水：用降水采集装置，安放在周围至少30m内没有树木和建筑物的开阔平坦地。受水器边沿上缘离地面高1m，采取适当措施防止扬尘的干扰。
采样时，贮水瓶要每天定时更换，采集好的样品，充分搅拌以后用量筒量出总量，采完样品后，贮水瓶用蒸馏水充分清洗，以备下次使用。
（3）水
地表水：用自动采水器或塑料桶采集水样，在江河控制断面采样，断面水面宽《10m时，在主流中心采样；断面水面宽>10m，在左、中、右三点采样。湖泊、水库水样须多点采样，水深《10m，在水面下50cm处采样；水深>10m，增加中层采样；
采样前洗净采样设备，采样时用样水洗涤三次后采集。
饮用水、地下水：自来水水样取自来水管末端水；井水水样采自饮用水井。泉水水样采自出水量大的泉水。凡用泵或直接从干管采集水样时，必须先排尽管内的积水，方可采集水样。
（4）土壤
土壤采集器或采样铲。在相对开阔的未耕区采取垂直深10cm的表层土。一般在10m×10m范围内，采用梅花形布点或根据地形采用蛇形布点（采点不少于5个）进行采样。将多点采集的土壤除去石块、草根等杂物，现场混合后取2~3kg样品装在双层塑料袋内密封，再置于同样大小的布袋中保存。
8、样品的保存和运输
（1）水样采集后，用浓硝酸酸化到pH=1~2（监测氚、C14或I132的水样不酸化；监测铯-137的水样用盐酸酸化；当水中含泥沙时较高时，待24小时后取上清液再酸化），尽快分析测定。水样保存期一般不得超过2个月；
（2）密封的土壤样品必须在7天内测其含水率，晾干保存；
（3）生物样品采集后，及时处理，注意保鲜。牛（羊）奶样品采集后，立即加适量甲醛，防止变质。
（4）采集的样品要分类保存，防止交叉污染。
样品运输过程需认真填写送样单，运输中样品要有专人负责。
9、样品监测
（1）样品预处理方法
水样：水样运到实验室，对要求分析澄清的水样通过过滤或静置使悬浮物下沉后，取上清液；
土壤及底泥样品：样品运至实验室，立即除去沙石、杂草等异物，称重，置于搪瓷盘中摊开晾干，碾碎过120目筛，105℃恒温干燥至恒重，计算样品失水量。于已编号的广口瓶中密封保存，备用。
生物样品：
鲜样，如谷类，稻和麦等谷类的籽实，风干，脱壳，去砂石等杂物，称鲜（干）重。
样品干燥处理：果实等切成碎片，放入搪瓷盘内摊开，于干燥箱内105℃烘至恒重，计算样品失水量，密封保存。
样品灰化处理：把干样放入蒸发皿中，加热使之充分炭化（防止出现明火）。然后移入马福炉内，根据待测项目的要求选择合适的湿度进行灰化，冷却称重，主牌灰鲜（干）比，密封保存。
沉降物：样品送至实验室后，用光洁的镊子将落入采样盘中的树叶、昆虫等异物取出，并用去离子水将附着在异物上面的细小尘粒冲洗下来，合并冲洗液于样品中，弃去异物。将样品溶液与尘粒全部定量转入500ml烧杯中，在电热板上蒸发使体积浓缩至50ml后，将样品分数次转入已于105℃恒重的瓷坩埚中，在电热板上小心蒸发至干，于105℃烘至恒重，根据待测项目要求准确称取部分或全部样品进行分析。
气溶胶：根据滤膜的大小、材质，结合待测项目要求选择合理的处理方式。一般能用于直接测量可不必经预处理步骤；对于纤维素滤膜可结合待测项目要求选择合适的温度进行炭化、灰化处理；对于玻璃纤维滤膜，可结合待测项目要求选择合适的溶剂进行提取处理。
（2）监测分析方法
凡有国家标准的，一律采用国家标准，没有国标的优先选用行业标准，选用其他方法需报国家环保总局批准。
10、辐射环境质量报告填写
（1）辐射环境质量年报格式
前言
概况：辐射环境监测机构、监测仪器设备、辐射环境监测内容；
辐射环境监测方案：辐射污染源监测方案、辐射环境质量监测方案；
质量保证：
监测结果：辐射污染源监测结果、辐射环境质量监测结果；
辐射环境质量监测结论，其中应包括辐射环境监测结果的评价，环境辐射水平变化趋势分析，存在问题的探讨等；
（2）辐射环境质量年报的要求
用表格等方式列出监测方案，其中包括监测对象、项目、频次、采样点数、监测方法、仪器设备和探测限等。绘出监测采样点位分布示意图；
用文字详细叙述环境监测质量保证的主要措施，并用具体统计数字、表格等形式给出实施质量保证措施取得的成绩；
对监测结果需列出样品数，测值范围、平均值、标准差和置信区间；单个样品的测量值需给出单次测量的标准差。在给出拟合曲线图、不同时间或不同地点的环境样品比活度的比较图上，均要画出各点或各样品测量值的置信区间；
发现监测结果有异常时应分析其原因并说明处理结果。
11、污染事故报告
（1）初始报告与定期定时报告
对核事故、辐射事故或安全性放射怀污染事件，必须立即开展事故监测或应急监测，并迅速向上级主管部门报告。
初始报告要求在事故发生后就立即报告。
定期定时报告要求事故发生后每隔24小时报告一次，直至污染源得到有效控制，污染水平明显降低为止。
（2）污染事故报告内容
污染事故的性质与类型；
放射性物质排放的成分和数量；
主要环境介质的污染水平及污染范围；
居民受照剂量的估算；
事故发生后所采取的控制污染措施和辐射防护措施；
（3）建立污染事故技术档案
对伴有辐射设施出现的辐射事故或突发放射性污染事件必须建立专门的技术档案。对规模大、污染严重或影响范围广的事故，事故处理后应建立长期监测和观察的技术档案。

推荐仪器

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