第八章

環(huán)境放射性監(jiān)測第一節(jié)基礎(chǔ)知識第二節(jié)環(huán)境中的放射性第三節(jié)放射性輻射防護標準第四節(jié)放射性測量實驗室和檢測儀器第五節(jié)放射性監(jiān)測第一節(jié)

基礎(chǔ)知識一、放射性（一）放射性核衰變1.核蛻變：不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)的有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)，從原子核內(nèi)部放出電磁波（γ）或帶有一定能量的粒子（α、β），降低其能級水平，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的核。這種現(xiàn)象叫核蛻變，或“放射性核蛻變”。2.放射性：在衰變過程中，不穩(wěn)定的原子核能自發(fā)的放出α、β、γ射線，使本身物理和化學性質(zhì)變化的現(xiàn)象，稱為“放射性”。1.α衰變：α衰變是不穩(wěn)定重核（一般原子序大于82）自發(fā)放出4He核（α粒子）的過程。2.β衰變：β衰變是放射性核素放射β粒子（即快速電子）的過程，它是原子核內(nèi)質(zhì)子和中子發(fā)生互變的結(jié)果。

β衰變可分為負β衰變、正β衰變和電子俘獲三種類型。3.γ衰變：γ射線是原子核從較高能級躍遷到較低能級或者基態(tài)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(nèi)發(fā)生核衰變的數(shù)目。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）。（四）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(chǎn)物）和另一粒子的過程。二、照射量和劑量（一）照射量式中：dQ——γ或x射線在空氣中完全被阻止時，引起質(zhì)量為dm的某一體積元的空氣電離所產(chǎn)生的帶電粒子（正的或負的）的總電量值（C）。

dX——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

它用于表示在電離輻射與物質(zhì)發(fā)生相互作用時單位質(zhì)量的物質(zhì)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；

——電離輻射給予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。

吸收劑量的單位為J/kg，單位的專門名稱為戈瑞，簡稱戈，用符號Gy表示。曾經(jīng)使用的單位是拉德（rad），1rad=0.01Gy（三）劑量當量劑量當量（H）定義為：在生物機體組織內(nèi)所考慮的一個體積單元上吸收劑量、品質(zhì)因數(shù)和所有修正因素的乘積，即H=DQN

式中：D—吸收劑量（Gy）；

Q—品質(zhì)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。計量當量的單位為J/kg，單位的專門名稱為希沃特，用符號Sv表示。曾經(jīng)使用的單位是雷姆（rem）,1rem=0.01Sv（四）劑量當量率

單位時間的劑量當量H=dH/dt（五）有效劑量

有效劑量E又稱為“加權(quán)的當量劑量”和“雙加權(quán)的吸收劑量”。有效劑量為體內(nèi)所有組織與器官的加權(quán)的當量劑量的總和。有效劑量的單位為J/kg，（Sv）不同電離輻射作用于全身或部分組織器官，當其產(chǎn)生的隨機危害同時，應當具有相等數(shù)值的有效劑量。有效劑量是用劑量的尺度表示隨機效應的概率。劑量當量與有效劑量是放射防護的專用量，用于粗略地評價輻射危險。它們只能在遠低于確定性效應的劑量閾值下估計隨機效應的概率。第二節(jié)環(huán)境中的放射性一、環(huán)境中放射性的來源 天然放射性核素 環(huán)境中放射性 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(yè)3.工農(nóng)業(yè)、醫(yī)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(huán)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(Bq/g)（二）在水體中的分布表8.3

各類淡水中226Ra及其子代產(chǎn)物的含量（Bq/L）（三）在大氣中的分布大多數(shù)放射性核素均可出現(xiàn)在大氣中，但主要是氡的同位素（特別是222Rn），它是鐳的衰變產(chǎn)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(chǎn)物是金屬元素，極易附著于氣溶膠顆粒上。（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(huán)境和生物體之間發(fā)生的物質(zhì)交換過程有關(guān)，如植物與土壤、水、肥料中的核素含量有關(guān)；動物與飼料、飲水中的核素含量有關(guān)。三、人體中的放射性核素及其危害通常，每人每年從環(huán)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，見表8.4。表8.4

人均接受環(huán)境中各種電離第三節(jié)

放射性防護標準一、我國《放射防護規(guī)定》中的部分標準（一）職業(yè)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

二、其他國家和機構(gòu)發(fā)布的有關(guān)環(huán)境放射性標準表8.8

國外有關(guān)環(huán)境放射性標準注：①公眾成員系指居民中的個人三、放射防護的基本原則

電離輻射既能造福人類又能危害人類的健康。放射衛(wèi)生防護工作的出發(fā)點是趨利避害，既要保護個人及其后代和全人類，又要允許有利于人類的必要的伴有輻射照射的活動。放射防護體系應做到利多于害，應使防護的安排達到最大的凈利益，應限制由于個人和整個社會的利益矛盾時可能出現(xiàn)的不公平。放射防護概念體系形成于ICRP-26號（1997）出版物，并在ICRP-60號（1991）出版式物得到補充和發(fā)展。這個體系已為各國際組織及多數(shù)國家所采納，該防護體系提出了放射防護的基本原則是：輻射實踐的正當化，輻射防護最優(yōu)化，個人受照劑量的限制。（簡稱輻射防護三原則）四、放射防護的基本方法人體受到射線的照射方式分為兩種：1.射線源在體外照射——外照射；2.射線源（放射性核素）進入體內(nèi)照射——內(nèi)照射。

2.

對內(nèi)照射防護的要求就是盡可能防止和減少放射性核素對工作環(huán)境的污染，切斷放射性核素進入人體的各種途徑。內(nèi)照射對機體的損害，主要取決于射線的電離能力，故對于α射線和β射線尤應注意防護內(nèi)照射。內(nèi)照射防護中，應把預防措施置于首位。應盡力避免工作人員受到放射性污染并將放射性污染帶至非放射區(qū)。五、放射性污染的控制

加強對放射性物質(zhì)的管理是控制放射性污染的必要措施從技術(shù)控制手段來講，放射性廢物中的放射性物質(zhì)，采用一般的物理、化學及生物學的方法都不能將其消滅或破壞，只有通過放射性核素的自身衰變才能使放射性衰減到一定的水平，而許多放射性元素的半衰期十分長，并且衰變的產(chǎn)物又是新的放射性元素，所以放射性廢物與其它廢物相比在處理和處置上有許多不同之處。

根據(jù)放射性只能依賴自身衰變而減弱直至消失的特點，對高放及中、低放長壽命的放射性廢物采用濃縮，儲存和固化的方法進行處理；對中、低放短壽命廢物則采用凈化處理或滯留一段時間，待減弱到一定水平再稀釋排放。從廢物中回收有利用價值的核素、酸、堿或化學藥劑，循環(huán)使用生產(chǎn)過程低度沾染水也是減輕放射性污染的有效措施。六、放射性廢物的處理與處置放射性廢物的處置：擴散型處置、管理型處置、隔離型處置、再利用型。第四節(jié)

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、放射性檢測儀器放射性檢測儀器檢測放射性的基本原理基于射線與物質(zhì)間相互作用所產(chǎn)生的各種效應，包括電離、發(fā)光、熱效應、化學效應和能產(chǎn)生次級粒子的核反應等。最常用檢測器有三類：（一）電離型檢測器（二）閃爍檢測器（三）半導體檢測器表8.9

各種常用放射性檢測器1.電流電離室——測量由于電離作用而產(chǎn)生的電離電流，適用于測量強放射性；2.正比計數(shù)管、蓋革計數(shù)管——測量由每一入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化，從而對入射粒子逐個計數(shù)，適于測量弱放射性。（一）電離型檢測器是利用射線通過氣體介質(zhì)時，使氣體發(fā)生電離的原理制成的探測器。應用氣體電離原理的檢測器有：這三種檢測器之所以有不同的工作狀態(tài)和不同的功能，主要是因為對它們施加的工作電壓不同，從而引起電離過程不同。1.電流電離室用來研究由帶電粒子所引起的總電離效應，也就是測量輻射強度及其隨時間的變化。這種檢測器對任何電離都有響應，所以不能用于甄別射線類型。

圖8.3電離室示意圖電流與電壓的關(guān)系如圖8.4所示。開始時，隨電壓增大電流不斷上升，待電離產(chǎn)生的離子全部被收集后，相應的電流達飽和值，若進一步有限地增加電壓，則電流不會增加，達飽和電流時對應的電壓稱為飽和電壓，飽和電壓范圍(BC段)為電流電離室的工作區(qū)。圖8.4α、β粒子的電離作用與外加電壓的關(guān)系曲線

2.正比計數(shù)管它在如圖8.4所示的電流－電壓關(guān)系曲線中的正比區(qū)(CD段)工作。在此，電離電流突破飽和值，隨電壓增加繼續(xù)增大。這是由于在這樣的工作電壓下，能使初級電離產(chǎn)生的電子在收集極附近高度加速，并在前進中與氣體碰撞，使之發(fā)生次級電離，而次級電子又可能再與氣體碰撞發(fā)生三級電離，如此形成“電子雪崩”，使電流放大倍數(shù)達104左右。它的輸出脈沖大小正比于入射粒子的初始電離能。正比計數(shù)管普遍用于α和β粒子計數(shù)，性能穩(wěn)定、本底響應低；還可用于低能

射線的能譜測量和鑒定放射性核素用的α射線的能譜測定。圖8.5蓋革計數(shù)管圖8.6射線強度測量裝置3.蓋革（GM）計數(shù)管是目前應用最廣泛的放射性檢測器，普遍用于檢測β射線和

射線強度，它對進入靈敏區(qū)域的粒子有效計數(shù)率接近100％；此外，由于它對不同射線都給出大小相同的脈沖(見圖8.4中EF段的形狀)，因此不能用于區(qū)別不同的射線。（二）閃爍檢測器圖8.7閃爍檢測器測量裝置

閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。圖8.7是這種檢測器測量裝置的工作原理。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

閃爍體的材料可用ZnS，NaI，蒽、芪等無機和有機物質(zhì)，其性能列于表8.10中。表8.10

主要閃爍材料性能注：①Ag、T1是激活劑。

閃爍檢測器具有高靈敏度和高計數(shù)率的優(yōu)點，用于測量α、β、輻射強度。由于它對不同射線具有很高的分辨率，所以可用測量能譜的方法鑒別放射性核素；同時還可用于測量照射量和吸收劑量。（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(tài)半導體。當放射性粒子射入這種元件后，產(chǎn)生電子－空穴對，電子和空穴受外加電場的作用，分別向兩極運動，并被電極所收集，從而產(chǎn)生脈沖電流，再經(jīng)放大后，由多道分析器或計數(shù)器記錄。其工作原理如圖8.8所示。圖8.8半導體檢測器工作原理

硅半導體檢測器可用于α計數(shù)和測定α能譜及β能譜。對射線一般采用鍺半導體作檢測元件，對射線吸收效果更好。第五節(jié)

放射性監(jiān)測一、監(jiān)測對象及內(nèi)容（一）放射性監(jiān)測按照監(jiān)測對象可分為：1.現(xiàn)場監(jiān)測對放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應用單位內(nèi)部工作區(qū)域所作的監(jiān)測；

2.個人劑量

對放射性專業(yè)工作人員或公眾作內(nèi)照射和外照射的劑量監(jiān)測；

3.監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測

對放射性生產(chǎn)和應用單位外部環(huán)境，包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等所作的監(jiān)測。

1.α放射性核素，即239Pu、226Ra、224Ra、222Rn、210Po、222Th、234U和235U；

2.β放射性核素，即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co。（二）在環(huán)境監(jiān)測中，主要測定的放射性核素為（三）對放射性核素具體測量的內(nèi)容有：1.放射源強度，半衰期，射線種類及能量；2.環(huán)境和人體中放射性物質(zhì)含量、放射性強度、空間照射量或電離輻射劑量。三、放射性監(jiān)測方法 定期監(jiān)測采樣、樣品預處理、樣品總放射性或 放射性核素的測定；

連續(xù)監(jiān)測在現(xiàn)場安裝放射性自動監(jiān)測儀器，實 現(xiàn)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、粘紙法、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。2.放射性氣溶膠的采集

放射性氣溶膠包括核爆炸產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物，各種來源于人工放射性物質(zhì)以及氡、釷射氣的衰變子體等天然放射性物質(zhì)。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

對于水體、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