1、Laboratory of Environmental sciences 环环 境境 放放 射射 性性 监监 测测 第第 七七 章章 Laboratory of Environmental sciences 教学目标 1、了解放射性污染的来源、计量方法及危害。2、了解一般监测仪器的工作原理。教学内容 放射性的类型、来源及对人体的危害；放射性防护标准；放射性检测实验室及检测仪器；放射性样品的采集及一般检测方法 教学重点 放射性污染物性质特征及常用监测方法的理论讲解。教学难点 放射性污染物常用监测方法。第第七七章章 放射性污染监测放射性污染监测 Laboratory of Environmenta
2、l sciences 第一节 概述 一一、放射性放射性 （一一）放射性核衰变放射性核衰变 1.核衰变核衰变 不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从不稳定的原子核能自发地有规律地改变其结构，从 原子核内部放出电磁波（原子核内部放出电磁波（）或带有一定能量的粒子）或带有一定能量的粒子（、），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。），降低其能级水平，转化为结构稳定的核。这种现象叫核衰变或“放射性核衰变”。这种现象叫核衰变或“放射性核衰变”。2.放射性放射性 在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出在衰变过程中，不稳定的原子核能自发地放出、射线，使本身物理和化学性质发生变化的现象，射线，使本身物理
3、和化学性质发生变化的现象，称为“放射性”。称为“放射性”。Laboratory of Environmental sciences 放射性核衰变 原子核+核外电子=原子，质子+中子=原子核 某些原子核不稳定，能够自发改变结构，称为核衰变；衰变可以连续进行 Laboratory of Environmental sciences 图图8.1 226Ra和和60Co的核衰变的核衰变 Laboratory of Environmental sciences（二）放射性衰变的类型 1.衰变：不稳定重核(一般原子序82)自发放出粒子(4He)的过程 226Ra 222Rn+4He 不同核素放出的动能不同
4、，一般在28MeV 粒子的质量大、速度小，照射物质时易使其原子、分子发生电离或技法，但穿透能力小，只能穿透皮肤的角质层 Laboratory of Environmental sciences 2.衰变 衰变：放射性核素放射 粒子(快速电子)的过程，核内质子和中子发生互变的结果 衰变分为负 衰变(中子变质子)、正 衰变(质子变中子)和电子俘获(核外电子)三种 射线的电子速度比射线高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；与物质作用可使其原子电离，也能灼伤皮肤。Laboratory of Environmental sciences 3.衰变 衰变：原子核从较高能级跃迁到
5、较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。衰变的能级跃迁不改变原子核的原子序和原子质量数不发生变化，称为同质异能跃迁。某些不稳定核素经过或衰变后，能量仍较高，可再经过衰变达到稳定态。射线是短波电磁辐射(=0.0070.1nm)，穿透力极强；与物质作用产生光电效应、康普顿效应和电子成对效应等。X射线是波长介于紫外线和 射线 间的电磁辐射。X射线是一种波长很短的电磁辐射，其波长约为（200.06）10-8厘米之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料 Laboratory of Environmental s
6、ciences(二）、放射性活度和半衰期二）、放射性活度和半衰期 放射性活度（强度）单位时间内发生核衰变的数目放射性活度（强度）单位时间内发生核衰变的数目 放射性活度单位放射性活度单位 贝可，符号贝可，符号Bq，1Bq=1s-1(每秒有一个原子衰变，一克的镭放射性活度有3.71010Bq。)(常用单位是居里（Ci）)半衰期半衰期 放射性核素因衰变而减少到原来一般事件所需要的时放射性核素因衰变而减少到原来一般事件所需要的时间。是放射性核素的基本特征之一间。是放射性核素的基本特征之一 NdtdNA693.02/1TN=NN=N0 0e e-t t Laboratory of Environment
7、al sciences 同位素同位素 丰度丰度 半衰期半衰期 衰变模式衰变模式 衰变能量衰变能量(MeV)衰变产物衰变产物 U-232 人造 68.9年 自发分裂-衰变 5.414 Th-228 U-233 人造 159200年 自发分裂 197.93-衰变 4.909 Th-229 U-234 0.006%245500年 自发分裂 197.78-衰变 4.859 Th-230 U-235 0.72%7.038108年 自发分裂 202.48-衰变 4.679 Th-231 U-235m 人造 约25分钟 同质异构转变 1 Kr-92，Ba-141，2个中子 U-236 人造 2.342107
8、年 自发分裂 201.82-衰变 4.572 Th-232 U-236m 人造 12110-9秒 自发分裂 1-U-237 人造 6.75日 衰变 0.519 Np-237 U-238 99.275%4.468109年 自发分裂 205.87-衰变 4.270 Th-234 Laboratory of Environmental sciences 二、照射量和剂量二、照射量和剂量 照射量和剂量是表征放射量粒子与物质作用后产生的效应及照射量和剂量是表征放射量粒子与物质作用后产生的效应及其度量的术语其度量的术语 1、照射量、照射量 照射量定义为：照射量定义为：式中式中:X:X照射量，照射量，SIS
9、I单位为单位为C/kg(C/kg(还有专业单位还有专业单位R R伦伦琴琴,1R=2.58*10,1R=2.58*10-4 4c/kg)c/kg)dQdQ或或射线在空气中完全被阻止时，引起质量为射线在空气中完全被阻止时，引起质量为dmdm的的某一体积单元的空气电离所产生的带电粒子某一体积单元的空气电离所产生的带电粒子(正或负正或负)的总电的总电量值量值 dmdQX Laboratory of Environmental sciences 2、吸收剂量 它是表示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大小的物理量。其定义用下式表示：式中：D吸收剂量，SI单位为J/kg，单位的
10、专门名称为戈瑞，简称戈，用符号Gy表示(以前习惯使用的单位是拉德(rad)。1rad=0.01Gy)；电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量。mEDDddDEdLaboratory of Environmental sciences 3、剂量当量 剂量当量（H）定义为：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，即 H=DQN 式中：D吸收剂量，Gy；Q品质因素，其值决定于导致电离粒 子的初始动能、种类及照射类型等（见表）；N所有其他修正因素的乘积。Laboratory of Environmental sciences 表：表：品质因数与照射类型、射线种
11、类的关系品质因数与照射类型、射线种类的关系 照射类型照射类型 射线种类射线种类 品质因素品质因素 外照射外照射 x、e 1 热中子及能量小于热中子及能量小于0.005MeV的中能中子的中能中子 3 中能中子（中能中子（0.02MeV）5 中能中子（中能中子（0.1MeV）8 快中子（快中子（0.510MeV）10 重反冲核重反冲核 20 内照射内照射 、+、e、x 1 10 裂变碎片、裂变碎片、发射中的反冲核发射中的反冲核 20 Laboratory of Environmental sciences 第二节第二节 环境中的放射性环境中的放射性 2.1 2.1 环境中放射性的来源环境中放射性的
12、来源 环境放射性来源于天然的和人为的放射性 天然放射性天然放射性 宇宙射线及其引生的放射性核素：包括初级宇宙射线和次级宇宙射线 天然系列放射性核素：与地球同寿，达到母体与子体的放射性平衡，并成为放射性核素系列：铀系(母体为238U)、锕系(母体为235U)和钍系(母体为232Th)，最终成为Pb核素 自然界单独存在的核素：约20种，具有极长半衰期和强度极弱特点（209Bi半衰期大于2*1018 年，40K半衰期大于1.26*109 年）.自然环境中天然存在的放射性称天然放射性本底，是判断环境是否受到放射性污染的基准。天然放射性对人体的照射80%为外照射 Laboratory of Enviro
13、nmental sciences 第二节第二节 环境中的放射性环境中的放射性 人为放射性污染源人为放射性污染源 核试验与航天事故 核工业 工农业、医学、科研 放射性矿物开采 Laboratory of Environmental sciences 2.2、放射性核素在环境中的分布、放射性核素在环境中的分布 在土壤和岩石中的分布：在土壤和岩石中的分布：含量变动很大，主要取决于含量变动很大，主要取决于岩石层的性质和土壤的类型岩石层的性质和土壤的类型 表表 土壤、岩石中天然放射性核素的含量土壤、岩石中天然放射性核素的含量 单位：Bq/g 核素 土壤 岩石 40K 2.9610-28.8810-2 8
14、.1410-28.1410-1 226Ra 3.710-37.0310-2 1.4810-24.8110-2 232Th 7.410-45.5510-2 3.710-34.8110-2 238U 1.1110-32.2210-2 1.4810-24.8110-2 Laboratory of Environmental sciences 2.2 2.2 放射性核素在环境中的分布放射性核素在环境中的分布 在水体中的分布在水体中的分布。1.海水中天然放射性核素主要是海水中天然放射性核素主要是40K、87Rb和铀系元素，含和铀系元素，含量与区域地理、水体交换等有关；量与区域地理、水体交换等有关；2.淡
15、水中天然放射性核素含量与岩石、水文地质、大气交淡水中天然放射性核素含量与岩石、水文地质、大气交换等有关。换等有关。3.一般地下水中含有的放射性高于地面水，而且铀、镭的一般地下水中含有的放射性高于地面水，而且铀、镭的含量变化较大含量变化较大 Laboratory of Environmental sciences 表表 各类淡水中各类淡水中226Ra及其子代产物的含量及其子代产物的含量 单位：Bq/L 核素 矿泉及深水井 地下水 地面水 雨水 226Ra 222Rn 210Pb 210Po 3.710-23.710-1 3.71023.7103 3.710-3 7.410-4 3.710-2 3
16、.737 3.710-3 3.710-4 3.710-2 3.710-1 1.8510-2 3.7103.7103 1.8510-21.1110-1 1.8510-2 Laboratory of Environmental sciences 2.2 2.2 放射性核素在环境中的分布放射性核素在环境中的分布 在大气中的分布在大气中的分布：大多数核素可以出现在空气中，最主要的：大多数核素可以出现在空气中，最主要的是氡的同位素是氡的同位素(222Rn)，氡是镭的衰变产物，从含泪的岩石、，氡是镭的衰变产物，从含泪的岩石、土壤、水体和建筑材料中逸散到空气中。氡在日出前浓度最土壤、水体和建筑材料中逸散到空气中。氡在日出前浓度最高，中午较低，相差十倍以上高，中午较低，相差十倍以上 在动植物组织中的分布在动植物组织中的分布：任何动植物体内都含天然放射性核：任何动植物体内都含天然放射性核素，与土壤、水、肥料有关素，主要有素，与土壤、水、肥料有关素，主要有40K、226Ra、14C、210Pb和和210Po等，其含量与这些核素参与环境和生物体之等，其含量与这些核素参与环境和生物体之间发生的物质交换过程有关
