放射性污染監(jiān)測(認識篇）

l  概述

1.        放射性

有些物質(zhì)的原子核是不穩(wěn)定的，它能自發(fā)地有規(guī)律地改變其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核，這種現(xiàn)象稱為核衰變，這些物質(zhì)在核衰變過程中會放射出具有一定動能的帶電或不帶電的粒子（即α射線、β射線或γ射線）直到衰變形成穩(wěn)定的元素而停止放射，這種現(xiàn)象即稱為放射性。

核衰變產(chǎn)生射線示意圖

凡具有自發(fā)地放出射線特征的物質(zhì)稱作放射性物質(zhì)。目前，在我們已發(fā)現(xiàn)的100多種元素中，約有2600多種核素。其中穩(wěn)定性核素僅有280多種，屬于81種元素。放射性核素有2300多種，又可分為天然放射性核素和人工放射性核素兩大類。放射性衰變是從天然的重元素鈾的放射性而發(fā)現(xiàn)的。

2.        放射性的來源

放射性污染物質(zhì)來源于自然界的天然放射性和人工制造的人工放射性兩個方面。

自然界的放射性來源主要是指天然放射性，包括各種宇宙射線和天然放射性同位素。宇宙射線由初級宇宙射線和次級宇宙射線組成。初級宇宙射線是指從外層空間射到地球大氣的高能輻射，主要成分為質(zhì)子(83%～89%)、α粒子(10%～15%)及原子序Z≥3的輕核和高能電子(1%～2%)，這種射線能量很高，可達1020MeV以上。初級宇宙射線與地球大氣層中的原子核相互作用，產(chǎn)生的次級粒子和電磁輻射稱為次級宇宙射線。

自然界中天然放射性核素大多屬于由重元素組成的三個放射系（即釷系、鈾系和錒系），主要包括以下三個方面：

1)        宇宙射線產(chǎn)生的放射線核素。如14N(n,T)12C反應(yīng)產(chǎn)生的氚，14N(n,P)12C反應(yīng)產(chǎn)生的14C

2)        天然系列放射性核素。這種系列有三個，即鈾系，其母體是238U；錒系，其母體是235U；釷系，其母體是232Th。

3)        自然界中單獨存在的核素。這類核素約有20種，如40K、87Rb、209Bi等。

而

人類發(fā)現(xiàn)天然放射性核素的過程

人工放射性核素是指利用反應(yīng)堆的中子流和加速器的高能帶電粒子流，人為制備的放射性核素。應(yīng)用人工方法可得到所有元素的放射性同位素，已經(jīng)得到的人造放射性核素有近千種。它們有的放出β射線，有的放出正電子，有的同時有γ射線相隨放出，有少量重元素的人工放射性核素放出α射線。

在當前所知的2300多種核素中，絕大多數(shù)是人工放射性核素。它們在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中起著重要作用（如：核試驗及航天事故、核工業(yè)、工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)科研等部門對放射性核素的應(yīng)用、放射性礦的開采和利用等）。

3.        放射性核素對人體的危害

如果放射性核素被釋放到環(huán)境，透過一些事故、不良的處理或者其他方法，他們能潛在并引起有害的效應(yīng)的放射性污染。如果過分地使用在醫(yī)療或生活應(yīng)用上，也能導(dǎo)致危險，造成放射性中毒。

而放射性核素對人體的危害主要是輻射損傷，放射性核素能通過呼吸道吸入、消化道攝入、皮膚或粘膜侵入等進入人體，進入人體后的核素會繼續(xù)衰變變放出射線輻射，輻射引起的電子激發(fā)作用和電離作用使機體分子不穩(wěn)定，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子鍵斷裂和畸變，破壞對人類新陳代謝有重要意義的酶。輻射不僅可擾亂和破壞機體細胞組織的正常代謝活動，而且可以直接破壞細胞和組織的結(jié)構(gòu)，對人體產(chǎn)生軀體損傷效應(yīng)(如白血病、惡性腫瘤、生育力降低、壽命縮短等)和遺傳損傷效應(yīng)(流產(chǎn)、遺傳性死亡和先天畸形等)。

輻射對人體健康影響示意

l  放射性污染監(jiān)測方式

放射性污染看不見、摸不著，但是它的危害卻很嚴重，因此各國衛(wèi)生機構(gòu)對于對放射性污染的監(jiān)測也非常嚴格，不但出臺了各種安全管理標準，同時也形成了一個完整的監(jiān)測系統(tǒng)。

目前，放射性污染監(jiān)測主要包括以下幾個方面：

1)        現(xiàn)場監(jiān)測，即對放射性物質(zhì)生產(chǎn)或應(yīng)用單位內(nèi)部工作區(qū)域所作的監(jiān)測；

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

3)        環(huán)境監(jiān)測，即對放射性物質(zhì)生產(chǎn)和應(yīng)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。

在環(huán)境監(jiān)測中，主要測定的放射性核素為：

a)       α放射性核素，即239Pu、226Ra、222Rn、210Po、222Th、234U、235U等；

b)       β放射性核素，即3H、90Sr、89Sr、134Cs、137Cs、131I和60Co等。這些核素在環(huán)境中出現(xiàn)的可能性較大，其毒性也較大。

對放射性核素具體測量的內(nèi)容則主要包括以下幾點：

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。

l  放射性污染檢測儀器

監(jiān)測放射性污染需要借助專門的放射性儀器，這類儀器的基本原理是基于射線與物質(zhì)間相互作用所產(chǎn)生的各種效應(yīng)（包括電離、發(fā)光、熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和能產(chǎn)生次級粒子的核反應(yīng)），目前的檢測器主要有三類，即電離型檢測器、閃爍型檢測器和半導(dǎo)體檢測器。

1)        電離型檢測器

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。

該種檢測器有電流電離室、正比計數(shù)管和蓋革計數(shù)管(GM管)三種。電流電離室是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；正比計數(shù)管和蓋革計數(shù)管則是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。以上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。

常見的采用電離室原理的美國Fluke 451P 加壓電離室巡檢儀、電離輻射測量儀

常見利用蓋革計數(shù)管原理的的美國Inspector EXP多功能核輻射檢測儀、αβ表面污染檢測儀

2)        閃爍檢測器

閃爍檢測器是利用射線與物質(zhì)作用發(fā)生閃光的儀器。它具有一個受帶電粒子作用后其內(nèi)部原子或分子被激發(fā)而發(fā)射光子的閃爍體。當射線照在閃光體上時，便發(fā)射出熒光光子，并且利用光導(dǎo)和反光材料等將大部分光子收集在光電倍增管的光陰極上。光子在靈敏陰極上打出光電子，經(jīng)過倍增放大后在陽極上產(chǎn)生電壓脈沖，此脈沖還是很小的，需再經(jīng)電子線路放大和處理后記錄下來。

閃爍體的材料可用ZnS、NaI、蒽、芪等無機和有機物質(zhì)。探測α粒子時，通常用ZnS粉末；探測γ射線時，可選用密度大、能量轉(zhuǎn)化率高、可做成體積較大且透明的NaI(TI)晶體；蒽等有機材料發(fā)光持續(xù)時間短，可用于高速計數(shù)和測量壽命短的核素的半衰期。

閃爍檢測器具有高靈敏度和高計數(shù)率的優(yōu)點。被廣泛應(yīng)用于測量α、β、γ輻射強度。

采用閃爍檢測器的德國CoMo 170 αβ表面污染檢測儀、αβ表面沾污測量儀

3)        半導(dǎo)體檢測器

半導(dǎo)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(dǎo)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。

各種常用放射性檢測器性能、特征對比

編輯：廣州科技有限公司

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