学术讨论—----放射性物质监测.ppt
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1、Laboratory of Environmental sciences环环 境境 放放 射射 性性 监监 测测第第 七七 章章第一页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciencesv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。v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v教学重点 放射性污染物性质特征及常用监测(jin c)方法的理论讲解。v教学难点 放射性污染物常用监测方法。第七章第七章 放射性污染监测放射性污染监测第二页,共五十二页。La
2、boratory of Environmental sciences第一节 概述(i sh)一、放射性一、放射性 (一)放射性核衰变(一)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),降低(jingd)其能级水平,转化为结构稳定的核。其能级水平,转化为结构稳定的核。这种现象叫核衰变或这种现象叫核衰变或“放射性核衰变放射性核衰变”。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
3、出、射线,使本身物理和化学性质发生变化的现象,射线,使本身物理和化学性质发生变化的现象,称为称为“放射性放射性”。第三页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences放射性核衰变v原子核+核外电子=原子,质子+中子=原子核v某些原子核不稳定,能够自发改变结构,称为(chn wi)核衰变;衰变可以连续进行第四页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences图图图图8.18.1226226RaRa和和和和6060CoCo的核衰变的核衰变的核衰变的核衰变(shuibin)(shuibin)第五页,共五十二页。Labora
4、tory of Environmental sciences(二)放射性衰变(shuibin)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226Ra222Rn+4Hev不同核素放出的动能不同,一般在28MeVv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(zhnn)穿透皮肤的角质层第六页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences2.衰变(shuibin)v衰变:放射性核素放射粒子(lz)(快速电子)的过程,核内质子和中子发生互变的结果v衰变分为负衰变(中子变质子)、正衰变(质子变中子)
5、和电子俘获(核外电子)三种v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。第七页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences3.衰变(shuibin)v衰变:原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射(fngsh)的电磁辐射。v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。v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
6、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(jyu)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 第八页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences(二)、放射性活度和半衰期二)、放射性活度和半衰期v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 v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,
7、一克的镭放射性活度有3.71010Bq。)(常用单位是居里(Ci))v半衰期半衰期 放射性核素因衰变而减少到原来放射性核素因衰变而减少到原来(yunli)一般事件所需要一般事件所需要的时间。是放射性核素的基本特征之一的时间。是放射性核素的基本特征之一N=NN=N0 0e e-tt第九页,共五十二页。Laboratory of Environmental 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5.414Th-228U-233人造159200年自发分裂197.93-衰变4.909Th-229U
8、-2340.006%245500年自发分裂197.78-衰变4.859Th-230U-2350.72%7.038108年自发分裂202.48-衰变4.679Th-231U-235m人造约25分钟同质异构转变1Kr-92,Ba-141,2个中子U-236人造2.342107年自发分裂201.82-衰变4.572Th-232U-236m人造12110-9秒自发分裂1-U-237人造6.75日衰变0.519Np-237U-23899.275%4.468109年自发分裂205.87-衰变4.270Th-234第十页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences二
9、、照射二、照射(zhosh)(zhosh)量和剂量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其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度量的术语1、照射量、照射量v照射量定义为:照射量定义为:式中式中:X:X照射量,照射量,SISI单位为单位为C/kg(C/kg(还有专业单位还有专业单位R R伦琴伦琴,1R=2.58*10,1R=2.58*10-4 4c/kg)c/kg)dQ dQ或或射线在空气中完全被阻止时,引起质量射线在空气中完全被阻止时,引起质量(zhling)(zhling)为为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
10、气电离所产生的带电粒子(正或负正或负)的总电量值的总电量值第十一页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences2、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,单位的专门名称为戈瑞,简称戈,用符号(fho)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。第十二页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences3、剂量(jling)当量剂量当量(H)定义为
11、: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。第十三页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences表:表:表:表:品质因数与照射类型、射线种类品质因数与照射类型、射线种类品质因数与照射类型、射线种类品质因数与照射类型、射线种类(zhngli)(zhngli)的关系的关系的关系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、e1热中子及能量小于热中子及能量小于0.00
12、5MeV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、x110裂变碎片、裂变碎片、发射中的反冲核发射中的反冲核20第十四页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences第二节第二节 环境环境(hunjng)(hunjng)中的放射性中的放射性2.1 2.1 环境环境(hunjng)(hunjng)中放射性的来源中放射性的来源v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v宇宙射线及其引生的放射性核素:包括初级宇宙射
13、线和次级宇宙射线v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v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%为外照射第十五页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences第二节第二节 环境环境(hunjng)(hunjng)中的
14、放射性中的放射性人为放射性污染源人为放射性污染源v核试验与航天事故v核工业v工农业、医学(yxu)、科研v放射性矿物开采第十六页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences2.2、放射性核素在环境中的分布、放射性核素在环境中的分布(fnb)v 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,主要取决于岩石层的含量变动很大,主要取决于岩石层的性质和土壤的类型性质和土壤的类型表表土壤、岩石中天然土壤、岩石中天然(tinrn)放射性核素的含量放射性核素的含量单位:Bq/g核素土壤岩石40K2.9610-28.8810-28.1410-28.1410
15、-1226Ra3.710-37.0310-21.4810-24.8110-2232Th7.410-45.5510-23.710-34.8110-2238U1.1110-32.2210-21.4810-24.8110-2第十七页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences2.2 2.2 放射性核素在环境放射性核素在环境(hunjng)(hunjng)中的分布中的分布v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,含量与区和铀系元素,含量与区域地理、水体交换等有关;域地理、水体交换等有关;
16、2.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。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。3.一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(binhu)较大较大第十八页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences表表各类淡水各类淡水(dnshu)中中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226Ra222Rn210Pb210Po3.710-23.710-13.71023.71033.710-37.410-
17、43.710-23.7373.710-33.710-43.710-23.710-11.8510-23.7103.71031.8510-21.1110-11.8510-2第十九页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences2.2 2.2 放射性核素在环境放射性核素在环境(hunjng)(hunjng)中的分布中的分布v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,最主要的是氡的同位:大多数核素可以出现在空气中,最主要的是氡的同位素素(222Rn),氡是镭的衰变产物,从含泪,氡是镭的衰变产物,从含泪(hn li)的岩石、土壤、水的岩石、土壤、水
18、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,相差十倍以上低,相差十倍以上v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素,与土壤、: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,主要有水、肥料有关素,主要有40K、226Ra、14C、210Pb和和210Po等,其等,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,如植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,如植物与土壤、水、肥料中的核素含量有关;动物与饲料、饮水中的核素含物与土壤、水、肥料中的核素含量有关;
19、动物与饲料、饮水中的核素含量有关量有关v在室内空气中的分布在室内空气中的分布:主要来源于建筑材料:主要来源于建筑材料第二十页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences第二十一页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences第二十二页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences放射性污染有以下特点放射性污染有以下特点:(1)一旦产生和扩散到环境中,就不断对周围发出放射线,永不停止。(2)自然条件的阳光、温度无法改变放射性核同位素的放射性活度,人们也无法用任何化学或物理手段
20、使放射性核同位素失去放射性。(3)放射性污染对人类作用有累积性。放射性污染是通过发射、或中子射线来伤害人,、中子等辐射都属于致电离辐射。(4)放射性污染既不像化学污染多数有气味或颜色,也不像噪声(zoshng)振动、热、光等污染,公众可以直接感知其存在;放射性污染的辐射,哪怕强到直接致死水平,人类的感官对它都无任何直接感受,从而采取躲避防范行动,只能继续受害。2.3 2.3 人体人体(rnt)(rnt)中的放射性核素及其危害中的放射性核素及其危害第二十三页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciencesv放射性核素进入放射性核素进入(jnr)(jnr)人体
21、的三个途径:呼吸道吸入、消化道摄人体的三个途径:呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入入、皮肤或粘膜侵入v由呼吸道吸入的放射性物质,其吸收程度与放射性核素的性质、状态由呼吸道吸入的放射性物质,其吸收程度与放射性核素的性质、状态有关:易溶性的吸收较快,气溶胶吸收较慢;核素被肺泡粘膜吸收后,有关:易溶性的吸收较快,气溶胶吸收较慢;核素被肺泡粘膜吸收后,可直接进入血液可直接进入血液v正常条件下,每年每人从环境中受到的放射性辐射总剂量正常条件下,每年每人从环境中受到的放射性辐射总剂量不超不超过过2 2毫希沃特毫希沃特,其中一半以上是天然放射性,其中一半以上是天然放射性第二十四页,共五十二页。Labor
22、atory of Environmental sciences放射性污染放射性污染(wrn)的危害的危害v人体(rnt)受到放射性射线照射后,常会引起肌体细胞分子、原子电离,使组织的的某些大分子结构被破坏,如使蛋白质及核糖核酸、脱氧核糖核酸分子链断裂,造成组织破坏v人体一次或在短期内接受大剂量照射,将引起急性辐射损伤v大剂量外照射会严重伤害人体的各组织、器官和系统第二十五页,共五十二页。Laboratory of Environmental sciences表:表:天然放射性核素的主要天然放射性核素的主要(zhyo)辐射特征辐射特征放射性核素放射性核素对人体伤害类型对人体伤害类型射线能量射线能
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