辐射污染物的传播.docx
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辐射污染物的传播
¢第五节辐射探测及测量技术
•辐射探测系列产品（工业）-放射性辐射
¢系列产品介绍
•电磁辐射探测
¢近区场测量
¢远区场测量
¢电磁污染测量仪器
¢实例介绍
•常用非选频式宽带辐射测量仪
•常用选频式辐射测量仪
第三章
辐射污染在环境中的传播
知识回顾
¢辐射污染的显著特征：
进入环境中的放射性物质不能用化学、物理和生物学办法使之减少或消除，只能使它们从一种环境介质转移到另一种环境介质中去。
放射性物质从环境中的消除只能随着时间的推移自行衰变而消失。
图放射性废物进入自然环境的典型污染通路
一、大气中的动态
¢大气的放射性污染来源：
•核试验和核设施的生产过程中向大气释放了大量的放射性气体及放射性气溶胶
¢1982年，联合国大会报告指出
•从1945年到1980年底全世界共进行了800多次核试验
•对全球所有居民造成的总的集体有效剂量当量负担约3×107人·Sv。
¢外照射为2.5×106人·Sv，
¢内照射为2.79×107人·Sv。
¢放射性核素在大气中的动态与相应的稳定同位素相同。
氮循环图
¢与稳定同位素的区别：
只是前者具有衰变特性，随着时间的推移，从环境中逐渐消失。
¢放射性核素的变数：
一些放射性核素半衰期虽短，但它的子体寿命很长，其危险性不可低估。
如90Kr的半衰期只有33s，但它的第二代子体90Br却具有较大的危害。
¢放射性污染在大气中的稀释和扩散和许多气象因素有关，如风向、风速、温度和温度梯度等。
特别是温度梯度对局部地区的大气污染有直接的关系。
¢放射性气体或气溶胶除了随空气流动扩散稀释外，放射性气溶胶粒子的沉降也能使其浓度降低。
¢例如，一些大颗粒的气溶胶粒子能在较短的时间内沉降在地球表面。
¢大气对氩、氟等惰性气体几乎没有净化作用，主要靠它们自行衰变而减少。
¢14C和3H可以通过生物循环进入人体参与生物的基础代谢过程。
•自然界有大量碳酸盐沉积物，但其中的碳却难以进入生物循环。
碳循环中固定碳
¢绿色植物从空气中吸收二氧化碳，经光合作用转化为葡萄糖，并放出氧气（O2）。
¢有机体再利用葡萄糖合成其他有机化合物。
¢这些有机化合物经食物链传递，又成为动物和细菌等其他生物体的一部分。
释放碳
¢由初级生产者固定在有机物中的碳素通过3条途径以CO2形式回到大气中：
•动物、植物和微生物在呼吸过程中释放CO2；
•食草生物和食肉生物消耗植物和动物产生CO2；
•动植物死体被微生物分解释放出CO2。
微生物在进行分解作用中也合成一些简单和复杂的有机物，包括甲烷等气体。
碳的生物地球化学循环
放射性辐射在大气中的传播
¢实例：
冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发
¢背景介绍：
•冰岛是由大陆板块漂移产生的缝隙中喷涌出的岩浆凝固而成的。
•冰岛首都：
雷克雅未克（零下十几摄氏度到25摄氏度）
•有火山200多处，其中活火山约30余座，活动相当频繁，目前平均每5年就有一次火山爆发。
最著名的海克拉火山有“地狱之门”之称，从9世纪有人居住至今，共喷发过18次，时间最长的一次更是历时13个月。
•据说在阿波罗飞船登月前，美国曾利用这里的地貌模拟月球环境，让宇航员体验月球生活。
地面上坑坑洼洼、渣石之上草木不生，只是在向阳的一面长出一层厚厚的苔藓，脚踩上去软绵绵的。
实例：
冰岛埃亚菲亚德拉冰盖火山喷发
¢喷发时间：
•第一次：
2010年3月20日
•第二次：
当地时间2010年4月14日凌晨1时（北京时间9时）
此次火山喷发特点：
¢火山直接从冰层下开始了大规模喷发。
据冰岛大学火山学家古德兰（GudrunLarsen）观测，火山灰喷射高度达7000米，而在此之前，岩浆先要冲破200米厚的冰层。
¢冰火交融产生了地质学上所谓的“射气岩浆喷发”，这种喷发导致火山烟尘中含有类似玻璃碎粒的物质。
加上欧洲上空刮西北风，火山烟尘长驱直入，横扫欧洲大陆。
火山喷发造成的影响
¢为了避免火山烟尘对飞机的损害，从15日开始，欧洲不得不暂时收起了“翅膀”，亚太地区也取消了大部分以欧洲为目的地的航线。
¢截至19日，亚太航空中心在其官方网站上称，欧洲和世界其他地方已经有800万旅客出行受阻。
¢欧洲航空安全组织负责人布赖恩·弗林形容：
“欧洲空中交通出现这种状况在历史上尚属首次。
”
¢国际机场协会负责人更是在声明中称：
“眼下有313个机场处于瘫痪，其影响比9·11恐怖袭击还严重。
”
火山喷发造成的影响
（2）
¢总部设在瑞士日内瓦的航空业联合组织“国际航空运输协会”说，全球范围内的航空运营商日损失总计约3亿美元。
¢由于航空公司需要为滞留乘客变更航班、提供食宿等支付额外费用，眼下遭受的损失只是“最初和保守估计数字”。
¢国际航空运输协会主席兼首席执行官比西格尼（GiovanniBisignani）周二在接受意大利国营电视台采访时说，“由于缺乏资金，超过5家中小型规模的欧洲（航空）公司面临关闭的危险”。
火山喷发给各国造成的影响
¢英国航空日盈利原有2400万英镑，而飞机停飞，已给英国带来至少9.2亿英镑的经济损失。
经济学家预测，更大层面的经济损失，预计将达到至少每天1亿英镑，包括收益损失和额外损失。
¢澳大利亚坎塔斯航空公司发言人表示，冰岛火山爆发以来对公司在欧洲的进出航班造成每天约150万澳元（约合140万美元）的损失。
¢泰国国际航空主席说，自关闭欧洲航线以来，公司每天损失1亿泰铢（约合310万美元）。
火山喷发给航空也造成影响的历程
¢取消航班
国航：
•19日北京取消赴欧的22趟航班
•18日取消赴莫斯科航班
•17日取消10班赴欧洲航班
¢恢复航班
•国航：
4月21日恢复全部欧洲航班
•法国：
21日，法国巴黎戴高乐机场的所有长途客机已经恢复正常运营。
•德国：
4月21日德国空中管制人员表示，该国目前已经解除飞行空域的全部禁飞令。
影响
¢运输业-航空业
¢餐饮业
¢医疗业
¢气候
¢经济–石油
¢火山灰如何影响飞机？
火山灰中含有二氧化硅，这种化合物的熔点是1100摄氏度，而眼下大部分客机使用的涡轮发动机的工作温度为1400摄氏度。
一旦火山灰被吸入引擎内部，二氧化硅熔化后会吸附在涡轮叶片和涡轮导向叶片上，致使引擎停转。
在客机持续下落过程中，二氧化硅逐渐冷却、固化、积聚，从而剥落，引擎得以重新启动。
二、水中动态
¢放射性物质在水中的存在形式：
溶解状态（离子形式）
悬浮状态
¢二者在水中的动态有各自的规律。
•水中溶解状态的放射性污染物，主要在水中逐渐地扩散。
•水中悬浮状态的放射性污染物，主要吸附在悬浮物中下沉在水底，形成被污染的淤泥
¢地面水
•放射性物质可以通过各种途径污染江河湖海等地面水。
主要来源:
核设施排放的放射性废液
大气中的放射性粒子的沉降
地面上的放射性物质被冲洗到地面水源等
¢地下水
•主要由被污染的地面，地面水向地下的渗透。
水的全球循环
对河流水的污染
¢排放河流中的污染液与整个水体混合需要一定的时间而且取决于完全混合前所经流程的具体条件。
¢研究表明，进入地面水的放射性物质，大部分沉降在距排放口几公里的范围内，并保持在沉渣中，当水系中有湖泊或水库的时候，这种现象更为明显。
¢沉积在水底的放射性物质，在洪水期间被波浪急流搅动有再悬浮和溶解的可能，或当水介质酸碱度变化使它们再被溶解，形成对水源的再污染。
对海水的污染
¢当放射性污水排入海洋时，同时向水平和垂直两个方向扩散，一般水平方向扩散较快，排出物随海流向广阔的水域扩展并得到稀释。
¢在河流入海时，因咸淡水的混合界面处有悬浮物的凝聚和沉淀。
故河口附近的海底沉积物浓度较大。
对地下水的污染
¢放射性物质在地下水的迁移和扩散主要受到下列因素的影响：
•放射性同位素的半衰期
•地下水流动方向和流速
•地下水中的放射性核素向含水岩层间的渗透
¢从放射卫生学的观点来看，长寿命放射性核素污染地下水源是相当危险的。
对地下水的再污染
¢在地下水流动过程中，水中含有的化学元素（包括放射性元素）与岩层发生化学作用。
¢地下水溶解岩层中的无机盐，而岩层又吸附地下水中的某些元素。
被岩层吸附的某些放射性核素仍有解除吸附再污染的可能。
实例
¢居住在“花岗岩”石料地带的居民，应时刻警惕当地井水、泉水或矿泉水有无异常高的放射性，其饮用水应存贮几天后再饮用为佳。
放射性物质的生物循环
¢溶解和悬浮状态的放射性物质，还可以被微生物吸收和吸附，然后作为食物转移到比较高级的生物体。
这些生物死亡后，又携带着放射性沉积在水底了。
¢放射性物质不仅在水体内转移扩散，还可以转移到水体以外的环境中去。
•如用污染水灌溉农田时造成土壤和农作物的污染。
•用取水设备汲取居民生活用水或工业用水，也会造成放射性污染的转移和扩散。
三、土壤的动态
¢土壤中放射性的来源：
•大气中放射性尘埃的沉降（大气）
•放射性废水的排放（水中）
•放射性固体废物的地下埋藏
¢放射性物质在土壤中的存在状态：
•固定型：
比较牢固地吸附再黏土矿物质表面或包藏在晶格内层。
¢特点：
既不能被植物根部吸收，又不能在土壤中迁移。
•离子代换型：
以离子形态被吸附在带有阴性电荷的土壤胶体表面上。
¢特点：
在一定条件下，可被其他阳离子取代解吸下来。
•溶解型：
以游离状态溶解在土壤溶液里。
¢特点：
它最活泼也容易被植物吸收，在雨水的冲淋下或被农田灌溉水冲刷下渗入土壤下层，或向水平方向扩散。
¢土壤的污染给人类带来多方面的危害
•内照射
¢土壤中的放射性核素被植物吸收，再经食物链转移到人体。
¢土壤中的放射性核素也会转移到水环境中去，然后被人畜饮用而使内照射剂量增加。
•外照射
¢土壤中放射性水平增高会使外照射剂量提高。
土壤中放射性物质的扩散迁移
¢沉降并贮留在土壤中的放射性污染物绝大部分集中在6cm深的表土层内。
¢它们的扩散迁移范围取决于：
•土壤中存在的状态
•土壤的物理化学性质（pH，土壤质地，水分含量）
•土壤表面的植被种类
•农业耕作的措施（土壤紧实度）
•土壤生物特性（有机质含量）
•气象因素（温度、气流速度、降雨量）
放射性物质在土壤中的分布
¢放射性核素在不同植被层覆盖的土壤解剖中分布有很大不同。
¢农业耕作措施可以改变放射性物质在土壤中的分布。
¢降雨量的多少和降雨强度的大小影响到放射性核素从土壤中流失和转移。
如空气中的放射性90锶可被雨水带入土壤中。
因此，土壤中含90锶的浓度常与当地降雨量成正比。
¢土壤中的生物能够分解有机物，改变土壤的机械结构功能，对其中放射性物质的动态有一定的影响。
土壤中放射性物质的水平迁移
¢关于土壤中放射性物质水平迁移目前研究的较少。
¢据报道，有适当离子交换能力和地下水渗入的土壤里，90Sr以每天1.1～1.3cm的速度向水平方向移动，估计一年中水平移动的距离不超过5m。
放射性物质在气、水、土中的比较
¢污染物质在大气和水体中，一般都比在土壤中更容易迁移。
¢污染物质在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易在土壤中不断积累，同时也使土壤污染具有很强的地域性。
第二节辐射污染的传播
¢电磁辐射所造境污染，主要通过三种途径。
空间辐射
导线传播
复合污染
空间辐射
¢当电子设备或电气装置工作时，设备本身就是一个多型发射天线，会不断地向空间辐射电磁能量。
¢以场源为中心，半径为1/6波长的范围之内的电磁能量传播是以电磁感应方式为主，将能量施加于附近的仪器仪表、电子设备和人体上。
¢在半径为1/6波长的范围之外的电磁能量传播，是以空间放射方式将能量施加的。
导线传播
¢当射频设备与其他设备共用一个电源供电时，或者它们之间有电气连接时，那么电磁能量（信号）就会通过导线进行传播。
¢信号的输出输入电路和控制电路等能在强电磁场之中“拾取”信号，并将所“拾取”的信号再进行传播。
复合污染
¢同时存在空间辐射与导线传播时所造成的电磁污染称为复合污染。
¢电磁污染的传播途径如图所示。
第三节辐射监测
一、放射性辐射监测
¢放射性监测的范围和内容大致分为工作场所和环境中的辐射剂量监测。
¢对放射性核素具体测量的内容有：
•放射源强度、半衰期、射线种类及能量；
•环境和人体中放射性物质含量、放射性强度空间照射量或电离辐射剂量。
1、工作场所的监测
¢工作场所的放射性监测
•监测工作场所辐射场的分布和各种放射性物质
•监测操作、贮存、运输和使用过程中放射性活度和辐射剂量
•测定空气中放射性物质的浓度以及表面污染程度
•工作人员的内、外照射剂量
•测定“三废”处理装置和有关防护措施的效能
•配合检修及事故处理的监测。
2、环境监测
¢监测该地区的天然本底辐射
•根据情况测量α、β、γ等射线的天然本底数据
•收集空气、水、土壤和动植物体中放射性物质含量的资料
•将空气中天然辐射所产生的α、β放射性气溶胶的浓度随气候等条件变化的涨落范围数据建立档案。
¢根据地理和气候等情况合理布置监测点
•对核设施周围或居民区附近进行长期或定期或随机的、固定或机动的、有所侧重的监测。
•例如，空气、水、土壤及动植物的总α、总β、总γ强度等进行监测。
4、监测方法
（1）外照射监测（辐射场监测和个人剂量监测）
①辐射场监测
¢可用各类环境辐射监测仪表测定工作场所的辐射剂量，以了解放射性工作场所辐射剂量的分布。
¢适用的仪表事先必须经过国家计量部门认可的标准放射源标定。
¢监测可以定点或随机抽样进行，有些项目（如γ辐射剂量）也可连续监测。
②个人剂量监测
¢个人剂量监测是控制公众、尤其是放射性工作者受辐射照射量最重要的手段。
¢个人外照射剂量用佩带在身体适当部位的个人剂量计测量，这是一种能对放射性辐射进行累计剂量的小型、轻便、容易使用的仪器。
¢常用的个人剂量计有袖珍电离室、胶片剂量计、热释光体和荧光玻璃。
¢长期从事放射性工作的人员必须佩带个人剂量笔或热释光剂量片，并建立个人辐射剂量档案。
（2）内照射监测
¢内照射剂量的监测通常是对排泄物中所含放射性物质进行测定。
¢存在问题：
由于放射性物质很难从人体内部器官被排出，所以测量精度很差。
（3）表面污染监测
¢表面污染监测主要是测定α和β射线在单位面积内的强度。
¢表面污染监测对象：
操作放射性物质的工作人员的体表、衣服及工作场所的设备、墙壁、地面等的表面污染水平。
¢监测方法：
直接测量和间接测量
•可用表面污染监测仪（目前主要是半导体式表面活度监测仪）直接测量
•用“擦拭法”间接测量。
所谓“擦拭法”是用微孔滤纸擦拭污染物表面，然后测定纸上的放射性活度，经过修正后推算出物体表面被放射性污染的程度。
（4）放射性气溶胶监测
¢一般采用抽气方法
¢取样口在人鼻的高度。
将空气中的气溶胶吸附在高效过滤器上，然后将进行测量，最后计算出气溶胶浓度。
（5）放射性气体监测
¢放射性气体的监测方法主要是采样测量，即将放射性气体吸附在滤纸或某种材料上，然后根据所要测量的射线性质（如种类、能量等）选择不同的探测器进行测量
¢例如，X或γ射线可用X或γ探测器测量；α或β射线常用塑料闪烁计数器或半导体探测器以及谱仪系统进行测量。
（6）水的监测
¢放射性工作场所排出的废水包括一般工业废水和放射性废水，都要进行水中放射性物质含量的测量，以确定是否符合国家规定的排放标准。
¢根据放射性污染环境水的途径和监测目的，对环境水样的种类和取样点作出选择。
¢直接监测：
间接监测
¢一般按一定体积取3个平行样品加热蒸干，然后将样品放在低本底装置上进行测量，最后标出每升体积所含放射性活度（Bq/L）。
¢在有条件的单位可对样品进行能谱分析，或用各种物理、化学或放化方法测定所含核素的种类及含量。
¢如果水中含盐量太高，应先进行分离处理。
①测定水样总α放射性活度的方法：
¢取一定体积水样，过滤除去固体物质，滤液加硫酸酸化，蒸发至干，在不超过350℃温度下灰化。
将灰化后的样品移入测量盘中并铺成均匀薄层。
¢用闪烁检测器测量。
②测定水样中总β放射性活度的方法
¢与总α放射性活度测量步骤基本相同
¢检测器用低本底的盖革记数管
（7）土壤监测
¢土壤监测是为了了解放射性工作场所附近地区沉降物以及其他方式对土壤的放射性污染情况。
¢首先在一定面积的土地上在取样深度0~5cm取4~5个点的土壤混合。
然后将样品称重、晾干后过筛，在炉中灰化，然后冷却，称重并搅拌均匀，放于样品盒中。
¢最后根据所要测量的射线种类不同选用不同的低本底测量装置测量。
土壤取样方法
¢目的：
力求采样点的情况能代表主要的土壤类型及其污染程度
被调查土地不大、形状规则：
对角线法和梅花形法
被调查土地形状不规则，地形有变化,或面积较大：
棋盘式法或蛇形法
（8）植物和动物样品的放射性监测
¢将新鲜动植物样品称量、晾干，在炉中灰化，然后冷却、称量、研磨并混合均匀，取适量部分放于样品盒中。
¢根据所要测量的射线种类不同选用不同的低本底测量装置测量。
二、电磁辐射监测
1、监测方法
（1）污染源与射频设备使用情况的调查
¢主要是要明确该地区主要人工电磁污染源的种类、数量以及设备的使用情况。
（2）主要污染源的测试
¢在污染源与射频设备使用情况调查的基础上，在专门单位统一指导下，按行业系统对主要污染源的辐射强度进行测量。
¢根据测量数据，了解射频设备的电磁场泄漏，感应和辐射情况。
¢摸清工作环境场强分布与生活环境电磁污染水平及对人体的影响。
¢确定射频设备的漏场等级和治理重点。
（3）电磁污染情况的调查
¢在调查的最初阶段，应以电磁辐射对电视信号的干扰为主
¢调查方法如下：
以所测定的污染源为中心，取东、南、西、北四个方位，在每一个方位上间隔10米选取一户为调查点，深入到各户调查点，详细了解电视机接收情况，包括图像与伴音两个方面，是否受到干扰。
（4）调查程序
¢设计各类调查表以及进行调查；
¢定点测量；
¢测试数据整理以及综合分析与绘制辐射图。
•将场强测试结果按强度大小、频率高低进行分类整理
•通过定点距离与场强关系值，场强与频率及时间变化关系特性表（或曲线），作出各种特性曲线和绘制辐射图。
三、辐射环境评价
¢辐射环境评价意义：
环境质量的评价是环境保护工作一项重要的内容，同时也是环境管理工作的重要手段。
只有对环境质量作出科学的评价，指出环境的发展趋势及存在的问题，才能制定有效的环境保护规划和措施。
¢辐射环境质量评价在环境保护工作中具有非常重要的地位。
¢环境质量评价按时间顺序分为：
回顾性评价
现状评价
预测评价
1、评价辐射环境的主要指标：
（1）关键居民组所接受的平均有效剂量当量
¢关键居民组：
在广大群体中选择出具有某些特征的组。
•某些特征指这一特征使得他们从某一给定的实践中受到的照射剂量高于群体中其他成员。
¢一般以关键居民组的平均有效剂量当量进行辐射环境评价，因为用关键组成员接受的照射剂量作为辐射实践对公众辐射影响的上限值，安全可靠程度较高。
（2）集体剂量当量
¢集体剂量当量是描述某个给定的辐射实践施加给整个群体的剂量当量总和
¢用于评价群体可能因辐射产生的附加危害
¢并评价防护水平是否达到最优化
（3）剂量当量负担和集体剂量当量负担
¢剂量当量负担和集体剂量当量负担用于评价放射性环境污染在将来对人群可能产生的危害。
¢
这两个量是把整个受照群体所接受的平均剂量当量率或群体的集体剂量当量率对全部时间进行积分求得的。
¢Ht：
剂量当量率；
¢Hc：
剂量当量负担
¢两种平均剂量当量都是在规定的时间内（一般在一年内）进行某一实践造成的。
定义理解
¢假定一切有关的因素都保持恒定不变，那么年平均剂量当量和集体剂量当量分别等于一年实践所给出的剂量当量负担和集体剂量当量负担，并会达到平衡值。
•平均剂量当量=一年实践所给出的剂量当量负担
•集体剂量当量=一年实践所给出的集体剂量当量负担
¢需要保持恒定的条件包括进行实践的速率，环境条件，受照射群体中的人数以及人们接触环境的方式。
¢在某些情况下，不可能使这一实践保持足够长时间恒定不变，即年剂量当量率达不到平衡值。
（4）每基本单元所用的集体剂量当量
¢以核动力电站为例，通常以每兆瓦年（电）所产生的集体剂量当量来比较和衡量获得一定经济利益所产生的危害。
¢评价放射性核素排放到环境后对环境质量的影响，其主要内容：
•就是估算关键居民组中的个人平均接受的有效剂量当量和剂量当量负担
•并与相应的剂量限值作比较。
课堂总结
¢放射性污染的传播
•水
•气
•土壤
¢电磁污染的传播
¢辐射监测
•放射性辐射监测
•电磁辐射监测
¢辐射环境评价
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