放射性污染監測(認識篇）

l  概述

1.        放射性

有些物質的原子核是不穩定的，它能自發地有規律地改變其結構轉變為另一種原子核，這種現象稱為核衰變，這些物質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）直到衰變形成穩定的元素而停止放射，這種現象即稱為放射性。

核衰變產生射線示意圖

凡具有自發地放出射線特征的物質稱作放射性物質。目前，在我們已發現的100多種元素中，約有2600多種核素。其中穩定性核素僅有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。放射性衰變最早是從天然的重元素鈾的放射性而發現的。

2.        放射性的來源

放射性污染物質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)        宇宙射線產生的放射線核素。如14N(n,T)12C反應產生的氚，14N(n,P)12C反應產生的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

人類發現天然放射性核素的過程

人工放射性核素是指利用反應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。應用人工方法可得到所有元素的放射性同位素，已經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，絕大多數是人工放射性核素。它們在科學研究和生產實踐中起著重要作用（如：核試驗及航天事故、核工業、工農業、醫學科研等部門對放射性核素的應用、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的放射性污染。如果過分地使用在醫療或生活應用上，也能導致危險，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衰變變放出射線輻射，輻射引起的電子激發作用和電離作用使機體分子不穩定，導致蛋白質分子鍵斷裂和畸變，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構，對人體產生軀體損傷效應(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(流產、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，因此各國衛生機構對于對放射性污染的監測也非常嚴格，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測系統。

目前，放射性污染監測主要包括以下幾個方面：

1)        現場監測，即對放射性物質生產或應用單位內部工作區域所作的監測；

2)        個人劑量監測，即對放射性專業工作人員或公眾作內照射和外照射的劑量監測；

3)        環境監測，即對放射性物質生產和應用單位外部環境，包括空氣、水體、土壤、生物、固體廢物等所作的監測。

在環境監測中，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。這些核素在環境中出現的可能性較大，其毒性也較大。

對放射性核素具體測量的內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)        環境和人體中放射性物質含量、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間相互作用所產生的各種效應（包括電離、發光、熱效應、化學效應和能產生次級粒子的核反應），目前最常用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時，使氣體發生電離的原理制成的探測器。

該種檢測器有電流電離室、正比計數管和蓋革計數管(GM管)三種。電流電離室是測量由于電離作用而產生的電離電流，適用于測量強放射性；正比計數管和蓋革計數管則是測量由每一入射粒子引起電離作用而產生的脈沖式電壓變化，從而對入射粒子逐個計數，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作用發生閃光的儀器。它具有一個受帶電粒子作用后其內部原子或分子被激發而發射光子的閃爍體。當射線照在閃光體上時，便發射出熒光光子，并且利用光導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，經過倍增放大后在陽極上產生電壓脈沖，此脈沖還是很小的，需再經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。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；蒽等有機材料發光持續時間短，可用于高速計數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率的優點。被廣泛應用于測量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半導體。當放射性粒子射入這種元件后，產生電子—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，從而產生脈沖電流，再經放大后，由多道分析器或計數器記錄。

各種常用放射性檢測器性能、特征對比

編輯：廣州極端科技有限公司

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