放射性污染监测(认识篇）

l  概述

1.        放射性

有些物质的原子核是不稳定的，它能自发地有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰变，这些物质在核衰变过程中会放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子（即α射线、β射线或γ射线）直到衰变形成稳定的元素而停止放射，这种现象即称为放射性。

核衰变产生射线示意图

凡具有自发地放出射线特征的物质称作放射性物质。目前，在我们已发现的100多种元素中，约有2600多种核素。其中稳定性核素仅有280多种，属于81种元素。放射性核素有2300多种，又可分为天然放射性核素和人工放射性核素两大类。放射性衰变最早是从天然的重元素铀的放射性而发现的。

2.        放射性的来源

放射性污染物质来源于自然界的天然放射性和人工制造的人工放射性两个方面。

自然界的放射性来源主要是指天然放射性，包括各种宇宙射线和天然放射性同位素。宇宙射线由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成。初级宇宙射线是指从外层空间射到地球大气的高能辐射，主要成分为质子(83%～89%)、α粒子(10%～15%)及原子序Z≥3的轻核和高能电子(1%～2%)，这种射线能量很高，可达1020MeV以上。初级宇宙射线与地球大气层中的原子核相互作用，产生的次级粒子和电磁辐射称为次级宇宙射线。

自然界中天然放射性核素大多属于由重元素组成的三个放射系（即钍系、铀系和锕系），主要包括以下三个方面：

1)        宇宙射线产生的放射线核素。如14N(n,T)12C反应产生的氚，14N(n,P)12C反应产生的14C

2)        天然系列放射性核素。这种系列有三个，即铀系，其母体是238U；锕系，其母体是235U；钍系，其母体是232Th。

3)        自然界中单独存在的核素。这类核素约有20种，如40K、87Rb、209Bi等。

而

人类发现天然放射性核素的过程

人工放射性核素是指利用反应堆的中子流和加速器的高能带电粒子流，人为制备的放射性核素。应用人工方法可得到所有元素的放射性同位素，已经得到的人造放射性核素有近千种。它们有的放出β射线，有的放出正电子，有的同时有γ射线相随放出，有少量重元素的人工放射性核素放出α射线。

在当前所知的2300多种核素中，绝大多数是人工放射性核素。它们在科学研究和生产实践中起着重要作用（如：核试验及航天事故、核工业、工农业、医学科研等部门对放射性核素的应用、放射性矿的开采和利用等）。

3.        放射性核素对人体的危害

如果放射性核素被释放到环境，透过一些事故、不良的处理或者其他方法，他们能潜在并引起有害的效应的放射性污染。如果过分地使用在医疗或生活应用上，也能导致危险，造成放射性中毒。

而放射性核素对人体的危害主要是辐射损伤，放射性核素能通过呼吸道吸入、消化道摄入、皮肤或粘膜侵入等进入人体，进入人体后的核素会继续衰变变放出射线辐射，辐射引起的电子激发作用和电离作用使机体分子不稳定，导致蛋白质分子键断裂和畸变，破坏对人类新陈代谢有重要意义的酶。辐射不仅可扰乱和破坏机体细胞组织的正常代谢活动，而且可以直接破坏细胞和组织的结构，对人体产生躯体损伤效应(如白血病、恶性肿瘤、生育力降低、寿命缩短等)和遗传损伤效应(流产、遗传性死亡和先天畸形等)。

辐射对人体健康影响示意

l  放射性污染监测方式

放射性污染看不见、摸不着，但是它的危害却很严重，因此各国卫生机构对于对放射性污染的监测也非常严格，不但出台了各种安全管理标准，同时也形成了一个完整的监测系统。

目前，放射性污染监测主要包括以下几个方面：

1)        现场监测，即对放射性物质生产或应用单位内部工作区域所作的监测；

2)        个人剂量监测，即对放射性专业工作人员或公众作内照射和外照射的剂量监测；

3)        环境监测，即对放射性物质生产和应用单位外部环境，包括空气、水体、土壤、生物、固体废物等所作的监测。

在环境监测中，主要测定的放射性核素为：

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。这些核素在环境中出现的可能性较大，其毒性也较大。

对放射性核素具体测量的内容则主要包括以下几点：

1)        放射源强度、半衰期、射线种类及能量；

2)        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。

l  放射性污染检测仪器

监测放射性污染需要借助专门的放射性仪器，这类仪器的基本原理是基于射线与物质间相互作用所产生的各种效应（包括电离、发光、热效应、化学效应和能产生次级粒子的核反应），目前最常用的检测器主要有三类，即电离型检测器、闪烁型检测器和半导体检测器。

1)        电离型检测器

电离型检测器是利用射线通过气体介质时，使气体发生电离的原理制成的探测器。

该种检测器有电流电离室、正比计数管和盖革计数管(GM管)三种。电流电离室是测量由于电离作用而产生的电离电流，适用于测量强放射性；正比计数管和盖革计数管则是测量由每一入射粒子引起电离作用而产生的脉冲式电压变化，从而对入射粒子逐个计数，适于测量弱放射性。以上三种检测器之所以有不同的工作状态和不同的功能，主要是因为对它们施加的工作电压不同，从而引起电离过程不同。

常见的采用电离室原理的美国Fluke 451P 加压电离室巡检仪、电离辐射测量仪

常见利用盖革计数管原理的的美国Inspector EXP多功能核辐射检测仪、αβ表面污染检测仪

2)        闪烁检测器

闪烁检测器是利用射线与物质作用发生闪光的仪器。它具有一个受带电粒子作用后其内部原子或分子被激发而发射光子的闪烁体。当射线照在闪光体上时，便发射出荧光光子，并且利用光导和反光材料等将大部分光子收集在光电倍增管的光阴极上。光子在灵敏阴极上打出光电子，经过倍增放大后在阳极上产生电压脉冲，此脉冲还是很小的，需再经电子线路放大和处理后记录下来。

闪烁体的材料可用ZnS、NaI、蒽、芪等无机和有机物质。探测α粒子时，通常用ZnS粉末；探测γ射线时，可选用密度大、能量转化率高、可做成体积较大且透明的NaI(TI)晶体；蒽等有机材料发光持续时间短，可用于高速计数和测量寿命短的核素的半衰期。

闪烁检测器具有高灵敏度和高计数率的优点。被广泛应用于测量α、β、γ辐射强度。

采用闪烁检测器的德国CoMo 170 αβ表面污染检测仪、αβ表面沾污测量仪

3)        半导体检测器

半导体检测器的工作原理与电离型检测器相似，但其检测元件是固态半导体。当放射性粒子射入这种元件后，产生电子—空穴对，电子和空穴受外加电场的作用，分别向两极运动，并被电极所收集，从而产生脉冲电流，再经放大后，由多道分析器或计数器记录。

各种常用放射性检测器性能、特征对比

编辑：广州极端科技有限公司

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