核环境监测与评价-第3章环境辐射监测方法和技术课件.ppt

1、核环境监测与评价 第3章环境辐射监测方法和技术3.1 环境辐射监测环境辐射监测3.1.1 环境辐射监测的目的与特点环境辐射监测的目的与特点 1、监测目的、监测目的 根据中华人民共和国环境核辐射监测规定，环境辐射监测目的是：对核设施、放射性核素、本底及核设施与公众的关系等方面进行监测与评价。2、环境辐射监测的特点、环境辐射监测的特点 指监测对象的广泛性、衰变性、复杂性等特点(16条)。3.1.2 环境辐射监测方案的制定环境辐射监测方案的制定 1、制定监测方案应考虑的因素、制定监测方案应考虑的因素 从源项单位本身及源项单位与周围环境等方面考虑。2、环境监测方案的设计、环境监测方案的设计 大型的核设

2、施一般都要进行运行前本底调查、运行中常规监测和事故应急监测。本底调查的基本内容：本底调查的基本内容：1）环境物质中放射性核素的种类、浓度、辐射水平及其随时间的变化，一般要取得运行前连续2年的资料，了解1年内本底变化和年度间的可能变化范围。2）调查鉴别关键核素及关键途径，关键人群组的分布、习俗、饮食资料及有关“指示体”的资料。2）核设施运行中的常规监测）核设施运行中的常规监测 常规监测：常规监测：在核设施正常运行期间，对其周围环境进行的定期例行监测。核电站环境监测对象应包括放射性物质与非放放射性物质与非放射性化学物质两方面。射性化学物质两方面。重点是对放射性物质与辐射水平的监测。其常规监测分析项

3、目、内容与本底调查相似，主要有总、总、总能谱分析测定和单个核素的浓度。我国核电站的监测半径为30km。3）核事故应急监测）核事故应急监测 目的：目的：a 迅速测定事故造成的环境辐射水平、污染范围和程度及对公众的危害程度；b 迅速摸清释放核素的种类、性质及其在环境中的迁移行为，测定食物与饮水的污染程度、范围；c 及时向决策机构和公众通报污染情况，以便采取必要的应急措施。应急监测分为早期和中后期监测。4）核设施退役的环境监测）核设施退役的环境监测 核设施服役期满或因计改、发生事故等原因而关闭后，应采取一些必要的措施，确保其安全、永久地退役。3.1.3 环境辐射监测仪器环境辐射监测仪器 原理：原理：

4、基于射线和物质相互作用所产生的各种效应如电离、光、电或热等进行观测和测量的方法。常用的核辐射监测仪器有：常用的核辐射监测仪器有：个人剂量计、环境放射性气体监测仪和环境核辐射监测仪。各类仪器的结构和原理基本相似，都由核辐射探测器和测量装置两部分组成。核辐射探测器核辐射探测器 核辐射探测器可分为电离探测器、闪烁探测器和半导体探测器等几类。3.2 流出物监测流出物监测 3.2.1 流出物监测的目的流出物监测的目的 流出物监测的目的：对流出物本身、对核设施、对周围环境等进行监测。3.2.2 流出物监测的设计流出物监测的设计 1、气载流出物监测设计 2、液体流出物监测设计 3.2.3 流出物采样和测量技

5、术流出物采样和测量技术 1、采样方式、采样方式 采样方式有：连续采样、比例采样；定期采样；专门采样等。根据流出物的情况采取相应的采样方式。2、采样技术、采样技术 流出物的采样技术应满足采样及时性和代表性。3.3 环境辐射就地监测技术环境辐射就地监测技术 环境辐射监测可采取就地监测和实验室分析两种方式进行。就地监测是在欲测对象所在地进行的监测，一般不需采集样品，因而不会改变欲测对象在环境中的分布状态。实验室分析则要从环境中采集欲测环境物质样品，使用实验手段进行分析。3.3.1 就地监测前的准备就地监测前的准备 根据监测对象，进行就地监测前的准备工作。1)就地核辐射测量之前必须先要制定详细的测量计

6、划。就地核辐射测量之前必须先要制定详细的测量计划。作计划时，下列因素应予以考虑：作计划时，下列因素应予以考虑：a.测量对象的性质，包括要测量核素的种类，预期活度范围，物理化学性质等；b.环境条件(地形、水文、气象等)的可能影响；c.测量仪器的适应性，包括量程范围，能量响应特性和最小可探测限值等；d.设备及测量仪器在现场可能出现的故障及补救办法；e.测量人员的技术素质；f.测量的重要性以及资金的保障情况。2)就地测量之前必须准备好仪器和设备。就地测量之前必须准备好仪器和设备。a.对于常规性的就地测量，每次出发前均要清点仪器和设备，检查仪器工作状态。b.作为应急响应的就地测量，事先必须准备好应急监

7、测箱，应急监测箱内的仪表必须保持随时可以工作状态。3)从事就地核辐射监测的人员事先必须经过培训，使之从事就地核辐射监测的人员事先必须经过培训，使之熟悉监测仪器的性能，在现场可以进行简单维修，并应具备熟悉监测仪器的性能，在现场可以进行简单维修，并应具备判所监测数据是否合理的能力。判所监测数据是否合理的能力。3.3.2 监测网点的布设监测网点的布设 监测网点应根据污染源的性质、规模、公众照射途径、人群分布、人群活动情况合理布设。环境地表辐射剂量测量分为源相关及个人相关两种测量方式。源相关是针对单个源进行的，而人相关则是针对多个源进行的。3.3.3 地表地表辐射剂量的测量辐射剂量的测量 地表辐射剂量

8、监测是在一定的区域内，距离地面一定高度(一般为1m)测量周围环境中天然和人工放射性核素所产生的辐射所致空气吸收剂量。高压电离室高压电离室(香港香港)在高压电离室内的压缩气体不停受到四周环境的射线电离。电离所产生的电流，可以提供射线强度的资料。高压电离室是一套灵敏度非常高的仪器，可以量度环境辐射水平的微弱变化。1、辐射剂量仪的刻度 仪器在使用前必须用国家统一的刻度标准源和方法进行刻度。刻度标准一般分为国家基准、次级标准、三级标准和工作标准等四级。X和剂量率仪的刻度方法有标准仪器法和标准源法两种，用于测量X和低能射线的仪器常用X射线源和标准仪器法刻度；其它的仪器宜采用137Cs、60Co、226R

9、a等标准源刻度。2、辐射剂量仪自然底数的测定 自然环境中测量地表辐射剂量时，会受到宇宙射线和仪器自身的本底辐射的干扰，同一地区内海拔高相差不大时，宇宙射线的照射率基本不变，但仪器的本底各不相同。可采用水面法或铅屏法测量仪器的自然底数。3、地表辐射剂量的步行测量 确定路线；沿路线步行测量；异常地方加点测量。以下公式估算公众受照剂量：E=D,aK 测得空气照射量率时，则可按下式估计空气吸收剂量：D,a=fX3.3.4 就地就地能谱测量能谱测量 使用能谱仪就地测量地面上辐射的能谱，可以确定土壤或岩石中所含放射性核素的成分及相对浓度分布。1、基本原理和方法 每种放射性核素都能释放出一种或几种具有特定能

10、量的射线，因此，只要测得某种能量的特征谱线，即可确定相应核素的存在。根据这些核素释放出的射线能量之间的显著差异，能谱仪相应地设置了不同的能谱窗口测量道，测得各测量道中的计数率后，根据这几种能量的射线在相应道中的刻度系数，即可求得土壤中相应核素的浓度。2、测量方法 测量方法有：航空测量、汽车测量、步行测量等。3.3.5 氡及其子体与析出率的测量氡及其子体与析出率的测量 1、环境空气中氡浓度的测量 测量的标准方法有：径迹蚀刻法、活性炭盒法、双滤膜法和气球法等。径迹蚀刻法径迹蚀刻法:被动式采样，能测量采样期间内氡的累积浓度，探测器在空气中暴露20d，其探测下限可达2.1103Bqh/m3。探测器是聚

11、碳酸脂片或CR-39薄片，置于一定形状的采样盒内，组成采样器。氡及其子体发射的 粒子轰击探测器，使其产生亚微观型损伤径迹后，将其在一定条件下进行化学或电化学蚀刻，扩大损伤径迹，即可用显微镜或自动计数装置进行计数。单位面积的径迹数与氡浓度和暴露时间的乘积成正比，可将刻度系数将径迹密度换算成氡浓度:a,Rn=nR/T FRn 活性炭盒法活性炭盒法:被动式采样，能测量出采样期间内平均氡浓度，暴露3 d，探测下限可达到6 Bq/m3。采样盒用塑料或金属制成，直径610 cm，高35 cm，内装25100 g活性炭。盒的敝开面用滤膜封住，固定活性炭且允许氡进入采样器。氡随空气扩散到活性炭床内，即被活性炭

12、吸附，其衰变而新产生的子体亦沉积在活性碳床内。采样停止后3h,盒内氡与其子体达到放射性暂时平衡，即用 谱仪测量活性炭盒内氡子体特征射线峰（或峰群）的面积，可求得空气中氡的平均浓度：a,Rn=a nr/(t1b e-Rnt2 )双滤膜法双滤膜法:主动式采样，能测量采样瞬间的氡浓度，探测下限为3.3 Bq/m3。抽气泵开动后含氡空气经过滤膜进入衰变筒，被滤掉子体的纯氡在通过衰变筒的过程中又生成新子体，新子体的一部分为出口滤膜所收集。测量出口滤膜上氡子体的计数就可换算出氡浓度。气球法：气球法：主动式采样，能测量出采样瞬间空气中氡及其子体浓度，探测下限：氡2.2Bq/m3，子体5.710-7J/m3。

13、其工作原理同双滤膜法，只不过气球代替了衰变筒。把气球法则氡和马尔柯夫法测潜能联合起来，一次操作用25 min，即可得到氡及其子体潜能浓度。测氡仪-RAD7-美国RAD FD216环境测氡仪环境测氡仪 2、环境空气中氡子体潜能浓度的测量和估计 氡子体所致吸入内照射剂量远比氡的剂量贡献大，对空气中氡子体潜能浓度的测量和估计具有更重要的意义。空气中氡的实测浓度估计相应的氡子体潜能浓度：a,p=5.610-9a,RnFRn 潜能浓度,单位为 MeVL-1 工作水平：在辐射防护中，以前用过一个特定的单位“工作水平”，以WL表示1WL=1.3105MeVL-1 工作水平月：在具有一个工作水平的子体潜能值的

14、场所工作170小时，则其总暴露量为一个工作水平月，用WLM表示。1MeV=1.610-13J;1MeV/L=1.610-10Jm-3;1WL=2.0810-5Jm-3;1WLM=4.2410-3J。3、氡析出率的测量 氡析出率测量方法有静态法和动态法两种。静态法是在含氡 物质表面设置一个封闭的积累空间，在没有通风的条件下，测量其中氡浓度随时间的积累增长，计算其析出率。静电收集装置内氡浓度的变化收集室扣在介质表面后，令t=0时，收集室中的氡浓度为C0，则式的解为：（1）如果进行时间间隔为T的连续测量，则相邻两次测得的收集室中的氡浓度有如下关系：（2）令：则有则有:Ci=A+BCi-1 （3）对一

15、定的介质而言，由于开始时氡的反扩散可以忽略，收集室中氡浓度的减少只是由其衰变引起的，e近似等于氡的物理衰变常数，因而A和B都是常数，二者之间有：(4)这样，多次测量后用最小二乘法求出A、B和e，即可求出氡析出率R为：(5)3.4 环境样品的采集和前处理环境样品的采集和前处理 3.4.1 环境样品的采集环境样品的采集 要获得可靠的监测结果主要在于两方面：一是可靠的仪器；二是可靠的取样。1、采样方案的制定、采样方案的制定 样本的容量：指样本所包含的实测个体或单元的数目。由样本所代表的待测对象的全体则称为总体。通常依据置信区间确定样本容量，当监测项目的测量值遵从正态分布规律时，如要求由样本均数 推断

16、总体的均数的置信区间不超过2L(L为置信区间的1/2)，则有 S样本监测结果的标准差；t所需样本容量；-Student因子。则nStL22t22)(LStn 2、最小采样量、最小采样量 它是由监测分析样 和贮存备用样 两部分构成。M=+AMminOMminAMminOMmintDAAeYLmmin若仪器的最低探测限为LD，则单次分析所需最小样品量为：3、空气样品的采集、空气样品的采集 采样体积的确定、采样点的选定、采样方法的确定。采样体积的确定采样体积的确定对于累积空气样品的采集，每个单样所需的采样体积为：V=FT=q/x 几何图形布点法：几何图形布点法：目前常用以下几种布设方法:网格布点法；

17、同心圆布点法；扇形布点法扇形布点法（1 1）采样点的选定）采样点的选定网格布点法：这种布点法是将监测区域地面划分成若干均匀网状方格，采样点设在两条直线的交点处或方格中心。这种布点方法适用于有多个污染源，且污染源分布比较均匀的情况。同心圆布点法：此种布点方法主要用于多个污染源构成的污染群，或污染集中的地区。扇形布点法：扇形布点法：此种方法适用于此种方法适用于主导风向明显的地区，或孤立的主导风向明显的地区，或孤立的高架点源。以点源为顶点，主导高架点源。以点源为顶点，主导风向为轴线，在下风向地面上划风向为轴线，在下风向地面上划出一个扇形区域作为布点范围。出一个扇形区域作为布点范围。扇形角度一般为扇形

18、角度一般为4590。采样点设在距点源不同距离的若采样点设在距点源不同距离的若干弧线上，相邻两点与顶点连线干弧线上，相邻两点与顶点连线的夹角一般取的夹角一般取1020。（2）采样方法和采样仪器 滤料采样法(大气中的气溶胶、可吸入颗粒物、尘等总粒子浓度测定)这种方法是将过滤材料（滤纸或滤膜）夹在采样夹上。采样时，用抽气装置抽气。气体中的颗粒物质被阻留在过滤材料上。旋风式、向心分离式和撞击式采样器等多种。它们又分为二级式和多级式。二级式用于采集10m以下的颗粒物，多级式可分级采集不同粒径的颗粒物，用于测定颗粒物的粒度分布。粒度分级采样（大气飘尘测定）空气以高速度沿空气以高速度沿180180渐开线进入

19、分尘器的渐开线进入分尘器的圆筒内，形成沿外壁由上而下的旋转气流：圆筒内，形成沿外壁由上而下的旋转气流：大于大于10m10m的颗粒物的颗粒物惯性较大，在离心力惯性较大，在离心力的作用下，甩到筒壁上，沿壁面落入大颗粒物的作用下，甩到筒壁上，沿壁面落入大颗粒物收集器内；收集器内；小于小于10m10m的颗粒物的颗粒物惯性小，不易被甩到筒惯性小，不易被甩到筒壁上。当空气进入分尘器向下高速旋转时，顶壁上。当空气进入分尘器向下高速旋转时，顶部压力下降，在压力差作用下，小于部压力下降，在压力差作用下，小于10m10m的细的细颗粒随气流沿气体排出管上升，达到分离空气颗粒随气流沿气体排出管上升，达到分离空气中粗、

20、细颗粒物的目的。沿分尘器气体排出管中粗、细颗粒物的目的。沿分尘器气体排出管排出的气体进入过滤器，气体中的细颗粒物被排出的气体进入过滤器，气体中的细颗粒物被滤膜捕集。滤膜捕集。二级旋风分尘器的工作原理旋风分尘器的工作原理示意图旋风分尘器的工作原理示意图 当气流从小孔高速喷出时，气流携带不同质量的颗粒物，其运动轨迹也不同。质量越大，惯性越大，越不容易随气流改变运动轨迹。当大颗粒物随气流穿过小孔后，在惯性作用下，仍沿着中心轴线继续前进，进入锥形收集器，被收集器底部的滤膜收集；当小颗粒物随气流穿过小孔后，由于小颗粒物惯性小，可以随气流改变运动轨迹，绕过锥形收集器入口，随气流进入下一级。向心式分尘器工作

21、原理向心式分尘器工作原理 当含颗粒物气体以一定速度由喷嘴喷出后，颗粒获得一定的动能产生一定的惯性。在同一喷射速度下粒径越大，惯性越大。气流从第一级喷嘴喷出后，大颗粒惯性大，难于改变运动方向，与第一块捕集板碰撞被沉积下来，惯性较小的颗粒则随气流绕过第一块捕集板进入第二级喷嘴；第二级喷嘴比第一级喷嘴口径小，喷出颗粒物动能增加，小颗粒获得较大的惯性与第二块捕集板碰撞而被沉积，而惯性更小的颗粒物继续向下级运动。如此一级一级地进行下去，则气流中的颗粒物由大到小地一级一级地分开，分别沉积在不同的捕集板上。最末级捕集板用玻璃纤维滤膜代替，捕集最小的颗粒物。多段撞击式采样器的工作原理多段撞击式采样器的工作原理

22、多段撞击式采样器原理示意图多段撞击式采样器原理示意图大气中放射性气体和蒸汽的样品采集：活性炭、浸渍活性碳吸附剂及活性碳滤纸（氡、碘和有机碘）；硅胶（氚化水蒸汽）4、水样的有采集、水样的有采集 从采样点的确定、采样频度和采样量等方面去考虑。河流监测断面需设置河流监测断面需设置背景断面、对照断面、控制断面和消减断面背景断面、对照断面、控制断面和消减断面为特定的环境管理还可设管理断面。采样时间与采样频率的确定采样时间与采样频率的确定1 1）河流：采样时间为丰水期、枯水期和平水期，每期采样至少）河流：采样时间为丰水期、枯水期和平水期，每期采样至少1 1次。次。2 2）潮汐河流：涨、退潮时分别采样。）潮

23、汐河流：涨、退潮时分别采样。（1）土壤采样点布设方法）土壤采样点布设方法 对角线布点法对角线布点法 适用于面积较小，地势平适用于面积较小，地势平坦的污灌或污染河水灌溉坦的污灌或污染河水灌溉田块田块,自进水口划对角线自进水口划对角线,均均分分35段段,在区段中心取样在区段中心取样 梅花形布点法梅花形布点法 适用于面积较小、地势平适用于面积较小、地势平坦坦,土壤物质和污染程度较土壤物质和污染程度较均匀田块。中心点在对角均匀田块。中心点在对角线交点，一般设线交点，一般设510个点个点5 土壤样的采集土壤样的采集 棋盘式布点法棋盘式布点法 适用于中等面积，地势平坦，适用于中等面积，地势平坦，地形完整开

24、阔，但土壤较不地形完整开阔，但土壤较不均匀田块，均匀田块，1010点以上。受污点以上。受污染土壤染土壤2020点以上点以上 蛇形布点法蛇形布点法 适用于面积较大，地势不很适用于面积较大，地势不很平坦，土壤不够均匀的田块平坦，土壤不够均匀的田块布点数量较多布点数量较多（2）采样的深度）采样的深度水底沉积物水底沉积物:矿物、岩石、土壤的自然侵蚀产物，废（污）矿物、岩石、土壤的自然侵蚀产物，废（污）水排出物沉积及生物活动物质之间物理、化学反应等过程水排出物沉积及生物活动物质之间物理、化学反应等过程的产物。指水体底部表层沉积物质。的产物。指水体底部表层沉积物质。（1）水底沉积物）水底沉积物监测的意义和

25、目的监测的意义和目的6 水底沉积物的采集水底沉积物的采集意义和意义和目的目的：可以了解水环境污染现状，追溯水环境的污染：可以了解水环境污染现状，追溯水环境的污染历史，研究污染物的沉积、迁移、转化规律和对水生生物特历史，研究污染物的沉积、迁移、转化规律和对水生生物特别是底栖生物的影响，并对评价水体质量，预测水体变化趋别是底栖生物的影响，并对评价水体质量，预测水体变化趋势和沉积污染物对水体的潜在危险提供依据。势和沉积污染物对水体的潜在危险提供依据。（2）样品采集 1 1）断面设置）断面设置(cross(cross section setting)section setting)：设置：设置原则与水

26、质监测断面相同，原则与水质监测断面相同，其位置应尽可能与水质监其位置应尽可能与水质监测断面相重合测断面相重合 。2 2）采样次数）采样次数(Sampling(Sampling times)times)：由于底质比较稳定，：由于底质比较稳定，受水文、气象条件影响较小，受水文、气象条件影响较小，一般每年枯水期一般每年枯水期(Low water(Low water period)period)采样采样1 1次，必要时可在次，必要时可在丰水期丰水期(High flow period)(High flow period)增增采采1 1次。次。7、生物样品的采集、生物样品的采集 蔬菜与粮食作物一般在收获季

27、节采集，通常采集可食部位，必要时采集整株。水生植物则采集全株。动物样品采集可食部分，牛奶应定点、定期采样原奶汁。8、沉降物样品的采集、沉降物样品的采集 沉降物包括干沉降物和湿沉降沉降物包括干沉降物和湿沉降物。物。放射性干沉降物样品可用水盘放射性干沉降物样品可用水盘法、黏纸法、高罐法采集。法、黏纸法、高罐法采集。湿沉降物常用一种能同时对雨湿沉降物常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器，如图水中核素进行浓集的采样器，如图所示。所示。离子交换树脂离子交换树脂湿沉降物采集器示意图湿沉降物采集器示意图1.漏斗盖；漏斗盖；2.漏斗；漏斗；3.离子交换柱；离子交换柱；4.滤纸浆；滤纸浆；5.阳离子交换树

28、脂；阳离子交换树脂；6.阴离子交换树脂阴离子交换树脂 总沉积物收集器总沉积物收集器 总沉积物收集器是用来收取被雨水冲刷至地面的湿沉降物，或由空气直接沉降到地面的干沉降物。收集器由一个容量 20 升的胶瓶及一个胶漏斗组成。湿沉降物会随同雨水一起收集，干沉降物则须用蒸溜水冲洗漏斗内层表面来收集。3.4.2 环境样品的前处理环境样品的前处理1、水样的贮存和处理 防某些物理、化学变化；防微生物的繁殖；防容器表面吸附等。2、土壤样品的前处理 风干、研磨过筛及恒温烘烤处理，称重测定其含水率；浸取法提取放射性核素。3、生物样品的前处理 分三种：干灰化法、湿灰化法和熔融法。样品的凉晒样品的凉晒 样品采回来后，

29、不能及时化验或未能送到化验室化验的样品，应及时摊开于塑料上，在通风、干躁、避免阳光照射自然凉干。磨碎与过筛马弗炉马弗炉（干灰化法）（干灰化法）3.4.3环境样品的化学分离环境样品的化学分离方法：方法：蒸发法蒸发法 共沉淀法共沉淀法 灰化法灰化法 电化学法电化学法 其它方法其它方法（有机溶剂溶解法、萃取法、有机溶剂溶解法、萃取法、离子交换法等）离子交换法等）.蒸发法蒸发法共沉淀法共沉淀法 用一般化学沉淀法分离环境样品中放射性核素，因核素含用一般化学沉淀法分离环境样品中放射性核素，因核素含量很低，达不到溶度积，故不能达到分离目的，但如果加入量很低，达不到溶度积，故不能达到分离目的，但如果加入毫克数

30、量级与欲分离放射性核素性质相近的毫克数量级与欲分离放射性核素性质相近的非放射性元素载非放射性元素载体体，则由于二者之间发生，则由于二者之间发生同晶共沉淀或吸附共沉淀同晶共沉淀或吸附共沉淀作用，载作用，载体将放射性核素载带下来，达到分离和富集的目的。体将放射性核素载带下来，达到分离和富集的目的。例如，用例如，用59Co59Co作载体共沉淀作载体共沉淀60Co60Co，则发生同晶共沉淀：用，则发生同晶共沉淀：用新沉淀出来的水合二氧化锰作载体沉淀水样中的钚，则二者新沉淀出来的水合二氧化锰作载体沉淀水样中的钚，则二者间发生吸附共沉淀。间发生吸附共沉淀。固态样品或蒸干的水样，可放入瓷坩固态样品或蒸干的水

31、样，可放入瓷坩埚内，置于埚内，置于500马弗炉中灰化一定时间，马弗炉中灰化一定时间，冷却后称量灰重，并转入测量盘中，均匀冷却后称量灰重，并转入测量盘中，均匀铺样后检测其放射性。铺样后检测其放射性。电化学法电化学法 通过电解的方法将放射性核素（如通过电解的方法将放射性核素（如Ag、Pb、Bi等）沉积在阴极、或以氧化物（如等）沉积在阴极、或以氧化物（如Pb、Co）的）的形式沉积在阳极上。该法的优点是分离纯度高。形式沉积在阳极上。该法的优点是分离纯度高。沉积在惰性金属片（或丝）电极上的沉积物可直沉积在惰性金属片（或丝）电极上的沉积物可直接（或做成样品源）进行放射性测量。接（或做成样品源）进行放射性测

32、量。3.5 环境样品的室内物理测量环境样品的室内物理测量3.5.1 总放射活度测量总放射活度测量 样品中某种辐射(、和辐射)的总发射率称为总放射性活度。目的：确定是否存在核污染、确定存在哪些放射性核素，大致确定它们的量等。1、总、总活度测量活度测量 环境样品总活度的测量方法：直接法、浓集法及化学分离-谱仪法，其中谱仪法灵敏度最高，并可以测出单个核素的活度浓度值。按测量样品厚度的不同：为薄层法、厚层法和中间厚层法。常用的活度测量装置：正比计数管、闪烁计数器、固体径迹或核乳胶、半导体探测器、屏栅电离室等。1）薄层法 当样品厚度小于0.03mgcm-2时，粒子在样品中的自吸收可以忽略。对于水和其它液

33、体样品：对于生物样品灰、土壤等固体品，研磨至80-100目YMnnAdba)(1016YMMnnCdTba)(2）中间厚层法）中间厚层法 样品源厚度尚未达到粒子在该物质中的射程,但其自吸收影响不可忽略时，应对粒子在源物质中的自吸收加以校正，样品源中比活度(Bqkg-1)为：式中：对于水和其它液体样品：(BqL-1)YSnnASmmba211016SMdmYSMnnCSmmTba213）厚层法 当样品源厚度超过粒子在源物质中的自吸收饱和厚度 后，样品计数率不随源厚度增大而增加，它的比活度为：(Bqkg-1)水样和其它液体样品：(BqL-1)YSnnASba5.0106YSMnnCSTba5.0

34、4）自吸收饱和厚度的确定 通常采用铝箔吸收法实验测定样品源对粒子的自吸收饱和厚度，实验中采用与待测核素粒子能量相同的平面标准源有已知厚度的铝箔，可按下式求得核素在铝中的吸收饱和厚度：样品源对粒子的自吸收饱和厚度为：AlAlAlnnnD1121AlAlSAA2、总活度测量 常将样品均匀地铺成厚度为1050mgcm-2，对固体样品，比活度可按下式进行计算：(Bqkg-1)YMnnAdba6103.6 环境样品的放射化学分析环境样品的放射化学分析 环境样品中所含放射性核素的比活度水平一般是很低，因此，常需采用微量或超微量分析技术。3.6.1 天然放射性核素的放射化学分析天然放射性核素的放射化学分析

35、1、铀的分析 铀常以四、六价阳离子形式与其它元素相结合，其有15种放射性同位素，其中234U、235U、238U为天然同位素，丰度分别为0.0054%、0.720%、99.275%；其它的都为人工同位素。分析方法有重量法、容量法、极谱法等。U3O8溶于浓硝酸生成的 U3O8+8HNO3(浓）3UO2(NO3)2+2NO2+4H2O UO22+能与无机酸根离子、有机化合物、有机显色剂络合，这些络合反应广泛应用于铀分析。1）激光荧光法 溶液中的铀酰离子在氮激光器发出的波长为337.1nm的脉冲激光照射下，能产生一种特征性绿色荧光，在一定铀浓度范围内，荧光强度与试样铀含量成正比。2）分光光度法 铀与

36、显色剂形成的有色络合物对一定波长的光具有最大吸收峰值，在一定铀浓度范围内峰值大小与铀含量成正比。2、钍的分析 钍主在以四价离子与其它物质相结合，有23种同位素，天然存在的有232Th等六种，其中最重要的是232Th，分析方法有（1）分光光度法（2）中子法化法 3、镭的分析 镭有25种同位素，其中只有223Ra、224Ra、226Ra、228Ra天然存在，其中226Ra、228Ra分别是铀、钍矿水冶厂重要的监测核素。镭以二价离子与其它物质相结合。（1）射气法测定226Ra。通过测定样品中生成的氡及其通过测定样品中生成的氡及其放射性子体计放射性子体计算出镭的含量算出镭的含量 镭（226Ra）属铀系

37、元素，半衰期1602Y。在酸性溶液中，用钡盐作载体，使镭和硫酸钡形 成同晶共沉淀。在碱性条件下，用乙二胺四乙酸二钠溶解沉淀，将溶液封存并经过一定时间使 氡积累，通过测量氡（222Rn）的放射性强度以测定镭（226Ra）。当226Ra与其子体核素222Rn达到平衡时，两者放射性活度相等。222Rn的放射性活度可用射气 闪烁法测定，从而间接测定226Ra。（2）水中镭的活度测量 通常用加入载体共沉淀的原理，例如用钡铅作载体以硫酸盐形式通常用加入载体共沉淀的原理，例如用钡铅作载体以硫酸盐形式共沉淀水中的镭，或是用氢氧化铁、碳酸钙为混合载体，吸附共沉淀浓共沉淀水中的镭，或是用氢氧化铁、碳酸钙为混合载体

38、，吸附共沉淀浓集大体积水样中的镭，均可将镭从样品中分离出来，纯化后，进行集大体积水样中的镭，均可将镭从样品中分离出来，纯化后，进行计计数测量。数测量。3.6.2 裂变产物核素的放射化学分析裂变产物核素的放射化学分析 1、锶的分析 锶有21种同位素，其中84Sr、86Sr、87Sr、88Sr为稳定核素，其余的都为放射性核素。最重要的放射性核素有85Sr、89Sr、90Sr。环境样品中锶的分析方法有离子交换法、萃取色谱法等。萃取色谱法萃取色谱法 样品中90Sr活度可根据与其处于放射性平衡的子体90Y的活度确定，样品经前处理后通过涂有二-（2-乙基己基）磷酸的聚三氟氯乙烯色层柱吸附钇，使钇与锶、铯离

39、子分离，再用HNO3淋洗色层柱，消除铈、钷等稀土离子，以HNO3解吸钇，使成草酸钇沉淀，进行活度测量。2、铯的分析 铯有31种同们素，即116Cs 146Cs，其中只有133Cs是天然稳定同位素，最重要的放射性核素是137Cs。分析方法有磷钼酸铵-碘铋酸铯法等。磷钼酸铵磷钼酸铵-碘铋酸铯法：碘铋酸铯法：在硝酸介质中，静态吸附分离（磷钼酸铵）溶解（NaOH溶液）分离纯化（碘铋酸铯沉淀）3、碘的分析 碘有27种同位素即115I 141I，除除127127I I是天然存在的稳定是天然存在的稳定同位素外，其余都是放射性同位素同位素外，其余都是放射性同位素,最重要的放射性核素有131I、129I、125

40、I。131131I I是裂变产物之一，它的裂是裂变产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中核燃料元件包壳是否保持反应堆中核燃料元件包壳是否保持完整状态的环境监测指标，也可以完整状态的环境监测指标，也可以作为核爆炸后环境监测中的信号核作为核爆炸后环境监测中的信号核素。素。大气中各种形态大气中各种形态131131I I的测定的测定 采样器收集空气中各种形态采样器收集空气中各种形态碘的，并将其分开，碘的，并将其分开，用低本底用低本底的的谱仪定量测定各种化学形态的谱仪定量测定各种化学形态的131I。各种形态碘的采样器各种形态碘的采样器 液态或固态动植物样品中

41、的液态或固态动植物样品中的131I和和125I的分析的分析：样品经前处理后，将样品经前处理后，将I-氧化为氧化为I2，可用四氯化碳萃取，可用四氯化碳萃取法制得样品源，然后放于测量盘中测法制得样品源，然后放于测量盘中测计数。计数。3.6.3 超铀元素的放射化学分析超铀元素的放射化学分析1、钚的分析 共有15种同位素，即232Pu 246Pu，其中最重要的是238Pu、239Pu。在水中以多种价态存在，其中最稳定的是+4价，分析方法是将Pu分离进行到溶液中后用电沉积法富集它，然后进行测量。2、镅和锔的分析 镅有13种同位素和2种同质异能素，其中最重要的是241Am、243Am两种锔有14种同位素，

42、最重要的是242Cm、242Cm两种。分析方法主要是先将它们分离到溶液中然后进行沉积测量。3.6.4 氚的测定氚的测定 氚的氢是唯一种放射性同位素，测量方法主要是闪烁法。3.6.4 氚的测定氚的测定 3H主要存在形态是主要存在形态是HTO，也有少量以，也有少量以HT形态形态存在，可用硅胶吸附或冷凝的方法，将存在，可用硅胶吸附或冷凝的方法，将HT0以氚以氚水形态分离出，再用液体闪烁技术测定其放射性水形态分离出，再用液体闪烁技术测定其放射性活度。也可以将气样经过滤除去气溶胶粒子后，活度。也可以将气样经过滤除去气溶胶粒子后，引入电流电离室或正比计数管测定。测定空气中引入电流电离室或正比计数管测定。测

43、定空气中的的HT和以蒸气状态存在的有机氚化合物时，可将和以蒸气状态存在的有机氚化合物时，可将它们氧化成它们氧化成HT0后，再用上述方法测定。后，再用上述方法测定。11.钾钾-40的测定的测定 动植物组织中的放射性主要来自体内的动植物组织中的放射性主要来自体内的钾钾-40，钾，钾-40是一种较重要的天然内照射源。是一种较重要的天然内照射源。钾钾-40的测定方法较多，常用原子吸收法、四的测定方法较多，常用原子吸收法、四苯硼钠法（重量法）。苯硼钠法（重量法）。12.放射性气溶胶的测量放射性气溶胶的测量放射性气溶胶测定方法有以下几种：放射性气溶胶测定方法有以下几种：（1）直接法：将经过抽气过滤法采集到

44、的气溶胶）直接法：将经过抽气过滤法采集到的气溶胶滤膜直接放在与面积同样大小的计数管窗口下滤膜直接放在与面积同样大小的计数管窗口下测量，或者将滤膜剪裁成与计数管窗口同样大测量，或者将滤膜剪裁成与计数管窗口同样大小的面积进行测量。小的面积进行测量。（2）灰化法：将采集到的滤膜置于瓷坩埚内，于）灰化法：将采集到的滤膜置于瓷坩埚内，于高温炉内高温炉内500灰化，测量灰分放射性强度。灰化，测量灰分放射性强度。（3）有机溶剂提取法：采用丙酮或乙酸乙酯抽提，）有机溶剂提取法：采用丙酮或乙酸乙酯抽提，然后使有机溶剂挥发。测量残渣放射性强度。然后使有机溶剂挥发。测量残渣放射性强度。3.7.1 3.7.1 实验误

45、差实验误差 一、基本概念一、基本概念（一）误差和偏差（一）误差和偏差 1 1、真值（、真值（xtxt）在某一时刻和某一位置或状态下，某量的效应体在某一时刻和某一位置或状态下，某量的效应体现出客观值或实际值称为现出客观值或实际值称为真值真值。真值包括。真值包括理论真值理论真值、约定真值约定真值和标准器（包括标准物质）的和标准器（包括标准物质）的相对真值相对真值。2 2、误差及其分类（、误差及其分类（表示方法表示方法）测量值与真值不一致，这种矛盾在数值上表现即测量值与真值不一致，这种矛盾在数值上表现即为为误差误差。误差按其性质和产生原因，可分为。误差按其性质和产生原因，可分为系统误差、系统误差、随

46、机误差随机误差和和过失误差过失误差。3.7 放射性监测数据的统计处理和结果放射性监测数据的统计处理和结果误差的分类误差的分类误差的表示方法误差的表示方法 三、偏差三、偏差个别测定值个别测定值XiXi与多次测定均值（与多次测定均值（X X）的偏离）的偏离、绝对偏差、绝对偏差d d：d=Xi-d=Xi-X X、相对偏差：、相对偏差：d/d/X X*100%100%、算术平均偏差：、算术平均偏差：、相对平均偏差：、相对平均偏差：_3 3、偏差、偏差 、差方和、差方和：、样本方差：、样本方差：、样本标准偏差：、样本标准偏差：4 4、标准偏差和相对标准偏差、标准偏差和相对标准偏差、样本相对标准偏差（变异

47、系数）：、样本相对标准偏差（变异系数）：、总体方差：、总体方差：总体标准偏差：总体标准偏差：其中：其中：NN总体容量；总体容量；总体均值总体均值3.7.2 3.7.2 测量数据的特性及分布测量数据的特性及分布 正态分布正态分布 正态分布是一连续型理论分布。变量值虽有大小正态分布是一连续型理论分布。变量值虽有大小变异，但通过大量观察，都向算术平均数集中。各单变异，但通过大量观察，都向算术平均数集中。各单位的变数与其平均数的误差（位的变数与其平均数的误差（)有大有小，但小有大有小，但小误差出现的次数大于大误差，大误差出现的机会很小，误差出现的次数大于大误差，大误差出现的机会很小，出现正、负误差的机

48、会相等，形成一个对称的分布形出现正、负误差的机会相等，形成一个对称的分布形成。这样的分布称为正态分布。成。这样的分布称为正态分布。XX 相同条件下对同一样品测定中的相同条件下对同一样品测定中的随机误差随机误差，均遵从正态，均遵从正态分布。正态概率密度函数为：分布。正态概率密度函数为：式中：式中：xx由此分布中抽出的随机样本值；由此分布中抽出的随机样本值；总体均值，是曲线最高点的横坐标，曲线对总体均值，是曲线最高点的横坐标，曲线对对称；对称；总体总体标准偏差标准偏差，反映了数据的，反映了数据的离散程度离散程度。从统计学知道，样本落在下列区间内的概率从统计学知道，样本落在下列区间内的概率如表所示如

49、表所示。正态分布总体的样本落在下列区间内的概率正态分布总体的样本落在下列区间内的概率 偏偏正正态态分分布布正态分布曲线说明正态分布曲线说明 、小误差出现的概率大于大误差，即误差的概率与误差的、小误差出现的概率大于大误差，即误差的概率与误差的大小有关；大小有关；、大小相等，符号相反的正负误差数目近于相等，故曲线、大小相等，符号相反的正负误差数目近于相等，故曲线对称；对称；、出现大误差的概率很小；、出现大误差的概率很小；、算术均值是可靠的数值；、算术均值是可靠的数值；3.7.3、数据的处理和结果表述、数据的处理和结果表述（一）数据修约规则（一）数据修约规则1、有效数字：四舍六入五考虑，五后非零则进

50、一，五有效数字：四舍六入五考虑，五后非零则进一，五后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五后为奇则进一。后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五后为奇则进一。例：将下列数值修约到只保留一位小数。例：将下列数值修约到只保留一位小数。14.342614.3 14.263114.314.342614.3 14.263114.3 14.050014.0 14.150014.214.050014.0 14.150014.2 14.250014.2 14.250114.314.250014.2 14.250114.3 加减法：加减法：以小数点后位数最少的数为依据。以小数点后位数最少的数为依据。例：例：0.0121+25.