技術(shù)文章
Technical articles一、監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容
放射性監(jiān)測(cè)按監(jiān)測(cè)對(duì)象可分為①現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)②個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)③環(huán)境監(jiān)測(cè)。
具體測(cè)量?jī)?nèi)容包括:①放射源強(qiáng)度、半衰期、射線種類及能量;②環(huán)境和人體中放射物質(zhì)含量、放射性強(qiáng)度、空間照射量或電離輻射劑量。
二、 放射性測(cè)量實(shí)驗(yàn)室
( 1 )放射性化學(xué)實(shí)驗(yàn)室
( 2 )放射性計(jì)測(cè)實(shí)驗(yàn)室
三、放射性檢測(cè)儀器
常用的檢測(cè)器有三類,即電離型檢測(cè)器、閃爍檢測(cè)器和半導(dǎo)體檢測(cè)器。
( 1 )電離型檢測(cè)器
原理: 如果核輻射被電離室中的氣體吸收,該氣體將發(fā)生電離。電離探測(cè)器即是通過收集射線在氣體中產(chǎn)生的電離電荷進(jìn)行測(cè)量的。
儀器:常用的有電離室、正比計(jì)數(shù)管、蓋革 — 彌勒計(jì)數(shù)管( G-M 管)。
用法: 電離室是測(cè)量由電離作用而產(chǎn)生的電離電流,適用于測(cè)量強(qiáng)放射性;正比計(jì)數(shù)管和蓋革 — 彌勒計(jì)數(shù)管則是測(cè)量由每一入射粒子引起電離作用而產(chǎn)生的脈沖式電壓變化,從而對(duì)入射粒子逐個(gè)計(jì)數(shù),這適合于測(cè)量弱放射性。
( 2 )閃爍探測(cè)器
原理:是利用射線照射在某些閃爍體上而使它發(fā)生閃光的原理進(jìn)行測(cè)量的儀器。它具有一個(gè)閃爍體,當(dāng)射線進(jìn)入其中時(shí)產(chǎn)生閃光,然后用光電倍增管將閃光訊號(hào)放大、記錄下來。
用法:該探測(cè)器以其高靈敏度和高計(jì)數(shù)率的優(yōu)點(diǎn)而被用作測(cè)量α、β、γ輻射強(qiáng)度。由于它對(duì)不同能量的射線具有很高的分辨率,所以又可作譜儀使用。通過能譜測(cè)量,鑒別放射性核素,并且在適當(dāng)?shù)臈l件下,能夠定量的分析幾種放射性核素的混合物。此外,這種儀器還能測(cè)量照射量和吸收劑量。
( 3 )半導(dǎo)體檢測(cè)器
原理:是將輻射吸收在固態(tài)半導(dǎo)體中,當(dāng)輻射與半導(dǎo)體晶體相互作用時(shí)將產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)。由于產(chǎn)生電子 — 空穴對(duì)的能量較低,所以該種探測(cè)器具有能量分辨率高且線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。
用法:用硅制作的探測(cè)器可用于α計(jì)數(shù)、α、β能譜測(cè)定;用鍺制作的半導(dǎo)體探測(cè)器可用于γ能譜測(cè)量,而且探測(cè)效率高、分辨能力好。半導(dǎo)體探測(cè)器是近年來迅速發(fā)展的一類新型核輻射探測(cè)儀器。
四、放射性監(jiān)測(cè)方法
對(duì)環(huán)境樣品進(jìn)行放射性測(cè)量和對(duì)非放射性環(huán)境樣品監(jiān)測(cè)過程一樣,也是經(jīng)過以下三個(gè)過程:
樣品采集 —— 樣品前處理 —— 儀器測(cè)定
根據(jù)下列因素決定采集樣品的種類。
1 、監(jiān)測(cè)目的和監(jiān)測(cè)對(duì)象,
2 、待測(cè)核素的種類、輻射特性及其物理化學(xué)形態(tài)
3 、在環(huán)境中的遷移及影響
4 、有時(shí)要同時(shí)采集大氣、水、土壤和生物樣品來確定某污染源或某地區(qū)的放射性污染狀況。
1、樣品采集
( 1 )放射性沉降物的采集
沉降物包括干沉降物和濕沉降物。
干沉降物可用水盤法、粘紙法、高罐法采集。
濕沉降物采集方法除上述方法外,常用一種能同時(shí)對(duì)雨水中核素進(jìn)行濃集的采樣器。
( 2 )放射性氣溶膠的采集
常用濾料阻留采樣法,其原理與大氣中顆粒物的采集相同。
( 3 )其他類型樣品的采集
其他類型樣品的采集與非放射性樣品的采集相近。
2、 樣品預(yù)處理
1 、目的:濃集對(duì)象核素、去除干擾核素、將樣品的物理形態(tài)轉(zhuǎn)換成易于進(jìn)行放射性檢測(cè)的形態(tài)。
2 、方法:
①衰變法
②共沉淀法
③灰化法
④電化學(xué)法
⑤其他預(yù)處理方法
①衰變法
樣品放置一段時(shí)間,使壽命短的干擾放射性核素衰變后,再對(duì)樣品進(jìn)行放射性測(cè)量。 在測(cè)定大氣中放射性氣溶膠的總α、β放射性時(shí)常用這種方法,在用過濾法采樣后,放置 4-5 小時(shí),以使短壽命的氡、釷子體蛻變殆盡。
②共沉淀法
加入共沉淀劑使待測(cè)核素得以沉淀析出。此法具有簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)條件易滿足等優(yōu)點(diǎn),在某些情況下還能直接提供固態(tài)樣品源,所以在微量放射性核素的分析中也是一種常用的分離濃集手段。居里夫婦發(fā)現(xiàn)一系列天然放射性元素便是運(yùn)用這種技術(shù)。
用一般化學(xué)沉淀法分離環(huán)境樣品中的微量放射性核素時(shí),有時(shí)達(dá)不到溶度積,因而不能達(dá)到分離要求。為此,可加入毫克數(shù)量級(jí)惰性載體。
③灰化法
固態(tài)樣品或蒸干的水樣,可放入瓷坩堝內(nèi),置于 500 ℃ 馬福爐中灰化一定時(shí)間,冷卻后稱量灰重,并轉(zhuǎn)入測(cè)量盤中,均勻鋪樣后檢測(cè)其放射性。
④電化學(xué)法
通過電解的方法將放射性核素(如 Ag 、 Pb 、 Bi 等)沉積在陰極、或以氧化物(如 Pb 、 Co )的形式沉積在陽極上。該法的優(yōu)點(diǎn)是分離純度高。沉積在惰性金屬片(或絲)電極上的沉積物可直接(或做成樣品源)進(jìn)行放射性測(cè)量。
⑤其他預(yù)處理方法
其他預(yù)處理方法與非放射物質(zhì)相近。
3、環(huán)境中放射性監(jiān)測(cè)
( 1 )水樣總α放射性活度的測(cè)定
水中常見輻射α粒子的核素有 Ra 、 Rn 及其衰變產(chǎn)物等。一般情況下,水樣總α放射性濃度是 0.1Bq/L ,超過此值,即應(yīng)進(jìn)行總α放射性活度的測(cè)量。
測(cè)定水樣總α放射性活度的作法如下:取一定量水樣,過濾,濾液加硫酸酸化,蒸干,在低于 350 ℃ 溫度下灰化?;曳忠迫霚y(cè)量盤中,鋪勻成薄層,用閃爍探測(cè)器測(cè)量。在測(cè)量樣品之前,先測(cè)量空測(cè)量盤的本底值和已知活度的標(biāo)準(zhǔn)樣品(標(biāo)準(zhǔn)源),以確定探測(cè)器的計(jì)數(shù)效率,計(jì)算樣品源的相對(duì)放射性活度,即比放射性活度。
( 2 )水樣總β放射性活度測(cè)量
水中的β射線常來自 K 、 Sr 、 I 等核素的衰變,一般認(rèn)為安全水平為 1Bq/L 。水樣總β放射性活度測(cè)量步驟基本與測(cè)量總α放射性活度相同,但檢測(cè)器用低本底的蓋革計(jì)數(shù)管,且以含 K 的化合物作標(biāo)準(zhǔn)源。
( 3 )土壤中總α、β放射性活度的測(cè)量
采集 4-5 份表土,除去雜物,晾干(或烘干),壓碎,縮分,直至剩 200 -300g 土樣,再于 500 ℃ 灼燒,冷卻后研細(xì)、過篩備用。稱取適量上述土樣于測(cè)量盤中,鋪勻,用相應(yīng)的探測(cè)器分別測(cè)量α和β比放射性活度(測(cè)β放射性的樣品層應(yīng)厚于測(cè)α放射性的樣品層)。
( 4 )氡的測(cè)定
氡是一種天然產(chǎn)生的放射性氣體,來源于自然界中鈾的放射性衰變,它本身會(huì)發(fā)生天然衰變并產(chǎn)生具有放射性的衰變產(chǎn)物。受到氡和氡衰變產(chǎn)物的照射會(huì)使患肺癌的危險(xiǎn)性增加。
氡與空氣作用時(shí),能使空氣電離,因而可用電離型探測(cè)器通過測(cè)量電離電流測(cè)定其濃度,測(cè)量時(shí)可采用活性炭吸附法濃縮樣品中的氡;水體中氡的測(cè)定也可用閃爍探測(cè)器通過測(cè)量由氡及其子體衰變時(shí)所放出的α粒子測(cè)定其濃度。
( 5 )各種形態(tài)的碘 -131 的測(cè)定
碘 -131 是裂變產(chǎn)物,它的裂變產(chǎn)額較高,半衰期較短,可作為反應(yīng)堆中核燃料元件包殼是否保持完整狀態(tài)的環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo),也可以作為核爆炸后有無新鮮裂變產(chǎn)物的信號(hào)。
大氣沉降物、液態(tài)或固態(tài)動(dòng)植物樣品中的 131 I 呈各種化學(xué)形態(tài)和狀態(tài),收集各種形態(tài)的含 131 I 樣品后,可用四氯化碳萃取法制得樣品源,然后放于測(cè)量盤中測(cè)β計(jì)數(shù)。對(duì)例行大氣環(huán)境監(jiān)測(cè),可在低流速下連續(xù)采樣一周或一周以上,然后用γ譜儀定量測(cè)定各種化學(xué)形態(tài)的 131 I 。
4、個(gè)人外照射劑量的測(cè)定
外照射主要來自天然放射源發(fā)射的γ、β輻射對(duì)人體外部的照射,約占天然本底照射的 80% 。個(gè)人外照射劑量可用佩戴在身上、能對(duì)輻射劑量進(jìn)行累積的小型、輕便、易使用的個(gè)人劑量計(jì)測(cè)量,常用的個(gè)人劑量計(jì)有袖珍電離室、膠片劑量計(jì)、熱釋光體和熒光玻璃。
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