西南科技大学《环境辐射监测与评价》课程重要知识点总结
《环境辐射监测与评价》课程重要知识点总结
第一章 绪论
1、环境:广义地讲,环境是相对于中心事务而言的背景。在环境科学中,环境是指以人类为主体的外部世界,其主要指地球表面与人类发生相互作用的各个自然要素及其总体。
2、环境基本特性:整体性与区域性,变动性与稳定性,资源性与价值性。 3、监测评价对象:大气、水、岩石、土壤和生物等。 4、环境自净(生态平衡):生态系统发展到一定的阶段,它的生产者、消费者、分解者之间能够较长时间地保持着一种动态平衡;也就是说,它的能量流动和物质循环能较长时间地保持着一种动态平衡,这种平衡状态就叫做生态平衡。
5、环境污染:指有害物质进入环境,经过扩散、迁移、转化和集聚,引起环境系统结构和功能的改变,导致环境质量下降,对人类或其它生物的正常生存和发展产生不利影响。
6、环境污染物:进入环境后使环境的正常组成和性质发生直接或间接有害于人类的变化物质。
第二章 环境辐射源
1、天然辐射来源:宇宙辐射、陆地辐射、氡和矿物开采所致的辐射。 2、宇宙辐射包括:宇宙射线、宇生放射性核素。
3、宇宙射线造成的辐射按其来源分为:捕获粒子辐射、银河宇宙辐射和太阳粒子辐射。 4、宇生放射性核素:14C、3H、22Na、7Be;原生放射性核素:238U、232Th、235U。
5、人工辐射来源:核试验及航天事故;核工业;工农业、医学和科研等部门;放射性矿的开采和利用。
第三章 环境辐射监测方法和技术*
1、本底辐射:原指某一特定环境系统或地区未受人类核活动干扰或某一核设施建造、运行前业已存在的天然辐射水平;由于大气层核试验所致全球放射性沉降造成的辐射与天然辐射难以区分,长江两者合成为本底辐射。 2、本底调查:在新建设施投料(或装料)运行之前、或在某项设施实践开始之前,对特定区域环境中已存在的环境辐射水平、环境介质中放射性核素的含量,以及为评价公众剂量所需的环境参数、社会状况所进行的全面调查。 对于在核设施装料运行前所进行的辐射监测和调查工作,称为“本底调查”是标准的表述。 3、应急监测:在应急情况下,为查明放射性污染情况和辐射水平而进行的监测。
4、辐射污染源监测内容:核设施环境监测、放射性同位素与射线装置应用的辐射环境监测、失控源进入环境后的辐射环境监测、伴生放射性矿物资源开发利用中的环境监测、非伴生矿物资源开发利用中的辐射环境监测、放射性物质运输的辐射环境监测和放射性废物暂存库和处理场的辐射环境监测。 5、制定监测方案应考虑的因素:
①源项单位流出物中放射性核素的含量,排放方式、途径和排放量,排放物质的相对毒性和潜在危险;在环境中的迁移规律、随季节的变化及受地质、水文、气象、植物影响的大小;
②源项单位的性质和运行规模.可能发生事故的类型、概率及其环境后果; ③流出物监测现状,对实施环境辐射监测的要求迫切程度; ④受照公众人数及分布,生活及文化娱乐习惯; ⑤源项单位周围的土地利用和物产情况; ⑥监测代价和效果;
⑦实用监测仪器的可获得性;
⑧监测中可能出现的各种干扰因素,如影响放射性核素迁移的化学污染物等; ⑨对放射性污染物具有浓集作用的生物和其它指示体。
6、本底调查——目的:关键核素、关键途径和关键人群组;环境辐射本底及其变化;常规监测中的监测方法和程序进行检验和模拟训练。
基本内容:1)环境物质中放射性核素的种类、浓度、γ辐射水平及其随时间的变化,一般要去的运行前连续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。 7、监测仪器:根据射线和探测介质问相互作用原理和效应的不同,核辐射探测器可分为气体探测器、闪烁探测器(电离型检测器、闪烁检测器、)、半导体探测器和固体探测器等几类。 8、监测仪器构成:核辐射探测器和测量装置
9、电离型检测器原理:如果核辐射被电离室中的气体吸收,该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线本复习要点由张金亮整理、总结,仅供期末复习参考使用,请勿作他用,否则后果自负! - 1 -
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在气体中产生的电荷进行测量的。
10、闪烁检测器原理:是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体,当射线进入其中时产生闪光,然后用光电倍增管将闪烁讯号放大、记录下来。
闪烁体的材料可用ZnS(Ag)、NaI、蒽、芪等无机和有机物质。
特点: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。
11、半导体检测器:是将辐射吸收在固态半导体中,当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子-空穴对。由于电子-空穴对的能量较低,所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。
12、测量装置构成:该装置由主放大器、幅度甄别整形电路和记录电路三部分组成,幅度大于一定阈值的脉冲经整形后形状规则、大小一致,输入记录装置。
13、放射性流出物:实践中的源所造成的以气体、气溶胶、粉尘或液体等形态排入环境的放射性物质。通常情况下,其目的是使之在环境中得到稀释和弥散。 14、监测方案的一般原则(估计不会考):
①流出物监测必须独立于工艺监测,形成单独的监测系统;
②应根据核设施的性质、流出物中放射性核素成分及浓度的变化,确定相应的采样方法、测量项目、测量范围和测量方法;
③应确保采样和监测的代表性;
④根据流出物所含核素种类、排放率及其变化,确定合适的采样测量频度和监测项目,并应妥善考虑对计划外排放的监测;
⑤流出物中放射性核素种类、含量完全确定不变时,不必进行常规的流出物监测;核素排放量极少时,则难于进行核素成分与浓度的分析测量。这些情况下,可不进行流出物监测,但仍需对惰性气体、总α、总β及总γ活度进行监督性测量;
⑥对经烟囱排放的气载流出物和连续排放的液体流出物,可采用连续测量装置进行监测.以便于及时发现事故排放,迅速报警并采取措施。为此,应经常检查测量装置的有效性,定期进行放射性核素成分的全分析;
⑦应编制流出物监测系统流程图,标明采样点和监测点位置、作用,采样和测量方法。 15、采样方式:连续和比例采样,定期采样,专门采样。
16、选择采样点:应确保采样的代表性、操作的可行性和人员的可接近性。 17、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。代表性强而快捷。
按所测环境辐射类型,就地监测可分为γ、β、α和中子剂量监测。其中以γ监测最为常见,γ监测又可分为照射量率(或剂量率)监测和放射性核素监测(就地γ能谱测量)。 19、就地监测前的准备应考虑的因素有:
①欲测核素的种类,其在环境物质中的浓度或活度水平及范围,核素的理化性质; ②监测地点的地形、气象、水文等自然地理环境及其对监测工作可能产生的影响; ③仪器的选择,其量程、能量响应、最小可探测限应满足监测要求;
④人员的培训,应熟悉仪器性能,具备排除简单故障及判断测量结果可靠性的能力; ⑤资金保证和组织落实;
⑥仪器准备,仪器、设备、用具齐全,仪器工作状态正常,应急监测仪器更应随时保持正常工作状态。 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γ辐射剂量测量分为源相关及个人相关两种测量方式。
20、地表γ辐射剂量监测是在田野、道路、森林、草地、广场和建筑物内等环境中,在距地表上方一定高度(通常为lm)处,用γ剂量率仪测量周围环境中天然和人工放射性核素所产生的γ辐射所致空气吸收剂量。
使用之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淮、次级标准、三级标准(实验室标淮)和工作标准等四级。
21、自然环境中测量地表γ辐射剂量时,会受到宇宙射线和仪器自身的本底辐射(仪器本底)的干扰,同一地区内海拔高度相差不大时,宇宙射线的照射率基本不变,而仪器本底则各不相同。为此,可采用水面法或铅屏法测量仪器的自然底数(宇宙射线与仪器本底的贡献之和)。
一般情况下,天然地表水中放射性物质含量很低,因此仪器在宽度100m以上、深度2m以上水体表面测得的照射量即为宇宙射线与仪器本底所构成的仪器自然底数,应从测量值中予以扣除。
22、就地γ能谱测量基本原理:每种γ放射性核素都能释放出一种或几种具有特定能量的γ射线,因此,只要测得某种能量的特征γ谱线,即可确定相应核素的存在。根据这些核素释放出的γ射线能量之间的显著差异,γ能本复习要点由张金亮整理、总结,仅供期末复习参考使用,请勿作他用,否则后果自负! - 2 -
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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γ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。
测量方法:航空测量、汽车测量、步行测量等。
23、氡浓度的测量的标准方法有:径迹蚀刻法、活性炭盒法、双滤膜法和气球法等。
径迹蚀刻法:被动式采样,能测量采样期间内氡的累计浓度,探测器在空气中暴露20d,其探测下限达2.1×103Bq?h/m3。
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3d,探测下限可达到6 Bq/m3。 双滤膜法:主动式采样,能测量出采样期间内瞬间的氡浓度,探测下限可达到3.3 Bq/m3。 气球法:主动式采样,能测量出采样期间内瞬间空气中氡浓度及其子体浓度。 24、氡析出率测量方法有静态法和动态法两种。
影响因素:母体核素镭的含量、孔隙率、氡的释放分数和扩散系数。
25、环境样品采集采样对象:空气(尘埃、气溶胶、沉降物、气体、蒸汽、降水等)、水(地表水、饮用水、地下水、海水、底泥)、土壤、陆生生物和水生生物。
26、气载放射性核素常以尘埃、气溶胶和气体、蒸汽形态存在于空气中。 27、底泥(水底沉积物):矿物、岩石、土壤自然侵蚀产物,废(污)水排出物沉积及生物活动物质之间物理、化学反应等过程的产物。指水体底部表层沉积物质。
28、样品管理步骤:现场记录,样品的保存,样品的运输,样品交接、验收和领取,建立样品库。
29、环境样品前处理目的在于缩小体积,减小重量,破坏有机成分,使待测核素转入溶液体系中,以便于分离操作。前处理过程中应确保待测核素不损失,尽可能地去除干扰组分,不引入新的干扰组分和杂质。
30、水样前处理方法:可采用酸化、冷冻、添加适量的载体或稳定剂等方法,一般多以HCl或HNO3将水样PH调至1—2。为了抑制微生物的繁殖,可加入适量的有机试剂。
31、土壤样品前处理方法: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。 32、样品前处理方法:干灰化法、湿灰化法、熔融法。
干灰化法一般不需添加试剂,不会增加试剂空白和引入干扰物.适用于数量较大、对设备腐蚀作用小的生物样品前处理。通过干灰化处理,样品体积或质量可减小10倍以上,但灰化过程中易挥发组分损失较多,对粮食等样品所需时间过长。
湿灰化法又称湿消解法,其氧化速度侠,不需要专门的设备,操作简便,核素损失较少,但使用酸量较多,腐蚀严重,难于处理大量样品。
当核素以不溶于酸的形态存在于样品中,或经灰化处理后核素被氧化成难溶性物质时,其残渣或灼烧物可与适当的熔融剂进行高温熔融,使之转变为可溶状态。
33、环境样品的化学分离常用衰变法、蒸发、沉淀—共沉淀、溶剂萃取、色层分离(包括离子交换色层、萃取色层、纸色层和气相色谱)、电化学、电解、能谱等方法进行分离和浓集。
34、样品放置一段时间,使寿命短的干扰放射性核素衰变后,再对样品进行放射性测量。 35、共沉淀法:加入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体(加入惰性载体作为共沉淀剂),则由于二者之间同晶共沉淀或吸附共沉淀作用,载体将放射性核素载带下来,以沉淀形式析出,达到分离和富集的目的。
36、环境样品总α活度测量方法有直接法、浓集(载带或蒸发)法及化学分离-α谱仪法,其中以α谱仪法灵敏度最高,并可给出单个核素的活度浓度值。
按测量样品厚度的不同,总α活度测量又可分为薄层法、厚层法及中间厚层法。
常用的α活度测量装置有正比计数器、闪烁计数器(ZnS及液闪体系)、固体径迹或核乳胶、半导体探测器、屏栅电离宝等。
37、水样中的β射线常来自40K、90Sr、129I等核素的衰变,一般认为安全水平为lBq/L。
水样总β放射性活度测量检测器用低本底的盖革计数管,且以含40K的化合物作标准源。 38、铀有15种放射性同位素,其中234U、235U、238U为天然同位素。
铀常以四价或六价阳离子形式与其它元素化合的矿物状态存在于自然界中. 铀在水溶液中能以三价、四价、五价和六价四种价态存在,以六价铀为最稳定。
分析方法:激光荧光法、分光光度法 39、钍共有23种同位素,天然存在的有227Th、228Th、230Th、231Th、232Th和234Th,其中最主要的是232Th,是钍系的母体核素。
钍通常只以Th4+形式存在于水溶液中,价态稳定。 本复习要点由张金亮整理、总结,仅供期末复习参考使用,请勿作他用,否则后果自负! - 3 -
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分析测定方法是分光光度法和中子活化法。
40、镭共有25种同位素,其中只有223Ra、224Ra、226Ra和228Ra是天然存在的,是三个天然放射系中的重要核素。镭在化合物中只以正二价存在。
41、大气中的131I呈元素、化合物等各种化学形态和蒸气、气溶胶等不同状态,因此采样方法各不相同。 42、
43、环境辐射监测数据的分布形式有正态分布、对数正态分布及泊松分布。 44、有效数字:四舍六入五成双
可疑数据的取舍-Dixon(Q)检验法
45、质量保证定义:为使监测结果足够可信,在整个监测过程中所进行的全部有计划有系统的活动。
质量保证内容:1、建立环境辐射监测质量保证机构(国家环保总局建立辐射环境监测质量保证制度;省级环保局设立质保小组);2、监测人员素质要求(共3条);3、计量器具和测量仪器的检定和检验(共2条);4、监测方法的选用和验证;5、采样质量保证(有布点、采样和对样品管理的要求);6、实验室内分析测量的质量控制(共4条);7、实验室间的质量控制(共3条);8、数据处理中的质量控制(共4条)
环境监测质量保证:质量控制和质量评价两个方面。
46、质量控制是指为达到预期的质量要求而制定的方法和措施,目的在于确保数据具有良好的质量特征,即:准确性、精密性、完整性、代表性、可比性。
质量控制样品一般包括平行样,加标样和空白样。
空白实验值:是指用蒸馏水代替试样的测定。其所加试剂和操作步骤与实验测定完全相同。空白实验应与试样测定同时进行。必要时,还应制备现场空白样进行测试。
校准曲线:是用于描述待测物质的浓度或量与相应的测量仪器的响应量或其他指示量之间的定量关系的曲线。
绘制校准曲线时,实验点不应少于5个,并应在测量值范围内均匀分布。
47、精密度控制:在规定的条件下,对同一均匀样品多次重复分析测量结果之间的符合程度称为精密度。意义:它反映了样品、分析方法和系统固有的随机不确定度。精密度控制最常用的方法是极差控制法 准确度控制在规定的条件下,对标准物或质量控制样品的单次分析测定值或重复分析测定平均值与其真值之间的符合程度称为准确度,可用误差、相对误差或对加标样品的全程回收率表示。
48、加标回收率:根据分析方法、测定仪器、样品情况和操作水平,随机抽取10%-20%的样品进行加标回收率测定。监测分析方法无规定范围,则可规定其目标值为95%-105%。
49、比较实验:对同一样品采用不同的分析方法进行测定,比较结果的符合程度来估计测定准确度。对于难度较大而不易掌握的方法或测定结果有争议的样品,常采用此法。
50、“盲样”分析-密码样控制:由质控人员在待测样品中加上分析测量人员不知道的已知含量的样品,与待测样品同步分析。质控人员根据报出的测量结果与加入的已知量比较,根据符合程度估计该批样品分析结果的准确度。 51、数据处理中的质量控制:(1) 数据的记录,(2) 数据的检查,(3) 数据的复审,(4) 数据保存 52、环境监测质量评价:可分为实验室内质量评价和实验室间质量评价。
实验室内质量评价--性能评价,是对实验室技术水平和能力的综合评价。考核结果可采用评分法或评价指数评定法进行评价。
实验室间质量评价方法:(1)R检验;(2)x2检验;(3)双样检验
第四章 放射性物质在大气中的行为*
1、大气的化学组成:恒定组分——氧气、氮气和稀有气体;大气可变组分——二氧化碳、水(气态);不定组分——尘埃、硫化物、氮氧化物。
2、大气圈结构:对流层、平流层、中间层、暖层和逸散层。
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3、放射性气溶胶形成的途径:(1)核武器爆炸时生成的大量放射性物质,随高温气团上升到对流层顶部,然后被随温度逐渐下降而形成的固体微粒或水滴捕集,形成放射性气溶胶;(2)由大地散逸到大气中的氡,经衰变生成钋、铋、铅等放射性子体,通过扩散或静电吸附而被大气气溶胶捕集,形成放射性气溶胶;(3)核设施、核事故放出的铷、碘、铯等放射性核素,形成气溶胶。
4、大气稳定度:指气层的稳定度,即大气中某一高度上的气块在垂直方向上相对稳定的程度。
气团在大气中的稳定性与气温垂直递减率和干绝热垂直递减率两个因素有关。具体可用气团的干绝热垂直递减率(Гd)和气温垂直递减率(γ) 的大小判断:当γd> γ时,气团稳定,不利于扩散;当γd< γ时,气团不稳定,有利于扩散;当γd= γ时,气团处于平衡状态。
5、大气湍流:湍流是一种不规则运动,其流场的各个特征量是时空随机变量,它的统计平均值是有规律的。由机械或动力作用生成的是机械湍流,如近地面切变风;由各种热力因子诱生的是热力湍流。太阳加热地面导致热对流泡向上运动、地表受热不均或气层不稳定。
湍流与扩散:烟团收到大小尺度相当的湍涡扯动变形,这是一种最强的扩散过程。 6、
烟羽上升的原因:一是烟囱出口处烟流具有一定的初始动
量;二是烟流温度高于周围空气温度而产生的浮力效应。
烟流抬升的四个阶段:喷出阶段,浮升阶段,瓦解阶段,变平阶段
7、放射性物质的沉积:重力沉降,干沉积所致的地面沉积率(干沉积速度与气溶胶颗粒、地表特征、气象条件等有关),湿沉积。 8、气载放射性物质沉积在地面上以后,其中的颗粒物质可因风或人的活动的扰动而扬起,造成空气的二次污染。对于钚等难以通过食物链向人转移的核素而言,吸人再悬浮颗粒物质造成的内照射是必须重视的一个照射途径。
第五章 放射性物质在地面水体中的行为*
1、天然水中的主要离子组成:常见的八大离子:K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、NO3-、Cl-、SO42-。 天然水的性质:(1)碳酸平衡;(2)天然水中的碱度和酸度 2、三种形态:溶存状态,胶体状态,微粒状态。 3、
4、输运弥散的机制:污染物在河流中的输运和弥散涉及其随水流向下游方向的平流输运和在水流、河宽及水深方向上的扩散。 扩散过程又与分子扩散、湍流扩散、剪切流弥散和对流扩散等多种机制有关。
5、放射性物质在它水体中的输运和弥散:湖泊的特点是水流速度小,放射性物质在湖泊中滞留时间长等特点,考虑放射性平衡、短寿命子体衰减等因素。混合因素:与湖泊大小、形状、水深及滞留有关。
海洋是一个庞大的水系,放射性物质在海洋中的弥散混合及迁移不仅取决于污染物的排放方式及放射性核素的理化特性,还与海洋的水力学特征和水文特性有密切的关系。
河口段潮汐:潮汐运动对污染物在河口段内的弥散混合有两方面的影响,一方面大量海水与上游河水的混合加强了污染物的混合扩散;另一方面,潮汐对河水的顶托又延长了污染物在河口段内的滞留时间,使之有可能进一步产生某些化学与生物反应。此外,潮水带来的盐分也会造成水质的污染。
6、底质作用:放射性核素大部分呈溶解的离子状态,小部分吸着在水中的胶体或悬浮物颗粒表面;与颗粒物的沉降和再悬浮结合在一起,水中离子状态放射性核素的浓度即大为降低。
第六章 放射性物质在岩石、土壤和地下水中的行为*
1、土壤中放射性核素的来源:1)天然放射性核素;2)核试验产生的人工放射性核素;3)核设施放射性流出物的释放;4)放射性废物近地表处置库是土壤的潜在污染源
2、放射性物质在岩石中的行为:铀的表生迁移是岩石与周围环境相互作用的结果。岩石风化过程中,铀从岩石和矿物中分离、释放出来,部分被岩石中的水溶液携带而迁移,部分则残留于原地风化层中。
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