放射性检测

1、照射量X（库仑每千克/伦琴R）

表示Χ或γ射线在空气中产生电离大小的物理量（X=dQ/dm）

dQ是指质量为dm的体积单元的空气中，光子释放的所有电子（负电子和正

电子）在空气中全部被阻时，形成的同一种符号（正或负）的离子的总电荷的绝对值。

单位： (C. kg-1) 库伦/千克,旧单位是伦琴(R),1 R=2.58×10-4 C.kg-1 照射量率：指单位时间内的照射量。 2、吸收剂量D（戈瑞Gy/拉德rad）

吸收剂量是单位质量的物质对辐射能的吸收量（D=dε/dm）

dε与dm分别代表受电离辐射作用的某一体积元中物质的平均能量与物质

的质量.

单位：Gy（戈瑞），1 Gy=1 J.kg-1。

吸收剂量适用于任何电离辐射和任何物质，是衡量电离辐射与物质相互作用

的一种重要的物理量。

吸收剂量率：单位时间内的吸收剂量，单位 Gy.s-1。 3、剂量当量H（希沃特SV /雷姆rem）

在人体组织中某一点处的剂量当量H等于吸收剂量与其他修正因数的乘积

（H=DQN）

Q为品质因子，亦称为线质系数，不同电离辐射的Q值列于表8-1；N为其

它修正系数，是吸收剂量在时间或空间上分布不均匀性修正因子的乘积，对外照射源通常取N=1。

单位：SV（希沃特），1 SV=1 J.kg-1

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表8-1 品质因数与照射类型、射线种类的关系

照射类型 射线种类 x、γ、e 热中子及能量小于0.005MeV的中能中子 外照射 中能中子（0.02MeV） 中能中子（0.1MeV） 快中子（0.5～10MeV） 重反冲核 β －、β+、γ、e、x 内照射 α 裂变碎片、α发射中的反冲核 二、环境中放射性的来源

(一)天然源

1、宇宙射线 初级宇宙线—高能辐射，穿透力很强;次级宇宙线—比初级弱；放射性核素－20余种。

2、天然放射性核素—与地球共生 3、天然放射本源—半衰期极长，强度弱 （二）人工源

1、核试验及航天事故 －核裂变产物和中子活化产物放射性尘埃可在大气层滞留0.3—3年

2、核工业：核废弃物（核发电）

3、工农业、医学和科研等部门（医学占人工污染源的90％） 4、放射性矿的开采和利用

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品质因素 1 3 5 8 10 20 1 10 20 三、放射性污染的特点

放射性污染虽然是由于具有放射性核素的化学物质而造成的，但是放射性污染与一般的化学毒害物质污染有显著区别。主要表现在以下5点：

①放射性污染物的放射性与物质的化学状态无关；

②每一种放射性核素都能放射出具有一定能量的一种或几种射线；

③每一种放射性核素都有一定的半衰期，不因气压、温度而改变；有的放射性核素的半衰期极长，例如241Pu的β衰变产物241Am的半衰期为433年， 238 93U高达109年，而有些则只有几分钟甚至几秒；

④除了核反应条件外，任何化学、物理、生物的处理都不能改变放射性核素的性质；

⑤放射性物质进入环境后，可随介质的扩散或流动在自然界稀释和迁移，可在生物体内被富集并由此而产生在人体内的放射性污染即内照射。 四、对人体危害

（一）进入人体途径

呼吸道→人体→肺，血液全身 消化道→人体→肝脏，血液，全身

皮肤或粘膜→人体→可溶性物质易被皮肤吸收（伤口的吸收率更较高） （二）危害 1、损伤机理

①α、β高速带电粒子属直接电离粒子。 ②γ射线等不带电的粒子为间接带电粒子。

——统称为电离辐射：引起生物组织内原子、分子电离，破坏组织中的大分子结构。

2、影响因素－射线性质剂量、次数、时间、部位、方式。（致死剂量、半致死

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剂量）

3、损伤方式－急性、慢性（远期效应、躯体效 应、遗传效应）。 五、核辐射探测仪器的监测原理

核辐射剂量的监测需要用核辐射探测仪器。是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。

通常采用的探测器有电离探测器、闪烁探测器和半导体探测器等。

（1）电离探测器：

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在气体中产生的电离电荷进行测量的。

仪器：常用的有电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管（G-M管）。 用法： 电离室是测量由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—弥勒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，这适合于测量弱放射性。

盖革计数器 （2）闪烁探测器：

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光讯号放大、记录下来。

用法：该探测器以其高灵敏度和高计数率的优点而被用作测量α、β、γ辐射强度。由于它对不同能量的射线具有很高的分辨率，所以又可作谱仪使用。通过能谱测量，鉴别放射性核素，并且在适当的条件下，能够定量的分析几种放射性核素

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的混合物。此外，这种仪器还能测量照射量和吸收剂量。

闪烁检测器

（3）半导体探测器：

原理：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。由于产生电子—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。

用法：用硅制作的探测器可用于α计数、α、β能谱测定；用锗制作的半导体探测器可用于γ能谱测量，而且探测效率高、分辨能力好。半导体探测器是近年来迅速发展的一类新型核辐射探测仪器。

主要测定的放射性核素为：

(1)α放射性核素，226Ra、222Rn、235U等； (2)β放射性核素，134Cs、137Cs、131I和60Co等 六、检测步骤

样品采集——样品前处理和选择适宜方法——仪器测定——结果记录 （一）样品采集 1、放射性沉降物的采集

沉降物包括干沉降物和湿沉降物，主要来源于大气层核爆炸所产生的放射性尘埃，小部分来源于人工放射性微粒。

对于放射性干沉降物样品可用水盘法、粘纸法、高罐法采集。

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湿沉降物系指随雨(雪)降落的沉降物，其采集方法除上述方法外，常用一种能同时对雨水中核素进行浓集的采样器（离子交换树脂湿沉降物采集器）。 2、放射性气溶胶的采集：

——采集方法有过滤法、沉积法、粘着法、撞击法和向心法等。

滤料阻留采样法简单，应用最广，其原理与大气中颗粒物的采集相同。采样设备包括过滤器、过滤材料、抽气动力和流量计等。采样时抽气流速约为100-200升/分，气溶胶被阻挡在滤布或特制微孔滤膜上。采样结束后，将过滤材料取下，进行样品源的制备与放射性测量。 3、放射性水样的采集：

放射性水样的布点，采样原则与水质污染监测基本相同。

采集水样的工具可用普通清洁的、没有放射性污染的玻璃瓶采集样品。 采集的水样应盛放于塑料瓶中，以减少放射性吸附；有时可加入烯酸或载体、络合剂等，以防止放射性核素的损失。

采集的水样根据需要可供作各种放射性监测分析。 4、食品、生物样品：

——于收获季节在田地里布设的采样点位采集粮食的样品后混合； ——对已收获的粮食在存放处的上、中、下各层均匀采集后混合。 ——蔬菜应采集不同类型品种的样品。 ——在核爆炸期间主要以采集叶菜为主。

——鱼、虾类应根据在水中分布情况，可分别采集各类样品。

——样品采集后，去掉非食用部分，洗净，将表面水晾干，称鲜重。然后切碎置于蒸发皿中，加热让其炭化，转入马福炉中于400～500℃灰化，冷却后称重。供测量使用。 5、土壤：

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放射性沉降物及各类来源的放射性废物都可直接污染土壤。

土壤采样点应选地势平坦的地方，在一定范围内布设的采样点位采集样品。 采样时取出10×10平方厘米方块上垂直10厘米深的土壤。 采集的样品应置于无放射性污染的容器内。

将样品晾干（或在110℃烘干），除去杂物，称重，将样品混合均匀，用四分法缩分，然后将土样在马福炉中于500℃灼烧两小时，冷却后，研碎、过筛，供各种测量使用。

（二）样品预处理

1、目的：浓集对象核素、去除干扰核素、将样品的物理形态转换成易于进行放射性检测的形态。

2、方法：衰变法、共沉淀法、灰化法、电化学法、其它方法（有机溶剂溶解法、萃取法、离子交换法等）

①．衰变法

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。在测定大气中放射性气溶胶的总α、β放射性时常用这种方法，在用过滤法采样后，放置4-5小时，以使短寿命的氡、钍子体蜕变殆尽。

②．共沉淀法

加入共沉淀剂使待测核素得以沉淀析出。此法具有简便、实验条件易满足等优点，在某些情况下还能直接提供固态样品源，所以在微量放射性核素的分析中也是一种常用的分离浓集手段。居里夫妇发现一系列天然放射性元素便是运用这种技术。

用一般化学沉淀法分离环境样品中的微量放射性核素时，有时达不到溶度积，因而不能达到分离要求。为此，可加入毫克数量级惰性载体。

例如，对环境水样中Pu的预浓集，可采用新鲜沉淀出来的水合二氧化锰作共沉淀剂（在pH=8-9，用NaHSO4还原KmnO4溶液，并经均相沉淀而制得），最佳

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条件下，100升水样处理只需40分钟，在pH=8-10和室温条件下，对海水和淡水中Pu回收率可分别达80%和90%。

③灰化法

固态样品或蒸干的水样，可放入瓷坩埚内，置于500℃马福炉中灰化一定时间，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。

④．电化学法

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Pb、Co）的形式沉积在阳极上。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接（或做成样品源）进行放射性测量。

⑤.其它方法（有机溶剂溶解法、溶剂萃取法、离子交换法

1．有机溶剂溶解法：用适宜的有机溶剂处理固态样品如飘尘、土壤、沉积物、生物样等，使其中所含待测核素得以溶解浸出，浸出液可转入测量盘中，用红外灯烘干后进行放射性测量。

2．溶剂萃取法

早期是应核武器制造需要而迅速发展起来的一门专用技术，对于环境样品来说，它也是分离极微量放射性核素的最常用方法之一。该方法的特点是达到相平衡所需时间短、分离浓集效率高。

例如，对第一颗钚原子弹爆炸地日本长崎地区周围土壤及太平洋海水样品中钚的测定，曾采用三辛胺-硝酸盐体系的溶剂萃取法作为分离手段。

3．离子交换法

是目前最重要和应用最广泛的放射化学分离法之一，可用于分离几乎所有的无机离子和许多结构复杂的有机化合物，还特别适用于同族元素分离和超微量组分的分离。

例如，天然水中铀、钍分离：取1升天然水（或矿井水）水样，用柠檬酸酸化、

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过滤后，再加入一定数量柠檬酸钠和抗坏血酸使溶液pH=3，再将此水样通过阴离子交换柱Ⅰ（柱内装载4gDowexl×8柠檬酸型的树脂），水样中所含铀和钍与柠檬素络合而被树脂吸附，然后以8mol/L HCL洗脱钍为了将洗脱液中对测定钍有干扰的杂质进一步除去，用8mol/L HNO3处理该洗脱液将其转化为络阴离子后，再流过另一根阴离子交换柱Ⅱ（柱内装载2gDowexl×8硝酸根型的树脂），柱Ⅱ经用8mol/L HNO3洗涤后，用6mol/L HCl作洗脱液，将吸附在柱上的钍洗脱下来。对已经洗脱钍之后的交换柱Ⅰ，用体积比为1：8：1的甲基异丁基酮、丙酮和1mol/l盐酸洗脱铀。对经以上步骤所得的含铀洗脱液和含钍洗脱液作进一步化学处理后，用偶氮胂Ⅲ分光光度法测定钍；用荧光法测定铀。

（三）环境中放射性监测 1. 水样总α放射性活度的测定

水中常见辐射α粒子的核素有Ra、Rn及其衰变产物等。一般情况下，水样总α放射性浓度是0.1Bq/L，超过此值，即应进行总α放射性活度的测量。

测定水样总α放射性活度的作法如下：取一定量水样，过滤，滤液加硫酸酸化，蒸干，在低于350℃温度下灰化。灰分移入测量盘中，铺匀成薄层，用闪烁探测器测量。在测量样品之前，先测量空测量盘的本底值和已知活度的标准样品（标准源），以确定探测器的计数效率，计算样品源的相对放射性活度，即比放射性活度。

2. 水样总β放射性活度测量

水中的β射线常来自K、Sr、I等核素的衰变，一般认为安全水平为1Bq/L。水样总β放射性活度测量步骤基本与测量总α放射性活度相同，但检测器用低本底的盖革计数管，且以含K的化合物作标准源。

3．大气、水体中氡的测定

氡是一种天然产生的放射性气体，来源于自然界中铀的放射性衰变，它本身会发生天然衰变并产生具有放射性的衰变产物。受到氡和氡衰变产物的照射会使患肺

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癌的危险性增加。

氡与空气作用时，能使空气电离，因而可用电离型探测器通过测量电离电流测定其浓度，测量时可采用活性炭吸附法浓缩样品中的氡；水体中氡的测定也可用闪烁探测器通过测量由氡及其子体衰变时所放出的α粒子测定其浓度。

4、空气中氚（3H）的放射性测定

3H主要存在形态是HTO，也有少量以HT形态存在，可用硅胶吸附或冷凝的方法，将HT0以氚水形态分离出，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，引入电流电离室或正比计数管测定。测定空气中的HT和以蒸气状态存在的有机氚化合物时，可将它们氧化成HT0后，再用上述方法测定。

5．各种形态的碘-131的测定

131I 是裂变产物之一，它的裂变产额较高，半衰期较短，可作为反应堆中核燃料元件包壳是否保持完整状态的环境监测指标，也可以作为核爆炸后有无新鲜裂变产物的信号。

大气沉降物、液态或固态动植物样品中的131I呈各种化学形态和状态，收集各种形态的含131I样品后，可用四氯化碳萃取法制得样品源，然后放于测量盘中测β计数。对例行大气环境监测，可在低流速下连续采样一周或一周以上，然后用γ谱仪定量测定各种化学形态的131I。

6. 土壤中总α、β放射性活度的测量

采集4-5份表土，除去杂物，晾干（或烘干），压碎，缩分，直至剩200-300g土样，再于500℃灼烧，冷却后研细、过筛备用。称取适量上述土样于测量盘中，铺匀，用相应的探测器分别测量α和β比放射性活度（测β放射性的样品层应厚于测α放射性的样品层）。

7. 个人外照射剂量的测定

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外照射主要来自天然放射源发射的γ、β辐射对人体外部的照射，约占天然本底照射的80%。个人外照射剂量可用佩戴在身上、能对辐射剂量进行累积的小型、轻便、易使用的个人剂量计测量，常用的个人剂量计有袖珍电离室、胶片剂量计、热释光体和荧光玻璃。

8. 铀的测定

铀的化学性质比较活泼，常以化合物形式存在于自然界的岩石、土壤、水和各种生物体中。但它在环境样品中含量很低，需用高灵敏度的方法才能测出。常用的方法有荧光法,分光光度法,激光-液体荧光法等。

9. 钍的测定

钍主要存在于一些岩石中，在环境样品中含量很低，同样需用高灵敏度的方法才能测出。常用的方法有活性炭吸附铀试剂Ⅲ光度法,甲基磷酸二甲庚酯萃取铀试剂Ⅲ光度法和N 2,3,5--二甲苯萃取铀试剂Ⅲ光度法等。

10. 镭的测定

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α计数测量。或是通过测定样品中生成的氡及其α放射性子体计算出镭的含量。

11. 钾-40的测定

动植物组织中的放射性主要来自体内的钾-40，钾-40是一种较重要的天然内照射源。钾-40的测定方法较多，常用原子吸收法、四苯硼钠法（重量法）。

12. 放射性气溶胶的测量

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的气溶胶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小的面积进行测量。

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（2）灰化法：将采集到的滤膜置于瓷坩埚内，于高温炉内500℃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，然后使有机溶剂挥发。测量残渣放射性强度。

土壤、岩石中天然放射性核素的含量：

核素 40K2 226Ra 232Th 238U1

各类淡水中226Ra及其子代产物的含量：

核素 40K2 226Ra 232Th 238U1

※ 工作人员、居民年最大容许剂量当量：

受照射部位 放射性工作场所、 广大居民年最大 职业性放射性工作 相邻及附近地区工 容许剂量当量 作人员和居民的年 ②/Sv 器官分类 器官名称 人员的年最大容许 剂量当量①/Sv 最大容许剂量当量 ①/Sv

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土壤 0.96×10-2～8.88×10-2 3.7×10-3～7.03×10-2 7.4×10-4～5.55×10-2 0.11×10-3～2.22×10-2 岩石 8.14×10-2～8.14×10-1 1.48×10-2～4.81×10-2 3.7×10-3～4.81×10-2 1.48×10-2～4.81×10-2 土壤 .96×10-2～8.88×10-2 3.7×10-3～7.03×10-2 7.4×10-4～5.55×10-2 .11×10-3～2.22×10-2 岩石 8.14×10-2～8.14×10-1 1.48×10-2～4.81×10-2 3.7×10-3～4.81×10-2 1.48×10-2～4.81×10-2 全身、 5×10－2 第一类 性腺、 红骨髓、 眼晶体 第二类 皮肤、 3.0×10－1 骨、 甲状腺 第三类 手、 7.5×10－1 前臂、 足踝 第四类 其他 1.5×10－1 器官 5×10－3 5×10－4 3×10－2 ② 1×10－2 7.5×10－2 2.5×10－2 1.5×10－2 5×10－3 注：①表内所列数值均指内、外照射的总剂量当量，不包括天然本底照射和医疗照射。②16岁以下人员甲状腺的限制剂量当量为1.5×10-2Sv/a。

各种常用放射性检测器

射线种类

α

β

γ

检测器 闪烁检测器 闪烁检测器 闪烁检测器 闪烁检测器 正比计数器 正比计数器 正比计数器 正比计数器 闪烁检测器 闪烁检测器 特 点 检测灵敏度低，探测面积大 检测灵敏度低，探测面积大 检测灵敏度低，探测面积大 检测灵敏度低，探测面积大 检测效率较高，装置体积较大 检测效率较高，装置体积较大 检测效率较高，装置体积较大 检测效率较高，装置体积较大 检测效率高，能量分辨能力强 检测效率高，能量分辨能力强 13