‘核安全监管中环境放射性监测方法研究

‘核安全监管中环境放射性监测方法研究

苏祥华 高政新

海装广州局 海南三亚 572099

摘要：开展环境放射性监测是加强核安全监管的重要措施，是保护环境的重要一环。本文在讨论环境放射性的基础上，针对环境中α、β、γ等放射性粒子和氡及其子体提出了测量方法，为科学开展环境放射性监测提供了方法依据。

关键字：环境放射性监测；放射性粒子；氡；测量

1 引言

核安全监管是指为保证核设施和核活动安全，由监管机构开展的一系列监督管理活动。进行环境放射性监测是开展核安全监管的重要方式，是维护公众和工作人员健康的有效手段。环境放射性监测的目的是为了及时、准确、全面地反映环境质量现状、发展趋势和放射性水平，为环境管理、污染源控制、环境规划及评价提供科学依据，是保护环境的重要一环。环境放射性监测类型包括环境本底调查、运行过程中的常规监测和事故发生后的应急监测三种。

2 环境中放射性情况

自然界中天然存在的放射性核素包括宇生放射性核素和原生放射性核素。宇生放射性核素是指宇宙中高能粒子与大气层发生碰撞形成的放射性核素。原生放射性核素是指广泛存在于地球上的天然放射性核素，主要包含在水体、大气、岩石和土壤中，主要有铀系、钍系和锕系。环境放射性监测过程中，主要对这些放射性核素衰变产生的α、β和γ等放射性粒子和氡及其子体的测量来实现监测。

从目前来看，人类所处的环境就是一个天然辐射场，既有来自宇宙射线的影响，也有来自生存所依赖的生物圈影响。各个地区也存在着较为明显的差异，在采矿区、铀富含区、通风条件不好的地区，其环境放射性水平都相对较高。而随着人类活动加剧，核活动和采矿业的发展，对于工作人员和相关公众接收辐射照射的可能性在显著加大，加强环境监测成为十分必要的举措。

3 环境样品α和β放射性测量

α和β放射性测量方法常用于需要对环境样品进行快速测定放射性强度的场景中，优点在于能够快速、便捷的对样品进行初步测量，是不需要获得放射性核素的准确信息时有效的环境监测手段。

当样品数量多时，α和β的放射性测量一般采用相对测量法。所谓相对测量法，是指在同等条件下对标准参考物和待测样品进行测量，根据标准参考物活度和测量值之比就可以得到待测样品的活度 ，公式如下。

为标准参考物活度， 为标准参考物净计数， 为待测样品净计数。同等条件下是指使用相同工作状态的同一仪器，不同时段的稳定性要高，测量样品的几何条件应当保持一致，使得测量仪器对其有相同的立体角和散射条件。

3.1 标准参考物选择

在环境放射性监测过程中，标准参考物和待测样品应当具有广泛的代表性，其中标准参考物应当接近待测样品，核素组成应保持一致。天然环境中的总α主要由U-Ra平衡源和Th源产生，其比例为1:（3~4），标准参考物的核素可以参照天然组成制作。标准参考物的总β测量可以用KCl作为标准源，因为⁴⁰K的β平均能量与沉降物中最为接近，制作标准参考物时可以使用KCl。

3.2 总α放射性测量

环境样品总α测量在样品制备上通常分为薄样品法和厚样品法，其中厚样品法可以最大限度的记录出射的α粒子，在放射性测量中被广泛采用。

总α基本原理为利用探测器对样品发射出的粒子进行计数，通过与标准参考物进行比较，从而实现对其活度的测量。考虑样品本身对粒子的吸收作用，得到待测样品的放射性活度如下。

其中 表示自吸收校正因子， 为探测效率。

3.3 总β放射性测量

相较于总α测量，总β测量常采用薄样品法，其最大优点为可以有效降低自吸收的影响。通过将测量计数与标准参考物进行比较，同时根据标准参考物的活度，就可以得到待测样品的活度。

4 放射性核素γ测量

γ射线本质上都是电磁波，是原子核从激发态跃迁到较低能态中产生的，原子核大多都会发射一种或多种能量的γ射线，称之为特征γ射线，通过测量特征γ射线的能量，就可以判断出样品中含有哪些核素。放射性核素γ测量是实现对样品精准测量的有效手段，在环境放射性监测中起着十分重要的作用。

测量特征γ射线的仪器称之为γ能谱仪，结构上分为简单γ能谱仪和复杂γ能谱仪。简单γ能谱仪是指由单个探测器组成的仪器，常见有NaI(Tl)和半导体能谱仪。复杂γ能谱仪是由一个或多个简单γ能谱仪和复杂电子学线路组成的，可以有效的减少宇宙射线和环境本底的影响，实现对核素的准确测量。γ能谱仪通过测量在不同能量下的计数实现对能谱的测量，在能谱中显现的具有尖凸起的就是特征能量峰，根据特征能量峰就可以确定核素的种类，比如¹³⁷Cs的特征γ射线出现在能量为0.662MeV附近。

γ能谱仪主要技术指标有能量分辨率、探测效率、灵敏度、线性、峰/康比、本底和稳定性，根据试验需要可以选择主要技术指标。试验装置准备好后，在γ能谱测量中还应注意一些情况。

4.1 样品源的制备

因为γ射线基本不受样品本身影响而出现被吸收的情况，实际测量中只要保证待测样品和标准参考物的实验条件一致即可。对于溶液样品，应使用标准计数瓶，对于灰化样品应使用标准聚乙烯样品盒，已保证样品几何形状一致。同时测量位置均应当置于某一特定位置，使得测量具有相同探测效率。

4.2 晶体的选择

根据样品的情况确定探测器晶体的选择，在γ射线能量较高时，应选用大尺寸NaI(Tl)晶体已确保足够高的探测效率，当能量低时，选择较小的晶体来减小本底情况。

4.3 探测几何条件选择

通常样品距离探测器比较近，应当在探测器前放置专门的源支架，用以调节相互之间的位置，从而能够满足不同样品对于探测效率的需求。同时应当考虑到对于具有较高辐射的样品，高计数率会导致脉冲堆积和电子学线路的漂移，最后导致分辨率变坏。

5 空气中氡及其子体浓度监测

氡在天然环境中是一个广泛存在的辐射源，人们始终处于氡及其子体的照射之中。资料显示，在某些地区因为吸收氡及其子体受到的天然照射占到了总剂量的50%。尤其是在密闭环境、山体矿洞、封闭建筑中，氡及其子体的含量明显超出正常环境。

氡的原子序数为86号，属于惰性元素，氡是镭核衰变的中间产物，而镭的多少取决于铀的含量。自然界中常见的是²²²Rn，其来源主要有：大地释放、海洋释放、植物和地下水的载带、核工业影响、煤的开采和燃烧、磷酸盐和工业、天然气和建筑物释放。由于氡在自然界的广泛存在，人员存在多种场景吸收氡及其子体的情况。氡在进入人体后会形成动态平衡，发生衰变形成钋后，就容易被呼吸系统截留，最终沉积在肺部，引发组织癌变，为了提升人们对于氡的危害的认识，目前已被国际组织规定为A类致癌物。

氡气浓度的测量通常有微分测量（瞬时测量）和积分测量（连续测量）两类，其基本原理是类似的，都是通过测量氡衰变放出α射线来推算出氡的含量，各种方式不同之处主要在于对氡的收集方式不同。

6 环境放射性监测目的及意义

环境放射性监测以大气、水质、土壤、生物、噪声和放射性为对象，目的在于准确把握目前环境现状及发展趋势，保障公众和工作人员安全。针对放射性物质及其子体，采用放射性测量仪器，通过后期电子学线路和数理统计，准确把握目前环境现状，为开展工作和制定措施提供科学依据，促进人与自然的和谐共生。