电离辐射环境监测的物理方法的研究

时间：2024-07-28

傅晓伟

（嘉兴新鸿技术检测有限公司浙江嘉兴 314000）

电离辐射又称射线辐射，它可以使空气中的分子发生电离。如电离辐射可以将水分子电离成OH—（羟基离子）和H+（氢离子），所以其电离作用会对生物机体会造成损坏，主要对生物机体中的核算、酶、蛋白质产生损伤，具体来说就是对生物机体的软骨、皮肤、肌肉、毛发等的损伤。因此，做好环境中的电离辐射监测工作具有重大现实意义。电离辐射环境监测的物理方法主要包括了对环境样品及环境辐射场的分析测量，其中环境辐射场的测量，是指对环境中的放射性同位素放出的X、γ、β射线的空气吸收剂量率以及活度浓度进行测量，在对β射线进行测量时，可能产生制动辐射。环境样品测量，是指通过测量分析不同环境中的核素，以获取环境介质中的核素活度浓度。

1 环境外照射测量

在辐射环境中通常会存在宇宙射线、天然核素和人工核素三种辐射源，它们主要分布在各种环境介质以及食物中，并且存在状态各异。钾的同位素（40K）、铀系、钍系是主要的天然核素；铯的同位素（137Cs）和锶的同位素（90Sr）是主要的人工核素。一般使用γ射线（10KeV～3MeV）就可以对环境辐射进行直接探测，环境介质的变化也会引起射线辐射的变化。

1.1 γ射线剂量率测量

采用就地即时测量方法测量γ射线的空气吸收剂量率，其目的是获取有关于辐射环境的资料，以检测出辐射源对该环境造成的污染情况。应用于环境外照射检测的仪表必须满足以下要求：仪器必须保持高精密度和高灵敏度，并能保持长期稳定；仪器的响应能力要适中，同时能相应多种辐射，对非待测辐射加以区别；角响应不大、能量分辨率好；环境适应能力强；自动化程度高、易于携带且功耗低。

目前，用于测量空气吸收剂量率的γ射线仪器有高气压电离室、塑料闪烁体、计数管三种类型。计数管型仪器具有输入脉冲信号大、温度强、功耗低、稳定性好等优点，它通过能力补偿技术改善了能量响应性，增强了仪器的灵敏度，但它对宇宙射线高能带电粒子和γ射线计数效率相差较大，所以使用该种仪器测量γ射线剂量率的时候，要采取一定的补偿措施。塑料闪烁型仪器具有易于携带、灵敏度较高、响应性好的优点，但在测量宇宙射线吸收剂量率时，要对仪表进行修正，且受环境温度影响大，稳定性较差。高压电离室型仪器具有高灵敏度、低本底、稳定性好、响应性好等优点，其优点众多，所以是目前环境监测中的应用最为广泛的仪器。

1.2 γ射线积累剂量测量

通过测量γ射线的积累剂量，可以让辐射剂量数据更加完整，从而为评价环境外照射剂量提供有效的依据。通常利用热释光剂量计来测量环境中的γ射线累积剂量，它的主要材料氟化锂（LiF）和硫酸钙（CaSO4）。γ射线积累剂量测量的具体操作步骤是：首先要选择合适的测量仪和光剂量计元件，将其清洗干净，并检测元件性能。其次是筛选热释光剂量计。在清洗元件后，按照要求进行退火，再通过137Cs照射测量出热释光剂量计的本底大小，计算本底平均值，选择本底值在平均值的5%至10%范围内的热释光剂量计，该操作最好进行两次以保证测量准确，最后筛选出分散性小、本底地的热释光剂量计。最后，将热释光剂量计密封包装好，并进行编号，注意对包装材料厚度的控制，然后再布设测量点，将核设施最为布设中心，按照不同距离和方位呈扇形区布置测量点。

2 总放射性测量

2.1 总α测量

在环境监测中，总α测量具有成本低、时间短的优点，在放射性样品数量较大的情况下，它可以快速进行筛选，能够节省大量的人力物力和时间，所以该方法是一种主要的物理监测方法。根据样品厚度的不同，可将总α测量分为薄层样法、中间层厚度样法和厚层样法，要根据样品厚度来选择相应的测量方法，其有效厚度的确定如图一所示。选定标准源，并测定其效率。由于核素的不同，其放出的α粒子的能量也会有所差异，而仪器探测效率、样品厚度、粒子能量三者之间是有密切关系的，因此在实际测量中，要利用相对比较法测定总α放射性。具体说来，就是将与标准源原子序数相近、几何形状相似的样品源放置在同一测量装置中进行比较测量，最终计算出样品的活度浓度，同时注明标准源类型。

图一样品有效厚度确定

2.2 总β测量

自然界的元素中仅有少量核素会发射β粒子，如40K、14C、氚、钍、铀、镭等，β粒子的辐射穿透力大大强于α粒子，大约是其100倍。由于β粒子的自吸收作用很强，所以只有当被测样品足够薄时，才能忽视其自吸收作用。通常将样品的这一厚度对应的重量称为最大取样量，最大取样量的确定如图二所示。首先要将样品铺匀，并控制好厚度，通常情况下将氯化钾（KCL）作为总β放射性探测效率的标准物质。选用90Sr-90Y或者KCL、40K粉末作为标准源。

图二最大取样量确定