電離輻射環境監測的物理方法的研究

傅曉偉

（嘉興新鴻技術檢測有限公司 浙江嘉興 314000）

電離輻射又稱射線輻射，它可以使空氣中的分子發生電離。如電離輻射可以將水分子電離成OH—（羥基離子）和H+（氫離子），所以其電離作用會對生物機體會造成損壞，主要對生物機體中的核算、酶、蛋白質產生損傷，具體來說就是對生物機體的軟骨、皮膚、肌肉、毛發等的損傷。因此，做好環境中的電離輻射監測工作具有重大現實意義。電離輻射環境監測的物理方法主要包括了對環境樣品及環境輻射場的分析測量，其中環境輻射場的測量，是指對環境中的放射性同位素放出的X、γ、β射線的空氣吸收劑量率以及活度濃度進行測量，在對β射線進行測量時，可能產生制動輻射。環境樣品測量，是指通過測量分析不同環境中的核素，以獲取環境介質中的核素活度濃度。

1 環境外照射測量

在輻射環境中通常會存在宇宙射線、天然核素和人工核素三種輻射源，它們主要分布在各種環境介質以及食物中，并且存在狀態各異。鉀的同位素（40K）、鈾系、釷系是主要的天然核素；銫的同位素（137Cs）和鍶的同位素（90Sr）是主要的人工核素。一般使用γ射線（10KeV～3MeV）就可以對環境輻射進行直接探測，環境介質的變化也會引起射線輻射的變化。

1.1 γ射線劑量率測量

采用就地即時測量方法測量γ射線的空氣吸收劑量率，其目的是獲取有關于輻射環境的資料，以檢測出輻射源對該環境造成的污染情況。應用于環境外照射檢測的儀表必須滿足以下要求：儀器必須保持高精密度和高靈敏度，并能保持長期穩定；儀器的響應能力要適中，同時能相應多種輻射，對非待測輻射加以區別；角響應不大、能量分辨率好；環境適應能力強；自動化程度高、易于攜帶且功耗低。

目前，用于測量空氣吸收劑量率的γ射線儀器有高氣壓電離室、塑料閃爍體、計數管三種類型。計數管型儀器具有輸入脈沖信號大、溫度強、功耗低、穩定性好等優點，它通過能力補償技術改善了能量響應性，增強了儀器的靈敏度，但它對宇宙射線高能帶電粒子和γ射線計數效率相差較大，所以使用該種儀器測量γ射線劑量率的時候，要采取一定的補償措施。塑料閃爍型儀器具有易于攜帶、靈敏度較高、響應性好的優點，但在測量宇宙射線吸收劑量率時，要對儀表進行修正，且受環境溫度影響大，穩定性較差。高壓電離室型儀器具有高靈敏度、低本底、穩定性好、響應性好等優點，其優點眾多，所以是目前環境監測中的應用最為廣泛的儀器。

1.2 γ射線積累劑量測量

通過測量γ射線的積累劑量，可以讓輻射劑量數據更加完整，從而為評價環境外照射劑量提供有效的依據。通常利用熱釋光劑量計來測量環境中的γ射線累積劑量，它的主要材料氟化鋰（LiF）和硫酸鈣（CaSO4）。γ射線積累劑量測量的具體操作步驟是：首先要選擇合適的測量儀和光劑量計元件，將其清洗干凈，并檢測元件性能。其次是篩選熱釋光劑量計。在清洗元件后，按照要求進行退火，再通過137Cs照射測量出熱釋光劑量計的本底大小，計算本底平均值，選擇本底值在平均值的5%至10%范圍內的熱釋光劑量計，該操作最好進行兩次以保證測量準確，最后篩選出分散性小、本底地的熱釋光劑量計。最后，將熱釋光劑量計密封包裝好，并進行編號，注意對包裝材料厚度的控制，然后再布設測量點，將核設施最為布設中心，按照不同距離和方位呈扇形區布置測量點。

2 總放射性測量

2.1 總α測量

在環境監測中，總α測量具有成本低、時間短的優點，在放射性樣品數量較大的情況下，它可以快速進行篩選，能夠節省大量的人力物力和時間，所以該方法是一種主要的物理監測方法。根據樣品厚度的不同，可將總α測量分為薄層樣法、中間層厚度樣法和厚層樣法，要根據樣品厚度來選擇相應的測量方法，其有效厚度的確定如圖一所示。選定標準源，并測定其效率。由于核素的不同，其放出的α粒子的能量也會有所差異，而儀器探測效率、樣品厚度、粒子能量三者之間是有密切關系的，因此在實際測量中，要利用相對比較法測定總α放射性。具體說來，就是將與標準源原子序數相近、幾何形狀相似的樣品源放置在同一測量裝置中進行比較測量，最終計算出樣品的活度濃度，同時注明標準源類型。

圖一 樣品有效厚度確定

2.2 總β測量

自然界的元素中僅有少量核素會發射β粒子，如40K、14C、氚、釷、鈾、鐳等，β粒子的輻射穿透力大大強于α粒子，大約是其100倍。由于β粒子的自吸收作用很強，所以只有當被測樣品足夠薄時，才能忽視其自吸收作用。通常將樣品的這一厚度對應的重量稱為最大取樣量，最大取樣量的確定如圖二所示。首先要將樣品鋪勻，并控制好厚度，通常情況下將氯化鉀（KCL）作為總β放射性探測效率的標準物質。選用90Sr-90Y或者KCL、40K粉末作為標準源。

圖二 最大取樣量確定

3 結語

在完成各種測量后，還要進一步分析樣品核素，分析測量樣品中特定核素的含量。通常情況下樣品中都只含有較少的核素，特別是放射α、β粒子的樣品在測量前都已經過了放化分離，所以樣品幾乎不含有其他核素。但對于含有少量核素的樣品，還是需要使用α、β、γ放射性能譜儀進行檢測。

[1]趙睿,王慧.電離輻射環境監測的物理方法探討[J].城市建設理論研究（電子版）,2012,(35).

[2]宋揚.電離輻射環境監測的防護計算 [J].廣西節能,2012,(4):32-34.