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第八章 环境放射性监测 环境放射性监测是环境保护工作中的一项重要任务，尤其在当今世界， 原子能工业迅速发展，核武器爆炸、核事故屡有发生，放射性物质在医学、 国防、航天、科研、民用等领域的应用不断扩大，有可能使环境中的放射性 水平高于天然本底值，甚至超过规定标准，构成放射性污染，危害人体和生 物，为此，有必要对环境中的放射性物质进行经常性的检测和监督。 第一节 基础知识 一、放射性 （一）放射性核衰变 原子是由原子核和围绕原子核按一定能级运行的电子所组成。原子核由 质子和中子组成，它们又称为核子。有些原子核是不稳定的，能自发地改变 核结构，这种现象称核衰变。在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带 电或不带电的粒子，即α、β和γ射线，这种现象称为放射性。例如，核素 226Ra 和60Co 的衰变可用图8－1 表示。图中数字分别标明了核衰变过程的半 衰期（T1/2）、分枝衰变的强度百分数和以百万电子伏特（MeV）为单位的发 射粒子能量。 天然不稳定核素能自发放出射线的特性称为“天然放射性”；通过核反 应由人工制造出来的核素的放射性称为“人工放射性”。 决定放射性核素性质的基本要素是放射性衰变类型、放射性活度和半衰 期。 （二）放射性衰变的类型 1.α衰变 α衰变是不稳定重核（一般原子序大于82）自发放出4He 核（α粒子） 的过程。如226Ra 的α衰变可写成： 226Ra→222Rn+4He。 不同核素所放出的α粒子的动能不等，一般在2—8MeV 范围内。222Rn、218Po、 210Po 等核素在衰变时放出单能α射线；231Pa、226Ra、212Bi 等核素在衰变时 放出几种能量不同的α射线和能量较低的γ射线。图8－1 所示的226Ra 衰变 有两种方式（分枝衰变），第一种方式是226Ra 放射出4.777MeV 的α粒子后 变成基态的222Rn，这种方式的几率占94.3％；另一种方式是226Ra 放射出 4.589MeV 的α粒子后变成激发态的222Rn，然后很快地跃迁至基态222Rn 并放 射出0.188MeV 的γ射线，这种衰变方式的几率占5.7％。 α粒子的质量大，速度小，照射物质时易使其原子、分子发生电离或激 发，但穿透能力小，只能穿过皮肤的角质层。 2.β衰变 β衰变是放射性核素放射β粒子（即快速电子）的过程，它是原子核内 质子和中子发生互变的结果。β衰变可分为负β衰变、正β衰变和电子俘获 三种类型。 （1）β-衰变：β-衰变是核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子 和中微子的过程。β -粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。许多β衰变的 放射性核素只发射β粒子，不伴随其他的射线，如、、等，但 更多β衰变的核素常常伴有γ射线，如衰变时，除放射出β粒子外，还 6 14 15 32 38 90 60 C P Cs Co 放射两种γ射线。 β射线的电子速度比α射线高10 倍以上，其穿透能力较强，在空气中能 穿透几米至几十米才被吸收；与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤。 （2）β+衰变：核素中质子转变为中子并发射正电子和中微子的过程。 （3）电子俘获：不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变 成中子并放出一个中微子的过程。因靠近原子核的K 层电子被俘获的几率远 大于其他壳层电子，故这种衰变又称为K 电子俘获。例如： 26 55 25 55 Fe Mn K俘获. . .. 当K 壳层电子被俘获后，该壳层产生空位，则更高能级的电子可来填充空位， 同时放射特征x 射线。 3.γ衰变 γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐 射。这种跃迁对原子核的原子序和原子质量数都没影响，所以称为同质异能 跃迁。某些不稳定的核素经过α或β衰变后仍处于高能状态，很快（约10-13 秒）再发射出γ射线而达稳定态。 γ射线是一种波长很短的电磁波（约为0.007—0.1nm），故穿透能力极 强，它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等。 （三）放射性活度和半衰期 1.放射性活度（强度） 放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。可表示为： A dN dt N = - = l 式中：A——放射性活度（s-1）。活度单位的专门名称为贝可，用符号Bq 表 示。1Bq=1s-1。 N——某时刻的核素数； t——时间（s）； λ——衰变常数，表示放射性核素在单位时间内的衰变几率。 2.半衰期 当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期 （T1/2）。衰变常数（λ）与半衰期有下列关系： T1 2 0 693 / . = l 半衰期是放射性核素的基本特性之一，不同核素不同。如的T Po T 1/ 2 84 212