放射性污染及其防治

1、一、環(huán)境中放射性的來源,天然輻射源是自然界中天然存在的輻射源，來自宇宙輻射、地球和人體內(nèi)的放射性物質(zhì)。這種輻射通常稱為天然本地輻射。天然本底輻射每年對個(gè)人的平均輻射劑量當(dāng)量約為2.4 mSv（毫希）。,環(huán)境中天然輻射源主要由宇宙射線、宇生放射性核素和原生放射性核素這三部分組成： 1、宇宙射線宇宙射線主要來源于地球的外層空間。由外層空間射到地球大氣層的高能粒子稱為初級宇宙射線，主要由高能質(zhì)子組成，具有極大的動(dòng)能；這些粒子與大氣中的氧

2、、氦原子核碰撞產(chǎn)生了次級宇宙射線粒子。,一、環(huán)境中放射性的來源,環(huán)境中天然輻射源主要由宇宙射線、宇生放射性核素和原生放射性核素這三部分組成：2、宇生放射性核素宇生放射性核素是高能初級宇宙射線與大氣的原子核發(fā)生核反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的放射性核素，種類不少，但在空氣中的含量很低，對環(huán)境輻射的實(shí)際貢獻(xiàn)不大。,一、環(huán)境中放射性的來源,環(huán)境中天然輻射源主要由宇宙射線、宇生放射性核素和原生放射性核素這三部分組成：3、原生放射性核素原生放射性核素是從地

3、球形成開始，迄今為止還存在于地殼中的那些放射性核素．其中最主要的有鈾（U）、釷（Th）以及鉀（K）、碳（C）和氚（H）等。,一、環(huán)境中放射性的來源,人工輻射源是指由生產(chǎn)、研究和使用放射性物質(zhì)的單位所排放出的放射性廢物和核武器試驗(yàn)所產(chǎn)生的放射性物質(zhì)，是對環(huán)境造成放射性污染的主要來源。1、核爆炸的沉降物2、核工業(yè)過程的排放物3、醫(yī)療照射4、其他方面的污染源,一、環(huán)境中放射性的來源,放射性污染與放射性污染物,放射性污染是指由于人類活動(dòng)

4、排放出的放射性污染物造成的環(huán)境污染和人體危害。放射性污染物是指人類釋放的各種放射性核素，它和一般化學(xué)污染物的顯著區(qū)別是放射性與化學(xué)狀態(tài)無關(guān)。每一種放射性核素都有一定的半衰期，能放射具有一定能量的射線。除了在核反應(yīng)條件下，任何化學(xué)、物理或生化的處理都不能改變放射性核素的這一特性。,二、輻射量及單位,（一）放射性活度放射性活度（radioactivity）簡稱活度，指單位時(shí)間內(nèi)放射性元素衰變的次數(shù)。它的SI單位是“s-1”，SI單

5、位專名是貝可[勒爾]（Becquerel），符號為Bq。1Bq＝1次衰變/秒。暫時(shí)與SI并用的專用單位名稱是居里，符號為Ci。1Ci＝3.7×1010Bq1Bq＝1s-1≈2.703×10-11Ci。,注： SI，Système International d‘Unités， 國際單位制，來自法語,二、輻射量及單位,（一）放射性活度可用克鐳當(dāng)量來表示γ放射源的相對放射性活

6、度。1克鐳當(dāng)量表示一個(gè)γ放射源的γ射線對空氣的電離作用和1克的標(biāo)準(zhǔn)鐳源（放在壁厚為0.5毫米的鉑銥合金管內(nèi)，且與其子體達(dá)到平衡的1克鐳）相當(dāng)。單位質(zhì)量（固體）或單位體積（液體氣體）的放射性物質(zhì)的在單位時(shí)間內(nèi)放射性元素衰變的次數(shù)稱為放射性比活度（specific radioactivity），簡稱比活度。,（二）照射量照射量（exposure dose）X是dQ除以dm所得的商，其中dQ的值是在質(zhì)量為dm空氣中，由光子釋放的全部電子

7、（負(fù)電子和正電子）在空氣中完全被阻止時(shí)所產(chǎn)生的離子總電荷的絕對量，X＝dQ/dm。,二、輻射量及單位,（二）照射量單位為庫侖·千克-1（C/kg） ，目前尚無SI單位專名。暫時(shí)與SI并用的照射量的專用單位名稱是倫琴（Roentgen），符號為R，與SI單位的關(guān)系為1R＝2.58×10-4C·kg-1。,二、輻射量及單位,（二）照射量倫琴的定義是：在1Rx或γ射線照射下，在0.001293g（相當(dāng)于0℃

8、和760mm汞柱大氣壓力下1cm3干燥空氣的質(zhì)量）空氣中所產(chǎn)生的次級電子在空氣形成總電荷量為1靜電單位的正離子或負(fù)離子。照射量只對空氣而言，僅適用于x或γ射線。,二、輻射量及單位,（三）吸收劑量吸收劑量（absorbed dose）定義為dε除以dm所得的商，其中dε是致電離輻射給予質(zhì)量為dm的受照物質(zhì)的平均能量。即D＝dε/dm。吸收劑量的SI單位是焦耳·千克-1（J·kg-1），SI單位專名是戈[瑞]（g

9、ray），符號Gy。暫時(shí)與SI并用的專用單位名稱是拉德，符號為rad。1Gy＝1J·kg-1＝100rad，1rad＝10-2J·kg-1＝10-2Gy。,二、輻射量及單位,照射量X與吸收劑量D是兩個(gè)意義完全不同的輻射量。照射量只能作為x或γ射線輻射場的量度，描述電離輻射在空氣中的電離本領(lǐng)；而吸收劑量則可以用于任何類型的電離輻射，反映被照介質(zhì)吸收輻射能量的程度。但是，在兩個(gè)不同量之間，在一定條件下相互可以

10、換算。,二、輻射量及單位,（四）當(dāng)量劑量相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同樣程度的生物效應(yīng)，因?yàn)樯镄?yīng)受到輻射類型、劑量與劑量率大小、照射條件、生物種類和個(gè)體生理差異等因素的影響。為了比較不同類型輻射引起的有害效應(yīng)，在輻射防護(hù)中引進(jìn)了一些系數(shù)，當(dāng)吸收劑量乘上這些修正系數(shù)后，就可以用同一尺度來比較不同類型輻射照射所造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或產(chǎn)生機(jī)率。,二、輻射量及單位,（四）當(dāng)量劑量把乘上了適當(dāng)?shù)男拚禂?shù)后的吸收劑量稱為當(dāng)量劑量（equiv

11、alent dose），用符號H表示。當(dāng)量劑量只限于防護(hù)中應(yīng)用。當(dāng)量劑量H的SI單位是焦耳·千克-1（J·kg-1），SI單位專名是希沃特（Sievert）符號為Sv。暫時(shí)與SI并用的專用單位名稱是雷姆，符號為rem。1Sv＝1J/kg＝100rem。1rem＝10-2J/kg。,二、輻射量及單位,輻射量單位對照表,三、放射性對人類的危害,放射性實(shí)際是一種能量形式。對人體有兩類損傷作用。一是直接損傷，即輻射直接

12、將肌體物質(zhì)的原子或分子電離，從而破壞肌體內(nèi)某些大分子結(jié)構(gòu)，如蛋白質(zhì)分子、脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)分子等；二是間接損傷，即射線先將體內(nèi)的水分子電離，使之生成具有很強(qiáng)活性的自由基，并通過它們的作用影響肌體的組成。由此可見，放射性不僅可干擾、破壞肌體細(xì)胞和組織的正常代謝活動(dòng)，而且能直接破壞它們的結(jié)構(gòu)，從而對人體造成危害。,三、放射性對人類的危害,放射性物質(zhì)對人產(chǎn)生輻照傷害通常有3種方式：(一)浸沒照射 人體浸沒在放射

13、性污染的空氣中，全身和皮膚會(huì)受到外照射。(二)吸入照射 吸入放射性物質(zhì)，使全身或甲狀腺、肺等器官受到內(nèi)照射。(三)沉降照射 沉積在地面的放射性物質(zhì)對人體產(chǎn)生的照射。,放射性物質(zhì)主要是通過食物鏈經(jīng)消化道進(jìn)入人體，其次是經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體；通過皮膚吸收的可能性很小。放射性核素進(jìn)入人體后，其放射線對機(jī)體產(chǎn)生持續(xù)照射，直到放射性核素蛻變成穩(wěn)定性核素或全部排出體外為止。就多數(shù)放射性核素而言，它們在人體內(nèi)的分布是不均勻的。放射性核素沉積較

14、多的器官，受到內(nèi)照射量較其他組織器官大。放射性污染物所造成的危害，在有些情況下并不立即顯示出來，而是經(jīng)過一段潛伏期后才顯現(xiàn)出來。,三、放射性對人類的危害,放射性對人體的危害程度主要取決于所受輻射劑量的大小。一次或短期內(nèi)受到大劑量照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放射損傷的急性效應(yīng)，使人出現(xiàn)惡心、嘔吐、脫發(fā)、食欲減退、腹瀉、喉炎、體溫升高、睡眠障礙等神經(jīng)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)的癥狀，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成死亡。例如在數(shù)千拉德（rad）高劑量照射下，可以在幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi)

15、將人致死；受到600rad以上的照射時(shí)，在兩周內(nèi)的死亡率可達(dá)100％；受照射量在300～500rad左右時(shí)，在四周內(nèi)死亡率為50％。,三、放射性對人類的危害,在急性放射病恢復(fù)以后，經(jīng)一段時(shí)間或在低劑量照射后的數(shù)月、數(shù)年、甚至數(shù)代后還會(huì)產(chǎn)生輻射損傷的遠(yuǎn)期效應(yīng)，如致癌、白血病、白內(nèi)障、壽命縮短、影響生長發(fā)育等，甚至對遺傳基因產(chǎn)生影響，使后代身上出現(xiàn)某種程度的遺傳性疾病。如1945年原子彈在日本廣島、長崎爆炸后，當(dāng)時(shí)居民長期受到輻射遠(yuǎn)期效應(yīng)

16、的影響，腫瘤、白血病的發(fā)病率明顯增高。1986年的切而諾貝利核爆炸，到2006年為止，俄羅斯、烏克蘭和白俄羅斯三個(gè)國家由于輻射而死亡20萬人。其中最常見的是甲狀腺疾病、造血功能障礙、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及惡性腫瘤等。,三、放射性對人類的危害,四、放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),目前我國一般采用“最大容許劑量當(dāng)量”，用不允許接受的劑量范圍的下限來限制從事放射性工作人員的照射劑量。其含義是：當(dāng)放射性工作人員接受這樣的劑量照射時(shí)，肌體受到的損傷被認(rèn)為是可以

17、容許的，即在他的一生中及其后代身上，都不會(huì)發(fā)生明顯的危害，即或有某些效應(yīng)，其發(fā)生率極其微小，只能用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法才能察覺。對鄰近居民的限制劑量當(dāng)量為職業(yè)照射的1/10。我國1988年發(fā)布的《輻射防護(hù)規(guī)定(GB 8703-88)》中規(guī)定了劑量當(dāng)量。,四、放射性輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),五、放射性輻射防護(hù)方法,1、時(shí)間防護(hù)人體受照的時(shí)間越長，則接受的照射量也越多。因此要求工作人員操作準(zhǔn)確敏捷以減少受照時(shí)間；或增配人員輪流操作以減少每個(gè)工作人員的受照時(shí)

18、間。2、距離防護(hù)人距輻射源越近，則受照量越大。因此盡可能遠(yuǎn)距離操作以減少受照量。,五、放射性輻射防護(hù)方法,3、屏蔽防護(hù)在輻射源與人之間放置一種合適的屏蔽材料，利用屏蔽材料對射線的吸收降低外照射劑量。①α射線的防護(hù)：α射線射程短，穿透力弱，在空氣中易被吸收，用幾張紙或薄的鋁膜即可將其屏蔽。但其電離能力強(qiáng)，進(jìn)入人體后會(huì)因內(nèi)照射造成較大的傷害。②β射線的防護(hù)：β射線是帶負(fù)電的電子流，穿透物質(zhì)的能力較強(qiáng)，因此對屏蔽β射線的材料可采用有

19、機(jī)玻璃、烯基塑料、普通玻璃和鋁板等。③γ射線的防護(hù)：γ射線是波長很短的電磁波，穿透能力很強(qiáng)，危害也最大。常用具有足夠厚度的鋁、鐵、鋼、混凝土等屏蔽材料來屏蔽γ射線。另外，為防止人們受到不必要的照射，在有放射性物質(zhì)和射線的地方應(yīng)設(shè)置明顯的危險(xiǎn)標(biāo)記。,六、放射性廢物的處理處置,1、處理處置技術(shù)的特點(diǎn)①放射性廢物所含的放射性核素不能用化學(xué)或生化方法來消除，只能依靠放射性核素自身的衰變來消除；②處理操作需要在嚴(yán)密的防護(hù)和屏蔽條件下進(jìn)行，

20、所用設(shè)備的材質(zhì)應(yīng)為耐腐蝕、耐輻射的合金材質(zhì)；③對大多數(shù)放射性廢物應(yīng)作深度處理，盡量復(fù)用，減少排放；在處理過程中所產(chǎn)生的二次廢物應(yīng)納入后續(xù)處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理或處置。,六、放射性廢物的處理處置,2、放射性廢氣的處理根據(jù)放射性物質(zhì)在廢氣中存在形態(tài)的不同采用不同的處理方法。對揮發(fā)性放射性廢氣用吸附法和擴(kuò)散稀釋法處理。放射性碘可用活性炭吸附達(dá)到凈化目的。濃度較低的放射性廢氣可由高煙囪稀釋排放。,六、放射性廢物的處理處置,2、放射性廢氣的

21、處理根據(jù)放射性物質(zhì)在廢氣中存在形態(tài)的不同采用不同的處理方法。以氣溶膠形式存在的放射性廢氣可通過除塵技術(shù)達(dá)到凈化。先經(jīng)過機(jī)械除塵器、濕式洗滌除塵器進(jìn)行預(yù)處理，除去氣溶膠中粒徑較大的固態(tài)或液態(tài)顆粒；然后中效過濾，除去大部分中等粒徑的顆粒；最后是高效過濾，幾乎可以全部濾去粒徑大于0.3μm的微粒，使氣溶膠廢氣得到完全凈化。但中效和高效過濾器使用過的濾料應(yīng)作為放射性固體廢物加以處理。,3、放射性廢液的處理處置基本方法是稀釋排放、濃縮貯

22、存和回收利用。對不同濃度放射性廢液的處理方法不同。①低放廢液(放射性強(qiáng)度<10-3/μCi/mL)對清潔的低放廢液可直接采用離子交換、蒸發(fā)和膜分離法處理，處理后清水可回用，濃縮液送至中放廢液處理系統(tǒng)再處理?；鞚嵝苑派鋸U液可用化學(xué)混凝沉淀——過濾——離子交換處理工藝。沉渣、廢過濾料和廢交換樹脂作為放射性廢物進(jìn)一步處置。上述處理過程除對設(shè)備的材質(zhì)要求較高外，與常規(guī)的廢水處理相同。,六、放射性廢物的處理處置,3、放射性廢液的處理

23、處置②中放廢液(放射性強(qiáng)度為10-2～103μCi/mL)中放廢液的處理手段是蒸發(fā)濃縮，減少體積，使之達(dá)到高放廢液的水平，然后進(jìn)一步處置。蒸發(fā)過程所產(chǎn)生的二次廢物可按低放廢物的處理方法進(jìn)一步處理。③高放廢液(放射性強(qiáng)度>103μCi/mL)多數(shù)國家采用固化技術(shù)進(jìn)行最終安全處置。常用的方法有水泥固化、水玻璃固化、瀝青固化、人工合成樹脂固化等。固化處理后的固化體最終還需送入統(tǒng)一管理的安全貯存庫處置。,六、放射性廢物的處理處置,

24、六、放射性廢物的處理處置,4、放射性固體廢物的處理處置放射性固體廢物指鈾礦石提取鈾后的廢礦渣，被放射性物質(zhì)沾污而不能用的各種器物和廢液處理過程中的殘?jiān)?、濾渣的固化體。對鈾礦渣一般采用土地堆放或回填礦井的方法，這不能根本解決污染問題，但目前還沒有更有效的方法。對可燃性放射性固體廢物最好用焚燒法，焚燒產(chǎn)生的廢氣和氣溶膠物質(zhì)需嚴(yán)加控制，灰燼要收集并摻入固化物中。不可燃性放射性固體廢物主要指受污染的設(shè)備、部件等，應(yīng)先行拆卸和破碎，再鍛燒

25、熔融，減少其體積，以利于最終包封貯存；或采用去污法，如溶劑洗滌、機(jī)械刮削、噴鍍、熔化等手段，將污染降低到可接受的水平。,5、最終處置放射性廢物的最終處置是為了確保廢物中的有害物質(zhì)對人類環(huán)境不產(chǎn)生危害?；痉椒ㄊ锹袢肽芘c生物圈有效隔離的最終貯存庫中。放射性廢物的最終貯存庫的選址及地質(zhì)條件應(yīng)比有毒有害廢物處置地的選擇更加嚴(yán)格，并遠(yuǎn)離人類活動(dòng)區(qū)，如選擇在沙漠或谷地中。最終貯存的廢物應(yīng)封裝于不銹鋼容器內(nèi)，再放到貯存庫中。,六、放射性廢物的處

26、理處置,5、最終處置貯存庫應(yīng)設(shè)立三道屏障：內(nèi)層采用不銹鋼覆面的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；中間的工程屏障為一整套地下水抽提系統(tǒng)，以維持庫外區(qū)域有較低的地下水位，有時(shí)為了加固深層地質(zhì)，還要設(shè)置混凝土墻或金屬板結(jié)構(gòu)；外層為天然屏障，主要指地質(zhì)介質(zhì)。地質(zhì)介質(zhì)有多種，如鹽礦層中的鹽具有塑性變形和再結(jié)晶性質(zhì)，導(dǎo)熱性好，熱容量高，機(jī)械性能好，且礦床常位于低地震區(qū)，床層內(nèi)無循環(huán)地下水，有不透水層與地下水隔絕，是理想的貯存庫，能保證有可靠的安全性。,六、放

27、射性廢物的處理處置,核電站及安全,核電站（nuclear power plant）是利用核裂變(Nuclear Fission)或核聚變(Nuclear Fusion)反應(yīng)所釋放的的能量產(chǎn)生電能的發(fā)電廠。目前商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核電站都是利用核裂變反應(yīng)而發(fā)電。使用的燃料一般是放射性重金屬：鈾、钚。核電站一般由利用原子核裂變生產(chǎn)蒸汽的核島（包括反應(yīng)堆裝置和一回路系統(tǒng)）和利用蒸汽發(fā)電的常規(guī)島（包括汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)）和電廠配套設(shè)施三大部分組成。,核

28、電站,發(fā)電原理,核電站以核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生熱量，使核能轉(zhuǎn)變成熱能來加熱水產(chǎn)生蒸汽。利用蒸汽通過管路進(jìn)入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，使機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。一般說來，核電站的汽輪發(fā)電機(jī)及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。,安全系統(tǒng),①隔離系統(tǒng)，用來將反應(yīng)堆廠房隔離開來，主要有自動(dòng)關(guān)閉穿過廠房的各條運(yùn)行管道的閥門收集廠房內(nèi)泄漏物質(zhì)將其過濾后再排出廠外。②注水系統(tǒng)，在

29、反應(yīng)堆可能“失水”時(shí)，向堆芯注水，以冷卻燃料組件避免包殼破裂。注入水中含有硼，用以制止核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。注水系統(tǒng)使用壓力氮?dú)?，在無電流和無人操作情況下在一定壓力下可自動(dòng)注水。,安全系統(tǒng),③事故冷卻器和噴淋系統(tǒng)，用來冷卻廠房以降低廠房的壓力。在廠房壓力上升時(shí)先啟動(dòng)空氣冷卻（風(fēng)機(jī)— 換熱器）的事故冷卻器;再進(jìn)一步可以啟動(dòng)廠房噴淋系統(tǒng)將冷水或含翻水噴入廠房，以降熱和降壓。,安全系統(tǒng),以上所有安全保護(hù)系統(tǒng)均采用獨(dú)立設(shè)備和冗余布置，均備有事故電源，安全

30、系統(tǒng)可以抗地震和在蒸汽—空氣及放射性物質(zhì)的惡劣環(huán)境中運(yùn)行。萬一發(fā)生了核外泄事故， 應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急計(jì)劃。應(yīng)急計(jì)劃的內(nèi)容主要包括：疏散人員，封閉核污染區(qū)（核反應(yīng)堆及核電站），清除核污染，以保證人身安全和環(huán)境清潔。,發(fā)展過程,第一代核電站20世紀(jì)50年至60年代初，蘇聯(lián)、美國等建造了第一批單機(jī)容量在300MWe左右的核電站，第一代核電廠屬于原型堆核電廠，主要目的是為了通過試驗(yàn)示范形式來驗(yàn)證其核電在工程實(shí)施上的可行性。,第二代核電站20世紀(jì)