辐射环境防护监测及仪器选用

　　摘要： 电离辐射监测在习惯上称放射性监测，简称辐射监测。人们对电离辐射危害忽视或感到忧虑不安的一个主要原因，是因为人体不能直接察觉电离辐射的存在，人们无法由感觉器官听到、看到、闻到、尝到或感觉到它，必须使用专用仪器进行测量与评价。
　　Abstract： Ionization radiation monitoring is traditionally referred to as radioactivity monitoring and radiation monitoring for short. One of the main reasons for people's ignorance or anxiety towards the harm of ionization radiation is that human body cannot directly detect the presence of ionization radiation. People can't hear， see， smell， taste or feel it through sense organs； specific instruments are used to measure and evaluate it.
　　关键词： 辐射监测；辐射防护；监测仪器
　　Key words： radiation monitoring；radiation protection；monitoring instrument
　　中图分类号：TL81 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）22-0076-02
　　1 辐射防护监测
　　辐射防护监测的概念——是指为估算和控制公众及工作人员所受辐射剂量而进行的测量。
　　辐射防护的目的——是保证公众和工作人员生活在安全的环境中，监测是衡量这种条件的手段。
　　在放射源的安全使用、寻找丢失的放射源、确定放射源破损污染的程度和范围以及公众和工作人员所受辐射剂量的估算方面等，辐射监测具有不可替代的作用。
　　辐射防护监测的对象是人和环境两大部分，具体监测有四个领域：个人剂量监测、工作场所监测、流出物监测和环境监测。
　　辐射防护监测的实施，包括监测方案的制定、现场采样和测量、实验室测量分析、数据处理、结果评价等。在监测方案中，应明确监测对象、监测点位、监测周期、监测仪器与方法及质量保证措施等。
　　辐射防护监测特别强调要有质量保证措施：监测人员要经过考核持证上岗，监测仪器要定期送计量部门检定，对监测的全过程要建立严格的质量控制体系。
　　根据不同的监测对象和项目选择不同的监测仪器，如测量瞬时剂量率的仪器有高气压电离室、G-M计数管和闪烁体剂量率仪；测量累积剂量的仪器有热释光剂量计；测量表面污染的有α、β表面沾污仪；中子射线用中子仪测定；用于γ核素含量分析的有NaI（Tl）γ谱仪、Ge（Li）γ谱仪或HPGe γ谱仪。
　　2 辐射探测器原理及常用辐射环境监测仪器
　　对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射，给出辐射的类型、强度（数量）、能量及时间等特性，即对辐射进行测量。
　　辐射探测器是指在射线作用下能产生次级效应的器件，而且这种次级效应能被电子仪器所检测。多数探测器是根据射线使物质的原子或分子电离或激发的原理制成的。它们可以把射线的能量转变为电流、电压信号以供电子仪器记录。
　　人们根据射线与物质相互作用后产生上述的各种效应，制成了许多不同类型探测器。放射性测量常用的探测器有三类：气体电离探测器（利用射线在气体介质中产生的电离效应）、闪烁探测器（利用射线在闪烁物质中产生的发光效应）和半导体探测器（利用射线在半导体中产生的电子和空穴）。此外，还有其它类型的探测器，如固体径迹探测器、热释光探测器等。现场常用的辐射监测仪器类型有：X-γ辐射监测仪、γ谱仪、热释光剂量测量装置和α、β表面污染监测仪等。
　　2.1 气体电离探测器 电离室、正比计数器和G-M计数管统称为气体电离探测器，这三种气体电离探测器的工作特点虽不完全相同，但都具有一个共同点：射线使探测器内的工作气体发生电离，然后收集所产生的电荷，从而达到记录射线的目的。
　　2.2 闪烁探测器 闪烁探测器由闪烁体和光电倍增管组成。闪烁探测器具有分辨时间短、对γ射线的探测效率高和能测量射线的能量等优点，是目前应用最广的核辐射探测器。
　　2.3 半导体探测器 半导体探测器是使用半导体材料的电离探测器。探测器中加有电场以便把电离产生的过剩载流子收集在电极上。在工作机制上，半导体探测器与气体探测器有不少相似之处，它们都是在外电场作用下利用载流子（在气体中是离子对，在半导体是电子一空穴对）在介质（气体或半导体）中作漂移运动而产生输出信号的，因此，可把半导体探测器看作一种固体电离室。
　　2.4 热释光探测器 热释光是绝缘体或半导体加热时从中发射的光，不能与加热到白炽化时的物质中自发发射的光相混淆。热释光是物质预先吸收了辐射能之后的热激发光。目前经典的固体能带理论认为当磷光体（晶体）受到电离辐射照射时，射线与晶体相互作用，产生电离和激发使得晶体价带中的电子获得足够的能量游离出来上升到导带，在价带中剩下空穴。
　　被电离激发的电子和空穴在亚稳态能级分别被晶格中的缺陷所俘获（激发），这些缺陷称为“陷阱”（俘获电子的缺陷）或“中心”（俘获空穴的缺陷），统称为“发光中心”。处于亚稳态能级上的电子和空穴在无外源激发的环境下可以长时间滞留在缺陷中。加热磷光体时，电子和空穴从发光中心中逸出，电子与空穴迅速复合，在复合过程中以可见光或紫外光的形式释放能量。如果在暗处加热该探测元件，探测元件上放上光电倍增管，测得的光输出就正比于探测器接受的辐射能量。 　　3 辐射监测仪器选用原则及选用举例
　　核辐射测量仪器主要由探测器和电子学电路所组成。根据不同的监测对象和项目要选用不同的监测仪器。现场常用的辐射监测仪器类型有：X-γ辐射监测仪、α、β表面污染监测仪、中子监测仪和热释光剂量计等。实验室常用的辐射监测仪器类型有：α、β放射性活度测量仪、γ谱仪、热释光剂量测量装备等。
　　在辐射检测中，如何选择监测仪器，一般考虑到以下几方面因素，如射线性质、量程范围、能量响应、环境特性、仪器性能及测量误差等等。
　　3.1 X、γ辐射监测仪
　　3.1.1 电离室类监测仪 高气压电离室是测量环境剂量率的最常用的仪表，这类仪器由一个高压电离室探测器和电子线路组成。前者为一个充高气压（一般为22个大气压的氩气）的不锈钢球壳，中间密封一个电极。电子线路主要为MOSFET静电计、二次放大电路、高低压变换器以及读出线路。这类仪表在美国用得十分普遍，它的缺点为价格比较昂贵。
　　3.1.2 闪烁剂量率仪 它是利用某些物质在射线作用下能发光的特性来探测射线的，这些物质称为闪烁体。射线在闪烁体中产生的荧光极弱，必须用光电倍增管来探测这些荧光，光电倍增管先把荧光转换成电脉冲，然后放大，其脉冲辐度正比于带电粒子或光子在晶体中沉积的能量。例如，我们常用的X-γ辐射测量仪FH-40G，其主机探测器采用正比计数管，外接探测器采用的是塑料闪烁体。
　　3.2 表面沾污监测仪器 α、β表面污染监测仪主要是测量现场的设备、地面、台面、衣服和人体皮肤表面有无放射性污染，多用闪烁探测器，也有用G-M计数管的。
　　3.3 中子监测仪 中子与物质相互作用主要是通过弹性碰撞和核反应，形成直接电离的次级粒子。探测中子取决产生这些粒子的中间过程。常借助n-p弹性散射探测快中子，利用10B（n、α）7Li反应和6Li（n、3H）4He反应探测慢中子。这两种反应都具有不产生γ射线特点。
　　内部充以3He和BF3气体正比计数管和内部涂层为6Li、7Li、10B的正比计数管，可用来测量能量低于0.5eV的慢中子，而内部充以含氢物质（如甲烷、聚乙烯）的计数管，可用于探测能量大于100keV的快中子。
　　中子辐射监测比起γ辐射的监测要复杂的多。一方面是中子辐射场大都伴有γ辐射；另一方面，中子能量范围宽，不同能量的中子与机体有不同类型的作用，产生的次级辐射也不尽相同。
　　即使吸收剂量相同，由于品质因数不同，剂量当量也不同，这就给评价测量结果带来很大困难。
　　3.4 测氡仪 测量氡主要是通过测量氡-222衰变生成的子体，氡子体是一种悬浮在空气中的固体颗粒，处于放射性气溶胶状态。对人体造成危害的主要是氡子体，它随着人的呼吸而沉积到支气管和肺部，给呼吸器官组织造成辐射损伤。对空气中氡子体浓度的测定，都是采用将大量氡子体收集起来，通过α辐射测量仪测量滤膜上的α放射性强度。氡子体测量主要由两个过程组成，一是取样过程中氡子体的积累，二是取样后测量过程中氡子体的衰变。
　　3.5 α、β放射性活度测量仪 α粒子能量在2-8MeV，其射程很短。按测量样品的厚度不同，样品分为薄层样和厚层样。常用于α、β测量的有电离室、正比计数器、闪烁探测器、半导体探测器等。正比计数器和半导体探测器具有本底低，效率高、价格较低等优点，应用较广。
　　β粒子贯穿物质的本领要比α粒子大得多，因此很难采用“饱和层样”或“薄层样”来测量样品的总β放射性，须均匀铺成10-50mg.cm-2的样品，一般以20mg.cm-2厚度为宜。厚度太大，因低能β损失过大，会增大测量误差。
　　3.6 γ谱仪 γ谱仪主要用于对放射源或样品的γ能谱测量。γ谱仪的探测器有NaI（TI）闪烁计数器和HPGe高纯锗半导体探测器。
　　3.7 累计剂量测量装置
　　3.7.1 热释光测量系统 热释光剂量计是佩带在人体上，用于测量个体受照剂量的监测仪器。
　　热释光剂量计的优点是灵敏度高、量程范围宽、重量轻、体积小、能量响应好，受环境影响小，可测X、γ、n、α和β等射线，可重复使用以及可进行多点同时监测。
　　常用的热释光材料大致可分为三类：空气等效性好而灵敏度稍差的，例如LiF、Li2B4O7和BeO等；空气等效性差而灵敏度高的，例如CaSO4和CaF2等；介于前二类之间的有MgSiO4和MgB4O7等。
　　从磷光体的存在形态可分为磷光粉、热压片，单晶切片、玻璃管封装粉末，内热元件与聚酯等粘合剂混合成形的元件、陶瓷片，带有金属衬托的沉积粘合元件，热压在耐热衬托上的薄膜元件和玻璃片等。
　　3.7.2 光致光测量系统 现今又出现了新型的光致光剂量测量系统，该种类型仪器用特定波长的光激发受过辐照的晶体，导致电荷从空穴场运动到发光中心，晶体受入射光激发后的发光量与晶体所受剂量和入射光的强度成正比，激光或发光二极管发出的光所提供能量，使得电子从空穴激发至导带和发光中心，只有很少数电子被激发，使得剂量计具有了重复分析能力。
　　参考文献：
　　[1]中华人民共和国国家标准.GB18871-2002，电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].
　　[2]潘自强.辐射防护的现状与未来.1997，9.
　　[3]辐射安全与环境保护.江苏省核与辐射安全培训教材.2005，4.
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