物理性污染控制放射性污染及其控制.ppt

1、放射性污染及其控制,目 錄,第一節(jié) 概 述,第二節(jié) 輻射劑量學(xué)基礎(chǔ),第三節(jié) 放射性廢物與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),第四節(jié) 放射性廢物處理技術(shù),一、環(huán)境中的放射源,二、輻射的生物效應(yīng)及其危害,第一節(jié) 概 述,放射源,天然輻射源 （天然本底輻射）,人工輻射源,宇宙輻射,地球內(nèi)放射性物質(zhì),人體內(nèi)放射性物質(zhì),核試驗(yàn)放射性污染 核能、放射性同位素生產(chǎn) 核材料貯存、運(yùn)輸 放射性固體廢物處理與處置 核設(shè)施退役,一、環(huán)境中的放射源,天然本底輻射2.4毫希,核輻射,核輻射，或通常稱之為放射性，存在于所有的物質(zhì)之中，這是億萬年來存在的客觀事實(shí)。 核輻射的能量較高，能夠可以把原子電離。所以也稱為電離輻射。 一般而言，電離是指電子被

2、電離輻射從電子殼層中擊出，使原子帶正電。由于細(xì)胞由原子組成，電離作用可以引致癌癥。一個(gè)細(xì)胞大約由數(shù)萬億個(gè)原子組成。電離輻射引致癌癥的幾率取決于輻射劑量率及接受輻射生物之感應(yīng)性。、輻射及中子輻射均可以加速至足夠高能量電離原子。,天然放射性,1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾（Beequerel）發(fā)現(xiàn)鈾（U）的化合物能使附近包在黑紙里的照相底片感光，從而推斷出鈾可以不斷的自動放射出某種看不見的、穿透力相當(dāng)強(qiáng)的射線。 1897年，盧瑟福（E. Rutherford）和約瑟夫湯姆孫（J. J. Thomson）通過在磁場中研究鈾的放射線偏轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)鈾的放射線有帶正電，帶負(fù)電和不帶電三種，分別被稱為射線，射

3、線和射線，后來經(jīng)過物理學(xué)家的共同努力，發(fā)展了這一研究結(jié)果?，F(xiàn)在知道原子序數(shù)在84以上的所有元素都有天然放射性，小于此數(shù)的某些元素如碳、鉀等也有這種性質(zhì)。 衰變模式：常見衰變模式有衰變、衰變、衰變,衰變,衰變是原子核自發(fā)放射粒子的核衰變過程。粒子是電荷數(shù)為2、質(zhì)量數(shù)為4的氦核He。1896年A.-H.貝可勒爾發(fā)現(xiàn)放射性后，人們花了很大力量研究衰變。E.盧瑟福和他的學(xué)生經(jīng)過整整10年的努力，終于在1908年直接證明了粒子就是氦原子核 He。衰變中放出的能量稱為衰變能。衰變能可以通過衰變前后的原子核的靜止質(zhì)量之差計(jì)算而得到。,衰變,衰變中，核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子，同時(shí)釋放一個(gè)電子。新核的質(zhì)量數(shù)不變

4、，電荷數(shù)增加1，新核在元素周期表中的位置要向后移一位。,衰變,伽瑪衰變衰變是放射性元素衰變的一種形式。反應(yīng)時(shí)放出伽瑪射線是電磁波的一種，不是粒子。 通常在發(fā)生衰變或衰變時(shí)，所生成的核仍處于不穩(wěn)定的較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)），在轉(zhuǎn)化到處于穩(wěn)定的最低能態(tài)（基態(tài)）的過程中，也會產(chǎn)生這種衰變而放出射線。,人工放射性,1933年，約里奧-居里夫婦在第七屆索爾威會議上報(bào)告，某些物質(zhì)在粒子轟擊下發(fā)射出正電子連續(xù)譜。他們一直堅(jiān)持研究這個(gè)現(xiàn)象，于1934年1月19日作了結(jié)論，并向自然雜志寫了一則通信。這封信證明了就是居里夫婦通過實(shí)驗(yàn)證明了人工放射線的存在。 人工放射性核素主要是通過裂變反應(yīng)堆和粒子加速器制備。,二、輻射

5、的生物效應(yīng)及其危害,（一）,輻射的生物效應(yīng),（二）,輻射對人體的危害,輻射與人體相互作用會 導(dǎo)致某些特有生物效應(yīng) 其性質(zhì)和程度主要取決 于人體組織吸收的輻射 能量， 演變過程如圖5-1所示。,1.輻射對細(xì)胞的作用,影響 因素,物理因素,生物因素,輻射類型、輻射能量、吸收劑 量、劑量率、照射方式、受照 姿勢及其在輻射場內(nèi)的取向等。,表5-1 生物死亡50的吸收劑量值,種系的演化程度、機(jī)體結(jié)構(gòu)、 個(gè)體不同發(fā)育階段、不同細(xì) 胞、組織或器官對輻射敏感 性各異,生物 效應(yīng),軀體效應(yīng),遺傳效應(yīng),2.輻射的生物效應(yīng),輻照對受照者本身的有害效應(yīng)； 是由于人體普通細(xì)胞受損引起的； 只影響到受照者個(gè)人本身。,輻射

6、引起人體細(xì)胞內(nèi)的基因突變； 是生殖細(xì)胞受損傷引起的有害效應(yīng)； 影響到受照者后代的身體缺陷。,（二）,輻射對人體的危害,1.急性放射病,由大劑量急性照射引起，多為意外核事故、 核戰(zhàn)爭造成。,全身性輻射損傷 局部性輻射損傷,按射線的作用范圍，短期大劑量外照射引起 的輻射損傷可分成,2.遠(yuǎn)期影響,慢性放射病是由于多次照射、長期累積的結(jié)果。危害取決于受輻射時(shí)間和輻射量。主要是慢性放射病和長期小劑量照射對人體 健康的影響，多屬于隨機(jī)效應(yīng)。,表5-2 來自天然和人工輻射源輻射的集體劑量,第二節(jié) 輻射劑量學(xué)基礎(chǔ),放射性活度,一、輻射劑量學(xué)的基本量和單位,照射量,吸收劑量,劑量當(dāng)量,有效劑量當(dāng)量,放射性活度,

7、定義：單位時(shí)間內(nèi)放射性原子核所發(fā)生的核 轉(zhuǎn)變數(shù)，符號A。 單位： SI單位：Bq(貝可)，1Bq表示每秒鐘發(fā)生 一次核衰變； 曾用單位：Ci(居里)； 1Ci=3.71010Bq。,照射量,1.照射量X 定義：表示或X射線在空氣中產(chǎn)生電離能力 大小的輻射量。 定義式： （5-1） 單位： SI單位：C/kg ；曾用單位：R (倫琴) ； 1 R2.58l010 C/kg 。,射線在質(zhì)量為dm的空氣中釋放出來的全部電子(正電子和負(fù)電子)被空氣完全阻止時(shí)，在空氣中產(chǎn)生的一種符號離子的總電荷的絕對值，C,受照空氣的質(zhì)量，kg,照射量只用于量度或X射線在空氣介質(zhì)中產(chǎn)生的照射效能。,吸收劑量,1.吸收劑

8、量D 定義：單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收的平均輻 射能量。 定義式： （5-3） 單位： SI單位:Gy（戈瑞）；曾用單位:rad(拉德) ； 1rad=0.01Gy 。,電離輻射授予質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量，J；,質(zhì)量，kg,定義：組織內(nèi)某一點(diǎn)的劑量當(dāng)量 H = DQN單位：Sv（希沃特）,劑量當(dāng)量,生物效應(yīng)受輻射類型與能量、劑量與劑量率大小、照射條件及個(gè)體差異等因素的影響，故相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同等程度的生物效應(yīng)。 為了用同一尺度表示不同類型和能量的輻射照射對人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生概率的大小，輻射防護(hù)上采用劑量當(dāng)量這一輻射量。,在該點(diǎn)所接受的吸收劑量，Gy,國際放射防護(hù)委員會規(guī)

9、定的其他修正系數(shù)，目前規(guī)定N1,品質(zhì)因數(shù)，用以計(jì)量劑量的微觀分布對危害的影響,有效劑量當(dāng)量,受照器官和組織的總危險(xiǎn)度按有效劑量當(dāng) 量計(jì)算 HE=WTHT （5-6） 式中：HE有效劑量當(dāng)量，Sv； HT器官或組織T所接受的劑量當(dāng)量，Sv； WT該器官的相對危險(xiǎn)度系數(shù)。,性腺：0.25 肺部：0.12甲狀腺：0.03,第三節(jié) 放射性廢物與防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),放射性污染基本概念,放射性污染:人類活動排放出的放射性物質(zhì)，使環(huán)境的放射性水平高于天然本底或超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)所造成的污染。 大氣 水 土壤,原子能工業(yè)排放的廢物 原子能工業(yè)中核燃料的提煉、精制和核燃料元件的制造，都會有放射性廢棄物產(chǎn)生和廢水、廢氣的排

10、放。由于原子能工業(yè)都采取了相應(yīng)的安全防護(hù)措施，“三廢”排放也受到嚴(yán)格控制，所以污染并不嚴(yán)重。但是，當(dāng)原子能工廠發(fā)生意外事故，其污染是相當(dāng)嚴(yán)重的。,醫(yī)療放射性 醫(yī)療檢查和診斷過程中，患者身體都要受到一定劑量的放射性照射，例如，進(jìn)行一次胃部透視，約接受0.015-0.03SV的劑量。,核武器試驗(yàn)的沉降物 在進(jìn)行大氣層、地面或地下核試驗(yàn)時(shí)，排入大氣中的放射性物質(zhì)與大氣中的飄塵相結(jié)合，由于重力作用或雨雪的沖刷而沉降于地球表面，這些物質(zhì)稱為放射性沉降物或放射性粉塵。,科研放射性 科研工作中廣泛地應(yīng)用放射性物質(zhì)，除了原子能利用的研究單位外，金屬冶煉、自動控制、生物工程、計(jì)量等研究部門、幾乎都有涉及放射性方

11、面的課題和試驗(yàn)。在這些研究工作中都有可能造成放射性污染。,放射性主要來源,時(shí)間防護(hù)。人體受照時(shí)間越長 ,人體接受的照射量越大 ,這就要求操作準(zhǔn)確、 敏捷 ,以減少受照射時(shí)間 ,達(dá)到防護(hù)目的;也可以增配工作人員輪換操作 ,以減少每人的受照時(shí)間。,距離防護(hù)。人距離輻射源越近 ,受照量越大。因此應(yīng)在遠(yuǎn)距離操作 ,以減輕輻射對人體的影響。,屏蔽防護(hù)。在放射源與人體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。針對射線、 射線和射線的防護(hù) ,分別為: 射線的防護(hù)。 射線的防護(hù)。 射線的防護(hù)。,污染防護(hù),放射性廢物來源和特點(diǎn),來源,核設(shè)施產(chǎn)生的放射性廢物,伴生礦產(chǎn)生的放射性廢物,核

12、技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生的放射性廢物,核設(shè)施產(chǎn)生的放射性廢物（圖5-2）,圖5-2 核設(shè)施產(chǎn)生的放射性廢物,核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生放射性廢物（圖5-4）,圖5-4 核技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生放射性廢物,放射性廢物的來源和特點(diǎn),特點(diǎn),（1）長期危害性,（2）處理難度大,（3）處理技術(shù)復(fù)雜,放射性固體廢物處理技術(shù),放射性 固體廢物,濕固體,干固體,蒸發(fā)殘?jiān)?、沉淀泥漿、廢樹脂等,焚燒爐灰、污染用品、工具、設(shè)備、 廢過濾器芯、活性炭等,（一）,固化技術(shù),（二）,減容技術(shù),一、放射性固體廢物處理技術(shù),（一）,固化技術(shù),固化對象：彌散性物質(zhì),放射性廢液處理產(chǎn)生的泥漿、蒸發(fā)殘?jiān)蛷U樹脂等濕固體； 焚燒爐灰等干固體,固化：在放射性廢物中添加

13、固化劑，使 其轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰紫颦h(huán)境擴(kuò)散的固體的過程。,1.固化的一般要求,使廢物轉(zhuǎn)變成適宜最終處置的穩(wěn)定固化體； 固化材料及工藝的選擇應(yīng)保證固化體的質(zhì)量； 應(yīng)能滿足長期安全處置的要求和進(jìn)行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的需要； 對廢物的包容量大，工藝過程及設(shè)備簡單、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)。,2.常用固化方法,（1）水泥固化,（2）瀝青固化,（3）塑料固化,（4）玻璃固化,（1）水泥固化,原理,基于水泥的水合和水硬膠凝作用。,適用,中、低放廢水濃縮物的固化。,（2）瀝青固化,原理,放射性廢液與瀝青皂化反應(yīng)。,適用,低、中放射性蒸發(fā)殘液、化學(xué)沉 淀物、焚燒爐灰分等,（3）塑料固化,放射性廢物濃縮物（如樹脂、泥漿、蒸殘液、焚燒

14、灰等）摻入有機(jī)聚合物而固化的方法。,用于廢物處理的聚合物有脲甲醛、聚乙烯、苯乙烯-二乙烯苯共聚物(用于蒸殘液)，環(huán)氧樹脂(用于廢離子交換樹脂)，聚酯，聚氯乙烯，聚氨基甲酸乙酯等。,（4）玻璃固化,以玻璃原料為固化劑與高放廢物混合，高溫(9001200)蒸發(fā)、煅燒、熔融、燒結(jié)，裝桶后經(jīng)退火處理成玻璃固化體。,原理,類似的高放固化工藝 陶瓷固化: 添加黏土頁巖 人工合成巖固化:添加鋯、鈦、鋇、鋁氧化物。,（二）,減容技術(shù),目的：減少體積，降低廢物包裝、貯存、運(yùn)輸和處置的費(fèi)用。,1.壓縮,2.焚燒,原理,依靠機(jī)械力作用，使廢物密實(shí)化，減少體積。,1.壓縮,優(yōu)點(diǎn),操作簡單，設(shè)備投資和運(yùn)行成本低； 在核

15、電廠應(yīng)用相當(dāng)普遍。,缺點(diǎn),減容倍數(shù)比較低(210) 。,原理,將可燃性廢物氧化處理成灰燼(或殘?jiān)?。,優(yōu)點(diǎn),減容比大(10100倍); 可使廢物向無機(jī)化轉(zhuǎn)變，免除熱分解、腐爛、發(fā)酵和著火等危險(xiǎn); 可回收钚、鈾等有用物質(zhì)。,2.焚燒,（一）,絮凝沉淀,（二）,蒸發(fā),（三）,膜分離和過濾,（四）,離子交換和吸附,二、放射性廢液處理技術(shù),絮凝沉淀：放射性核素污染物質(zhì)通常以懸浮固體顆粒、膠體或溶解離子狀態(tài)存在于廢水中。向廢水中投放一定量的化學(xué)絮凝劑，生成帶正電荷的膠體粒子，放射性污染物被膠體粒子吸附載帶，除去絮狀物，即可達(dá)到凈化放射性廢水目的。 蒸發(fā)：蒸發(fā)的主要目的是將放射性物質(zhì)濃縮、減小廢液的體積，以便降低貯存或后處理的費(fèi)用。,膜分離和過濾：借助膜或過濾介質(zhì)對放射性污染物與溶液進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)放射性廢液的去污。 離子交換和吸附：利用離子吸附劑（如離子交換樹脂）等將廢液中的放射性離子進(jìn)行去除。,三、放射性廢氣處理技術(shù),（一）,放射性粉塵的處理,（二）,放射性氣體的處理,（三）,廢氣的排放,除塵 設(shè)備,機(jī)械式除塵器,過濾式除塵器,去除粒徑大于60m的粉塵顆粒。,去除粉塵粒徑小于10m