辐射防护监测

第八章 辐射防护监测

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辐射防护监测的概念--是指为估算和控 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 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， 员生活在安全的环境中，监测是衡量这种条 件的手段。 件的手段。 在放射源的安全使用、 在放射源的安全使用、寻找丢失的放 射源、 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 辐射监测具有不可替代的作用。 等，辐射监测具有不可替代的作用。2

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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。3

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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、GM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。4

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第一节 辐射探测器原理

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对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐 对于辐射是不能感知的，因此人们必须借助于辐 人们必须借助于 射探测器探测各种辐射 给出辐射的类型、强度(数 探测各种辐射， 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。 、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 辐射探测器 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。6

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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。7

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一、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。8

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二、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。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。9

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闪烁探测器组成示意图

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闪烁体按化学组成可分为两大类：无机闪烁体、 有机闪烁体。 常用的无机闪烁体有下列三种：NaI(T1)晶 体，CsI(T1)晶体，ZnS(Ag)闪烁体。有机闪 烁体按其状态可以分为三类：有机晶体、塑料闪烁 体、液体闪烁体。塑料闪烁体是一种含有有机闪烁 物质的固溶体，目前应用相当广泛。它的主要特点 是：发光衰减时间短，在ns级；透明度高，光传输 性能好；耐辐照性能良好，性能稳定，机械强度高， 耐潮湿，不需封装；制作简便，成本低廉，易于加 工成各种形状和尺寸的闪烁体。已有各种规格的塑 料闪烁体可用于β,γ射线的测量。11

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三、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。 12

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半导体探测器的突出优点是能量分辨能 力很高，例如锗(锂)探测器对γ的能量分辨能 力比闪烁探测器要高数十倍。此外，某些类 型的半导体探测器(如金硅面垒型)还具有 输出脉冲上升时间短，体积小，可制成适应 不同测量要求的有效厚度等优点。因此，半 导体探测器在各种类型射线的强度和能谱测 量中的应用已日益广泛。13

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四、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。14

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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。15

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第二节、辐射监测仪 第二节、

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核辐射测量仪器主要由探测器和电子仪器所组成。 核辐射测量仪器主要由探测器和电子仪器所组成。 常用的有以下几类： 常用的有以下几类： 1 .X、γ辐射监测仪 、 辐射监测仪 (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 组成。前者为一个充高气压(一般为 个大气压的 氩气)的不锈钢球壳，中间密封一个电极。 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 静电计、 路主要为 静电计 二次放大电路、 变换器以及读出线路。 变换器以及读出线路。这类仪表在美国用得十分普 它的缺点为价格比较昂贵。 遍，它的缺点为价格比较昂贵。17

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(2)闪烁剂量率仪表 ) 闪烁剂量率仪表由闪烁探测器和电子线路两部 分组成。闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管、 分组成。闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管、前置 放大器以及磁屏蔽外壳组成。 放大器以及磁屏蔽外壳组成。电子线路主要包括静 电计、高低压变换器以及读出表头等， 电计、高低压变换器以及读出表头等，较为先进的 还带有微处理器与打印装置。 还带有微处理器与打印装置。目前常用的闪烁探测 器为硫化锌补偿的塑料闪烁体、 器为硫化锌补偿的塑料闪烁体、组织等效塑料闪烁 体、Nal(T1)等。前两种探测器因其有较好的能量特 等 是很优良的剂量率仪表，已得到广泛应用。 性，是很优良的剂量率仪表，已得到广泛应用。Nal 闪烁体因其有效原子序数高，能量特性较差， 闪烁体因其有效原子序数高，能量特性较差，测得 的数据不能直接用于剂量评价， 的数据不能直接用于剂量评价，需对仪器的电子线 路加以改进或对数据进行校正。 路加以改进或

对数据进行校正。 18

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常见的国产闪烁剂量率仪表型号及 名称 探测器 量程 能量响应 36KeV~ 36KeV~3MeV 36KeV~ 36KeV~3MeV 50KeV~ 50KeV~ 1.2MeV19

塑料闪烁 BH3103A 体 JW3104 型 JB4000 系列 塑料闪烁 体

0~100μGy·h-1 100μGy h 0~100μGy·h-1 100μGy h

0.05μSv/h~200 Nal闪烁体 Nal闪烁体 μSv/h

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(3).GM计数管监测仪 ) 计数管监测仪GM管为工作在 管为工作在GM区(气体放大系数远大于 ),内 管为工作在 区 气体放大系数远大于1) 内 充的工作气体一般为惰性气体， 充的工作气体一般为惰性气体，此外还有猝灭气体 这类仪器结构简单，不易损坏，而且价格低廉，但 这类仪器结构简单，不易损坏，而且价格低廉， 灵敏度低是它的最大缺点， 灵敏度低是它的最大缺点，一般比闪烁探测器与高 压电离室低一个数量级。 压电离室低一个数量级。在环境监测中它较难以普 遍使用， 遍使用，西欧各国普遍将它用作核电厂周围监测的 探测器。 探测器。 我国目前有北京核仪器厂生产的FJ317C型可携式 型可携式γ 我国目前有北京核仪器厂生产的 型可携式 测量仪，西安核仪器厂生产的XH-2408 区域 计数 区域γ计数 测量仪，西安核仪器厂生产的 管监测仪20

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(4).携带式环境谱仪 ) 携带式环境谱仪环境谱仪为采用Nal(T1)或半导体探测器作为探头， 或半导体探测器作为探头， 环境谱仪为采用 或半导体探测器作为探头 应用ADC和计算机等技术，获得环境中各种放射性 和计算机等技术， 应用 和计算机等技术 核素的γ谱 核素的 谱，然后按总谱能量法计算人体所受的吸 收剂量。 收剂量。 与上述方法不同， 与上述方法不同，这种仪器可以给出各种放射性核 素的剂量贡献，能很快确定污染的来源。 素的剂量贡献，能很快确定污染的来源。 该方法的缺点为设备复杂、价格昂贵， 该方法的缺点为设备复杂、价格昂贵，运行的技术 要求较高，较难作为一种大环境测量或普查的设备。 要求较高，较难作为一种大环境测量或普查的设备。