核战争(核试验)、核反应堆事故、放射性物质的泄漏等都可能造成人员、地面、物体表面、环境(空气、土壤、水等)、动植物、食物等的放射性污染。核武器爆炸和核反应堆事故时,由于释放的放射性核素种类多,造成的放射性污染范围大、涉及人群广、后果严重、影响深远,因此,必须及时准确地进行核辐射检测,以便根据实际的检测数据,为核辐射突发事件的探查、评估,事故控制缓解行动和紧急辐射防护行动的决策提供依据,确保工作人员和广大公众的健康和安全。
(1)核辐射检测所需的仪器
① 辐射巡测仪器:包括用高压电离室为探头的辐射巡测仪,用闪烁探头或盖革计数管为探头的β、γ射线辐射巡测仪,以及车载式γ射线辐射巡测仪。这些仪器应性能可靠、操作方便、坚固耐用,并配备校正源,保持随时可投入使用的状态。
a.高压电离室型辐射巡测仪:体积小,重量轻(小于1千克),便于携带;电池供电,单个电池可工作200小时以上;可测量γ射线和高能β射线;采用高压电离室探头,能量响应小;量程范围为0~50微希沃特/小时,精度<±10%;液晶读数,在暗处有自动背景灯光;快速响应,响应时间小于2秒。
b.闪烁探头或盖革计数管为探头的β、γ射线辐射巡测仪:具有较宽的β、γ射线剂量率测量范围,量程1×10-7~2戈瑞/小时,可测量上限达5戈瑞/小时。在强辐射下具有较好的β分辨率,同时还可用于辐射污染检测,量程范围2~2×104贝可勒尔/平方厘米。
c.车载式辐射巡测仪:对烟羽通过区域快速获得大面积γ射线剂量率数据是非常重要的,可指导救援人员了解现场的辐射水平和采取相应的防护措施。该种辐射巡测仪具有显示和打印测量结果的功能,还可记录时间和车辆对某点的行驶距离。测量的量程范围是1×10-4~10戈瑞/小时。
② 表面污染检测仪:表面污染检测仪主要用于受到α射线、β射线、γ射线等放射性核素污染的人体和物体表面检测。它是由主机、探头和连接电缆组成,根据测量的需要,可以选择针对α射线、β射线或γ射线核素污染测量的探头,探头中含有高压转换装置。体积小、重量轻(<3千克)、便于携带,操作简单,预热时间短;电池供电(可充电),可使用5小时;测量量程为0.001~9 999贝可勒尔/平方厘米,带有报警功能,可人为设定阈值(0.1~9 999贝可勒尔/平方厘米);采用数字和模拟两种方式显示读数,探头更换方便,并在显示中指示目前所连接的探头种类;能对指定的核素进行测量。
③ 中子当量仪:在核辐射突发事件中,有时可能需对中子辐射水平进行测量。中子剂量的测量不同于γ射线,需要对中子进行慢化和采用特殊的探头。目前市场上供应的一些小型中子当量仪,重量<3.5kg,可以较好地解决野外测量问题。为了适用于应急检测目的,要求中子当量仪采用电池供电,工作时间大于5小时,测量的中子能量范围为0.025~15×106电子伏,剂量当量范围为0.000 1~99.99毫希沃特,全能量范围内的测量精度为± 30%以内。
(2)核辐射现场检测的任务和内容:大型核设施发生事故时,可向环境释放大量放射性物质,这些放射性物质通过两种途径使人员受照,一是放射性烟羽或其沉降物的γ、β射线辐射所致的全身和皮肤的外照射,以及吸入烟羽中放射性物质产生的内照射;二是摄入被放射性物质污染的食物和水引起的内照射。核辐射检测按照时间可分为早期、中期和后期检测。
① 核辐射突发事件早期检测的任务和内容:在核事故早期,泄出释放出的放射性物质在高处受当时气象条件的影响而扩散,并逐渐向地面沉降,首先反映在空气中放射性核素浓度和γ射线剂量率的增高。早期检测的内容主要是γ射线外照射剂量、剂量率和空气中放射性浓度。
a.地面γ射线剂量率:用车载γ射线辐射仪以巡测方式,根据预报的烟羽运行路径,沿一定路线在行进中进行测量,以获得地面1米高度处γ射线外照射剂量的水平和范围,由于这种直接测量可以快速得到检测数据,故是早期应急检测的主要指标。
b.表面β射线放射性污染:由于烟羽在运行中逐渐向地面沉降,使露天暴露的生活物品、服装、建筑物表面,以及室外活动的当地人员,都会受到放射性物质的直接污染,因此,应及时对这些人员和物体使用α、β射线表面污染仪或β、γ射线剂量仪直接测量污染程度。
c.近地面空气放射性检测:在地面γ射线剂量率的测量数值较高地区,选择有人活动或居民点处设立流动空气采样点;在关键人员居住地区设置固定空气采样点,进行连续采样检测。除定点采空气样品外,还应利用检测车开展流动性空气放射性采样,以了解空气受放射性污染的范围。
d.空中放射性检测:核辐射突发事件早期,为了解放射性烟羽的运行扩散情况,应对突发事件地区一定高度进行空气中γ射线剂量率和空气采样检测。这种检测在核和辐射突发事件早期,对于了解空中放射性烟羽的运行和高空大气受到污染严重程度、验证预报的准确程度,对是否需要对民航飞机采取禁航措施都有重要意义,是早期应急检测的重要内容。
②核辐射突发事件中后期的检测任务和内容:中期应急检测是针对核辐射突发事件后几小时到几天之内,这时事件已得到基本控制,大部分放射性物质已经释放完毕,除惰性气体放射性核素外,相当量的放射性物质已沉降到地面。在中期,地面γ射线剂量率的检测仍具有重要意义,这是因为残留在空气中的放射性物质还会沉降下来,地面的放射性物质还会再悬浮到近地面空气中,故还需要采取空气样品进行检测,但可适当调整采样频度;中期应开展对食品和露天水源的采样检测,并扩大检测的地域范围。
a.地面γ射线剂量:巡测路线可根据放射性沉降污染程度适当调整,可适当减少检测频度,但尽可能要扩展检测范围。
b.近地面空气放射性检测:继续对固定空气采样点采样,根据早期检测结果,可调整和减少空气采样点和采样频度,必要时需将空气采样点设置到距事故源较远有居民点的地区。
c.食品和水:在事件中期,释放的放射性物质已有大部分沉降到地面,在沉降过程中可直接污染生长中的粮食作物、蔬菜、牧草和露天水源;放射性物质还会通过土壤经根部吸收进入植物体内;经土壤渗透污染地下水;牛、羊、猪和家禽等可直接受到放射性污染;近海养殖或海洋生物也会受到放射性物质的污染。因此,在事故中后期,对食品和水的采样检测应是检测的重点。生长在大田中的叶菜类应是食品检测的首选采样对象,因为叶菜类的生长周期短,我国居民食用量大,放射性物质也可直接沉降到叶面上;此外,露天放牧的牛、羊产的奶和露天水源也是采样检测的重点。
d.表面β射线放射性污染:由于烟羽在运行中继续向地面沉降,污染露天暴露的生活物品、服装、建筑物等表面,在事件中期应继续对上述对象的表面检测污染程度。
(3)核辐射事故中对个人所受剂量的检测
①外照射剂量检测:事故对人员的外照射,一般情况下可以通过个人检测和(或)场所检测结果进行评价。其中个人检测包括以下几项。
a.常规剂量计:正常作业中使用的常规个人剂量计均可用于一般核事故时的个人外照射剂量检测,其中直读式剂量计可以直接读出受照剂量,个人剂量范围在0.01~10戈瑞。
b.专用剂量计:在高辐射潜在危险区工作的人员需佩戴专用事故剂量计,能测定高达10戈瑞的γ射线剂量。
c.事故后剂量测量:受照者未佩戴个人剂量计,或虽已佩戴但受照剂量超过了额定量程时,利用人体器官(组织)或其随身携带物品的辐射特性提供的信息,对估计事故个人剂量很有价值的。比如对中子照射,可利用中子活化作用,测量佩戴在人体上的金属物或血液、头发和其他物件的感生放射性,也可用全身计数器检测体内的感生放射性;对X射线或γ射线照射,可利用牙齿、指甲、手表中红宝石等的辐射热释光现象;电子手表中石英片频率变化,骨、牙齿、棉织物纤维素、有机纽扣、含糖食品和药品的电子自旋共振(ESR)波谱信号来估算受照剂量。
d.生物剂量测定:外周血淋巴细胞染色体畸变分析是目前公认的较理想的“生物剂量计”,此法可估计出0.1戈瑞以上的吸收剂量。此外,微核及早熟染色体凝集也可用于估算事故受照射人员的受照射剂量。
②体内污染的检测:人员体内污染的检测主要由个人检测结果直接评估,有时可通过工作场所的检测结果来分析判断;人员体内污染量的检测方法,一般分体外直接测量和生物样品分析。
a.体外直接测量:直接从体外测量全身或器官内放射性核素的含量,可以快速简便地估算体内放射性活度。这种检测方法仅适用于那些释出的辐射能逸出体外的放射性核素,即能用于测量释出X射线或γ射线的放射性核素、释出湮没辐射的正电子辐射体、释出轫致辐射的β射线辐射体,以及释出特征X射线的α射线辐射体。测量部位有全身、胸部或甲状腺等,不同测量部位选择合适的探测器,也可为特定目的采用沿人体横向或纵向扫描的方法来测定放射性物质在体内的分布,如全身计数器、门框式辐射检测仪等。
b.生物样品的检测:生物样品包括尿、粪便、呼出气、血液、涎液、汗和毛发等。对这些生物样品中的γ射线辐射核素可用闪烁探测器或半导体探测器直接测量,而对α射线或β射线放射性核素和分析先要进行化学分离,然后再用相应的测量技术。对血、尿和肺、肝、肾等所得生物样品,经干灰化或湿灰化预处理后,用激光-荧光法可测量其中铀的含量。
c.其他检测方法:个人空气采样器能较直接地用于估算放射性核素吸入量;通过对人员工作场所的环境介质进行监测,如水体、土壤、植物,用灰化法处理后可测量其中放射性核素的含量,等间接估算内照射剂量。
(4)核辐射检测的分析评价:人员所受辐射场内的外照射剂量,既与辐射源的活度,射线的种类、能量和辐射分布均匀度有关,又与人员在辐射场内的位置、朝向、受照部位、停留受照射时间及个人剂量计的佩戴方式等有关。因此,个人剂量计的指示值,仅仅表示每一局部体表的照射量,并不能反映出器官或组织,乃至全身的受照射剂量。在个人剂量监测中,必须根据有关剂量限值,选择使用相应的剂量计,并将监测结果按照相应器官或组织的剂量限值进行分析评价;还要考虑所采用的个人剂量计能否分别获得弱贯穿辐射(如β射线)的剂量和强贯穿辐射(如γ射线和中子)的剂量。在辐射场均匀的条件下,剂量计的位置被看作是整个体表的代表;在辐射场不均匀的条件下,要求在不同部位佩戴多个剂量计,剂量计是用于测量身体某一指定点的规定深度处的软组织剂量,通常测量两个深度(0.07毫米和10毫米)处的定量个人剂量当量,分别作为弱贯穿辐射和强贯穿辐射照射的量度,前者表示皮肤剂量,后者代表造血器官剂量;如果特别关注眼睛的剂量,则用3毫米深度代表眼晶状体;四肢视为单独的器官;外照射评价是与全身或单个器官的相应剂量限值进行比较。物理剂量估算结果还应与生物学剂量估算值及临床指征判断等进行比较,综合分析,最终才能给出较为可靠的剂量估计与评价,必要时,重建辐射现场,通过模拟实验确定器官乃至全身的剂量。
从医学处理的角度,采用相当于年摄入量限值(ALI)的倍数来表示体内污染的程度,要比采用待积有效剂量更为方便,可以避免某些不确切的计算。当放射性核素摄入量超过ALI,则表明存在过量照射,但并不意味着必须采取某些治疗性干预措施,只有怀疑或确认摄入量超过建议的干预水平将会发生和已发生损害时,采取医学处理措施才是合适的。当摄入放射性核素估计值低于1 倍ALI,则不考虑给予治疗;若为1~10倍ALI,即使体内沉积的放射性核素所致的临床表现还未出现,也应考虑给予治疗;若摄入量超过10倍ALI,依据受照的严重程度,应给予持续或反复的治疗。如果事故仅涉及放射性碘的污染,则及时给予稳定性碘片就可以起到保护作用。
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