環(huán)境電離輻射檢測(cè)分類及儀器
閱讀:3192 發(fā)布時(shí)間:2018-1-25
電離輻射,常常被人們說(shuō)成是核輻射,我之前也這么認(rèn)為,其實(shí)核輻射只是電離輻射的一種。zui近因?yàn)槿毡驹斐筛u核電站核泄漏,以致大家談核色變,搶鹽搶醬油等事件接連發(fā)生,就連外國(guó)人都加入行列。殊不知,這只是為那些哄抬物價(jià)的商家做了貢獻(xiàn)。在這里簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)關(guān)于電離輻射(核輻射)檢測(cè)的問(wèn)題。
一、術(shù)語(yǔ)定義
1.電離輻射 能夠通過(guò)初級(jí)過(guò)程或次級(jí)過(guò)程引起電離事件的帶電粒子或/和不帶電粒子的輻射的總稱。在電離輻射防護(hù)領(lǐng)域中,電離輻射也簡(jiǎn)稱輻射。 電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱,其種類很多,高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質(zhì)子,不帶電粒子有中子以及X射線、γ射線。
2.核輻射 核輻射,通常稱之為放射性。是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)或另一種能量狀態(tài)的過(guò)程中所釋放出來(lái)的微觀粒子流。核輻射主要是α、β、γ三種射線。
二、電離輻射監(jiān)測(cè)分類 關(guān)于電離輻射監(jiān)測(cè),大體上可分為兩類:
1. 輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè);
2. 輻射污染源監(jiān)測(cè)其中輻射污染源監(jiān)測(cè)包括
a) 核設(shè)施輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); b) 放射性同位素與射線裝置應(yīng)用的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); c) 失控源進(jìn)入環(huán)境后的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); d) 伴生放射性礦物開(kāi)發(fā)利用中的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); e) 非伴生放射性礦物開(kāi)發(fā)利用中的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè) f) 放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮椛洵h(huán)境監(jiān)測(cè); g) 放射性物質(zhì)暫存庫(kù)和處理場(chǎng)的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)。 對(duì)于日本福島核電站來(lái)說(shuō),他們實(shí)施的監(jiān)測(cè)屬于核設(shè)施輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中的核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)如果想要檢測(cè)日本核輻射是否對(duì)中國(guó)造成影響,我們需要做的是輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
進(jìn)行輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的目的包括:積累環(huán)境輻射水平數(shù)據(jù);總結(jié)環(huán)境輻射水平變化規(guī)律;判斷環(huán)境中放射性污染及其來(lái)源;報(bào)告輻射環(huán)境質(zhì)量狀況。而我們監(jiān)測(cè)日本核輻射的主要目的是后兩點(diǎn)。 輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次
三、關(guān)于核反應(yīng)堆 反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)形式是千姿百態(tài)的,它根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設(shè)計(jì)需要等因素可建造成各類型結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆。 目前世界上有大小反應(yīng)堆上千座,其分類也是多種多樣。按能普分有由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆和快堆;按冷卻劑分有輕水堆,即普通水堆(又分為壓水堆和沸水堆)、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。
按用途分有:
(1)研究試驗(yàn)堆:是用來(lái)研究中子特性,利用中子對(duì)物理學(xué)、生物學(xué)、輻照防護(hù)學(xué)以及材料學(xué)等方面進(jìn)行研究;
(2)生產(chǎn)堆,主要是生產(chǎn)新的易裂變的材料鈾-233、钚-239;
(3)動(dòng)力堆,利用核裂變所產(chǎn)生的熱能廣泛用于艦船的推進(jìn)動(dòng)力和核能發(fā)電。 普通水堆也叫輕水堆,分為壓水堆和沸水堆。福島核電站的反應(yīng)堆是沸水堆,我國(guó)和世界大部分核電站均采用壓水堆。壓水堆壓水反應(yīng)堆(Pressurized Water Reactor,縮寫為PWR)是美國(guó)貝蒂斯原子能實(shí)驗(yàn)室(Bettis Atomic Power Laboratory)開(kāi)發(fā)成功的一種輕水核反應(yīng)堆。目前*核電站和核動(dòng)力等使用的反應(yīng)堆中均以壓水堆為主,截至2000年底,*有258座運(yùn)行中的反應(yīng)堆,占總數(shù)的64.6%。
壓水反應(yīng)堆利用輕水(普通水H2O)作為冷卻劑和中子慢化劑。其冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)回路組成。一回路連接著堆芯和二回路中的蒸汽發(fā)生器,回路內(nèi)壓強(qiáng)保持在150個(gè)大氣壓左右,在此壓強(qiáng)下可將冷卻水加 熱至約343℃而不沸騰。冷卻水在二回路蒸汽發(fā)生器的傳熱管中將壓強(qiáng)約為70個(gè)大氣壓左右的二回路水加熱至沸騰(溫度約260℃),形成的水蒸氣(過(guò)濾掉混雜的液態(tài)水后)再通過(guò)二回路送至汽輪機(jī)。在傳熱管中釋放了熱能的一回路水以290℃左右的溫度回流至堆芯,完成一回路循環(huán)。從汽輪機(jī)流出的二回路水經(jīng)冷凝器凝結(jié)為液態(tài)水后,回流至蒸汽發(fā)生器,完成二回路循環(huán)。
反應(yīng)堆堆芯位于壓力殼內(nèi),由排列為方形的燃料組件組成。燃料一般是富集程度在2%~4.4%的燒結(jié)二氧化鈾。 和沸水反應(yīng)堆相比,壓水堆堆芯體積更小,堆芯的功率密度較大(大型壓水堆的堆芯功率密度可達(dá)100千瓦/升),壓水堆的發(fā)電效率約為33%;但由于堆芯中的工作壓力和溫度都較沸水堆高,因此對(duì)反應(yīng)堆材料性能的要求也較沸水堆更高。 沸水堆 沸水反應(yīng)堆是一種用來(lái)發(fā)電的輕水反應(yīng)堆。沸水反應(yīng)堆以除礦質(zhì)水作為冷卻劑(coolant)和中子減速劑。反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行的核裂變會(huì)產(chǎn)生熱能,使得已冷卻的水沸騰,變?yōu)楦邏赫羝瑥亩?qū)動(dòng)渦輪機(jī),然后通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
離開(kāi)渦輪機(jī)的蒸汽,經(jīng)過(guò)冷凝器凝結(jié)為液態(tài)水(給水)后,回流至反應(yīng)爐堆芯,完成一個(gè)循環(huán)。在堆芯里,已冷卻的水保持在75個(gè)大氣壓,這會(huì)促使它在285℃左右沸騰。 稍加比較,在壓水反應(yīng)堆堆芯內(nèi),由于維持高壓強(qiáng)(大約158 個(gè)大氣壓),不會(huì)出現(xiàn)大量的沸騰。但沸水反應(yīng)堆構(gòu)造簡(jiǎn)單,且大大降低了反應(yīng)堆的工作壓力和堆芯溫度,因此顯著提高了反應(yīng)堆的安全性,降低了造價(jià)。
但由于水堆的循環(huán)系統(tǒng)直接連接了堆芯和渦輪機(jī),因此可能造成渦輪機(jī)受到放射性污染,給設(shè)計(jì)和維修帶來(lái)麻煩。 重水堆 重水反應(yīng)堆簡(jiǎn)稱“重水堆”或“HWP”(Heavy Water Reactors),是一類利用重水作為中子慢化劑的核反應(yīng)堆。zui常見(jiàn)的重水反應(yīng)堆是CANDU反應(yīng)堆。 重水反應(yīng)堆中利用的慢化劑——重水是一氧化二氘的俗稱,其化學(xué)式為D2O,可以使中子減速,且其熱中子吸收截面小,使重水反應(yīng)堆核燃料利用率高于輕水反應(yīng)堆(使用后的燃料中鈾-235含量?jī)H為0.13%),因而成為一種優(yōu)良中子慢化劑。核反應(yīng)堆中的核燃料(如鈾、钚等)產(chǎn)生的中子必須用慢化劑減速,才能使這些中子參與更多其他原子核的裂變。
雖然普通的輕水在一些反應(yīng)堆(如輕水反應(yīng)堆)中也可以作為中子慢化劑,但由于輕水能吸收中子使反應(yīng)堆中中子濃度降低,所以輕水反應(yīng)堆中的核燃料需要更高程度地濃縮以達(dá)到臨界質(zhì)量,才能為持續(xù)反應(yīng)提供保證。所以相對(duì)于輕水反應(yīng)堆,重水反應(yīng)堆對(duì)核燃料中有效放射性同位素濃度要求極低,可省去絕大部分提純中使用的同位素分離工序,且其乏燃料不必進(jìn)行后處理。
一、術(shù)語(yǔ)定義
1.電離輻射 能夠通過(guò)初級(jí)過(guò)程或次級(jí)過(guò)程引起電離事件的帶電粒子或/和不帶電粒子的輻射的總稱。在電離輻射防護(hù)領(lǐng)域中,電離輻射也簡(jiǎn)稱輻射。 電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱,其種類很多,高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質(zhì)子,不帶電粒子有中子以及X射線、γ射線。
2.核輻射 核輻射,通常稱之為放射性。是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)或另一種能量狀態(tài)的過(guò)程中所釋放出來(lái)的微觀粒子流。核輻射主要是α、β、γ三種射線。
二、電離輻射監(jiān)測(cè)分類 關(guān)于電離輻射監(jiān)測(cè),大體上可分為兩類:
1. 輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè);
2. 輻射污染源監(jiān)測(cè)其中輻射污染源監(jiān)測(cè)包括
a) 核設(shè)施輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); b) 放射性同位素與射線裝置應(yīng)用的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); c) 失控源進(jìn)入環(huán)境后的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); d) 伴生放射性礦物開(kāi)發(fā)利用中的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè); e) 非伴生放射性礦物開(kāi)發(fā)利用中的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè) f) 放射性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮椛洵h(huán)境監(jiān)測(cè); g) 放射性物質(zhì)暫存庫(kù)和處理場(chǎng)的輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)。 對(duì)于日本福島核電站來(lái)說(shuō),他們實(shí)施的監(jiān)測(cè)屬于核設(shè)施輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中的核事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)如果想要檢測(cè)日本核輻射是否對(duì)中國(guó)造成影響,我們需要做的是輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)。
進(jìn)行輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的目的包括:積累環(huán)境輻射水平數(shù)據(jù);總結(jié)環(huán)境輻射水平變化規(guī)律;判斷環(huán)境中放射性污染及其來(lái)源;報(bào)告輻射環(huán)境質(zhì)量狀況。而我們監(jiān)測(cè)日本核輻射的主要目的是后兩點(diǎn)。 輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻次
三、關(guān)于核反應(yīng)堆 反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)形式是千姿百態(tài)的,它根據(jù)燃料形式、冷卻劑種類、中子能量分布形式、特殊的設(shè)計(jì)需要等因素可建造成各類型結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)堆。 目前世界上有大小反應(yīng)堆上千座,其分類也是多種多樣。按能普分有由熱能中子和快速中子引起裂變的熱堆和快堆;按冷卻劑分有輕水堆,即普通水堆(又分為壓水堆和沸水堆)、重水堆、氣冷堆和鈉冷堆。
按用途分有:
(1)研究試驗(yàn)堆:是用來(lái)研究中子特性,利用中子對(duì)物理學(xué)、生物學(xué)、輻照防護(hù)學(xué)以及材料學(xué)等方面進(jìn)行研究;
(2)生產(chǎn)堆,主要是生產(chǎn)新的易裂變的材料鈾-233、钚-239;
(3)動(dòng)力堆,利用核裂變所產(chǎn)生的熱能廣泛用于艦船的推進(jìn)動(dòng)力和核能發(fā)電。 普通水堆也叫輕水堆,分為壓水堆和沸水堆。福島核電站的反應(yīng)堆是沸水堆,我國(guó)和世界大部分核電站均采用壓水堆。壓水堆壓水反應(yīng)堆(Pressurized Water Reactor,縮寫為PWR)是美國(guó)貝蒂斯原子能實(shí)驗(yàn)室(Bettis Atomic Power Laboratory)開(kāi)發(fā)成功的一種輕水核反應(yīng)堆。目前*核電站和核動(dòng)力等使用的反應(yīng)堆中均以壓水堆為主,截至2000年底,*有258座運(yùn)行中的反應(yīng)堆,占總數(shù)的64.6%。
壓水反應(yīng)堆利用輕水(普通水H2O)作為冷卻劑和中子慢化劑。其冷卻系統(tǒng)由兩個(gè)循環(huán)回路組成。一回路連接著堆芯和二回路中的蒸汽發(fā)生器,回路內(nèi)壓強(qiáng)保持在150個(gè)大氣壓左右,在此壓強(qiáng)下可將冷卻水加 熱至約343℃而不沸騰。冷卻水在二回路蒸汽發(fā)生器的傳熱管中將壓強(qiáng)約為70個(gè)大氣壓左右的二回路水加熱至沸騰(溫度約260℃),形成的水蒸氣(過(guò)濾掉混雜的液態(tài)水后)再通過(guò)二回路送至汽輪機(jī)。在傳熱管中釋放了熱能的一回路水以290℃左右的溫度回流至堆芯,完成一回路循環(huán)。從汽輪機(jī)流出的二回路水經(jīng)冷凝器凝結(jié)為液態(tài)水后,回流至蒸汽發(fā)生器,完成二回路循環(huán)。
反應(yīng)堆堆芯位于壓力殼內(nèi),由排列為方形的燃料組件組成。燃料一般是富集程度在2%~4.4%的燒結(jié)二氧化鈾。 和沸水反應(yīng)堆相比,壓水堆堆芯體積更小,堆芯的功率密度較大(大型壓水堆的堆芯功率密度可達(dá)100千瓦/升),壓水堆的發(fā)電效率約為33%;但由于堆芯中的工作壓力和溫度都較沸水堆高,因此對(duì)反應(yīng)堆材料性能的要求也較沸水堆更高。 沸水堆 沸水反應(yīng)堆是一種用來(lái)發(fā)電的輕水反應(yīng)堆。沸水反應(yīng)堆以除礦質(zhì)水作為冷卻劑(coolant)和中子減速劑。反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行的核裂變會(huì)產(chǎn)生熱能,使得已冷卻的水沸騰,變?yōu)楦邏赫羝瑥亩?qū)動(dòng)渦輪機(jī),然后通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。
離開(kāi)渦輪機(jī)的蒸汽,經(jīng)過(guò)冷凝器凝結(jié)為液態(tài)水(給水)后,回流至反應(yīng)爐堆芯,完成一個(gè)循環(huán)。在堆芯里,已冷卻的水保持在75個(gè)大氣壓,這會(huì)促使它在285℃左右沸騰。 稍加比較,在壓水反應(yīng)堆堆芯內(nèi),由于維持高壓強(qiáng)(大約158 個(gè)大氣壓),不會(huì)出現(xiàn)大量的沸騰。但沸水反應(yīng)堆構(gòu)造簡(jiǎn)單,且大大降低了反應(yīng)堆的工作壓力和堆芯溫度,因此顯著提高了反應(yīng)堆的安全性,降低了造價(jià)。
但由于水堆的循環(huán)系統(tǒng)直接連接了堆芯和渦輪機(jī),因此可能造成渦輪機(jī)受到放射性污染,給設(shè)計(jì)和維修帶來(lái)麻煩。 重水堆 重水反應(yīng)堆簡(jiǎn)稱“重水堆”或“HWP”(Heavy Water Reactors),是一類利用重水作為中子慢化劑的核反應(yīng)堆。zui常見(jiàn)的重水反應(yīng)堆是CANDU反應(yīng)堆。 重水反應(yīng)堆中利用的慢化劑——重水是一氧化二氘的俗稱,其化學(xué)式為D2O,可以使中子減速,且其熱中子吸收截面小,使重水反應(yīng)堆核燃料利用率高于輕水反應(yīng)堆(使用后的燃料中鈾-235含量?jī)H為0.13%),因而成為一種優(yōu)良中子慢化劑。核反應(yīng)堆中的核燃料(如鈾、钚等)產(chǎn)生的中子必須用慢化劑減速,才能使這些中子參與更多其他原子核的裂變。
雖然普通的輕水在一些反應(yīng)堆(如輕水反應(yīng)堆)中也可以作為中子慢化劑,但由于輕水能吸收中子使反應(yīng)堆中中子濃度降低,所以輕水反應(yīng)堆中的核燃料需要更高程度地濃縮以達(dá)到臨界質(zhì)量,才能為持續(xù)反應(yīng)提供保證。所以相對(duì)于輕水反應(yīng)堆,重水反應(yīng)堆對(duì)核燃料中有效放射性同位素濃度要求極低,可省去絕大部分提純中使用的同位素分離工序,且其乏燃料不必進(jìn)行后處理。