环境放射性和辐射监测是环境保护工作中的一项重要组成部分，放射性物质在医学、国防、航天、科研、民用等领域的应用不断扩大，有可能使环境中的放射性和辐射水平高于天然本底值，甚至超过规定标准，构成污染，危害人类和其他生物，因此，需要对环境中的放射性和辐射进行规范性的监测和监督。

一、基础知识

(一)放射性和辐射

(1)放射性：是指一种不稳定的原子核(放射性物质)自发地衰变的现象，通常该过程伴随发出能导致电离的辐射(如α、β、γ等放射性)。天然存在的放射性核素具有自发放出射线的特性，称为天然放射性；而通过核反应，由人工制
造的放射性核素的放射性，称为人工放射性。

(2)辐射：是一种特殊的能量传递方式。通常可分为两大类：即粒子辐射与电磁辐射。前者包括α粒子、β粒子及各种核反应或放射性核素自然衰变过程中所放出的高速带电荷粒子及中子等；后者包括可见光、红外线、紫外线、X射线及γ射线等。辐射一般是指上述物理现象，即波动能量或微观粒子束本身，有时亦指一种物理过程，如太阳辐射，既指从太阳向周围辐射过程中的太阳光，又指这个辐射过程。单独“辐射”两字通常指电磁辐射。

原子是由原子核和围绕原子核按一定能级运行的电子所组成。原子核由质子和中子组成，它们又称为核子。有些原子核是不稳定的，能自发地改变核结构，这种现象称核衰变。在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电荷或不带电荷的粒子或电磁辐射，即α、β和γ射线，这种现象称为放射性。例如：核素²²⁶₈₈Ra和⁶⁰₂₇Co的衰变可用图7-8表示。图中数字分别标明了核衰变过程的半衰期(T_1/2)、分支衰变的强度比例和以兆电子伏(Mev)为单位的衰变能。

图7-8 ²²⁵₈₈Ra和⁶⁰₂₇Co的衰变

决定放射性核素性质的基本要素是放射性衰变类型、放射性活度和半衰期。

(二)放射性衰变类型

1.α衰变

α衰变是不稳定重核(一般原子序数大于82)自发放出⁴He核(α粒子)的过程。如²²⁶Ra的α衰变可写成：

²²⁶Ra→²²²Rn＋⁴He

不同核素所放出的。粒子的动能不等，一般为2～8 Mev。²²²Rn、²¹⁸Po、²¹⁰Po等核素在衰变时放出单能α射线，²³¹ Pa、²²⁶Ra、²¹²Bi等核素在衰变时放出几种能量不同的α射线和能量较低的γ射线。²²⁶Ra衰变有两种方式(分支衰变)，第一种方式是²²⁶Ra放射出4.777 MeV的a粒子后变成基态的²²²Rn，这种方式的比例占94.3%；另一种方式是²²⁶Ra放射出4.589 MeV的α粒子后变成激发态的²²²Rn，然后很快地跃迁至基态²²²Rn并放射出0.188 MeV的γ射线，这种衰变方式的比例占5.7%。

α粒子的质量大，速度小，照射物质时易使物质的原子、分子发生电离或被激发，但穿透能力小，只能穿过皮肤的角质层。

2．β衰变

β衰变是放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程，它是原子核内质子和中子发生互变的结果。β衰变可分为负β(β^-)衰变、正β(β⁺)衰变和电子俘获三种类型。

(1) β-衰变：β^-衰变是核素中的中子转变为质子并放出一个β^-粒子和中微子的过程。β^-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。许多β衰变的放射性核素只放射β^-粒子，不伴随其他的射线，如准¹⁴₆C、³²₁₅P、⁹⁰₃₈Sr等，但更多的β衰变的核素常常伴有γ射线，如⁶⁰ Co衰变时，除放射出β粒子外，还放射两种γ射线。

β射线的速度比α射线高10倍以上，其穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十米才被吸收；与物质作用时可使物质的原子电离，也能灼伤皮肤。

(2) β+衰变：核素中质子转变为中子并放射正电子和中微子的过程。

(3)电子俘获：不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。因靠近原子核的K层电子被俘获的概率远大于其他层电子，故这种衰变又称为K俘获。例如：

当K层电子被俘获后，该层产生空位，则更高能级的电子可来填充空位，同时放射特征X射线。

3.γ衰变

γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。这种跃迁对原子核的原子序数和相对原子质量都无影响，所以称为同质异能跃迁。某些不稳定的核素经过α或β衰变后仍处于高能状态，很快(约10^-13s)再放射出，射线而达稳态

γ射线是一种波长很短的电磁波(0.007～0.1 nm)，故穿透能力极强，它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等。

(三)放射性活度和半衰期

1．放射性活度(活度)

放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目，可表示为：

式中：A—放射性活度，s^-1，放射性活度的专用单位为贝可，用符号Bq表示，

1 Bq=1 s^-1；

N—某时刻的放射性核素数；

t—时间，s;

λ—衰变常数，表示放射性核素在单位时间内的衰变概率。

2．半衰期

放射性核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期(T_1/2)。衰变常数(λ)与半衰期有下列关系：

半衰期是放射性核素的基本特性之一，不同放射性核素的T _1/2不同，如²¹²₈₄Po的T_1/2=3.0×10^-7，而瞿²³⁸₉₂U的T_1/2=4.5×10⁹a。因为放射性核素每个核的衰变并非同时发生，而是有先有后的，所以对一些T_1/2长的放射性核素，一旦发生核污染，要通过衰变令其自行消失，需时是十分长久的。例如：⁹⁰Sr的T_1/2=29a，一定质量的⁹⁰Sr衰变掉99.9％所需时间可由下式算出：

(四)核反应

所谓核反应，是指用快速粒子轰击靶核而生成新核(核产物)和另一粒子的过程。进行核反应的方法主要有：用快中子轰击发生核反应，吸收慢中子的核反应，用带电荷粒子轰击发生核反应，用高能光子照射发生核反应等。其中，最重要的是重核裂变反应，如可作为裂变材料的²³⁵U、²³⁹ Pu、 ²³²U被装载在反应堆或原子弹中，经热中子轰击后释放出大量原子能，其本身同时裂成各种碎片(¹³¹I、⁹⁰Sr、¹³⁷CS等)。