大气中放射性气溶胶的监测和评价_周程
放射性工作场所气溶胶浓度与粒径分布
放射性工作场所气溶胶浓度与粒径分布拓飞;徐翠华;张庆;李文红;周强【摘要】Objective：To explore the general characteristics of the concentration and size distribution of aerosols in several typical radiation work places. Methods：In different types of radiation work places, the number and mass concentration together with the number and mass particle size distribution of aerosols were measured by TSI 3321 APS. Results：The number median diameter distribution were averaged to be 0.7 μm for the whole surveyed places, while the mass median diame ter of particle size distribution were around 1.0 μm, except for temporary storage pools of spent fuel rods at nuclear power plants. Both number and mass concentration in the room of processing unsealed radioactive source of C level were the highest. Conclusions：Concentration of aerosols varied with different work places and human activities significantly. The benchmark data established in this work may be useful when considering the dose contribution from inhaled radioactive particles.%目的：研究部分放射性工作场所内气溶胶的浓度和粒径分布特性。
大气放射性气溶胶连续监测最小可探测活度浓度研究
大气放射性气溶胶连续监测最小可探测活度浓度研究王文海;周海伟;孔玉侠;李慧娟;娄云;孟庆华;张泓;万玲;马永忠;李雅春;杨勇【期刊名称】《核电子学与探测技术》【年(卷),期】2010(030)011【摘要】介绍了大流量空气采样器用于北京地区大气放射性气溶胶进行连续监测的情况,给出了大流量空气采样器用于大气放射性气溶胶进行连续监测最小可探测活度、最小可探测活度浓度的计算方法,并且分析了几种典型人工核素的最小可探测活度浓度以及影响最小可探测活度浓度的因素.【总页数】5页(P1413-1417)【作者】王文海;周海伟;孔玉侠;李慧娟;娄云;孟庆华;张泓;万玲;马永忠;李雅春;杨勇【作者单位】北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013;北京市疾病预防控制中心,北京,100013【正文语种】中文【中图分类】TL816+.1【相关文献】1.γ能谱法测量氙样品的最小可探测活度规律研究 [J], 王世联;王军;樊元庆;李奇;张新军;贾怀茂2.基于成像差分吸收光谱技术探测合肥市大气边界层NO2斜柱浓度分布研究 [J], 吴子扬; 谢品华; 徐晋; 李昂; 张强; 胡肇焜; 李晓梅; 田鑫3.大气污染物浓度变化对气象要素探测过程的影响研究 [J], 覃章;林梅香4.在线进样ICP-MS用于239Pu气溶胶活度浓度连续监测技术研究 [J], 汪传高;王仲文;殷敏;郑国文;庞洪超;骆志平;陈然;吴昊;尹云云;陈凌5.表面活性剂浓度的连续监测及装置的研究 [J], 王启山因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大气气溶胶对天气与气候的影响
The Impacts of Atmospheric Aerosols on Weather and ClimateLAI Xin 1,YANG Fu-mo 2,3,4,HE Ke-bin 5(1.Shenzhen National Climate Observatory,Shenzhen 518040,China;2.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chinese Academy of Sciences,Chongqing 400714,China;3.Research Center for Environmental Monitoring and Hazard Prevention of Three Gorges Reservoir,Chongqing 408100,China;4.Center for Excellence in Urban Atmospheric Environment,Institute of Urban Environment,Chinese Academy of Sciences,Xiamen 361021,China;5.School of Environment,Tsinghua University,Beijing 100084,China )Abstract :Atmospheric aerosols have important impacts on weather and climate.Aerosols affect precipitation by changing cloud radiation,cloud cover and life cycle.They change the eco-environment through dry and wet deposition.In addition,aerosols have significant effects on the global climate through scattering and absorbing the solar radiation.Their total radiative forcing is negative,that could offset much of warming caused by greenhouse gases.However,there are some absorption components like black carbon,whose radiative forcing is positive and contributes to global warming.Key Words :atmospheric aerosols;climate;radiative forcing1引言早在一个世纪之前,科学家预言大气化学成分的改变,尤其是人类活动排放的二氧化碳(CO 2)浓度的增加会改变地球的热平衡而导致大气变暖。
中国大气气溶胶研究综述
中国大气气溶胶研究综述Ξ毛节泰 张军华 王美华(北京大学物理学院大气科学系,北京,100871)摘 要 文中综合论述了近20年来中国大气气溶胶研究状况,包括对大气气溶胶的直接采样分析,地面和卫星的遥感,大气气溶胶辐射特性及其气候效应的研究以及沙尘暴的形成、输送及气候效应的研究等。
直接采样分析不仅研究了气溶胶的浓度和粒子谱分布等特性,而且也对其化学组分做了分析,高空气球采样得到了对流层和低平流层的气溶胶样品,并用X能谱电子显微镜进行了分析。
地面遥感和多种卫星资料,包括AVHRR,SV ISSR,TOMS, POLDER等,被用来研究大气气溶胶的辐射特性,并提出了用消光和前向散射相结合和利用天空散射光分布反演粒子谱分布相函数等方法。
开展了有关气溶胶气候效应的数值模拟研究,并对非球形粒子以及吸湿性粒子的作用做了专门的计算。
对沙尘粒子的直接观测为研究其生成条件和输送特性提供了基础数据。
文中对不同的研究方法进行了初步评述,并对气溶胶的研究提出几点建议。
关键词:气溶胶,大气环境,气候变化。
1 引 言 大气气溶胶是由大气介质和混合于其中的固体或液体颗粒物组成的体系。
由于它是由不同相态物体组成,虽然其含量很少,但对大气中发生的许多物理化学过程都有重要的影响。
例如,气溶胶对太阳辐射的吸收和散射会改变地球大气系统的行星反照率,从而影响到地气系统的能量平衡;大气气溶胶还起到云凝结核的作用;大量的气溶胶颗粒有可能使云滴的数密度增加,云滴的平均半径变小,这有可能使云对太阳辐射的反射率增加或使云的维持时间加长,甚至使降水减少。
这些都会影响到地气系统的能量平衡,从而对气候变化有影响。
大气气溶胶有着众多的自然源和人为源,例如火山的喷发,海水的溅沫,地面的扬尘,生物体的燃烧以及人类活动,燃料的使用等过程产生的各种颗粒物。
但由于它在大气中的停留时间较短,其特性随空间和时间都有明显的变化,因此到目前为止,我们尚且还缺少足够的数据来研究大气气溶胶对气候系统的确切影响。
余涛-气溶胶遥感反演研究20150714
865nm
合成图
用AirMISR得到的不同波段， 不同角度得到的非偏辐射值
用国产多角度偏振设备（DPC）得 到的不同波段的偏振辐射值及其彩
1.5. 气溶胶特性分析的意义
气溶胶物质特性
遥感采样特性
技术应用
几何特性
空间分辨率 时间分辨率
卫星与载荷 设计
化学特性
光谱分辨率 角度分辨率
测的过程。
3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量
发现
• 从遥感图像 上识别出目 标 • 例：发现树
识别
• 通过遥感图 像辨认出目 标的属性 • 例：识别出 是颗树
确认
• 通过遥感影 像目标识别 的属性结果 进一步的确 定 • 例：确认是 颗树
理解
• 对目标的属 性状态进行 进一步的获 取 • 例：理解树 冠的半径等
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3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-模型
应用层次-多星组网（例）
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3.气溶胶特性获取分析及卫星监测现状
3.3 遥感目标的信息量分析-规模度量 航天遥感技术是面向自然界的、无损的、全程的、全面的探
测技术。
航天遥感技术本质上是面向目标特性的时空采样过程，通过 在波段、偏振度、时间、空间、角度等维度上的采样，将无 限的信息转化成为有限的信息，求解病态方程利用先验知识 在有限信息里进行信息获取。 航天遥感是人类认知世界、理解世界的工具，利用航天遥感 对自然界的认知经历了发现、识别、确认、理解、评价和预
2.2 卫星监测气溶胶
卫星观测气溶胶的传输与扩散
29
2. 卫星监测气溶胶参数的意义
计算气溶胶单次散射反照率
计算气溶胶单次散射反照率
气溶胶单次散射反照率是通过分析气溶胶颗粒在辐射作用下的反射特性来测量大气中气溶胶含量的重要指标。
散射反照率是指当它们在太阳辐射作用下被光复制并反射进入大气空间测量得到的相关数据。
气溶胶单次散射反照率的计算有多种方法，但是普遍采用的是Mie散射理论，即颗粒通过周期性变化而造成的散射现象。
由此可以得出气溶胶单次散射反照率及其相关物理性质，这些物理性质会因空间的不同而有所变化，用来表示单次散射反照率的范围是0.25-1.00，其中0.25表示有极度净空效应，而1.00表示有极强的气体反照率。
气溶胶单次散射反照率通常用来描述地表散射特性，这些特性不仅受气溶胶含量、湿度、和温度的影响，还受地表植被覆膜的影响。
据统计，在大气环境中，气溶胶单次散射反照率的最高点通常出现在5μm~10μm的粒子直径范围之内，而分布在200nm~500nm直径范围内的粒子散射反照率通常最低，相当于地表净空效应的最弱值。
气溶胶单次散射反照率的测量技术目前仍处于较低水平水准，但这不妨碍它在地理空间信息技术中以及其他研究领域具有广泛而精确的应用，如大气环境监测、植被覆膜识别、中继覆盖分析等。
因此，在能源节约，植物生长，气象研究等各种应用中，对气溶胶单次散射反照率的准确测量和评估就显得尤为重要。
大气气溶胶的辐射与气候效应研究
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald1631 大气气溶胶与气候效应的研究现状我们所说的大气溶胶，就是对悬浮在大气当中的颗粒物的总称。
在大气溶胶中包含着许多的溶胶粒子这些溶胶例子包括沙尘气溶胶、海盐气溶胶等。
如今，相关的研究人员通过实际的研究发现，气溶胶会在一定的程度上影响到全球的气候变化，甚至还能够主导大气灰霾污染。
在第三次I PCC评估报告当中我们看到，气溶胶在众多影响气候的因子当中是最不确定的，因此，也是最需要我们去进行研究以及社深入认识的。
I PC C 第三次评估报告认为，工业革命之后，太阳常数变化的贡献估计为温室气体增加引起的全球年均辐射强迫为2.4 W/m 2，误差在10%左右，但对各种气溶胶产生的辐射强迫估计却并不确定。
此外，大气溶胶能够对云的物理以及光学特性进性改变，并且使得气候受到影响，河中影响也被成为气溶胶的间接气候效应。
目前，国内外已经对大气气溶胶的特性进行了一些列的实验进行研究，并掌握了其中的一些特性。
W MO 全球大气观测网络等观测网络，提供了全球观测结果，为大气气溶胶的特性分析提供了十分重要的信息。
目前，国际上正通过发展卫星遥感的方式来对大气溶胶光学特性进行观测。
中高分辨的光谱仪、多角度成像光谱仪的出现就是建立在此基础上，其主要的应用方向就是对气溶胶的光学特性进行研究。
如今，气溶胶直接辐射强迫评估已经有了很多新的进展，例如野外观测实验通过地面的观测能够直接获得气溶胶的辐射强迫。
其他的资料分析如基本地面辐射网络等，也开展了有关气溶胶光学性质的连续观测。
空间分布的不均匀则是因为气溶胶存在周期较短，此外，这还与气溶胶产生机制以及沉降过程有着很大的关联。
除此之外，气溶胶的结构会受到混合状态的影响，这同时也会影响到气溶胶的几何形态，对其光学性质作用重大，特别会影响到气溶胶例子的辐射吸收特性。
而温度的变化也会对其光学性质的精度有部分影响，如今，这些作用都还没有得到很好的处理。
气溶胶辐射效应
Fig. Automatic Sun Tracking Photometer CE-318 and laser radar CAMLTM CE 370-2
1. Aerosol observation
1.2 Airborne Measurement
间接效应
• 第二类间接效应：指由于云滴粒子减小伴随的云滴浓 度增大,而可能会减少降水概率,从而改变云的厚度及 生命周期。这种延长云的生命周期以及增大云覆盖率 的作用不仅会增强云的短波冷却辐射作用,也会增强长 波增暖辐射作用。但第二类作用主要还是影响低云,所 以低云的冷却效应成为主要作用,使得最终的净辐射作 用为一种冷却作用。另外,降水概率的减少可能会进一 步改变大气中水汽含量和热量的垂直分布,这将会改变 地球的水份循环。
气溶胶影响的不确定性因素
气溶胶辐射特性与粒子形状和尺度、 气溶胶辐射特性与粒子形状和尺度、垂直 分布、下垫面反照率、 分布、下垫面反照率、云与气溶胶的相互 作用等多方面因素有关。 作用等多方面因素有关。目前关于气溶胶 辐射特性定量化的结论仍有很大的不确定 性
• 散射相函数：散射辐射随角度的分布。 理论上,如果给定了球形气溶胶粒子的分 布,则可以利用Mie理论计算得到气溶胶粒 子的散射相函数。 在实际计算中,在大多数辐射传输模式中都 用近似的Henyey一Greenstein(HG)的散射 相函数。HG散射相函数较之精确的散射相 函数较为简单,是因为HG函数中只用一个参 数来定义各个方向的散射能量分布,即一不 对称因子g(Asymmetryfactor)。
•IPCC 1995年第一份评估报告 年第一份评估报告 全球变暖已经开始， 全球变暖已经开始，可能是由于人类温室气体的排放 •IPCC 1998年第二份评估报告 年第二份评估报告 证据的对比显示人类的行为对全球气候有可以辨别出的影响。 证据的对比显示人类的行为对全球气候有可以辨别出的影响。 •IPCC2001年第三份评估报告 年第三份评估报告 最近50年观测到的大部分变暖可能是由于温室气体浓度的增加。 最近 年观测到的大部分变暖可能是由于温室气体浓度的增加。 年观测到的大部分变暖可能是由于温室气体浓度的增加 IPCC 2007第四次评估报告： 第四次评估报告： 第四次评估报告 气候系统的变暖是毫不含糊的，目前从全球平均气温和海温升高、 气候系统的变暖是毫ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ含糊的，目前从全球平均气温和海温升高、 大范围雪和冰融化、 大范围雪和冰融化、以及海平面上升的观测中得到的证据支持了这一 观点。 观点。 观测到的20世纪中叶以来大部分的全球平均温度的升高，很可能是 观测到的 世纪中叶以来大部分的全球平均温度的升高， 世纪中叶以来大部分的全球平均温度的升高 由于观测到人为温室气体浓度增加所导致的。 由于观测到人为温室气体浓度增加所导致的。
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器的最小探测活度(Minimum Detectable Activity， MDA)，方能识别。我国采用探测下限(LLD)或定量 探测下限计算可探测活度。LLD 或 MDA 除与计算 方法有关， 还与仪器刻度的几何位置、 探测器本底、 分辨率、 谱收集时间等因素有关。 因此 LLD 或 MDA 是分析低水平特征放射性核素慎重考虑的指标。国 外对气溶胶样品的放射性监测，要求 γ 谱仪系统对 131 I、140Ba 的探测下限为 10–30 μBq/m3 [3]。
126 126 171 132 130
186m 131m
772.6
76.2
第一作者：周程，男，1981 年出生，2006 年成都理工大学核技术与应用专业硕士研究生毕业，工程师，从事辐射防护与监测
第 11 期
周 程等：大气中放射性气溶胶的监测和评价
867
2 2.1
测量方法[4]
测量装置
素，如 208Tl、214Pb、214Bi、2212Bi、212Pb 等，它们 的半衰期为几分钟至数小时。测量时间则应尽可能 长，以减小统计不确定度。
能量 Energy /keV 59.5409±0.0001 88.0336±0.0001 122.06±0.00012 80.997±0.001 834.838±0.003 1115.546±0.004 661.657±0.003 356.013±0.001
分支比 I/% 35.78±0.09 3.626±0.026 85.51±0.06 34.06±0.27 99.976±0.001 50.60±0.24 84.99±0.2 62.05±0.19
对如何分析和评价大气中放射性气溶胶对公众健康造成的吸入有效剂量作了讨论，可为进一步做好气溶胶监 测和评价工作提供参考。 关键词 放射性气溶胶，监测，采样，质量保证，吸入有效剂量 O571.3 中图分类号
发生核事件会向环境释放裂变产物和活化产 物，它们大多是中等半衰期的气态或易挥发性的放 射性同位素，前者如惰性气体 Kr、Xe，后者如 I、 Cs、Te 等。大气中的这些放射性物质易被大气悬浮 物(固体微粒或雾粒)捕集而形成放射性气溶胶，粒 径为 0.01–100 μm。 在远离事件发生点的地区，或核事件放射性释 放量较小时，这些裂变产物的空气含量极低，气溶 胶样品的 HPGe γ 能谱中有大量的天然放射性核素 γ 峰，从中找出核事件释放核素极弱的 γ 峰，是个 难度较大的问题。排除种种干扰，正确识别裂变产 物的特征信号，为判断核事件的性质和类型提供可 靠依据，是放射性监测研究的重要课题[1]。 文就大气放射性气溶胶的采样、测量、质量保 证和后期评价等环节进行探讨，以期对核事故应急 响应中放射性气溶胶的监测和评价工作提供有益的 参考。 1
图 1 气溶胶样品全谱计数率随时间的变化趋势 Fig.1 Changes with time in full spectrum count rates of the aerosol samples.
2.2.1 测量时间的选择 采样量为 14 520 m3 的气溶胶样品(连续采样 24 h)采样后直接测得的全谱(30–1 822.1 keV)计数率随 时间的变化如图 1 所示。样品的全谱计数率近似按 函数 y=256.8x–0.6021 衰减，3、6、24 h 后，计数率为 开始测量时的 32%、25%、8.8%，并逐渐趋于稳定。 考虑到应急监测工作中监测数据需求的紧迫性，气 溶胶样品采样后宜放置 3 h 后开始测量，以降低天 然放射性核素对样品的干扰，提高“对象”核素的 探测下限。这些干扰核素通常为短寿命氡钍子体核
2.2.2 标准物质的制备 对 γ 能谱测量系统的刻度中，标准源是具有一 定厚度、一定几何形状、密度又不是很大的测量样 品。气溶胶样品也须按照标准源的制备步骤进行处 理，以保证测量方法的一致性。标准物质覆盖的能 量范围符合国际监测系统要求的 60–1 800 keV[5]。 表 1 为放射性气溶胶样品核事件监测中的常用 标准源。
——————————————
收稿日期：2011-07-18，修回日期：2011-08-30
其中，Qi 为气压 Pi、温度 ti 条件下的流量(m3/min)。 采样时的气象条件并非标准状态，须用式(2)修正流 量 Qi， Qnb = QiT(Pi–Pbi)/(TiP) (2)
式中，Qnb 为标准状态下的流量(m3/min)，P 和 Pi 分别为标准状态下和采样时的大气压(Pa)，T 和 Ti 分别为标准状态下和采样时的绝对温度(K)，Pbi 为 在 Ti 时饱和水蒸气压力(Pa)。
分支比 I/% 10.0 13.3 57.0 1.3 100 50.7 9.9 10.1 74.1 99.7 34.0 11.8 97.5 96.1 8.8 38.0 30.2 10.2 12.0 1.6 61.0 8.3 39.8 4.8 0.3 2.0 3.2 83.0 4.24 80.0 5.0 13.1 28.1 22.6 5.3 10.6 11.4 37.2 74.2 2.0 7.7 34.1 5.2
气溶胶样品置于 10 cm 厚铅室内的 HPGe γ 谱 仪上测量，用能谱分析软件解谱，得到 γ 样品中的 放射性核素组成及其活度，对有关参数进行修正， 计算放射性核素的空气浓度。 HPGe γ 能 谱 系 统 的 能 量 分 辨 率 高 优 于 2.2 keV@l 332.5 keV, 稳定性为 24 h 内的峰位漂移小 于 2 道(l 332.5 keV 射线的全吸收峰在 4 000 道附 近)，全谱探测能量大于 1 800 keV。 2.2 测量技术要求
半衰期 T1/2 (432.6±0.6) y (461.4±1.2)d (271.8±0.05)d (10.7±0.21)y (312.3±0.7)d (244.1±0.5)d (30.05±0.08)y (10.7±0.21)y
核素 Nuclide
139 51
能量 Energy /keV 165.86±0.003 320.08±0.0004 391.698±0.003 514.0048±0.0022 898.036±0.004 1836.052±0.013 1332.492±0.004 1173.228±0.003
表 1 放射性气溶胶样品核事件监测中的常用标准源 Table 1 Nuclides used for calibrating HPGe systems in nuclear accident monitoring with aerosol samples. 核素 Nuclides
241 109 57
第 34 卷 第 11 期 2011 年 11 月
核 技 术 NUCLEAR TECHNIQUES
Vol. 34, No.11 November 2011
大气中放射性气溶胶的监测和评价
周 程 张起虹 蒋云平 王利华 孙恋君
（江苏省辐射环境监测管理站 南京 210019）
摘要
就大气中放射性气溶胶的监测中的采样、测量等环节中值得注意的问题展开讨论，提出解决办法。并
159
能量 Energy /keV 363.5 364.9 365.5 366.5 1171.7 1333.6 810.2 811.8 811.8 666.3 666.3 667.2 667.5 668.5 773.1 773.7 529.6 529.8 531.0 531.5 602.7 604.4 605.1 427.1 233.4 231.6 144.3 144.7 145.2 834.0 833.5 834.8 835.1 620.7 623.8 228.0 228.1 228.5 759.5 817.8 817.8 1 046.6 1 049.0
采样方法
[2]
用式(1)将采样总体积 V(m3)换算为标准状态下 的体积，
微粒态空气样品的采集有沉降灰、飞机擦拭、 碘盒和空气采样器等方法，大流量空气采样方法是 目前的通用方法。 1.1 采样点位布设
V
i 1
n
Qi Qi 1 ti ti 1 2
(1)
所有点位设置原则为： (1) 地形开阔， 半径 50 m 内无高大建筑物，以免阻碍气溶胶的扩散、沉降和 采样； (2) 半径 50 m 内无主要交通公路经过， 无大、 中型晒谷场和公共活动场所，以免扬尘影响采样； (3) 半径 500 m 内无高大烟囱和产生粉尘的加工厂， 以降低烟尘或粉尘所含放射性核素影响。
Am Cd
Ce
Cr Sn
Co Ba
113 85 88 88 60 60
133 54 65
Sr Y Y Co Co
Mn Zn Cs Ba
137 133
2.2.3 剔除干扰核素的影响[1] 气溶胶样品的 γ 能谱中，核事件释放“信号” 核素的放射性较弱， 而天然放射性核素的干扰较强。 判别样品中是否存在“信号”核素,须根据“信号” 核素的不同分支能量进行判别。放射性气溶胶样品 核事件监测中常见干扰核素见表 2。 2.2.4 探测限 对气溶胶样品中的放射性核素的活度须大于仪
半衰期 T1/2 18.1 h 3.8 h 20.0 h 66.0 h 5.8 d 5.6 d 23.4 h 15.0 d 61.0 d 12.4 d 13.0 d 8.25 d 6.47 d 12.4 h 16.0 h 30.0 h 86.2 d 1 200 y 11.0 d 9.25 d 4.2 d 74.2 d 11.8 d 10.5 h 3.1 m 33 h 1.44 d 46.5 h 36.4 d 26.0 d 18.0 d 2.84 h 61.0 d 16.0 h 4.2 h 28.5 y 2.4 d 160.5 d 18.7 h 57.0 h 1.31 d 2.9 y 36.0 y
Gd Ir Re Sb
195m
364.5
81.2
8.04d
181 99
Mo Mn Nb Eu Sb I Lu Cs I Ir Te Ho Ni