电离辐射防护讲座-东南大学教材

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1、辐 射 防 护 唐双凌 tshling 南 京 理 工 大 学 一 原子核物理基础 二 辐射照射的来源 三 辐射与物质的相互作用 四 辐射的生物效应 五 核技术应用 六 辐射防护基础 七 核设施退役 一 原子核物理基础 1 物质的结构 世界上形形色色的物质都是由原子构成的。 原子由原子核和核外电子组成。原子核内有质子和中 子，它们统称为核子。质子带有一个电子电荷的正电荷 ，而中子不带电。不同核素的原子核里含有不同数量的 质子和中子。 1 电子电荷（e） = 1.602 x 10-19 C 原子核外的电子分布在不同的壳层上，这些壳层由里向 外依次称为K、L、M、N、等壳层，每个壳层最多 可容纳

2、2n2个电子。 原子核的结构模型 原子核太阳系 电子质子中子 氢原子氚原子 原子结构 氧原子 8 8 原子的直径大约10-10m，原子核的直径不足原子直径的10-4。核 外电子数与原子核内部的质子数相等，所以整个原子呈中性。 原子核的符号： 原子核由中子和质子组成，中子不带电 ，质子带单位正电荷。中子和质子质量相当 ，分别约等于一个原子质量单位。核中中子 和质子统称为核子，数目以A表示，A称为核 子数或质量数，核中质子数记为Z，中子数 记为N。常用如下形式表示一个原子核： 质量数A 质子数Z 中子数N 元素符号X 原子核的质量数：A称为原子核的质量数，A = Z + N 原子序数：原子核内的质

3、子数Z又称为原子序数，它决定了该 核素在元素周期表里的位置 原子的几种表示方法： ZXN 例如：92U143 ZX 例如：92U AX 例如：235U X-A 例如：U-235 A A 235 235 同位素：具有相同原子序数但不同质量数的核素。 如氢（1H)、氘 (2H) 和氚(3H)都是氢的同位素。 同质异能素：具有相同的质量数和原子序数但 处于不同能态的核素称为同质异能素。 如Sb-124和Sb-124m。 同质异位素：具有相同质量数A但不同原子序数的核 素。如Sr-90和Y-90。 质量单位： 质子质量：1.007276 u 中子质量：1.008665 u 电子质量：1/1836 u

4、原子质量：ma Zmp + Nmn + Zme Z + N = A 原子质量 阿伏加德罗常数： NA = 6.02 x 1023 原子（分子）/mol 1 mol单原子物质的质量： = 6.02 x 1023 x 1.66 x 10-24g x A = A (g) 可见：1克氢、60克60Co，197克黄金均含有相同的 原子数 NA 元素周期表 将元素按照 Z 的顺序，有规律排列形成的一张表 2 放射性和辐射 不稳定的原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象，称 为放射性。 原子核的这种转变的行为叫做衰变。 放射性衰变放出的多余的能量形成了辐射（电离辐射）。 能够自发衰变并发射辐射的核素称为放射

5、性核素。 原子核的放射性性质和衰变规律不受外界物理、化学、机 械等环境条件的影响，是原子核的内在特征所决定的。 放射性的发现 1896年贝可勒尔（H.Bequerel ） 发现铀矿能发射出穿透力很强 的不可见射线，并使照相底片 感光。 贝克勒尔是法国物理 学家，与居里夫妇共 同获得1903年物理学 诺贝尔奖。 3 放射性核素的活度 放射性核素的活度是放射性核素多少的量度， 一定量的某放射性核素的活度是该放射性核素的原 子核在单位时间内自发放射性衰变的平均数。单位 为秒的倒数（S-1），专用名称是贝可（Bq） 放射性活度的老单位是居里 1 Ci = 3.7 x 1010 Bq （1g Ra-22

6、6的活度） 4 放射性核素的半衰期(T1/2)和衰变常数() 放射性核素的原子核的数量衰变为原来的一半所 需要的时间称为该种放射性核素的半衰期，记为T1/2 。 Nt = N0 e-t 衰变常数 = 0.693/ T1/2 每种放射性核素的半衰期是固定不变的。如：碘- 131的半衰期是8天，铯-137是30年，碳-14是5730年， 钚-239是24000年，铀-238是4 470 000 000年等等。 原子核的平均寿命 = 1/ = T1/2 / 0.693 5 辐射的类型 辐射 是氦核，有2个质子和2个中子，质量数为4 ， 带正电。来自较大原子核的衰变。 粒子的穿透能力很弱，在空气中的射

7、程只有 几个厘米，用纸张或皮肤就可以完全把它们挡 住。 只有当粒子进入人体内部的时候才能对人造 成危害。 辐射 是不稳定核发射的电子，带负电荷。 粒子比粒子小很多，穿透能力也比粒子 大得多，可以用玻璃板或金属板把它们完 全挡住。 粒子可以射入人们的皮肤，但也就是到达皮肤 的顶层，不会穿透很深，如果遭受大剂量的高能 粒子照射，可能引起皮肤的烧伤（ 烧伤）。 如果放射性核素进入人的体内（吸入或食入）， 可能对人的组织或器官造成危害。 辐射 由不稳定原子核发射的高能光子（电磁辐射的一种 形式，光是另一种形式的电磁辐射） 辐射的穿透能力比和辐射大很多，只有足够 厚的致密物质（例如铁、铅等）才能对 辐射

8、进行 有效的屏蔽。 即使不进入体内， 辐射也能对人的内部器官造 成剂量。 、 、 射线射线 三种射线的穿透能力三种射线的穿透能力 X 辐射 大多数辐射都来自放射性核素，是在放射性核素的原子核 衰变时由原子核的内部发射出来的，但是X辐射不是这样 产生的。X射线通常是用电子束轰击金属靶（常常是钨靶） 时产生的。金属靶中原子里的电子吸收了电子束的能量后 被激发，当这些被激发了的原子退激时，以发射X射线的 形式释放能量。可见，X射线是来自金属靶的原子，而不 是来自原子核内部。 对X射线来说没有半衰期，只要把电子束关掉， X射线也 就消失了。 X射线和射线一样是高能光子，但是X射线是人工产生的。 穿透能

9、力强，可对人的内部器官造成剂量。 中子辐射 不稳定原子核发射的中子，尤其是在核裂变或核聚变 的过程中发射的 除了宇宙射线中的中子以外，中子通常是人工产生的。 中子不带电，穿透能力会很强 与物质或人的组织相互作用时，可能发射和辐射 要求用小原子序数的物质（如水、石蜡等）进行屏蔽 类型粒子符号电荷，e 静止质量 稳定性 amuMeV 重 带电粒子 质子P+11.007938.26稳定 辐射+24.0023728.81稳定 电子 负电子-14.586x10-40.511稳定 正电子+14.586x10-40.511稳定 中性粒子 辐射000稳定 中子n01.009939.55不稳定 各种辐射的静态特

10、性 二 辐射照射的来源 天然辐射源 人工辐射源 天然辐射源： 宇宙辐射和宇生辐射：来自宇宙空间的高能粒子能穿过地球大气到达人 的生存环境的辐射和宇宙辐射与大气相互作用产生的辐射（C-14等） 陆生辐射：存在于陆地土壤、岩石、水等物质中的天然放射性核素发生 的辐射，主要是铀（镭）、钍、钾等。 人体内的天然放射性核素（主要是K-40）对人的照射 氡（含Rn-220）及其子体对人的照射（本属于陆生辐射，由于其对剂量 贡献的重要性，在国民剂量统计时常单列） 从辐射防护角度看，天然辐射源（除人类活动增高了的天然辐射外） 一般是不可控的或很难控制的，其中氡及其子体是个例外。 宇宙辐射 来自其它星球（如太阳

11、）或宇宙空间的辐射，主要由 中子质子、电子和介子等高能粒子组成。这些粒子有很强 的穿透能力，可以到达地球，对人类造成外照射。 宇宙射线的强度随海拔高度的增加而增大，所以在高 原旅行、航空和航天飞行时会受到更强的宇宙辐射照射。 宇生辐射 宇宙射线和大气层及地表空气中的物质相互作用产生 的放射性核素或辐射。宇生放射性核素大约有二十多种， 其中3H、14C、7Be、22Na等贡献较大。 陆地天然存在的三个放射系： 钍系 铀系 锕-铀系 每个放射系的第一个核素的半衰期都非常长。 钍系是由232Th开始，经10次衰变到达稳定核208Pb。该系 中各核素的质量数为4的整数倍，顾亦称为4n系。 铀系是由23

12、8U开始的，经过14次衰变到达稳定核206Pb，该 系中各核素的质量数为4n+2，顾亦称为4n+2系。 锕-铀系是由235U开始的，经过11次衰变到达稳定核207Pb ，该系中各核素的质量数为4n+3，顾亦称为4n+3系。 在天然放射系中缺少4n+1系，后来用人工方法发现了这 一放射系，其中半衰期最长的核素是237Np，称为镎系。 从天然辐射对人类辐射剂量的贡献考虑，常常把天然辐 射分为宇宙辐射、陆生辐射、体内天然辐射源和氡（包括Rn- 222和Rn-220及其子体）。 9082 82 82 92 92 人工辐射源：由于人类活动增加的辐射源，造成对人的照射 和对环境的影响 医疗照射：人们为了医

13、学诊断和治疗而接受的辐射照射 （受照人员包括患者或受检者、陪护家属或亲友、 生物医学研究的志愿人员） 注意 l 医疗照射是人工辐射中对人的照射剂量贡献最大的一项； l 可以运用实践的正当性和辐射防护最优化原则对医疗照射进 行控制，但剂量限值不适用于医疗照射。 l 医疗人员在实施医疗照射时应以GB18871-2002提供的指导水 平为指南，在保证疹疗质量的前提下尽量减少剂量。 人工辐射源 （续） 核试验 核试验始于1945年，在冷战时期，特别是1954-1958和 1961-1962年间核试验的次数较多，大规模的大气核试验到 1980年基本停止，前两年印巴曾有核试验，但次数和规模都 有限。地下核

14、试验则延续到上世纪末。 大气核试验会向环境释放大量的放射性物质，弥散范围 很大，但是其中很多放射性核素的半衰期很短，长期影响不 大。地下核试验释放的放射性物质要少得多。 据UNSCEAR的统计（2000年）现在核试验遗留放射性物 质造成的全球人均年剂量约为0.005 mSv。 人工辐射源 （续） 重大核事故 一般地说，尽管核事故会向环境释放较多的放射性物质， 但是影响范围有限。只有极其严重的核事故才有可能影响广大 地区。切尔诺贝利核电站事故是一次具有几乎全球放射性影响 后果的核电站事故。 切尔诺贝利核电站事故释放的放射性物质主要散布在欧洲 国家，其中尤以白俄罗斯、乌克兰和俄罗斯为甚，此外，北半

15、 球的很多国家（包括我国）当时都可以测量到该事故释放的放 射性物质，释放到南半球的放射性物质就很少了。 据UNSCEAR的统计（2000年）现在切尔诺贝利核电站事故 遗留的全球人均年剂量大约为0.002 mSv。 （人均天然照射约为23 mSv ） 人工辐射源 （续） 核能生产 核能以清洁、安全著称，现在是以铀、钚为燃料的核裂变 发电，不久可能实现核聚变发电，核燃料将不成问题。 据IAEA的统计，现在全世界有大约450座核电站在运行， 总装机容量超过了350GW，提供全世界总用电量的大约17%。 核电站在正常运行情况下向环境释放的放射性物质很少， 其中一些放射性核素的半衰期很短，对环境的影响很小。据 UNSCEAR的统计（2000年），核能生产造成的全球人均年剂 量大约为0.0002 mSv。 辐射源及其产生的人均剂量（UNSCEAR2000年报告） 2.8合计 0.4 0.5 0.3 1.2 0.4 0.005 0.002 0.0002 天然辐射源 宇宙辐射 陆生辐射 体内源 氡及其子体 人工辐射源 医疗照射 大气核试验 切尔诺贝利 核能 剂量，mSv辐射源 根据辐射类型列出了常用的主要放射源（179页） 源类别 常用核素 源天然源： 210Po，226Ra，228Th，233U，235U 人工源： 239Pu，241Am，244Cm - 源低能