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1、 放射性辐射防护与放射源基本知识 电离辐射 辐射是指某种物质发出的粒子或波 按其电离能力分为电离辐射和非电离辐射 能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称为电离辐射 俗称放射性 不能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称为非电离辐射 如电磁辐射 电离辐射 放射性 原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象 称为放射性 放射性不受物理 化学等环境条件的影响 是原子核的内在特征 放射性的发现 1896年 Bequerel用铀粉作实验 有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片上 第二天他惊讶的发现胶片暴光了 他由此断定 铀可以放出某种射线 使胶片暴光 人们就将物质能够放出某种射线的现象称为放射性 不仅是铀粉具有放射
2、性 1898年7月和12月 居里夫妇先后发现钋和镭也有这种特性 现代科学方法证明 用人工的方法 中子活化技术 也可以将没有放射性的物质产生放射性 如Co 60 Ag 110m Am 241 实际上 放射性物质无处不在 只不过含量高低不同罢了 如环境和食物就含有或多或少的天然放射性物质和核试验残留的放射性物质 如Cs 137和Sr 90 机器也能产生射线 用物理的方法 如X光机能产生的X射线 电子加速器能产生电子束等 回旋加速器能产生重粒子束 放射性可能由原子核衰变产生 也可以由机器 射线装置 产生 原子核衰变能放出 射线和中子 经实验研究发现 镭放射源放出的射线在磁场中会分成三束 分别称为 射
3、线 射线和 射线 粒子最重 4个原子质量数 粒子次之 粒子则没有静止质量 有些原子核衰变的时候还会放出中子 如U 235的衰变 放射性种类 在电 磁场中偏转 与带正电荷离子流相同 在电 磁场中偏转 与带负电荷粒子流相同 在电 磁场中不偏转 电中性 He原子核 电子 光子 电磁波 n 中子 在电磁场中不偏转 X射线 德国物理学家伦琴于1895年在研究阴极射线的时候 发现了一种奇特的射线 它能量高 穿透力强 能杀死细胞和组织 由于当时知其甚少 所以称为X射线 又叫伦琴射线 X射线的问世 在医学和工业技术领域得到了广泛的应用 如透视 成像 探伤等 连续X射线的产生 连续X射线是由于高速运动的电子撞击
4、物体 钨靶 银靶 钼靶等 速度猝然而止 其中一部分 90 的能量则转换为热能 由于释放出的X光子的能量分布是连续的 0 Emax 因此称为连续X光 射线与X射线本质上一样 都是光子 就像可见光 只不过能量大小不同而已 光子能量高 X射线能量低 可见光的能量更低 射线与电子束本质上也一样 只不过其来源不同 前者来源于核反应 后者则由电子加速器产生 射线与X射线 射线与电子束的区别 射线的穿透能力 射线 1张纸片就能阻止它的穿透 射线 几毫米的铜片才能阻止它的穿透 射线 几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透 掌握射线的这种特性 能采取适当的措施进行有效辐射防护 射线 射线 射线 I
5、穿透物件后的射线强度I0 穿透物件前的射线强度 物质对射线的吸收系数 对同一材料为一常数 物件的比重t 物件的厚度测厚灵敏度可达0 01 0 001mm X 射线穿透物质的衰减规律 半衰减厚度十分之一衰减厚度 射线可以用密度大的材料加以屏蔽 如钢板 混凝土 铅等 下表列出了不同材料对60Co源 137Cs源和226Ra源的半衰减厚度 宇宙射线 天文学研究发现 星星之所以会闪闪发光 是由于其内部不断进行着核聚变反应 星体内部的核反应所产生的射线到达地球的过程中 与宇宙间的物质相互作用产生次级射线 再辐射到地球 这些来自宇宙间的射线就称为宇宙射线 由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱 因此宇宙射线
6、的强弱随着高度的增加而增加 海平面 约28nGy h 拉萨 约120nGy h 地铁 约1nGy h 宇宙射线随海拔升高而升高 正常地区的天然本底辐射的主要来源按其起因可分为三类 宇宙辐射即来自宇宙空间的高能粒子流 其中有质子 粒子 电子 中子等 宇生核素它们主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的 原生核素存在于地壳中的天然放射性核素 陆地辐射 地壳中存在着自地球形成以来就有的天然放射性核素 称为原生放射性核素 都是长寿命的 其半衰期可与地球年龄相比较 就对人的外照射剂量贡献而言 主要的原生放射性核素为K 40 Th 232 U 238 U 235 Rb 87其中U 238及Th 23
7、2为两个天然放射系的母体核素 其许多子体核素也会对人造成照射 氡的同位素氡是一种放射性惰性气体 地球上三个原生的天然放射系中 分别存在氡的3个同位素 即222Rn 238U系 220Rn 232Th系 和219Rn 235U系 由于岩石和土壤中235U含量很低 219Rn的半衰期又很短 因此 它对人的照射没有太大的意义 220Rn的半衰期很短 只有在岩石和土壤中232Th含量高的地区 其对人的照射才有必要加以考虑 222Rn222Rn的照射是人受天然辐射照射最重要的来源 一般情况下 室内空气中222Rn及其短寿命子体的浓度远比室外高 因此 吸入室内空气中222Rn及其短寿命子体是最重要的照射途
8、径 土壤中的放射性特征土壤中的天然放射性核素 决定了环境本底辐射水平的高低地质环境对土壤中天然放射性核素的含量起着决定性的影响表层土壤中氡含量与季节及温度有很大的关系土层深度对氡含量有明显影响 2 5m深处土壤空气中氡的浓度比表层土中高一个数量级土壤通气性对氡浓度的影响也十分明显 放射性高本底地区 阳江高本底地区 东岸岭地区 北甘 亨垌 田畔 彭村 塘围 桐油区 含横山 上垌 下垌等地 印度克拉拉邦巴西滨海高本底地区 重温 放射性基本知识 1 放射性 2 射线的种类 3 射线的穿透能力 4 X射线 5 天然辐射 宇宙射线 活度 定义 辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰变数 A N t 单位
9、 Bq 贝可 老单位 居里 Ci 1居里 Ci 3 7x1010Bq 物理意义 描述物质的放射性强弱 活度越大 表示物质的放射性越强 实际应用的放射源活度范围 几十mCi 百万Ci 实验室标准源 1000 10000Bq 放射性活度定义 活度 一个放射源 在单位时间内衰变的原子核数目 用于衡量放射性的强弱 放射源质量的多少不能用于衡量放射性的强弱 强度 单位时间内放射出的某种射线的数目 对于有些放射源 活度与射线强度相等 有些放射源 活度不等于射线强度 比活度 放射源单位质量的活度 用于衡量放射源的纯度 比活度 活度能够用来反映辐射体总的放射性 但不能反映辐射体的放射性浓度 定义 单位质量或体
10、积中的放射性活度 A m N t m 单位 Bq kg Bq L Bq m3 如 核电站放射性废水中的Cs 137 5Bq L 定义 单位质量的受照体所接受 吸收 的辐射能量 D E m 单位 J kg 戈瑞 Gy 如 1J 2kg 0 5Gy 剂量这个名词在医学上指的是人食入药物的物质量 如2mg 天 人 而这里则是受照体所接受 吸收 的辐射能量 物理意义 用于描述射线对受照体的作用效果 受照体的 吸收剂量 活度 剂量 它是描述电离辐射能量的量 当电离辐射与物质作用时 其部分或全部能量可沉积于受照介质中 电离辐射 凡是与物质直接或间接作用时使物质电离的一切辐射 称为电离辐射 无论在空间 还是
11、在介质内部 凡电离辐射在其中通过 传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围 称之为电离辐射场 吸收剂量率 在定义剂量时 没有考虑时间的因素 即相同的剂量可以是1小时的照射 也可以是1天 24小时 的照射 为描述受照体接受辐照能量的快慢 则需引入剂量率 定义 单位时间内单位质量的受照体所接受 吸收 的辐射能量 D t E m t 单位 J kg h 戈瑞 小时 Gy h 或者 nGy h 10 9Gy h剂量或者剂量率 都是与具体的受照物质相对应 如人体的吸收剂量率 空气的吸收剂量率等 其中 为放射源周围某点空气 吸收剂量率 单位 Gy s 为放射源周围某点的 射线注量率 单位 光子 m2
12、 s为 射线在空气中的质量能量吸收系数 单位 m2 kg 例如137Cs的662keV的 射线 2 94 10 3m2 kg Er为 射线的能量 单位 J 1MeV 1 6 10 13J A为放射源单位时间内向4 方向发射的 射线数 单位 粒子 s r为某点距离点源的距离 单位 m 放射源的活度与周围辐射剂量率的关系 26mCi放射源 137Cs 周围的空气吸收剂量率随距离的变化 从图可见 放射源周围的辐射强度会随距离的增加而迅速衰减 根据辐射防护与放射源安全标准 GB2003 18871 公众年照射剂量限值为1mSv 如果26mCi的放射源完全裸露 一个人站在距离放射源1米处也需停留16小时
13、以上 可见这类放射源的危险性较小 当量剂量 对于不同的射线 即使剂量相同 对受照物体所产生的效果可能不同 为描述不同射线对受照体的不同作用效果 引入剂量当量 当量剂量 剂量 射线的品质因子 单位 希福特 Sv 总的能量可以相同 不同射线的品质因子 如人体接受 射线 射线和 射线照射的剂量各为1Gy 那么总的剂量当量 1 20 1 1 1 1 1 1 20 22 Sv 有效剂量E 身体所受的任何照射 几乎总是不止涉及一个器官或组织 所有器官或组织也不一定受到相同当量剂量的均匀照射 人体不同部位受到相同当量剂量的照射后所产生的H1 H2 HT 为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量 人体各组织或器官
14、的当量剂量乘以相应的组织权重因子后的和 半衰期 放射性原子核衰变时 它从一种核素变为另外一种核素 这样原来的原子核数不断减少 放射性原子核的数量No衰变到原来的一半时所经历的时间 半衰期 T1 2 半衰期T1 2 定义 放射性原子核衰减到原来数目的一半需要的时间 半衰期与衰变常数的关系 T1 2 0 693 活度随时间的变化 A N Ne t 不同放射性核素的半衰期很不相同 可从十亿分之几秒到几百亿年 不同放射性核素的半衰期 放射性原子核的衰变不受一般的物理 化学变化的影响 只有核反应才起作用 因此企图用火烧 压打 酸溶 碱泡等的方法来消减放射性是不科学 也是不可能的 辐射防护基础知识 射线的
15、用途射线的危害射线防护的目的辐射防护三原则外照射及其防护方法内照射及其防护方法 主要内容 辐射 放射性 的用途 射线的用途 1 医学 诊断 治疗 消毒等 2 工业 测厚 探伤 材料改性等 3 能源 发电 供热等 4 农业 品种改良等 5 地质 探矿 找石油等 6 考古 年代分析等 7 国防 核武器 如原子弹 氢弹等 射线的危害 小剂量照射时 可能诱发恶性疾病 如癌症 白血病 遗传疾病 1 居里夫人 放射性物质镭发现者 及其女儿的白血病 2 早期夜光表表盘制作工人的骨癌 大剂量照射时 效果立竿见影 如皮炎 脱发 白血球下降等 1 切尔诺贝利核电站事件 2 放射源丢失事件引起的照射 辐射效应 非随
16、机效应 确定性效应 当人体吸收的辐射剂量大于某一剂量值 阈值 时 就会出现近期的临床效应 且这种效应与剂量的大小成正比 1 剂量大于阈值时 才会出现确定性效应 2 剂量越大 所产生的临床效应越严重 3 对于不同的组织 产生临床效应的阈值不同 确定性效应的阈值 辐射效应 随机效应 当人体吸收的辐射剂量小于某一剂量值 阈值 时 虽然不出现近期的临床效应 但有诱发恶性病变和产生遗传基因缺陷的可能 且这种可能性的大小与剂量的大小成正比 1 可能不等于一定 2 可能性的大小与剂量大小成正比 3 不存在安全剂量 危险总是存在 随机效应的危险度与剂量大小的关系 一年内人体接受电离辐射照射单位当量剂量所致的恶性病的死亡率或严重遗传疾病的发生率 危险度的估算资料主要来自三类人员的流行病学调查结果 1 职业照射人员 2 居住在高本底辐射照射地区的居民 3 长崎 广岛原子弹爆炸的幸存者 辐射照射所致危险度 辐射防护三原则 1 正当化 在进行伴有核辐射的项目中 要求所得到的利益大于所付出的代价 辐射防护三原则 2 剂量限值 对职业性照射个人和公众所规定的年剂量限值 剂量限值的确定原则 对职业人员 将辐射照射对
