辐射及其防护基本知识

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1、第 1 页辐射及其防护基本知识一、什么是原子和原子核？ 世界上物质有千千万万, 结构各不相同 , 但都是由基本元素组成的。目前己 发现了 118种元素 , 其中 92 种是天然的 ,26 种是人造的。构成元素的最小单元是 原子, 各元素都有各自的原子。原子是由更小的粒子组成的, 它们是质子、中子 和电子 , 而原子核是原子中带正电的核心, 它是由质子和中子组成的, 而电子在 不同轨道上围绕原子核不停地运动。 二、什么是同位素？ 同位素是指一种元素的所有原子, 包含有相同的质子数, 但中子数可能不同 , 即那些原子序数相同而原子质量数不同, 也就是核里质子数相同而中子数不同, 在元素周期表内占据

2、着同一位臵的那些物质。 三、什么是放射性同位素？ 同位素又分为稳定同位素和放射性同位素。稳定同位素原子核的质子数、 中子数以及核结构都是稳定不变的, 多数原子核属于这一类; 原子核不稳定 , 能 自发地放出射线而变成另一种核素(即改变了原子核中质子数和中子数)的同位 素叫放射性同位素。有些元素的同位素虽然原子核的质子数和中子数都不会改 变, 但其核结构能自发地发生改变, 例如核外电子能级的改变而放出电磁辐射, 它们也属于放射性同位素。放射性同位素有天然的和人工制造的两种, 天然的也 要经过人工提纯后才能使用。 四、什么是衰变和射线？ 原子核放出射线而变成另一种核素的现象叫衰变。在这种现象中,

3、最初那个 原子核叫母体 , 放出射线后生成的新核素称为子体。不稳定的同位素的原子核能自发地发生变化而放出某种粒子( 、-、)或射线(射线)的现象称为核衰变。核衰变不受外界因素影响, 而是由放射性元素 核内部能量状态决定的。 放射性核素有三个重要特点, 它们是: 、能自发的放出射线 , 与此同时衰变成别的核素。射线一般有 、 、 三 种, 有时又依此称为甲种射线、乙种射线、丙种射线。一种核素衰变时, 不一定 都能放出这三种射线。质量较轻的同位素一般只放出 、射线, 质量较重的放 射性同位素 , 多数能放出 射线。 射线穿透能力很弱 , 一张纸便可挡住。 但其能量容易传递给物质 , 所以要特 别注

4、意防止放出这类射线的放射性物质进入体内。 射线就是高速运动的电子, 穿透能力比 射线强 , 但不太厚的铝片便可以把 它挡住。 射线是不带电的中性粒子,静止质量等于零 , 习惯上也称光子。 射线与物 质相互作用时 , 同带电粒子与物质的相互作用情况不大相同。射线不能使物质 直接电离和激发 , 也没有射程的慨念。它与物质作用有三种主要的形式, 即: 较低第 2 页能量的 射线, 在物质中主要产生光电效应; 中等能量时 , 主要产生康普顿效应 ; 能量较高时 , 主要是电子对效应。 射线与物质相互作用时发生的任何一种效应, 都会产生次级电子 , 次级电 子从 射线中获取能量的多少 , 取决于相互作用

5、的形式和射线的能量及吸收介 质的种类。 射线在上述三种形式的作用过程中逐渐被吸收或变成另一种能量较 小的光子。 、有一定的半衰期 ( 半衰期记作 T1/2)。某种放射性核素放射出一种或一种 以上射线并衰变为别的核素的过程中, 其放射性活度 ( 单位时间内发生的核衰变 数)不断减小。一定数量的某放射性核素的原子数由衰减到它的初始值的一半所 需的时间长度称为该放射性核素的半衰期。半衰期是放射性核素的一个特征常 数, 不随外界条件和元素的物理化学状态的不同而改变。不同的放射性核素半衰 期长短差别很大 , 长的可达几十亿年 , 如钍-232 为 140亿年; 短的在百分之一秒以 下, 如钋-212 仅

6、为 3.0 10-7秒, 即一千万分之三秒。 、放射性原子核数目的减少服从指数规律。 五、射线的发生 天然放射性物的衰变过程释放出带电电离粒子、不带电电离粒子或由两者 混合的任何辐射的射线。射线在此指电离辐射，是通常所说的带电电离粒子， 如电子、质子、及粒子等，它们具有足够大的功能，以致由碰撞产生电离；那 些能使物质释放出带电电离粒子或引起核变化的不带电粒子，如中子、光子等， 称为不带电电离粒子。下面仅简要认识X射线、 射线。 、X射线 、X射线的产生：在工业上是由特制的X射线管产生的。它是波长比较短 的电磁波（波长约为10-8-10-10cm ）。 、白色 X射线（连续 X射线）与标识 X射

7、线（特性 X射线） 白色 X射线指波长在一定范围内连续变化的X射线 （既波长是由多种波长组 成的）。 标识 X射线指波长相对单一的X射线。 在应用技术上， 用来鉴别元素和进行物质的化学成份的定性、定量分析采用 标识 X射线。而射线探伤一般应用的是连续X射线。 、 射线 、射线的产生： 射线是从某些放射性物质（例如：钴、钍、铀、镭、 铱、铯等放射性物质）原子核里放射出来的；原子核从能量较高的状态跃迁到 能量较低的状态时 , 放出 射线。此外，基本粒子湮没、带电粒子的韧致辐射及 原子核衰变过程， 都能产生 射线。既：产生 射线的方式很多，主要有放射性 同位素衰变、韧致辐射、核反应、核裂变等，因而就

8、有式样不同的同位素。就 辐射装臵来看， 目前大多采用放射性同位素 源。同位素发射的 射线，是放射 性核衰变的伴随辐射。 射线是波长极短的电磁波， 通常它的波长在 10-9-10-10cm ， 它的速度和光速一样。它的穿透能力较强，能穿透300mm 的钢板。第 3 页、 辐射源（同位素 源简称为 源）的选用。不同使用场合，对 射线 源要求是不一样的，应满足于寿命长、安全性能好、自吸收小，比放射性高、 经济，货源充足等条件。在核物理实验、同位素仪器仪表、 探伤、 治疗机、 照相、 X荧光分析等等各个方面都需要使用 辐射源。 六、什么是放射性活度、照射量、吸收剂量、剂量当量？ 、放射性活度 : 放射

9、性活度是在单位时间内发生核衰变的数目,即衰变率 , 用符号A表示。 、照射量 : 是描述 射线或 射线在单位体积元内的单位质量空气中, 产 生多少电离的一个量。它并不反映空气或其它介质吸收能量情况。 1R的照射量相当于空气中8.69 10-3Gy的吸收剂量 , 相当于在组织中的吸收 剂量为 9.6 10-3Gy。 、吸收剂量 : 它适用于各种类型的辐射和任何介质, 也适用于内、外照射。 它的定义是 : 单位质量被照物质平均吸收的辐射能量。它的物理意义是: 电离辐 射与物质相互作用时, 单位质量的物质中吸收电离辐射能量多少的一个辐射量, 也就是粒子授予单位质量物质的能量多少。 、剂量当量 : 研

10、究证明 ,某一吸收量的生物效应 , 是与辐射的种类以及照射 条件有关的。就是说, 仅知道人体接受的吸收剂量, 还不能说明人体受到多大伤 害, 因此引用了剂量当量来修正。剂量当量H定义为 : 吸收剂量和其它必要的修 正因数的乘积 , 用下式表示 : H=DQN D是吸收剂量、Q是辐射线质系数 (也称品质因数 )、N是其它修正 系数,目前 ICRU(国际辐射单位和测量委员会)指定N=1 各种辐射类型的Q值各单位之间的关系初级辐射类型Q的近似值射线、 射线和电子 质子和静止质量大于1 个原子质量单位的单 电荷粒子 中子、 粒子和多电荷电子1 10 20 第 4 页西弗（又译 希沃特 ，英文 Siev

11、ert ? ，缩写 Sv）是一个国际单位制导出单位，用来衡量辐射对生物组织的伤害（剂量当量）。得名于瑞典生物物理学 家 Rolf Maximilian Sievert。 定义为 1 西弗 =1 焦耳（辐射能量）/ 公斤。旧时剂量当量还用雷姆单位 （又称人体伦琴当量，英文Rntgen equivalent man? 或 rem）衡量， 1 雷姆 =0.01 西弗。此外， 人体所受的辐射剂量，是以辐射场的强度与曝露时间的相乘积计算。故一般表示辐射强度，其单位有 ( 微西弗小时 )及( 毫西弗年 )二个。不要弄错单位， 因为【毫西弗】 是【微西弗】的千倍，而一年有8760 小时，所以 : 【微西弗】

12、是与【每小時】搭配，而【毫 西弗】与【每年】搭配才相符合。七、辐射对人体有什么影响？ 人体所受的辐射照射分为内照射和外照射两类。进入人体的辐射源对人体 产生的照射称为内照射 ; 而处在体外的辐射源对人体产生的照射称为外照射。 不论是内照射还是外照射对人体健康都可能产生一定的影响。 、辐射效应分类和辐射损伤机理。 人体受到电离辐射照射后, 辐射对人体产生的效应可以出现在受照射者本 人或他的后裔身上。出现在受照射者本人身上的称为躯体效应; 出现在受照射者 后裔身上的称为遗传效应。辐射量曾用专用单位国际单位制 (SI) 单位定义与国际单位换算制单位定义与专用单位换算放射性活度A 居里(Ci) 1 居

13、里 = 3.7 1010衰变 /秒1 居里 = 3.7 1010贝可勒尔贝可勒尔(Bq) 1 贝可勒尔=1 秒-11 贝可勒尔 = 2.73 10-11居里照射量伦(R) 1伦 = 2.58 10-4库仑/千克1 伦= 2.58 10-4库仑/千克未定(库仑 /千克 ) 1 库仑 /千克 3.877 103伦吸收剂量D 拉德(rad) 1 拉德 = 10-2焦耳/千克(=100 尔格 ) 1 拉德 = 10-2戈瑞戈瑞(Gy) 1 戈瑞 = 1 焦耳 /千克1戈瑞 = 100 拉德剂量当量H 雷姆(rem) 1 雷姆 = 10-2焦耳/千克1 雷姆 = 10-2希沃特希沃特(Sv) 1 希沃特

14、 = 1焦耳/千克1 希沃特 = 100雷姆第 5 页国际放射防护委员会在第26号出版物中又将这些效应分成随机性效应和确 定性效应 (非随机性效应 ) 二类。随机性效应是指发生几率( 不是严重程度 )与剂 量大小无关的效应 , 这种效应不存在剂量的阈值。确定性性效应是指严重程度随 剂量而变化的效应 , 这种效应存在着剂量的阈值, 低于这个阈值不会见到有害效 应。 遗传效应和躯体效应中癌的发生都是随机性效应。为了防护目的, 假定了在 低水平照射下 , 随机性效应的发生率和剂量有着线性无阈的关系, 即发生率和剂 量成正比 , 也就是说即使很小的剂量也有可能使人体受到损害, 只是发生的几率 是很微小

15、的。 确定性性效应表现为机体机能的改变, 例如形成白内障、皮肤的良性损伤、 骨髓中细胞的减少、生育能力的减退、血管或结缔组织的损伤等, 但这些效应 不会表现在后裔身上, 所以不属遗传效应。确定性效应的严重程度(疾患严重程 度) 取决于剂量的大小 , 即只有在机体接受的剂量超过一定的阈值时才能发生。 例如:引起影响视力的眼晶体混浊的阈剂量当量不会低于1500雷姆(15 希沃特即 15Gy), 可引起有损美容的皮肤阈剂量是几个星期或几个月内, 局部吸收剂量为 20 戈瑞(20Gy即 2000拉德) 。 电离辐射引起上述这些效应的机理较为复杂, 目前尚未完全研究清楚。但研 究认为 : 人体细胞中含有

16、大量水分, 电离辐射可使水分子电离, 电离形成自由基 (H,OH)和过氧化氢等毒物, 自由基的化学性质极活泼, 过氧化氢为强的氧化剂, 它们与细胞中的硫氢基及其它重要化合物发生反应, 造成细胞损伤。大量的研究 还证明 , 电离辐射还可以直接使细胞中的染色体或其它重要成分断裂, 从而造成 非正常细胞的出现。如果损伤的细胞是体细胞, 则表现出躯体效应 ; 如果损伤的 是生殖细胞 , 则辐射效应表现在受照者的后代身上, 为遗传效应。 、剂量与效应的关系。 非随机性的躯体效应存在着阈剂量。即当受照射剂量超过一个阈值时引起 急性损伤的一些效应 , 受照射者身上会出现一些相应的症状。 下表给出了一次全身受到较大剂量的照射后能引起的症状: 一次全身受到大剂量的照射后能引起的症状第 6 页应当注意的是 : 以伦琴为单位的照射量只能用来描述X射线和 射线对空气 的效应 , 以拉德 (rad) 或戈瑞 (Gy