辽宁辐射培训—辐射防护基础

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1、辽宁省辐射安全培训班 辐射防护基础,辽宁凯捷辐射环境技术工程有限公司 2011年11月,目 录,放射性 射线与物质的相互作用、 辐射防护的量及其单位 辐射对人体的危害 环境中的放射性 辐射防护,放 射 性,原子核 原子，由原子核和其外层电子组成 原子核，由带正电的质子和不带电的中子构成，中子或质子又都叫“核子”，意思是组成核的基本粒子。中子和质子大致具有相等的质量。 原子序数（ Z ），一种元素的原子核所包含的质子数（亦即核外电子数）称为该元素的。 质量数（A），原子核的质子数（Z）和中子数（N）的总和，即 A=Z+N。一种元素常用AZX表示，如22688Ra，元素镭的质子数88、质量数为22

2、6。 元素周期表， 将118种元素按核外电子数目和一定规律排列的表格。原子核外电子的数目，特别是最外层的电子数目，决定了该种元素的主要化学性质。,原子的结构,放 射 性,放 射 性,元素，有一定原子序数的同类原子，如 92U代表一种元素，其原子序数是92，88Ra代表另一种元素，其原子序数是88；而有同样原子序数的，属于同一种元素。已发现的元素共有118种，对应的原子序数从1到118。 核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子 ，例如， 代表一种核素， 代表另一种核素。已发现的核素达1000种以上 。 同位素：原子序数相同，质量数不同，即质子数相同，中子数不同的 几种原子叫做该元素的几种

3、同位素 ，他们在元素周期表内占据同一位置。广义上的含义和核素的含义相同 ，故用“核素”这个名词来表达，但有些书仍然沿用同位素这个名词来表达核素的含义 同一元素的各个核素，其化学性质相同而核性质不同 。一种元素往往有几种到几十种核素（同位素）。钋的同位素最多，从钋192到钋218，共有27种。目前已知的118种元素，同位素共达2000多种。,同位素又可分为稳定性同位素和放射性同位素两种。 稳定性同位素：原子核内的质子数、中子数以及核的结构都是稳定不变的。自然界中多数原子核属于稳定性同位素。 放射性同位素：原子核不稳定，能自发的放出射线而变成另一种核素（即改变了原子核中的质子数和中子数）的同位素，

4、称为放射性同位素。 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，但原子的结构能自发地发生改变，如核外电子能级地改变，放出电磁辐射，它们也属于放射性同位素。,放 射 性,辐射，是指以电磁波或高速粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量的统称（热辐射、核辐射等）。 辐射的分类 非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、可见光、 红外线和射频辐射 电离辐射： 能量大于10eV，如射线、 中子射线、 射线、射线等。,放 射 性,放 射 性,直接电离辐射directly ionizing radiation 具有足够动能的、碰撞时能引起电离的带电粒子，如电子、质子、粒子、重离子等，称为

5、直接电离粒子。由直接电离粒子组成的辐射称为直接电离辐射。 间接电离辐射indirectly ionizing radiation 与物质相互作用，能产生直接电离粒子的中性粒子，如中子、光子等，称为间接电离粒子。由间接电离粒子组成的辐射称为间接电离辐射。,放 射 性,核衰变：原子核放出射线而变成另一种核素的现象，称为衰变。 在某一核素发生衰变时，最初的那个原子核叫母体，放出射线后生成的新核素称为子体。 22688Ra22286Rn+42He 母体 子体 射线,放 射 性,放射性：在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子，即、射线，这种现象称为放射性；衰变时释放出的粒子(5MeV左

6、右)，粒子和光子等也叫做辐射，其能量高于10eV，所以，这些放射性原子核发射出的粒子，也就是电离辐射！ 天然放射性及同位素：天然不稳定核素能自发放出射线的特性 镭226、铀235、 钍232 等原子序数大于83的元素 92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在 人工放射性及同位素：通过核反应由人工制造出来的核素的放射性 钴60，铯137 等 实际应用中的放射性同位素，绝大部分是人工制造的放射性同位素；天然放射性同位素也要经过人工提纯后才能应用。,放 射 性,放射性衰变类型 衰变：不稳定重核(一般原子序数大于82)自发放出4He核(粒子)的过程； 粒子的质量大，速度小，照射物质时易

7、使其原子、分子发生电离或激发，但穿透能力小，只能穿过皮肤的角质层. 在空气中的射程只有几个厘米，如果遇到固体物质或液体物质时，则射程更短。数千分之一厘米厚的 铝片或一张普通的纸，就可以完全挡住射线，但因它的电离本领强，进入生物机体后，能引起很大的损伤。所以对射线，主要是防止进入体内而引起的内照射。,放 射 性,衰变：放射性核素放射粒子（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； 射线电子速度比射线高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；与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤； 负衰变（-衰变）：核素中的中子转变为质子并放出一个-粒子和中微子的过程。

8、-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。 正衰变(+衰变)：核素中质子转变为中子并发射出正电子和中微子的过程； 电子俘获：不稳定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层电子被俘获的几率大于其他壳层电子， 故又称K电子俘获；,放 射 性,衰变：原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所发射的电磁辐射；射线是 一种波长很短的电磁波（约0.0070.1nm），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； 射线与X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等一样，亦是一种电磁辐射，所不同的是它是从原子核激发时放出来的射线，能量较高

9、，一般在几十万电子伏以上，而可见光的光子能量只有几个电子伏。所以射线是一种高能光子流。 射线不带电的光子，它的穿透本领最强，要比射线大50100倍，比射线大10,000倍。射线在空气中的射程可达几百米，但它的电离本领却比射线、射线都小。故对射线主要是防止体外照射。,放 射 性,101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11,（波长 cm）,可见光,下图是自然界中所发现的各种电磁辐射的波长范围示意图。光子能量愈大，辐射波长愈短；光子能量愈小，辐射波长愈长。,放 射 性,中子流 中子是原子核的组成部分，每当U或Pu等

10、原子核分裂时，都能释放出中子来。因此在原子反应堆里或原子弹爆炸时，都能产生大量的中子流。中子的质量几乎与质子相等，只是它不带电，因此它的穿透本领与射线近似。但中子通常不稳定，很快放出一个电子而变为质子。质子是重带电粒子，其电离本领很强，故中子射入人体后，在体内的损伤作用也是很强的。尤其是中子在轻物质（如水）中很快减速，故对人体组织损害更大。,放 射 性,放 射 性,放射性活度和半衰期 （1）放射性活度：单位时间内发生核衰变的数目； A=dN/dt=-N A放射性活度（s-1），贝可（Bq），其中1Bq=1s-1，1贝可表示1s内发生1次衰变； N某时刻的核素数； t时间（s）； 衰变常数，放射

11、性核素在单位时间内的衰变几率； 1Ci相当于1g镭的放射性活度 1Ci = 3.7 1010 Bq,放 射 性,（2）半衰期（T 1/2） 放射性核素因衰变而减少到原来的一半所需时间。 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。 不同放射性核素半衰期的长短差别很大，长的可达几十亿年，如钍232为140亿年；短的只有几百分之一秒，如钋212仅为3.0X10-7秒。 T 1/2 =ln2=0.693,放 射 性,（3）衰变规律 放射性核素原子核数目的减少服从指数规律 N = N0e-t N0 是 t = 0 时刻的原子核数， N 是 t 时刻尚未衰变的原子核

12、数， 衰变常数。 大， 衰变的快。,衰变规律,射线与物质的相互作用,射线种类 粒子、粒子、射线、X射线和中子 射程和半吸收厚度 射线在物质中能够穿过的最大厚度叫做射程。或射线有确定的射程值，射线没有确定的射程值。 对于射线，常用半吸收厚度来衡量其穿透能力，所谓半吸收厚度就是使射线强度减弱一半所需物质的厚度（用d1/2表示）,射线与物质的相互作用,射线的半吸收厚度,射线与物质的相互作用,不同射线的穿透能力,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,三步作用 1） 初级作用 射线粒子本身与物质的作用（电离、激发、散射等）。 2） 次级作用 初级作用产生的自由电子具有相当大的能量，与射线类似能进一

13、步与物质相作用（电离、激发、散射）。次级作用产生的离子对数（和激发原子数）占了射线产生的离子对总数（和激发原子总数）的大部分，所以在对介质电离（和激发）的贡献上，次级作用是主要的。 3） 能量耗尽了的电子与正离子重新结合为中性原子，激发原子恢复常态（电子从外层跳回内层）。这两个过程都有能量放出，放出的能量可以是热能、光能或化学能。,带电粒子与物质作用的基本形式 电离和激发； 散射； 轫致辐射； 吸收。,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用 带电粒子与物质的作用主要是带电粒子与电子、原子核之间的库仑作用，就散射而言，只有与原子核作用才能引起粒子的散射，与电子的作用

14、改变不了粒子的前进方向。因此散射的几率很小。而粒子的散射，原子核或电子都能引起，因此，散射的几率较大。 电离：原子（或分子）变成正离子和自由电子（离于对）的现象。 激发：原子中的电子从能量较低的轨道跳到能量较高的轨道（即从电子壳层的内层跳到外层）的现象。 散射：射线与物质作用改变了射线前进方向的现象。 轫致辐射：高速带电粒子（即硬射线）和原于序数大的物质相互作用，放出光子（相当于x射线），同时带电粒子速度减慢的现象。,射线与物质的相互作用,非带电粒子与物质的相互作用 这里的非带电粒子，主要指X射线、射线和中子。X和射线通过物质时，不能使物质直接发生电离和激发，也没有射程的概念。非带电粒子与物质

15、相互作用时，主要有下列三种形式： 1、光电效应； 2、康普顿散射； 3、电子对 产生。,射线与物质的相互作用,光电效应： 当一个较低能量的光子在物质中被原子吸收后，从原子的核外电子壳层中，电离出一个电子，即光电子，该过程成为光电效应。 光电效应所产生的光电子，称为次级电子，其动能等于光子的能量减去该壳层电子在原子中的结合能。因此，如果入射光子能量低于某个壳层的电子结合能时，则不可能产生光电效应。,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,康普顿散射 单个光子把一部分能量传给原子中的一个电子，自己变成一个能量较低并在另一方向前进的光子。这一过程也可以看作是光子和自由电子相互碰撞的结果，在光子能

16、量为IMeV左右时占主要地位。 光子的能量较低时，入射光子能量大部分被散射光子带走；能量较高时，入射光子的能量大部分转移给电子（次级电子）；康普顿散射过程发生的几率随光子的能量增大而减小。,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,电子对产生 当光子的能量大于1.02MeV时，入射光子与某个原子核周围的电场相互作用，光子的全部能量转变成一个负电子和一个正电子（次级电子）所组成的电子对，并且沿大致相反的方向飞出，而光子的能量转化为正、负电子的静止质量能（2 X 0.511 MeV)，和它们的动能。 获得一定能量的次级电子，与粒子一样，可引起物质中原子的电离和激发。,射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,光电效应和康普顿散射发生的几率均随光子的能量增大而减小，但电子对产生的几率却随光子的能量增大而增大，并且在原子序数较大的物质中尤为突出。,