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1、辐射防护基本知识,电离监测室 黄 军 新疆辐射环境监督站,概 述,1）什么是辐射？ 辐射是指能量以电磁波或高速粒子的形式向周围空间或物质发射，并在其中传播的现象的统称。 （2）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、射线等 移动电话 800-1800 MHz 0.01 eV,第一章电离辐射源,1.1 原子和原子核 1.2 放射性衰变及机理1.2.1 衰变1.2.2 衰变1.2.3 衰变 1.3 放射性活度 1.4 放射性衰变规律,4,原子模型,1.1 原子和原子核,1.1 原子和原子核,原子核的表示符号：
2、AZXN X为元素符号，A=N +Z 为核子数，N 为中子数，Z为质子数。 Z 相同N 不同的核素称为同位素； 具有相同的质量数A和原子序数Z，但处在不同能态的核素称为同质异能素。,6,1896年，法国物理学家贝可勒尔（A.H.Becquerel）首次发现放射性现象。当原子核内的质子和中子数失去一定比例时，就处于不稳定状态，核素可以自发地发生核衰变，变成一种新的核素，同时放出一条或多条射线，这种特性称为放射性 (radioactivity)。,1.2 放射性衰变及机理,7,1.2.1 衰变原子核自发地放出粒子而变为另一种原子核的过程称为衰变。,式中，X代表衰变前的母核；Y代表衰变后的子核；Q表
3、示衰变能。,8,42He nucleus emitted, particle gets the most decay energy,23892U42He + 23490Th,Parent nucleus, 衰变 23892U 23490Th,9,衰变 -衰变衰变 +衰变衰变电子俘获,1.2.2 衰变,10,衰变 -衰变 原子核内质子相对缺少时，一个中子转变为一个质子，同时从核内释放出的电子的过程。,11, 衰变146C8 147N7,12, 衰变 31H1 32He1+e-1,13,有些核素在进行、-、+、或EC衰变时，处于激发态的子核在向基态跃迁时，多余的能量以光子即射线的形式发射出来，即为
4、衰变。,1.2.3 衰变,14, 衰变,15, 衰变3He 3He+ ,16,单位时间发生衰变的原子核数，单位：Bq。,放射性活度A（activity）,式中： A 放射性活度，SI单位：贝克勒尔（Bq）。1 Bq1s1dN dt 时间内发生的核转变数。,1.3 放射性活度,17,放射性活度是衰变数，不是发出的射线数；（137Cs：、） 历史上曾使用过的单位：居里（Ci）；1Ci相当于1g镭的放射性活度 ,18,1.4 放射性衰变基本规律,指数衰减规律N = N0e-t N0: （t = 0）时放射性原子核的数目 N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大小只与原子
5、核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快,N = N0e-t,19,某一时刻，原子核都具有相同的衰变几率，在t到t+dt之间衰变的原子核数就和N(t)和dt成正比。,理论分析：,衰变常数 原子核单位时间衰变的几率，单位：s-1,20,原子核数目减少一半的时间,半衰期T1/2,例题：单一放射性核素Cs-137，1991年4月源的放射性活度：A(0)=6.41107Bq。 已知：半衰期T1/2=30.17年。 请计算该源今天的放射性活度。,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,22,例题,解： =0.693/T1/2 当前Cs-137源的放射性活度 A(t)=A(0)e-t = 6
6、.41107 e-0.02320= 4.04107Bq Cs-137源经过20年，其放射性活度减弱为原来的63。,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,23,第二章 电离辐射与物质的相互作用,2.1 粒子与物质的相互作用 2.2 粒子与物质的相互作用 2.3 射线与物质的相互作用 2.4 中子与物质的相互作用,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,24,2.1 粒子与物质的相互作用,粒子是带2个单位正电荷, 质量数为4的氦原子核,是个带电的粒子, 一般由质量较重的放射性原子核发射,能量为不连续的, 能量通常为49 Mev。 粒子通过物质时, 能量转移(损失)的主要方式是电离和激
7、发。在射线和物质相互作用时, 电离也是其他各种射线损失能量的主要方式。,2.1 粒子与物质的相互作用,粒子的射程非常短, 1个5Mev的粒子在空气中的射程大约是3.5cm, 在铝金属中只有23 m, 因此,一般认为粒子不会对人体造成外照射的损害. 但当其进入人体的组织或器官时, 其能量会全部被组织和器管所吸收,所以内照射的危害是必须考虑的。,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,26,2.2 粒子与物质的相互作用,射线是高速运动的电子,带有1个负电荷,质量为氢原子质量的1/1840,当其和物质相互作用时,也会引起物质原子的电离和激发,粒子的质量比粒子的质量要小得多,所以1个与粒子的能量
8、相同的粒子, 在同一种物质中的射程要比粒子长得多.例如,1个能量为5 Mev的粒子, 在空气中的射程只有3.5cm, 而1个能量为5 Mev的粒子,在空气中的最大射程可达20m。,2.2 粒子与物质的相互作用,与粒子不同,粒子穿过物质时,有明显的散射现象,其特点是粒子的运动方向发生了改变。当运动方向发生大的改变(例如偏折)时, 粒子的一部分动能会以X射线的形式辐射出来,这种辐射叫韧致辐射。韧致辐射的强度既与阻止物质的原子序数Z的平方成正比,还与射线的能量成正比。,2.2 粒子与物质的相互作用,由于对X射线的屏蔽要比对射线本身的屏蔽困难得多, 所以对射线的屏蔽,通常要选用原子序数比较低的物质,诸
9、如像有机玻璃和铝这样的材料,作为射线的屏蔽物质,从而使得射线在屏蔽材料中转变为韧致辐射的份额较少。但对于放射性活度及粒子的能量均较高的辐射源,最好在轻材料屏蔽的后面, 再添加一定厚度的重物质屏蔽材料,以屏蔽掉韧致辐射。,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,29,2.3 射线与物质的相互作用, 射线是不带电的中性粒子(也即是电磁波), 其静止质量等于零,也称为光子。 当射线和物质相互作用时,同带电粒子与物质的相互作用情况大不相同,射线不能使物质直接电离和激发,也没有射程的概念。 射线与物质相互作用有3种主要形式, 即光电效应,康普敦效应和电子对效应。,2.3 射线与物质的相互作用,能量
10、较低的射线, 在物质中主要产生光电效应；中等能量时,主要产生康普敦效应；而能量较高时, 主要是电子对效应。 3种效应都会产生能使物质的原子电离或激发的次级电子, 而次级电子在物质中的射程不长,所以在考虑对射线的屏蔽时,不需要另外采取防护措施。 这就是说, 3种效应产生次数的多少,即是物质吸收辐射多少的标志。,2.3 射线与物质的相互作用,理论和实践都证明, 光电效应正比于吸收物质的原子序数Z的4次方,康普顿效应正比于Z/A, 而电子对效应正比于Z 平方.因此屏蔽射线时,以采用原子序数高的重物质为最好,例如铅。,2018/10/28,北京市辐射安全技术中心,32,2.4 中子与物质的相互作用,中
11、子的质量与质子的质量大约相等,并且中子与射线一样也不带电。 因此,中子与原子核或电子之间没有静电作用。 当中子与物质相互作用时,主要是和原子核内的核力相互作用, 与外壳层的电子不会发生作用。中子与物质相互作用的类型主要取决于中子的能量。在辐射防护中,根据中子能量的高低,可以把中子分为慢中子(能量小于5 kev,其中能量为0.025ev 的称为热中子), 中能中子(其能量范围为5-100 kev), 和快中子(0.1-500Mev)3种。,2.4 中子与物质的相互作用,中子与物质的原子核相互作用过程基本上可以分为两类:散射和吸收。散射又可以分为弹性散射和非弹性散射。慢中子与原子核作用的主要形式是
12、吸收。中能中子和快中子与物质作用的主要形式是弹性散射。对于能量大于10Mev的快中子，以非弹性散射为主。,2.4 中子与物质的相互作用,在上述的中子和物质的相互作用过程中,除了弹性散射之外,其余各种现象均会产生次级辐射。从辐射防护的观点来看,是相当重要的。在实际工作中,大多数情况遇到的是快中子,快中子与轻物质发生弹性散射时,损失的能量要比与重物质作用时多得多,例如,当快中子与氢核碰撞时,交给反冲质子的能量可以达到中子能量的一半.因此含氢多的物质,像水和石蜡等均是屏蔽中子的最好材料,同时水和石蜡,由于价格低廉,容易获得,效果又好,是最常用的中子屏蔽材料。,2018/10/28,北京市辐射安全技术
13、中心,35,第三章 电离辐射相关的量与单位,自从1925年成立了“国际X射线单位委员会”以来，某些辐射量和单位的概念经历了不少变化，以致一段时期内（尤其在5060年代），辐射量和单位的使用比较混乱。经“国际辐射单位和测量委员会”（ICRU）做了大量工作，现存已有了一套较为完善的电离辐射量和单位。 辐射的单位分为放射性活度单位和辐射剂量单位两大类，均由国际辐射单位及度量委员会（ICRU）所公布，称作国际制单位（SI单位）。以下简述几个重要的辐射量和单位。,电离辐射相关的量与单位,3.1 放射性活度 3.2 照射量 3.3 吸收剂量 3.4 剂量当量 3.5 有效剂量,37,活度定义：一个放射源在
14、单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。放射性活度的表达式为： A d N / d t，其SI制单位量纲s-1；活度单位的专用名称为贝可勒尔，也可简称贝可，国际通用符号：Bq ；曾用单位是“居里”，用符号“Ci”表示。,3.1放射性活度,38,常用单位换算：,1 Bq1 次衰变/秒1Ci3.71010Bq3.7GBq1 mCi 3.7107Bq 37 MBq 1 Ci 3.7104Bq 37 kBq,39,39,3.2 照射量,照射量X定义：光子在质量为d m的空气中所释放或产生的次级电子或正电子，在空气中完全被阻止时产生的同一种电荷的总量的绝对值d Q除以d m之商，即：X
15、 d Q / d m 其SI制单位为库伦每千克（C kg-1），它是惟一没有确定单位专用名称的常用剂量学量。曾用伦(R)做单位,40,40,伦琴（R）与每千克（C kg-1）的换算关系,照射量X的已经被淘汰的旧专用单位“伦琴（R）”，与其国际制单位库伦每千克（C kg-1）的换算关系是：1 R 2.5810-4 C kg-11 C kg-1 3.876103 R1 R 103mR 106 R 照射量X应用条件：X、射线；介质为空气；低于3MeV。,3.3 吸收剂量,定义：当射线与物质相互作用时，表示单位质量的被照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。用符号“D”表示， 即：D d E / d m吸收剂量D的SI制单位为J kg-1，其单位的专用名称为Gy，1 Gy 1 J kg-1。戈瑞Gy与已经被淘汰的旧专用单位拉德（rad）的转换关系是很好换算的百进制，即：1 Gy 100 rad， 1 rad 10-2 Gy,42,42,吸收剂量率, 因为随机量比（授予）能z是粒子传给质量m的物质的授予能与质量m之商，即：z / m 当质量很小的时候，吸收剂量就等于平均比（授予）能。 在单位时间d t内吸收剂量D的增量d D就是吸收剂率 ，即： d D / d t 反映吸收剂量随时间变化率的吸收剂量率，其SI制单位为J kg-1 s-1。,43,这是一个与个体相关的辐射量,式中：,
