放射工作人员培训讲解

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1、电离辐射与放射性,辐射的来源与种类,一、天然辐射源： 1、宇宙射线宇宙射线是宇宙间存在的一种高能射线，在海拔25-30公里高空为初级宇宙射线。初级宇宙射线与大气层相互作用形成次级宇宙射线。飞机机组人员和乘飞机较多的人员可能遭受较多的宇宙辐射,各国机组人员年均剂量,2、地表辐射地球自身的天然放射性核素发出的各种射线。这些放射性核素包括重放射性核素、中等质量放射性核素和轻放射性核素。 重放射性核素铀系：U-238钍系：Th-232锕系：U-235 中等质量放射性核素：I-131、I-125等 轻放射性核素：H-3、C-14,具有卫生学意义的天然放射性核素 氡：包括氡-222、氡-220和氡-219

2、，氡-220和氡-219半衰期短，氡-222半衰期3.824天，可以在局部累积，是致肺癌的因素之一。我国大部分有色金属矿山、地下煤矿和其他矿山工人，因为氡的原因，可能列入职业性照射。 镭-226、钍-232:金属冶炼、煤燃烧后，镭-226、钍-232几乎100%残留在渣中，废渣的再利用，可能导致局部辐射水平生高。磷矿开采制造磷肥，导致农作物对镭的富集。 钾-40：环境中含量丰富、均匀，是 辐射 的主要贡献者。,3、天然辐射本底宇宙辐射和地表辐射构成了天然辐射本底，这种本底辐射是不能避免的，也是人类可以耐受的。因此，放射性是“多”和“少”的问题，而不是“有”和“无”的问题。放射防护的目的不在于将

3、剂量降低为零，而是降低到合理的水平。不同地域天然辐射本底不同，与海拔高度、地质状况、气候因素等有关。高海拔地区本底较高，一些含有某种矿物成分的地区本底较高，如广东阳江。,我国居民所受天然辐射年有效剂量,3、人工辐射源的应用一般来说，核技术在社会生活中应用的广泛程度标志着社会生产水平的高低。合理的、正当的放射实践应该受到鼓励。因为它给人类带来的利益超过人类所付出的代价。较为常见的应用： 核电站、反应堆 医疗照射：放射诊断、放射治疗 X、工业探伤、工业仪表 工业、农业辐照装置 放射测井、测水 无损安全检查 仪器校对、实验示踪标记,公众的环境辐射,宇宙射线,地表辐射,疗照医射,核工业,燃煤工业,建筑

4、材料,食物和水,温泉,放射性事故,含放射性物质消费品,氡,各种辐射对人类造成的年剂量,1、 射线 射线是带两个电位正电荷的氦原子核。因为其电荷数高、质量大，其电离能力很强，穿透能力弱，能够迅速失去能量，也可以说，能够迅速传递能量。是高LET射线。通常不考虑其外照射，但内照射损伤会非常严重。一般重放射性核素发出 射线。如226Ra、238U、222Rn、210Po等。这些元素往往伴生 射线，很少有纯粹的辐射源。因此对其伴生的 射线的防护必须考虑。,三、几种常见的辐射,2、 射线 射线原子核内部发出的电子流，当原子核内部中子数与质子数不同时，原子核处于不稳定状态，发出e+或e-，完成中子与质子的相

5、互转换。 射线是直接电离辐射，由于其具有较小的质量和较低的电荷，电离能力弱，穿透能力强。对其应主要考虑外照射。但由于天然源的大量存在，由3H、14C、40K对人体造成的内照射已经受到关注。常见的源有90Sr、45Ca等。这些核素也往往伴生 辐射。, 射线产生示意图,中子,+,e-,质子+, 射线,质子+, 射线,e+,中子,3、 射线 射线是不带电的光子流，为间接电离辐射，其性质与可见光相似，都是电磁波，穿透能力极强。由原子的电子能级跃迁产生，其能量往往是跃迁的能级差。大部分的放射性核素均能发出射线，即使是那些典型的 、 辐射源，也不同程度地伴生射线。同一核素可能同时存在两种以上的能级跃迁，因

6、此可能产生不同能量的射线。,60Co的能级跃迁,高能级,低能级,低能级,h =1.17MeV,h =1.33MeV,4、X射线X射线是高速运行的电子群撞击物质而突然被阻止时所产生的光子流，主要原理是轫致辐射。其本质与射线相同，都是电磁波。但X射线没有确切的能量值，我们只能确切地知道一束X射线的最大能量是多少，或其主要能量成分所占分额。其能量远小于 射线，多为千电子伏级，其穿透能力较 射线弱。其软成分往往造成影象质量问题。一些放射性同位素发出的低能 射线也称为X射线，称为标识辐射或特征X线。如55Fe等。,射线与X射线比较,5、中子中子质量与质子大约相等，是不带电荷的中性粒子。根据能量高低分为慢

7、中子（小于keV）、中能中子（5-100keV）、快中子（0.1-100MeV）。中子不能与原子的电子相互作用，而是与原子核发生碰撞。应用较多的中子源是利用放射性核素发出的 粒子或 光子去轰击靶物质引起（ ,n）或（ ,n）反应产生中子。如226Ra-Be源， 226Ra发出粒子，轰击Be原子核，产生一个12C和能量为5.708、1.527MeV的中子。这样的中子源多将镭、钋等 放射金属粉末与铍金属粉末压制在一起制得。这些复合源由于其 放射源本身伴生 辐射、核反应时产生 辐射，故必须考虑 射线得防护。另外，由于 射线自吸收，产生得中子能量不确定。纯粹自发裂变中子源很少，常见的只有252Cf。,

8、252Cf,2f+3.76n+200MeV,252Cf是超钚元素，是239Pu在反应堆中子照射下，连续俘获中子及 衰变逐步形成的。其中子产额高，是目前最强的中子源，价格昂贵。,自发裂变,辐射与物质的相互作用,一、带电粒子与物质的相互作用带电粒子指、等带有电荷的粒子。其与物质的作用，以电场的库仑作用最为突出。带电粒子被称为直接电离粒子， 、射线也称为直接电离辐射。这是与 、X射线相对而言的。放射防护的中心问题就是能量传递问题，能量传递就是通过相互作用完成粒子间的能量交换，直接电离辐射可以直接将能量传递给介质，间接电离辐射则要通过次级带电粒子进行传递。,1、电离和激发,、等带电粒子通过物质时，按它

9、带电的级性，通过库仑场作用，吸引或排斥原子核外电子，使电子获得足够的能量，足以克服原子核的束缚，成为自由电子，原子成为带正电的离子，形成离子对，此过程为电离。在其通过的路径上，可形成一连串的电子对。如果带电粒子通过物质时，给予电子的能量低，使电子不能克服原子核的束缚，但电子从低能级跃迁到高能级，或从内层轨道跃迁到外层轨道，使原子从稳定态到达不稳定的激发态，此过程为激发。激发态的原子很容易释放出多余的能量回到基态，此过程为退激。,带电粒子通过电离和激发将自身的能量逐渐传递给介质，带电粒子的能量逐渐减少，并最终消失。单位长度路径上所产生的离子对数目称电离密度。电离密度越大的射线，其电离能力越强。,

10、-,+,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,+,电离,带电粒子,自由电子,+,-,2、轫致辐射,高速运行的带电粒子从原子核附近掠过时，受到原子核库仑场的作用而产生加速度，其部分或全部动能将转变成连续谱的电磁辐射（X射线），即轫致辐射。这种形式的能量损失，称为辐射损失。由于轫致辐射的存在，带电粒子所失去的全部能量，不等于物质的吸收能量，尽管轫致辐射本身也会产生次级带电粒子进行能量传递。一般情况下， 粒子轫致辐射的份额很小，但 粒子（电子）的轫致辐射是不可忽略的。,轫致辐射,入射电子,轫致X射线,3、湮没辐射,一个粒子与其相应的反粒子发生碰撞时，其质量可能转化为 辐射。+

11、粒子（正电子）被物质阻止，与物质中的自由电子相结合，转化为能量各为0.511MeV的两个光子。,e-,e+,入射正电子,自由电子,h = 0.511MeV,h = 0.511MeV,4、契仑科夫辐射,高速运行的带电粒子束在透明介质中以高于光在该介质中的传播速度运动时，带电粒子的部分能量以蓝色光的形式辐射出来，这种辐射就是契仑科夫辐射。,二、 、X射线与物质的相互作用, 、X射线是间接电离辐射，它们不能直接引起物质电离而把能量传递给物质，而是通过其与物质作用产生的次级带电粒子，经过电离激发等过程完成能量传递。它们与物质作用的主要形式是光电效应、康普顿吴有训效应和电子对效应。 、X与物质作用时，不

12、是象带电粒子那样通过多次小能量的损失逐渐消耗其能量，而是一次作用就消耗其全部能量或大部分能量，光子不可能形成一连串的离子对。,1、光电效应,能量为h 的光子通过物质时，与原子的某壳层中的一个轨道电子相互作用，把全部能量传递给这个电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子（光电子）这就是光电效应。发生光电效应的条件是，光子的能量大于某壳层电子的结合能。,入射光子h,光电子 e,失去电子后形成空位,当光电效应留下的电子空位被外壳层电子填充时，多余的电子位能可能以光辐射的形式发出，这种光辐射称为特征X射线或荧光辐射，其能量等于两能级之差。如果多余的电子位能不是以光辐射的形式放出，而是传递给外壳

13、层电子，这时获得能量的电子从原子中逃逸出去成为自由电子，这种效应就是俄歇效应，产生的自由电子为俄歇电子。因此，光电效应入射光子的能量最终转化为两部分：一是次级电子（光电子、俄歇电子）的动能，一是特征X射线。,2、康普顿-吴有训效应,当具有能量为h 的光子与原子内一个轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成 角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与入射光子成 角方向射出（康普顿反冲电子），这种效应称康普顿效应。,h,反冲电子,散射光子h ,入射方向,3、电子对效应,在原子核场或电子场中，一个光子转化成一对正、负电子，就是电子对效应。在原子核场产生电子

14、对效应，要求入射光子的能量大于2个电子的静止质量能量（ h 2mc2=1.02MeV)，在原子的电子场中，要求入射电子的能量大于4个电子的静止质量能量（ h 2mc2=2.04Mev）。,-,+,上述三种效应发生的几率主要与光子的能量、介质的原子系数有关：,吸收物质的原子序数Z,0,20,40,60,80,100,120,光电效应占优势,康普顿效应占优势,电子对效应占优势,0.1,0.5,1,5,10,50,100,三、中子与物质的相互作用,中子不带电，主要与介质的原子核发生作用，与原子的壳层电子几乎不发生作用，也不能直接引起物质电离。中子与原子核的作用方式有三种：势弹性散射、复合核、直接相互

15、作用。一般来说，中子碰到原子核后，给出部分能量，使原子核受到反冲而在物质中快速运动，引起物质电离。,中子源发出的几乎都是快中子，在屏蔽层中主要通过弹性散射和非弹性散射损失能量，最后被物质吸收，主要发出 射线，因此中子的屏蔽较为复杂，除考虑快中子的减弱过程和吸收外，还要考虑 射线的屏蔽。对快中子的屏蔽不能使用重物质，这是因为，快中子在与重原子核碰撞时，几乎不损失能量，而与H碰撞时，一次可失去50%的能量，因此要选用含H较多的物质做中子的慢化材料，如水、聚乙烯、石蜡等。这些材料慢化中子时，产生的次级 射线，须用重金属防护。,辐射量与单位,辐射量和单位是为描述辐射场、辐射作用于物质时的能量传递及受照

16、物质内部变化的过程和规律而建立起来的物理量及其量度。也就是说，辐射量是一些能表述特定辐射的特征并能加以测定的量。辐射量的概念定义在不断完善之中，有些量被淘汰，这是随着人们对放射性及其生物效应的认识逐步深入而逐渐改进。可以说，我们现有的辐射量构成防护体系并不是完全成熟固定的。,1、放射性活度,放射性同位素在单位时间内发生核转变的次数，称为放射性活度。其SI单位为贝可（Bq），专用单位是居里（Ci）。1Ci=3.7 1010Bq。贝可的物理意义就是“次/秒”。放射性活度是描述放射性同位素大小的一个量，跟同位素发出的射线没有关系。活度只是告诉我们一个放射源单位时间内发生衰变的次数，并不代表发出了多少粒子或射线。实际工作中，常用放射性“比活度”，即单位重量或体积中的放射性活度，单位为Bq/Kg或Bq/L。比活度大约相当于质量浓度或体积浓度。需要指出的是，描述放射源的大小或多少时，我们采用的活度和比活度概念，并不是描述某种放射性同位素的原子数多少或质量大小，而是描述发生衰变的几率，这是因为，尽管，一个放射源中含有若干放射性同位素，但只有那些发生核转变的原子才有放射性意义。,