辐射安全与防护基础知识

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1、辐射安全与防护基础知识广西壮族自治区辐射环境监督管理站 杨名生Email: 一、核技术发展历程回顾二、放射性基础知识三、核技术应用现状与发展趋势四、电离辐射防护与辐射源安全基本标准五、核技术应用对环境的影响六、辐射监测一、核技术发展历程回顾1895 年，德国科学家伦琴（W. C. Roentgen)发现 X 射线1901 年，居里夫人（Marie Curie）发现了镭，之后又发现了钋1951 年人类第一次实现了核能发电二、放射性基础知识（一）核物理基础知识（二）重要概念和量原子、电子、原子核、质子、中子（放射性的产生）原子由非常小、带正电的原子核，及带负电的电子高速环绕运动组成。原子不带电。原

2、子大小10 -10m，原子核大小5 x10-15m，后者只有前者的二千分之一，但占有原子 99.9%的质量。原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，质子和中子的质量几乎相等。质子和中子是靠核力结合在一起的。核力比静电力和万有引力强得多，但只有在距离小于x10-15m 才起作用。元素、同位素原子核内的质子数相同的原子 元素（112 种） ；原子质量(A)=质子质量(Z) +中子质量(N)。元素、同位素凡是原子序数相同而质量数不同的一组核素，即同属一种元素的一组核素，在元素周期表中占据同一位置，称为该元素的同位素。如 2815P、 2915P、 3015P、 3115P、 3215P、 3315P

3、、 3415P 都是磷的同位素。一般每种元素都有一种以上的同位素，多的可有数十种，其中多数是放射性同位素，少数是稳定的。从 84Po 开始，以后的各个元素的同位素都具有放射性。92 号铀以后的元素称为超铀元素。至今已知的同位素有 2000 多种，其中放射性核素约 1800 种，稳定同位素约 300 种。天然同位素大多是以同位素混合物状态存在，如天然铀中， 234U 丰度为0.0056%、 235U 为 0.72%、 238U 为 99.27%。 核素与放射性核素核素核素是具有特定特征的某种原子的统称。如氕（ 11H） 、氘（ 21H） 、氚（ 31H）为元素氢的 3 种核素。放射性核素 能自发

4、地放出各种射线的核素统称为放射性核素，也叫不稳定核素。如氚（ 31H） 、23592U、 23892U 等。放射性核素有天然放射性核素和人工放射性核素。天然放射性核素又分为原生和次生两类。原生天然放射性核素是与地球形成过程中同时产生的，如 238U、 232Th 等放射系的母体和 40K 等单个核素。次生天然放射性核素是指天然放射系的衰变子体和由天然核反应所产生的天然放射性核素如氚（ 31H） 、 14C 等。天然、人工和宇生放射性核素放射性与射线类型放射性放射性是指原子核自发地放射各种射线的现象。射线类型原子核放出的射线有： 、 、 和中子射线 。这些都是天然存在的。还有一种人工产生的射线

5、射线射线、射线、射线 1899 年， Rutherford 用不同的材料对射线的穿透能力进行测试，发现射线可以分为 3 种。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：几厘米的铅片才能阻止它的穿透。 射线、射线、射线如果让射线穿过磁场，则 射线、射线会往两个相反的方向偏转，而 射线则保持其原方向运动，可见 射线、射线分别带正、负电， 射线不带电。 射线：氦核( 4He)，质量数 4，电荷量+2 。1 个质量数 =1823Me=1.66x10-27kg射线：高速运动的电子，电荷量-1，质量 9.1x10-31kg.射线：光子，也是电磁波，无静止质量，能量=h 。比

6、较几种射线， 射线是重粒子流，就单个粒子而言，其作用效果最大。、 射线特征 射线是高速运动的氦原子核或氦离子（ 2+2He)，带两个正电荷。由于其质量大，在空气中的射程很短，在固体或生物组织中只有 30130 微米。它的电离能力大，穿透能力很弱。、 射线特征 射线是高速运动的电子流。其质量是 粒子的万分之几，在空气中的射程最大可达 10 余米，在生物组织中达数毫米。它的电离能力较小，穿透能力较大。 射线 是波长很短的电磁波。它不带电荷，其穿透能力很强，电离能力小。原子核衰变放射性和原子核衰变密切相关。所谓原子核衰变是指原子核自发地放出 或 等粒子而发生的转变。 放射性与 衰变相联系。 放射性与

7、 衰变相联系。 放射性与 跃迁相联系，也与 衰变或 衰变相联系。 射线的自发发射一般伴随 或 射线产生原子核放射性衰变规律N= N0e-t = No e-0.693t / TN0-起始原子核数N -经过时间 t 剩余的原子核数 -核素的衰变常数T -核素的半衰期衰变常数与半衰期衰变常数是在单位时间内每个原子核的衰变几率。半衰期（T 1/2）：是放射性核素的原子核数衰减到原来的数目的一半所需的时间。如镭-226 的半衰期是 1602 年，铀-238 为 45 亿年。半衰期（T 1/2）原子核数 No 衰变到剩下一半时所经历的时间半衰期（T 1/2）N= N0e-t = No e-0.693t /

8、 T能 谱对特定的放射性核素，其放出的 射线、射线的能量是一定的，这种核素与其射线能量的一一对应的关系称为放射性核素的能谱，它是后来放射性谱仪测量技术的理论基础。而射线则没有特定的能量，但有最大值，它的能量范围 0Emax。Cs-137 和 Co-60 能谱核反应类型裂变核反应聚变核反应裂变核反应一个原子核，分裂成两个轻核的核反应裂变。裂变放出大量的能量，物质量相当的裂变反应比普通的化学反应所放出的能量大百万倍（ E = MC2 ） 。裂变核反应威力强大的原子弹就是利用了裂变核反应所放出的能量。聚变核反应两个轻核结合，生成另一种新核的核反应聚变。聚变放出大量的能量，甚至比原子弹的威力还大（ E

9、 = MC2 ） 。聚变对轻核容易发生，但不能在常规下发生。因为对带正电的原子核来说，要想使其靠近并结合在一块需要有强大的外力。聚变核反应威力更加强大的氢弹就是利用聚变核反应所放出的能量（原子弹引爆） 。不象裂变核反应那样，聚变核反应目前还处于不可控状态，因此暂时还不能和平利用。聚变核反应光芒四射的太阳的能量来自太阳内部的核聚变反应。宇宙射线来自宇宙间的射线宇宙射线宇宙射线随着高度的增加而增加，海平面：30nGy/h拉萨：120nGy/h 电离辐射某种射线（如 射线、射线、射线或其次级射线）作用到原子的外层电子，使电子脱离原有的轨道的现象电离辐射。 （能量大于 12.4eV)一般电磁辐射由于其

10、单个光子的能量低，因此无法使原子发生电离。放射系放射性核素的递次衰变系列通称放射系。自然界中存在铀系、钍系、锕系三个天然放射系。它们的母体半衰期都很长，和地球年龄相近或更长。它们的成员大多具有 放射性，少数具有 放射性，一般都伴随有 辐射，但没有一个具有 + 衰变或轨道电子浮获的。人工放射系只有镎系。1、钍系从 232Th 开始，经过 10 次连续衰变，最后到稳定核素 208Pb。这个系的成员，质量数都是 4 的整倍数。母体 232Th 的半衰期为 141 亿年；子体半衰期最长的是 228Ra 为 5.76 年，所以，钍系建立起长期平衡，需要几十年时间。2、铀系从 238U 开始，经过 14

11、次连续衰变，最后到稳定核素 206Pb。该系成员的质量数都是整倍数加 2。母体 238U 的半衰期为 45 亿年，子体半衰期最长的 234U 为 24.5 万年。所以，铀系建立起长期平衡需要几百万年时间。3、锕系从 235U 开始，经过 11 次连续衰变，最后到稳定核数 207Pb。该系成员的质量数都是4 的整倍数加 3。母体 235U 的半衰期为 7.04 亿年，子体半衰期最长的 231Pa 为 3.3 万年，所以，锕系建立起长期平衡需要几十万年时间。4、镎系把 238U 放在反应堆照射，连续浮获 3 个中子变成 241U，它经过 2 次 衰变变成了具有较长寿命的 241Pu（14.4 年）

12、 。 241Pu 经过 13 次衰变，最后到稳定核素 209Bi。但在这个衰变系列中， 237Np 的半衰期最长（ 2.14 百万年） 。当时间足够长以后， 241Pu 和 241Am 几乎衰变完了， 237Np 还会存在，并与其子体建立起平衡。所以这个系叫镎系。该系成员的质量数都是4 的整倍数加 1。（二） 、重要的概念和量1、放射性活度放射性活度表示放射性核素的核转变率。它是指处于特定状态下的一定量放射性核素在单位时间内发生自然衰变的数目。放射性活度的 SI 单位为贝可勒尔，简称贝可（Bq)。1 贝可表示每秒钟发生 1 次衰变。过去使用的单位是居里（Ci） ，1 居里3.710 10 贝可

13、 。放射性比活度是指单位质量或单位体积的放射性活度。2、照射量照射量是指 X 或 射线在单位质量空气中释出的所有次级电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量。照射量的 SI 单位，按定义为“库伦/千克”（C/kg） 。过去使用的单位名称是伦琴（R） ，它们的关系式如下：1R = 2.58 10-4 C/kg照射量率是单位时间内照射量的増量。其 SI 单位为库仑/（千克秒）C/(kgs), 过去使用的单位为伦琴/秒(R/s),。3、吸收剂量（D）吸收剂量就是电离辐射给予单位质量物质的平均授予能。吸收剂量的 SI 单位是戈瑞（Gy),其量纲是焦尔 /千克（J/kg

14、） 。过去使用的单位是拉德（rad)。1Gy = 1J/kg1Gy = 100 rad吸收剂量率是单位时间内吸收剂量的增量，其 SI 单位是“Gy/h”, 过去使用的单位是“rad/h”。4、当量剂量（H ）当量剂量为被研究组织内某一点上的吸收剂量与品质因数（Q）和其他修正因素（N）的乘积。其 SI 制单位为希沃特（Sv） ，量纲为焦耳/千克（J/kg ） ，1Sv1J/kg, 过去使用的单位为雷姆（rem） 。H = DQN1Sv = 1J/kg1Sv = 100rem当量剂量率表示单位时间内当量剂量的增量，其 SI 制单位为 Sv/h 等，过去使用的单位是 rem/h 等。 5、有效剂量（

15、He）有效剂量为人体各个器官或组织受照射的当量剂量，用以评价人体所受总的损伤。设 Ht 为 T 器官（或组织）所受当量剂量， Wt 为 T 器官（或组织）的权重因子（表示相对危险度） ，则有效当量剂量 HE 可用下式计算：HE =Ht Wt (希沃特)放射性度量新旧单位对照表6、集体当量剂量（S）集体当量剂量用于评价人群受到照射所付出的危害代价。为受照射之群体某组（i）内 Pi 名成员平均每人的全身或某一器官所受当量剂量（Hi）和，用 S 表示。S =Hi Pi(人希沃特)三、核技术应用现状与发展趋势1、军事核设施2、民用核设施3、多领域应用辐射与同位素技术4、同位素与辐射技术在环境保护中的应用核武器原子弹爆炸的蘑菇云核潜艇核动力航空母舰（小鹰号）核 能原子核结构发生变化时放出的能量叫核能，也就是原子能。物质所具有的原子能是非常大的，它要比化学能大几百万倍甚至千万倍。原子能的大小一座 100 万千瓦的火电厂，每年要烧掉约 330 万吨煤，而同样容量的核电站一年只用30 吨燃料。核 电 站什么是核电站 ：核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电的动力设施。核电站工作原理 ：核电站用的燃料是铀。用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，