核辐射测量与防护1

核技术与自动化工程学院—葛良全—第一章核辐射测量基础知识1核辐射(nuclearradiation)核的变换nuclidetransformation来源粒子加速器particleacceleration宇宙射线cosmicrayfromouterspace产生机理角度核技术与自动化工程学院—葛良全—地-空界面上伽玛射线的来源从空间分布角度人工放射性7.2%大气核试验核工业与核技术应用核医学诊断陆地放射性80.0%铀系列核素钍系列核素钾-40其它核素宇宙射线12.8%电离成份10.5%中子2.3%核技术与自动化工程学院—葛良全—一些核辐射的特征:TypeofparticlesymbolCharge(relative)ApproximaterestmassRestmassneutronn011.008982Protonp111.007593Deuterond122.014187Tritont133.01645Alphaparticlea244.002777positronβ+e+11/18400.000549Electronsorbetaparticleβ-e--11/18400.000549µmesonµ±1210/18400.115∏∏±1276/18400.152GammarayγneutrinovFissionfragment2095核技术与自动化工程学院—葛良全—2核辐射的分类快电子带点粒子辐射重电子粒子γray电磁辐射xray非带电辐射中子核技术与自动化工程学院—葛良全—辐射源1快电子源fastelectronsource1.1β衰变betadecay反应式initialfinalantineutrinosnuclidenuclide反冲核（recoilnuclide):E几乎为0小于电离阈能中微子：与β粒子分配衰变能Q值。β粒子的能量是连续的缺点：不是单能电子源（monoenergeticelectrons)νβYXAZAZ+++1→核技术与自动化工程学院—葛良全—1.2内转换电子internalconversion过程：β衰变母核能量是单能的母核：处于激发态发射光子内转换核技术与自动化工程学院—葛良全—1.3俄歇电子Augerelectron特征x射线原子壳层中的电子空位俄歇电子特点：能量较小入射粒子光电子特征X射线俄歇电子核技术与自动化工程学院—葛良全—1.4电子加速器Accelerator灯丝加热是丰富的电子源电子从表面逸出时，起能量小于1ev电压差电子获得的能量1V1eV1000V10keV2000V20keV大型电子加速器能加速到几MeV核技术与自动化工程学院—葛良全—2重带电粒子源2.1α衰变Alphadecay特点：1）能量单一5.358Mev2）封装薄0.09%金属箔0.1435.456Mev28%0.0435.49Mev72%HeYXAZAZ4242→+Pu23894U23492核技术与自动化工程学院—葛良全—2.2自发裂变spontaneousfission①原则上所有重核都可能自发地裂变成两个轻核碎片。②超铀元素自发裂变几率高③动量守恒原理两个碎片相向发射④能量由两碎片带走⑤伴随产生中子、γ射线核技术与自动化工程学院—葛良全—3电磁辐射源3.1伴随β衰变的γ辐射xraysfollowingbetadecayγ射线的产生：受激态原子核向较低能级跃迁时产生22Na1）发生的时间ns级以下EC10%2）单能β+90%3）β衰变的半衰期较长1.274excidednuclidestate4）核的退激γ1transformationgroundstate核技术与自动化工程学院—葛良全—3.2湮没辐射Annihilationradiation①与β-衰变相伴随②正电子失去动能之后与负电子相结合产生两个方向相反的0.511MeV的光子。③湮没辐射的时间极短。④0.511MeV的光子与原γ辐射在探测器中相叠加形成能量较大的光电源。⑤一般β+源的封装材料都能阻止正电子。核技术与自动化工程学院—葛良全—3.3伴随核反应产生的γ射线follownuclearreaction例如：Er=4.44Mev时间长2×1011s单能nCBeHe101269442→++MevnOCHem13.6→1016813642+++核技术与自动化工程学院—葛良全—3.4轫致辐射1）产生：高速电子受核库仑场阻止而改变方向产生2）连续谱continuespectrum从0～Emax（最大电子能量）核技术与自动化工程学院—葛良全—3.5特征x射线产生：原子壳层电子跃迁--原子退激时间ns级Augerelectron竞争过程荧光产额fluorescentfield光子能量产生方式：a)excitingbyRadioactivedecay①电子俘获electroncapture②内转换internalconversationb)外部辐射激发excitedbyexternalradiationc)同步辐射synchrotronradiation放射性的历史放射性(radioactivity)这一名词首次首次被利用是MarieCurie。在1898,她首先用来描述能发出电离辐射(ionizingradiation)的物质的外部特征,进一步证明了电离辐射与电磁辐射的差别。放射性的最早研究者：伦琴（Roentgen);1895年，伦琴用阴极射线（电子束）在放电管壁上的作用产生x射线（x–ray)。首先发现放射性：1896年，贝可勒尔(Becquerel)发现铀矿石使胶卷暴光，称之为radiationactives。核技术与自动化工程学院—葛良全—1898年，施密特发现钍（Th）具有与铀矿石相同的特征。1899年，卢瑟福（Rutherford）和欧文斯（Owens）发现射气（emanation)现象。1901年，Pierre和MarieCurie发现镭（Ra）之后又发现了钋（Po）。通过研究铀钍矿石的放射性，发现Ra比铀钍具有更强的放射性，于是从沥青中提炼出镭1903年，Becquerel和MarieCurie夫妇分别获得物理诺贝尔奖。1911年，MarieCurie获得化学NobelPrizeforisolatiingradium（Pierrediedin1906）。MarieCuriediedin1934attheageof67yearsasaresultofprolongedexposuretoradioactivityRa.核技术与自动化工程学院—葛良全—1911年，卢瑟福（Rutherford）用α射线轰击各种原子，观测到α射线发生偏折，从而确定了核结构，并提出了原子结构的行星模型，从而奠定了原子结构和原子核结构的研究基础。此后不久，玻尔提出了原子的壳结构和电子在原子中的运动规律，同时建立了描述微观世界的量子力学。1919年，在卡文迪许实验室，实现了人工核蜕变核反应，它是用α粒子轰击氦核能放出质子，反应式如下：1932年，发现中子（neutron)。1934年，人工放射性核素合成成功。HOHeN1118842147→++核技术与自动化工程学院—葛良全—单位和定义(unitanddefinition)1.放射性活度放射性核素的衰变率单位:/sBecquerel(国际单位)Curie(Ci):1g纯Ra的活度1Bq=3.7×1010Ci放射性比活度specificactivity描述单位质量的放射性同位素样品的放射性活度specificactivity=NλdtdNNdtλdN==MLλLMλMA==ΝΝ核技术与自动化工程学院—葛良全—2能量energy传统:电子伏(eV)KeVMeV一个电子经过1伏电压差加速所达到的动能国际单位SI:焦耳Jjoule1eV=1.602×10-19J光子能量与辐射频率的关系:νE=核技术与自动化工程学院—葛良全—3辐射照射量在辐射防护中的物理量γ射线照射量def:γ射线在质量为dm的空气体积元内形成的次级电子(负,正电子)完全被阻止在空气中时所产生的电离电荷dQX=dQ/dmSI单位库仑/kgC/kg历史单位伦琴R1R=2.58×10-4C/Kg辐射量描述的是空间某一点(无源)γ射线强度,是通过一定通量的γ射线对空气体积元的作用来定义的.核技术与自动化工程学院—葛良全—基本问题①按x的定义,累计次级电子的电离电荷量一直到次级电子路径终止.②距单位放射活度的源在已知点的照射量(点源).a)源足够小,能保持球形条件,光子通量不随1/d2而减小.b)x,γ射线在源和测量点之间的空气或其他物质没有吸收c)只有从源到测量点的光子才有贡献,忽略周围介质物质中的散射光子表示所有从辐射源发出的能量大于的光子都对剂量有贡献.而能量小于的光子由于吸收等而无实际意义。2dAδX=核技术与自动化工程学院—葛良全—典型同位素源的值Cesium3.3Cobalt-570.9Cobalt-6013.2Radium-2268.25Sadium-2418.4δ核技术与自动化工程学院—葛良全—4吸收剂量AbsorbedDosedef:D=dE/dmSI单位：J/KgGray(Gy)=1J/Kg废除单位：Rad(拉德)=100尔格/克1Gy=100Rad核技术与自动化工程学院—葛良全—讨论问题1.两种不同的物质受到相同的γ射线照射量，则吸收剂量不一定相同。原因：物理性质的变化诱发化学反应2.D是一定的辐射照射量在吸收物质中产生的化学和物理效应的适当量度。3.介质：空气γ射线1C/Kg34.5J/Kg(Gy)4.测量介质中的D核技术与自动化工程学院—葛良全—5剂量当量（H）用适当的修正因数对吸收剂量进行加权,使得修正后吸收剂量能更好地和辐射所引起的有害效应联系起来.定义为在组织内所关心的点上的D、Q、Ｎ和乘积。H=DQND：AbsorbeddoseQ:Qualityfactor描述射线的生物效应N：所有其它修正因素的乘积,ICRP定义:N=1单位:Ｄ（拉德）Ｈ雷姆(rem)戈瑞Ｈ希沃特（Sv）