辐射安全与防护基础知识

辐射安全与防护基础知识1/166辐射防护与环境保护研究室辐射防护与安全培训班教材辐射安全与防护基础知识清华大学工程物理系2012.07.10辐射安全与防护基础知识2/166目录一、辐射防护简介1.辐射防护的含义（1）什么是辐射（2）辐射的分类2.辐射防护简史3.辐射防护的基本任务和目的4.辐射防护的知识体系二、辐射物理基础1.放射性现象（1）原子结构（2）核素的表叙（3）同位素和核素（4）术语2.放射性衰变及机理（1）α衰变（2）β衰变（3）γ衰变3.放射性衰变规律（1）放射性衰变的规律（2）放射性活度的衰减规律（3）半衰期T1/2（4）放射性活度及其单位4.射线与物质相互作用（1）带电粒子与物质的相互作用（2）X、γ射线与物质的相互作用（3）中子与物质的相互作用5.几种不同射线在穿过物质过程中穿透力的比较6.辐射防护的基本原则和内、外照射的防护措施（1）外照射防护的一般方法（2）内照射防护的一般方法辐射安全与防护基础知识3/166目录三、辐射来源及其影响四、辐射的健康效应1.概述2.电离辐射的健康效应（1）随机性效应（2）确定性效应（3）胚胎和胎儿的辐射效应（4）非癌症疾病3.影响辐射生物学作用的因素（1）物理因素（2）生物因素五、辐射防护的量1.电离辐射基本量及其单位（1）放射计量学量（2）相互作用系数与相关量（3）剂量学量（4）放射性活度（5）衰变纲图2.常用辐射剂量学的（1）吸收剂量（2）比释动能（3）照射量（4）吸收剂量、比释动能和照射量的区别3.常用辐射防护的量（1）与个体相关的辐射量A.当量剂量B.有效剂量C.待积当量剂量与待积有效剂量（2）与群体相关的辐射量A.集体当量剂量B.集体有效剂量（3）用于环境和个人监测的ICRU量A.周围剂量当量H*(d)B.定向剂量当量H(d,Ω)C.个人剂量当量Hp(d)辐射安全与防护基础知识4/166（1）什么是辐射？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）（2）辐射的分类1.辐射防护的含义一、辐射防护简介非电离辐射：能量小于12.4eV，如紫外线、可见光、红外线和射频辐射电离辐射：能量大于12.4eV，如X射线、γ射线、中子、α射线、β射线等电离辐射粒子的能量在12.4eV以上（相应于电磁辐射频率在3000THz以上），这个能量下限是使空气等典型材料发生电离所需的最低能量。移动电话800-1800MHz﹤0.01eV。辐射安全与防护基础知识5/166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。直接电离辐射directlyionizingradiation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、α粒子、重离子等，称为直接电离粒子。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indirectlyionizingradiation直接电离辐射与间接电离辐射辐射安全与防护基础知识6/166辐射组成质量电荷速度2protons+2neutronsRelativelyHeavyDoublePositiveSlowelectronRelativelyLightSingleNegative3x108m/snneutronMiddleweightnonvariousPprotonMiddleweightpositivevariousHighEnergyElectromagneticPhotonsnonnon3x108m/sXSameasGamma-Raysnonnon3x108m/s常见的电离辐射辐射安全与防护基础知识7/166电离辐射电磁辐射X射线γ射线α粒子β粒子质子中子带电粒子不带电粒子粒子辐射电离辐射的分类辐射安全与防护基础知识8/166辐射安全与防护基础知识9/166伦琴（ConradRoentgen1845-1923）FrauRoentgen’sHand世界上第一张X射线照片1895.12.22NobelPrizein19011895,伦琴（Roentgen）发现X射线2.辐射防护简史辐射安全与防护基础知识10/1661896,贝克勒尔（Becquerel）发现铀（Uranium）发现了天然放射性，人类历史上第一次在实验室观测到放射性现象。NobelPrizein19031897,汤姆生(Thomson)发现电子打破了原子不可分的观念。辐射安全与防护基础知识11/1661898,居里夫妇发现钋（Polonium）和镭（Radium）同位素的工业应用NobelPrizein1903and19111898,卢瑟福（Rutherford）在“贝可勒尔射线”中发现了α、β粒子,后来证实了α射线是氦原子核，β射线是电子。1908年获诺贝尔奖。辐射安全与防护基础知识12/1661932,查德威克（Chadwick发现中子1935年获诺贝尔奖。1900,法国化学家维拉尔德在镭源的射线中发现射线辐射安全与防护基础知识13/166重点调查对象包括：职业性受照射群体的流行病学调查；（1）放射事故受害者调查；（2）出生前受X射线诊断照射的流行病学调查；（3）高辐射本底地区居住者的流行病学调查；（4）原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受害者跟踪调查。对辐射损伤的调查辐射安全与防护基础知识14/166迄今为止的流行病学的调查资料证明：在低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌。遗传危害未见增加。低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射，是否会增加恶性肿瘤尚不明确。出生前诊断性X射线的照射量，是否能增加出生后的小儿癌症的发病率，尚有争议。高本底地区居民流行病学的调查，均末证实遗传危害的增加或恶性肿瘤较对照群体有过多的发生。调查结论辐射安全与防护基础知识15/166从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用以及缺少专业知识和技术造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常必要的。历史告诉我们辐射安全与防护基础知识16/166从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用而造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常必要的。核科学研究和核能为造福人类的实践则留下安全的记录。这是因为人们认识核能的初期就意识到了它的损伤作用。其后投入了大量人力和物力，建立了较为完善的辐射防护体系和医学监督制度。辐射安全与防护基础知识17/166“事实上，在人类身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变。”诺贝尔奖获得者—西博格《人与原子》其实辐射也没那么可怕！辐射安全与防护基础知识18/166辐射防护的主要目的是在不对伴随辐射照射的有益实践造成过度限制的情况下为人类和环境提供合适的保护。具体来讲，就是要防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生率，使之降低到可合理达到的程度。基本任务是既要保护环境，保障从事辐射工作人员和公众成员，以及他们的后代的安全和健康，又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动；提高辐射防护措施的效益，以促进核科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。3.辐射防护的基本任务和目的辐射安全与防护基础知识19/1664.辐射防护的知识体系辐射源辐射场辐射与物质相互作用辐射场描述辐射场量计算辐射场量测量屏蔽技术环境人类核素迁移环境影响环境监测环境处置生物效应管理体系外照射内照射剂量计算剂量测量随机性效应确定性效应防护量法规标准非人类物种防护评价监督管理辐射安全与防护基础知识20/166（1）原子结构+++原子模型1.放射性现象二、辐射物理基础核子中子质子电子+++辐射安全与防护基础知识21/166原子核的组成原子核由质子和中子组成，中子和质子统称为核子（nucleon）。中子不带电。质子带正电，电量为e，与电子电量相同，符号相反。质子和中子的质量相差不大，中子质量略大一些。辐射安全与防护基础知识22/166原子核的表示符号：AZXNX为元素符号，A=N+Z为核子数，N为中子数，Z为质子数，即原子序数。Z＝PA＝P＋N原子质量数（A）＝质子数（P）＋中子数（N）NAZX核素符号X与质子数Z具有唯一、确定的关系，当元素X确定时，这个X就是Z，所以就将简化成XA（2）核素的表叙（1-1-2）辐射安全与防护基础知识23/166同位素实际上就是Z相同而A不同的各核素的总称。同位素是指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如（氕）、（氘）、（氚）。H11H21H31H、11H、21H；31KKK它们都在第一号位置，所以记作1H，由于质量数不同，在左上角表示，氕原子核内仅有一个质子即氢氘原子核内有一个质子一个中子氚原子核内有一个质子二个中子（3）同位素和核素简写成1H、2H、3H。辐射安全与防护基础知识24/166核素（nuclide）具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。A同，Z、N不同。同量异位素。N同，A、Z不同。同中子异核素。Z同，A、N不同。同位素。A、Z、N同，能态不同。同质异能素。（4）术语12220886Tl12620882Pb529038Sr529139Y336027Co335827ComCo336027336027Co辐射安全与防护基础知识25/166什么是放射性？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)。这种转变过程称为放射性衰变。2.放射性衰变及机理放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。辐射安全与防护基础知识26/166电场对镭射线的分解辐射安全与防护基础知识27/166（1）α衰变原子核自发地放出α粒子而变为另一种原子核的过程称为α衰变。原子序数Z减2、质量数A减4。式中，X代表衰变前的母核；Y代表衰变后的子核；Q表示衰变能。QHeYXAZAZ++→424-2-超铀元素会发生α衰变。例如234U、235U、238U、238Pu、239Pu、241Am等。辐射安全与防护基础知识28/166+++++++++从母核中射出的4He原子核粒子得到大部分衰变能238U234Th+4He放射性母核衰变——238U234Th辐射安全与防护基础知识29/166衰变——241Am237Np辐射安全与防护基础知识30/166β衰变就是放射性核素发射出β粒子的衰变。而常见的β衰变是β－衰变，即发射负电子（e－）的衰变。负电子带有1个单位的负电荷，其质量可以忽略不计（为1/1840个原子质量单位）。因此，原子核在进行β－衰变之后，它的质量数（A）保持不变，原子序数（Z）增加1。表示β－衰变的式子即为：QveYXAZAZ+++→1+υeHn++→01-1110（2）β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。3H、90Sr等都是会放出β射线的放射性核素。辐射安全与防护基础知识31/166+++++++++发生原因——母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+反中微子－中微子三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能量β衰变辐射安全与防护基础知识32/166衰变——14C14N辐射安全与防护基础知识33/166衰变——3H3He辐射安全与防护基础知识34/166正衰变——11C11B辐射安全与防护基础知识35/166β＋衰变时由原子核内发地出β＋粒子，β＋粒子的质量与电子的质量相同，但带有一个单位的还正电荷。可以把β＋衰变看作原子核内一个质子转变成一个中子时发射出β＋粒子和中微子的过程，即QvβYXAZAZ