放射性基础知识

孔令丰广东省环境辐射研究监测中心2007.12.8深圳放射性的发现1896年，Bequerel用铀粉作实验，有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片上，第二天他惊讶的发现胶片暴光了。他由此断定，铀可以放出某种射线，使胶片暴光。人们就将物质能够放出某种射线的现象称为放射性。不仅是铀粉具有放射性！1898年7月和12月，居里夫妇先后发现钋和镭也有这种特性。现代科学方法证明，用人工的方法——中子活化技术，也可以将没有放射性的物质产生放射性，如Co-60、Ag-110m、Am-241。实际上，放射性物质无处不在，只不过含量高低不同罢了。如环境和食物就含有或多或少的天然放射性物质和核试验残留的放射性物质（如Cs-137和Sr-90)。机器也能产生射线1.用物理的方法，如X光机能产生的X射线、电子加速器能产生电子束等。回旋加速器能产生重粒子束。2.放射性可能由原子核衰变产生，也可以由机器（射线装置）产生。原子核衰变能放出、、射线和中子经实验研究发现，镭放射源放出的射线在磁场中会分成三束，分别称为射线、射线和射线。粒子最重（4个原子质量数），粒子次之，粒子则没有静止质量。有些原子核衰变的时候还会放出中子，如U-235的衰变。NS磁铁镭源（放在铅屏蔽罐中）X射线德国物理学家伦琴于1895年在研究阴极射线的时候，发现了一种奇特的射线，它能量高、穿透力强、能杀死细胞和组织。由于当时知其甚少，所以称为X射线，又叫伦琴射线。X射线的问世，在医学和工业技术领域得到了广泛的应用，如透视、成像、探伤等），连续X射线的产生•连续X射线是由于高速运动的电子撞击物体（钨靶、银靶、钼靶等），速度猝然而止，其中一部分（10%)能量以一个或几个X光子的形式放出，其余(90%)的能量则转换为热能。•由于释放出的X光子的能量分布是连续的（0~Emax)，因此称为连续X光。高压电源低压电源靶X光高压电源低压电源靶X光机原理阴极发热产生电子电子猝然停止和外层电子跃迁，部分能量以连续和特征X射线的形式放出。电子加速，撞击和电离靶中的核外电子。X射线射线与X射线本质上一样，都是光子，就像可见光，只不过能量大小不同而已，光子能量高、X射线能量低，可见光的能量更低。射线与电子束本质上也一样，只不过其来源不同，前者来源于核反应，后者则由电子加速器产生。射线与X射线、射线与电子束的区别、、射线的穿透能力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：几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透。掌握射线的这种特性，能采取适当的措施进行有效辐射防护。射线射线射线tOeIII：穿透物件后的射线强度I0：穿透物件前的射线强度：物质对射线的吸收系数（对同一材料为一常数）：物件的比重t：物件的厚度测厚灵敏度可达0.01~0.001mm.X、射线穿透物质的衰减规律•半衰减厚度•十分之一衰减厚度厚度（密度）穿透后的射线强度射线可以用密度大的材料加以屏蔽，如钢板、混凝土、铅等。下表列出了不同材料对60Co源、137Cs源和226Ra源的半衰减厚度。放射源或X射线混凝土钢铁铅Tc-99m0.02I-1314.70.72Cs-1374.81.60.65Ir-1924.31.30.55Co-606.22.11.2Ra-22672.21.66100keVX射线1.650.026200keVX射线2.590.043不同材料对X和GAMMA的半屏蔽衰减厚度（cm）不同材料对X和GAMMA的半屏蔽衰减厚度（cm）宇宙射线天文学研究发现，星星之所以会闪闪发光，是由于其内部不断进行着核聚变反应。星体内部的核反应所产生的射线到达地球的过程中，与宇宙间的物质相互作用产生次级射线，再辐射到地球，这些来自宇宙间的射线就称为宇宙射线。由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱，因此宇宙射线的强弱随着高度的增加而增加。海平面：约28nGy/h。拉萨：约120nGy/h。地铁：约1nGy/h。高：大低：小宇宙射线的强弱变化地铁-10米高山1000米海平面0米100nGy/h28nGy/h~1nGy/h宇宙射线随海拔升高而升高重温——放射性基本知识1.放射性；2.射线的种类；3.射线的穿透能力；4.X射线；5.宇宙射线。活度定义：辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰变数，A=N/t。单位:Bq（贝可）。老单位：居里（Ci）1居里(Ci)=3.7x1010Bq.物理意义：描述物质的放射性强弱，活度越大，表示物质的放射性越强。t=0秒t=1秒1000个500个A=(1000-500)/1秒=500Bq5kg实际应用的放射源活度范围：几十mCi~百万Ci.实验室标准源：1000~10000Bq.比活度活度能够用来反映辐射体总的放射性，但不能反映辐射体的放射性浓度。定义：单位质量或体积中的放射性活度，A/m=(N/t)/m。单位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。如：核电站放射性废水中的Cs-137：5Bq/L.A:1kgB:10kgB的比活度：10Bq/kgA和B的活度均为100BqA的比活度：100Bq/kg定义：单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。D=E/m.单位：(J/kg)=戈瑞(Gy）。如:1J/2kg=0.5Gy.剂量这个名词在医学上指的是人食入药物的物质量，如2mg/天/人。而这里则是受照体所接受（吸收）的辐射能量。物理意义：用于描述射线对受照体的作用效果。辐射体受照体射线射线射线辐射能量（受照体的）吸收剂量活度剂量吸收剂量率在定义剂量时，没有考虑时间的因素，即相同的剂量可以是1小时的照射，也可以是1天（24小时）的照射。为描述受照体接受辐照能量的快慢，则需引入剂量率。定义：单位时间内单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。D/t=E/m/t.单位：(J/kg/h)=戈瑞/小时(Gy/h)。或者：nGy/h=10-9Gy/h剂量或者剂量率，都是与具体的受照物质相对应，如人体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。renairED)/(24rA其中：为放射源周围某点空气吸收剂量率，单位：Gy/s；为放射源周围某点的射线注量率，单位：光子/m2/s为射线在空气中的质量能量吸收系数，单位：m2/kg（例如137Cs的662keV的射线，=2.9410-3m2/kg）；Er为射线的能量，单位：J（1MeV=1.610-13J）A为放射源单位时间内向4方向发射的射线数，单位：粒子/s;r为某点距离点源的距离，单位：m。airD)/en（放射源的活度与周围辐射剂量率的关系1.E+041.E+051.E+061.E+071.E+081.E+090.00.51.01.52.02.5距离(m)空气吸收剂量率(nGy/h)26mCi放射源（137Cs）周围的空气吸收剂量率随距离的变化从图可见，放射源周围的辐射强度会岁距离的增加而迅速衰减。根据辐射防护与放射源安全标准（GB2003-1882），公众年照射剂量限值为1mSv，如果26mCi的放射源完全裸露，一个人站在距离放射源1米处也需停留16小时以上，可见这类放射源的危险性较小。剂量当量对于不同的射线，即使剂量相同，对受照物体所产生的效果可能不同，为描述不同射线对受照体的不同作用效果——引入剂量当量。剂量当量=剂量×射线的品质因子。单位：希福特(Sv).射线射线总的能量可以相同辐射类型或射线能量辐射品质因子Wr所有光子1所有电子1中子10keV5中子10--100keV10中子100-2MeV20中子2-20MeV10中子20MeV5质子2MeV5a粒子20不同粒子的辐射品质因子Wr不同射线的品质因子如人体接受射线、射线和射线照射的剂量各为1Gy，那么总的剂量当量=1×20+1×1+1×1=1+1+20=22（Sv）.半衰期放射性原子核衰变时，它从一种核素变为另外一种核素，这样原来的原子核数不断减少。放射性原子核的数量No衰变到原来的一半时所经历的时间—半衰期（T1/2）。050010001500200025000510152025305.27年5.27年5.27年60Co衰变曲线年原子数核素元素符号半衰期镝-152152Dy10-9秒碘-131131I8.04天铯-137137Cs30.17年镅-241241Am432.2年铀-238238U4.5x109年不同放射性核素的半衰期很不相同，可从十亿分之几秒到几百亿年。不同放射性核素的半衰期放射性原子核的衰变不受一般的物理、化学变化的影响，只有核反应才起作用。因此企图用火烧、压打、酸溶、碱泡等的方法来消减放射性是不科学、也是不可能的。Po-210的半衰期为138.38天重温——几个常用的物理量1.活度、比活度；2.剂量、剂量率；3.剂量当量；4.半衰期。辐射防护基础知识1.射线的用途2.射线的危害3.射线防护的目的4.辐射防护三原则5.外照射及其防护方法6.内照射及其防护方法辐射（放射性）的用途射线的用途（1）医学：诊断、治疗、消毒等。（2）工业：测厚、探伤、材料改性等。（3）能源：发电、供热等。（4）农业：品种改良等。（5）地质：探矿、找石油等。（6）考古：年代分析等。（7）国防：核武器（如原子弹、氢弹等）。射线的危害小剂量照射时，可能诱发恶性疾病，如癌症、白血病、遗传疾病。（1）居里夫人（放射性物质镭发现者）及其女儿的白血病。（2）早期夜光表表盘制作工人的骨癌。大剂量照射时，效果立竿见影，如皮炎、脱发，白血球下降等。（1）切尔诺贝利核电站事件。（2）放射源丢失事件引起的照射。辐射效应—非随机效应（确定性效应）当人体吸收的辐射剂量大于某一剂量值（阈值）时，就会出现近期的临床效应，且这种效应与剂量的大小成正比。（1）剂量大于阈值时，才会出现确定性效应；（2）剂量越大，所产生的临床效应越严重；（3）对于不同的组织，产生临床效应的阈值不同。确定性效应的阈值组织或器官非随机效应照射方式剂量阈值(Gy)红斑单次6~8暂时性脱毛单次3~5永久性脱毛单次7晶体浑浊(100%发生)单次7.5白内障单次5暂时性不育多次0.15永久性不育多次3.5卵巢永久性绝经单次3.5~6白细胞暂时减少多次0.5致死性再生不良多次1.5皮肤眼睛睾丸骨髓辐射效应—随机效应当人体吸收的辐射剂量小于某一剂量值（阈值）时，虽然不出现近期的临床效应，但有诱发恶性病变和产生遗传基因缺陷的可能，且这种可能性的大小与剂量的大小成正比。（1）可能不等于一定；（2）可能性的大小与剂量大小成正比；（3）不存在安全剂量，危险总是存在。随机效应的危险度与剂量大小的关系一年内人体接受电离辐射照射单位当量剂量所致的恶性病的死亡率或严重遗传疾病的发生率。危险度的估算资料主要来自三类人员的流行病学调查结果：（1）职业照射人员；（2）居住在高本底辐射照射地区的居民；（3）长崎、广岛原子弹爆炸的幸存者。辐射照射所致危险度一年接受的剂量(mSv)危险度11/10000055/100000505/100005005/1000辐射防护三原则（1）—正当化在进行伴有核辐射的项目中，要求所得到的利益大于所付出的代价。辐射防护水平利益代价B：进行辐射防护所付出的代价屏蔽：建设成本增加减少照射剂量：人工成本、运行成本增加A：不考虑辐射防护时所获取的利益D=A-B：考虑辐射防护时所获取的净利益辐射防护三原则（2）—剂量限值对职业性照射个人和公众所规定的年剂量限值。照射人员类别全身均匀照射职业照射个人20mSv/a公众照射个人1mSv/a剂量限值的确定原则对职业人员：将辐射照射对职业人员所产生的危险度降低到与从事其他职业的危险度相当。对公众：将辐射照射对周围所产生的危险度降低到与人类在日常生活中可能遭遇的危险度相当。一年接受的剂量(mSv)死亡率0.11/100000011/100000202/10000505/10000公众职业公众日常生活的危险度危险来由年危险度相当于公众剂量限值危险度的倍数恶性肿瘤（中国）6x10-460肺癌(每天10支烟所致)5