电离辐射防护与安全培训基础知识

放射性基础知识山东城市建设职业学院张文革2016.11济南辐射安全与防护初级培训1主要内容放射性基础知识辐射防护中常用的量放射源、射线装置的医学应用21、什么是辐射？辐射是指以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。如声辐射、热辐射、电磁辐射、粒子辐射等。第一部分放射性基础知识3电离辐射：任何具有足够能量的粒子或射线，与原子或分子中的电子相互作用，使电子获得足够的能量从原子或分子中脱离出来，称为电离辐射。非电离辐射：辐射能量较低，照射到物体上时无法使物质发生电离的辐射。2、什么是电离辐射？45电磁波谱12eV6（1）来自天然辐射源宇宙辐射：来自地球之外，如宇宙射线、宇生核素C-14、H-3等；地面辐射：来自地壳中的天然放射性核素，如U-235、Tu-232、K-40、Rn-222等；食品和饮料中的放射性：主要是K-40。73、电离辐射的主要来源——天然源和人工源（2）来自人工辐射源①放射性物质——即放射源放射性物质的原子核处于不稳定状态，其结构会经历自发的改变，使原子核恢复到更稳定的状态，即衰变。衰变过程中发射出的粒子和射线，这些辐射属于电离辐射。最常见的有α粒子、β粒子和γ射线。3、电离辐射的主要来源——天然源和人工源8②射线装置9射线装置通常是指在接通电源后能够产生X射线或电子流、质子流等的人造装置。射线装置包括X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。射线装置只有在工作时才会发出射线，是防护的重点。利用高速的带电粒子轰击某些高原子序数靶而急速放缓时产生X射线的装置。X线机的核心部分是X线管。电子由加热的金属丝产生；高压电场用来加速电子高速靶物质一般选择钨、钼、铅X射线发生器10X射线输出剂量正比于X射线管的电流乘以曝光时间mA·s裂变：在核反应堆中发生的重核分裂成较小核子的过程，裂变产物往往都具有放射性。如：I-131、Mo-99、Cs-137等。核反应堆：就是中子源，如Co-59生产Co-60；核反应堆的结构材料的感生放射性等。离子轰击：被高能量的带电粒子轰击后的靶材料，如F-18的制备。11188O+11P189F+10n③核反应4.1原子——组成元素的基本单位所有的物质都是由分子构成的分子是由原子构成的原子是由原子核和电子构成的原子核由质子和中子构成的。4、物质结构12电子：带有一个单位的负电荷，电子位于围绕原子核的轨道上e=-1.6×10-19Cme=9.1×10-31kg质子：带有一个单位的正电荷，e=+1.6×10-19Cmp=1.6726×10-27kg中子：是不带电的中性粒子mn=1.6749×10-27kg当获得或释放能量的时候，改变运转轨道13不影响原子的化学性质；影响原子核的稳定性原子的半径：R约为10-10m原子核的半径：约为10-14～10-15m原子质量单位u：1u=12C原子质量×1/12=1.66×10-27kg原子核的密度2.84×108t/cm3即在每立方厘米体积中有近3亿吨的物质14154.2放射性核素核素：是指在其原子核内具有一定数目的质子和中子以及特定能态的一种原子核或原子。核素的符号表示：质子数中子数能态在实际应用中，有时只标记核素的质量数，如14C、C-14、碳-14。164.2放射性核素核素的分类：根据原子核的稳定性，核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。放射性核素:是一类不稳定的核素，能自发地发生衰变，同时放射出射线，通过衰变形成稳定的核素。绝大多数为人工放射性核素。17原子核的稳定性原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。轻元素Z20：稳定核素少中部元素20Z83：稳定核素多重元素Z83：稳定核素少偶偶核最稳定，奇奇核最不稳定随着核内质子数和中子数的增加表现出周期性变化。当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时特别稳定。Z为43、61及Z83的元素没有稳定核素。184.3同核异能素激发态原子核称为基态原子核的同核异能素,它们的A和Z均相同只是核能量状态不同。99mTc表示该核素的原子核处于激发态。如99mTc称为99Tc的同核异能素。注意：99Tc和99mTc是两种独立的核素。19核素质子数中子数质量数符号氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C20同位素是质子数相同但中子数不同的某种元素的各种核素。同位素的化学性质相同，但放射性质可能不同。自然界中许多元素具有同位素天然存在的氢同位素有3种：1H(氕99.985％)、2H(氘0.015％)、3H(氚）4.4同位素21关于氚元素氢的一种放射性同位素，半衰期为12.5年，发射β射线而衰变成氦3，能量为0.019MeV，大量吸入氚会对人体有害。在自然界中存在极微，从核反应制得。225.1放射性的发现伦琴发现X射线——1895年贝克勒尔发现放射性——1896年居里夫妇发现新的放射性元素1934年，法国核物理学家约里奥-居里夫妇首次发现人工放射性同位素5.关于放射性23放射性是指原子核自发地放射出射线的现象。这些原子核处于不稳定状态，自发地放出由粒子或光子组成的射线，并辐射出原子核里的过剩能量，最常见的射线有α、β、γ射线，其他可能还包括正电子、X射线、中子射线等。5.2什么是放射性246.1α射线α射线：是由α粒子组成的粒子流，α粒子由2个质子和2个中子组成。出射速度约为光速的1％～10％，它的电离作用大，贯穿本领小，它在空气中的射程只有几个厘米。6.常见电离辐射的特征253.5MeV，产生10万离子对，路径2个厘米近乎一条直线α粒子26不能穿透皮肤内部损害土壤、氡、以及人工重元素被纸屏蔽阿尔法α射线：可以被我们的皮肤屏蔽；它只有在我们体内时才是有害的。27β射线：是由β粒子组成的粒子流，本质上与电子相同，是原子核中的一个中子转变成一个质子和一个电子时产生的。质子保留在原子核内，电子则以β粒子形式被发射出。电离作用较小，穿透能力较大。它在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米。6.2β射线28β粒子29β射线：能够穿透皮肤；可以损害皮肤和眼睛。皮肤、眼睛和内部损害被微薄的塑料屏蔽自然食品、水、空气医疗、科研、反应堆、放射尘70keV1MeV5mm30β+射线：是由正电子组成的粒子流，是原子核中的一个质子转变成一个中子和一个正电子时产生的。中子保留在原子核内，正电子则被高速释放出来。正电子在很多方面都与β粒子相似，它们的主要差别在于所带电荷的正负性。β+射线（正电子）31γ射线：是一种从原子核发射出来的电磁辐射，与光速相同，没有质量，不带电。它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。6.3γ射线32γγ射线33X射线：产生于原子核外电子轨道的跃迁，类似于γ射线，也是一种既无质量也不带电的电磁辐射。它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。X射线可以由一些衰变过程产生，但更多是由X线机或加速器人工产生。硬X射线：λ在0.1~1Å，用于放疗，DSA，拍片等软X射线：λ在1~10Å，用于乳腺等。6.4X射线34γ射线和X射线:能够穿透你的身体并在深部产生剂量自然存在于土壤和宇宙辐射中被密实的屏蔽或大量普通物质屏蔽医疗、工业、放射源铅、铀35中子射线：存在于原子核内，不带电，比质子略重。中子辐射通常与核反应堆的产物或人工生产的中子源有关。中子辐射很少与核素的放射性衰变有关。锎-252中子具有高度穿透性。6.5中子射线γ射线X射线36中子射线37中子：穿透力很强；因此可以影响所有器官眼睛是最易受影响的反应堆、研究性加速器遇到含氢的物质减速，之后被镉或硼吸收少数天然发射体38内照射的危害：外照射的危害：α射线β射线γ射线中子射线中子射线γ射线β射线α射线39常见射线的性质射线组成质量电荷空气中射程在生物组织中射程氦的原子核4+20.03米0.05毫米电子1/1846-1或+13米5毫米n中子1不带电很大有可能穿透人体高能光子0不带电很大有可能穿透人体X高能光子0不带电很大有可能穿透人体40不同射线的穿透能力α、β、γ射线穿透人体皮肤情况7.1放射性衰变原子核结构发生自发地改变使其更加稳定的过程。衰变过程中产生带电粒子和射线。每一种特定核素的衰变方式是不一样的，表现在产生的粒子不同和射线能量不同。7.放射性衰变23892U23490Th钍＋42He23490Th23491Pa镤＋e43α衰变：放射性核素的原子核放射出α粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为α衰变。α粒子能量在4~8MeV；通常是由某些重核元素如铀、镭等发射的。4.78MeV、4.60MeV/0.186MeV22688Ra22286Rn＋42He＋Q22688Ra22286Rn基态激发态94.6%5.4%αγ7.2放射性衰变的类型44α衰变模式示意图45放射性核素的原子核内有一个中子转变为质子放射出β粒子的过程称为β衰变。β粒子能量连续分布直至最大值，最大值取决于特定的放射性核素；如：32P，0~1.71MeV，平均0.70MeV。β-衰变发生在富中子核内。3215P3216S＋β-β衰变46β衰变模式示意图4760Coγ1.17MeVγ1.33MeV60Niβ0.314MeV(99.95%)β1.48Mev(0.05%)T1/2=5.27a60Ni**60Ni*钴-60（Co）的衰变48γ衰变是放射性核素的原子核释放过剩能量，从而变得更加稳定的一种方式。通常发生在α衰变或β衰变之后只释放能量不发射粒子，能量在MeV。140keV9942Mo99m43Tc＋β-9943Tc＋γγ衰变49光量子γ衰变模式示意图50放射性核素的原子核内有一个质子转变为中子放射出正电子的过程称为β+衰变。发射的正电子能量连续分布；如：18F，0~0.633MeV。β+衰变通常只发生在质子过剩的原子核内。正电子辐射（β+衰变）51189F188O＋β+放射性衰变模式的总结衰变模式符号常见来源Z变化N变化A变化衰变重原子核-2-2-4衰变-中子过剩+1-10+衰变+质子过剩-1+10衰变能量过剩000内转换e-原子核能量过剩000电子俘获εEC质子过剩-1+10中子辐射n中子源核反应堆0-1-152衰变规律：母体原子核的数目随时间呈指数规律减少，遵循明确的统计规律。N=N0e-λt衰变常数λ：表示单位时间内每个原子发生衰变的概率λ对于某一放射性核素是固定不变的。7.3放射性衰变规律53定义：放射性母体原子核数目衰减至原来数目的一半所需要的时间。物理意义：表示核衰变快慢的物理量。每一放射性核素都有唯一的、固定的半衰期。T½与λ的换算关系：λ=ln2/T½=0.693／T½核素226Ra222Rn60Co137Cs32P3H192Ir半衰期1602a3.82d5.26a30a14.28d12.32a74.3d半衰期T½54定义：指放射性物质在单位时间内发生衰变的次数（或原子核个数）。物理意义：表示放射性物质的放射性的强弱。单位：贝克1Bq表示每秒内发生一次核衰变居里1g镭-226每秒发生衰变的原子数1Ci=3.7×1010Bq（37GBq）7.4放射性活度A55放射性活度随时间的延长呈指数规律减弱.计算公式：A=A0e-λt（1）A0：表示在t=0时的放射性活度.A=A0/2n（2）其中：n为半衰期数放射性活度的计算56例：Cs-137源在1973年1月1日活度为800MBq，计算在2030年7月1日的活度为多少？方法1：A=A0e-λt=800×e-0.023×57.5=800×e-1.32=800×0.267=214MBq方法2：A=A0/2n=800/21.91=800/3.76=213MBq57定义：指某一放射性核素在单位质量或单位体积的放射性活度。物理意义：说明放