辐射防护基本知识

辐射防护基础知识北京市辐射安全技术中心电离环境室曾利萍1内容纲要：一、简介简述辐射简述放射性二、电离辐射与物质的相互作用α粒子与物质的相互作用β粒子与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用中子与物质的相互作用三、电离辐射相关的量与单位活度（activity），A吸收剂量（absorbeddose）,D当量剂量（equivalentdose）,HT有效剂量（effectivedose），E四、电离辐射的生物效应辐射损伤的机理电离辐射对人体的作用效应的类型五、辐射防护辐射防护的基本任务和目的辐射防护的基本措施外照射防护内照射防护实例讨论六、辐射监测简介21、简述辐射辐射的概念并不陌生。辐射是指以高速粒子或电磁波的形式向周围空间或物质发射并在其中传播能量的现象的统称，如热辐射、核辐射等。3一、简介依辐射能量的高低或其电离物质的能力，分成电离辐射和非电离辐射两大类：非电离辐射：指能量低无法电离物质的辐射。eg.光(可见光、不可见光)、无线电波等。电离辐射：指能量高能使物质发生电离作用的辐射。(1)直接致电离辐射，如α、β等。(2)间接致电离辐射，如中子辐射、γ辐射、X射线等。1、简述辐射电离辐射：指能量高能使物质发生电离作用的辐射。(1)直接致电离辐射，如α、β等。(2)间接致电离辐射，如n、γ射线、X射线等。4一、简介2、简述放射性1）什么是放射性？原子核自发地放射出α、β、γ等各种射线的现象，称为放射性。（不稳定的原子核释放能量）放射性是1896年法国物理学家贝克勒尔发现的。他发现铀盐能放射出穿透力很强的，并能使照相底片感光的一种不可见的射线。经过研究表明，它是由三种成份组成的。5一、简介αβ(中子)γ2、简述放射性一种是高速运动的氦原子核的粒子束，称为α射线，它的电离作用大，贯穿本领小。另一种是高速运动的粒子束，称为β射线，它的电离作用较小，贯穿本领大。第三种是波长很短的电磁波，称为γ射线。它的电离作用小，贯穿本领大。以上三种射线，由于它们的电离作用贯穿本领，在工业、农业、医学和科学研究重要的应用。6一、简介2、简述放射性2）什么是半衰期T1/2？放射性核素的衰变率（或辐射强度）会随时间的增加而递减。辐射强度每减少一半所需要的时间称为半衰期。各放射性核素的半衰期都是固定不变的，而且各不相同，有如人的指纹一般。例如,60Co的半衰期是5.26年，空气中的222Rn的半衰期是3.82天。7一、简介01020304050607080901001234567%activityremainingNumberofhalf-lives3）什么是放射系？重放射性核素的递次衰变系列称为放射系。它包括了天然放射系和一个人工放射系。自然界存在3个天然放射系，其母体半衰期都很长，与地球的年龄（~109）相近或大于地球年龄，因而经过漫长的地质年代后还能保存下来。它们大多具有α放射性，少数具有β放射性，一般都伴随有γ辐射，但没有一个具有β+放射性或轨道电子俘获的。每个放射性从母体开始，经过至少是10次连续衰变，最后达到稳定的铅同位素。8一、简介3）什么是放射系？4n系（钍系）：该系核素的质量数A都是4的整倍数，A=4n钍系从Th-232开始，经过连续10次衰变，最后到稳定核素Pb-208。母体Th-232的半衰期为1.4×1010年。4n+2系（铀系）：该系核素的质量数A都是4的整倍数加2，A=4n+2铀系从U-238开始，经过14次连续衰变，最后到稳定核素Pb-206。母体U-238的半衰期为4.468×109年。4n+3系(锕系)：该系核素的质量数A都是4的整倍数加3，A=4n+3锕系从U-235开始，经过11次连续衰变，最后到稳定核素Pb-207。由于U-235俗称锕铀，故该系称为锕系。母体U-235的半衰期为7.038×108年。除了上述3个天然放射系外，还有一个用人工方法获得的人工放射系。4n+1系（镎系）：该系核素的质量数A都是4的整倍数加1，A=4n+1该系中Np-237的半衰期最长，为2.14×106年。9一、简介4）天然辐射源与人工辐射源天然辐射源：宇宙射线、宇生放射性核素、原生放射性核素宇宙射线来自太阳和星际空间，主要由n、p、e和各种介子等高速粒子组成。有较强的穿透力，可辐射到地球，对人体造成外照射。宇生放射性核素：宇宙射线与大气层和地球表面O、N等多种元素的原子核相互作用后产生的放射性核素。eg.3H、14C、7Be等原生放射性核素：自地球以来就存在于地壳内的放射性核素。广泛存在于地球的岩石、土壤、江河湖海中。eg.238U系、232Th系、40K人工辐射源一、简介人体受到照射的辐射来源一般场所：天然本底为2.4mSv/a,多为内照射(222Rn,60%)1、alpha粒子与物质的相互作用α粒子：带2个单位正电荷,质量数为4的氦原子核,是个带电的粒子,一般由质量较重的放射性原子核发射,能量为不连续的,能量通常为4—9Mev。α粒子通过物质时,能量转移(损失)的主要方式是电离和激发。在射线和物质相互作用时,电离也是其他各种射线损失能量的主要方式。射程非常短,1个5Mev的α粒子在空气中的射程大约是3.5cm,在铝金属中只有23μm,因此,一般认为α粒子不会对人体造成外照射的损害.但当其进入人体的组织或器官时,其能量会全部被组织和器管所吸收,所以内照射的危害是必须考虑的。:14二、电离辐射与物质的相互作用2、beta粒子与物质的相互作用β粒子：高速运动的电子,带有1个负电荷,质量为氢原子质量的1/1840,当其和物质相互作用时,也会引起物质原子的电离和激发,β粒子的质量比α粒子的质量要小得多,所以1个与α粒子的能量相同的β粒子,在同一种物质中的射程要比α粒子长得多。例如，1个能量为5Mev的α粒子,在空气中的射程只有3.5cm,而1个能量为5Mev的β粒子,在空气中的最大射程可达20m。15二、电离辐射与物质的相互作用2、beta粒子与物质的相互作用β粒子：与α粒子不同,β粒子穿过物质时,有明显的散射现象,其特点是β粒子的运方向发生了改变。当运动方向发生大的改变(例如偏折)时,β粒子的一部分动能会以X射线的形式辐射出来,这种辐射叫韧致辐射。韧致辐射的强度既与阻止物质的原子序数Z的平方成正比,还与β射线的能量成正比。由于对X射线的屏蔽要比对β射线本身的屏蔽困难得多,所以对β射线的屏蔽,通常要选用原子序数比较低的物质,诸如像有机玻璃和铝这样的材料,作为β射线的屏蔽物质,从而使得β射线在屏蔽材料中转变为韧致辐射的份额较少。但对于放射性活度及β粒子的能量均较高的β辐射源,最好在轻材料屏蔽的后面,再添加一定厚度的重物质屏蔽材料,以屏蔽掉韧致辐射。16二、电离辐射与物质的相互作用BremsstrahlungNucleus+3、gamma射线与物质的相互作用γ射线：不带电的中性粒子(也即是电磁波),其静止质量等于零,也称为光子。当γ射线和物质相互作用时,同带电粒子与物质的相互作用情况大不相同,γ射线不能使物质直接电离和激发,也没有射程的概念。γ射线不能使物质直接电离和激发，γ射线与物质相互作用有3种主要形式：光电效应、康普顿效应、电子对效应。能量较低的γ射线,在物质中主要产生光电效应；中等能量时,主要产生康普敦效应；而能量较高时,主要是电子对效应。3种效应都会产生能使物质的原子电离或激发的次级电子,而次级电子在物质中的射程不长,所以在考虑对γ射线的屏蔽时,不需要另外采取防护措施。理论和实践都证明,光电效应正比于吸收物质的原子序数Z的4次方,康普顿效应正比于Z/A,电子对效应正比于Z平方。因此屏蔽γ射线时,以采用原子序数高的重物质为最好,例如铅。X射线与γ射线类似17二、电离辐射与物质的相互作用4、中子与物质的相互作用中子：质量与质子的质量大约相等,并且中子与γ射线一样也不带电。因此,中子与原子核或电子之间没有静电作用。当中子与物质相互作用时,主要是和原子核内的核力相互作用,与外壳层的电子不会发生作用。中子与物质相互作用的类型主要取决于中子的能量。根据中子能量的高低,可以把中子分为：慢中子、中能中子、快中子慢中子(能量小于5kev,其中能量为0.025ev的称为热中子),中能中子(其能量范围为5-100kev)快中子(0.1-500Mev)18二、电离辐射与物质的相互作用4、中子与物质的相互作用中子与物质的原子核相互作用过程，基本上可以分为两类：————散射（弹性散射和非弹性散射）、吸收[能量小于5keV5--100keV100keV--500MeV]慢中子与原子核作用的主要形式是吸收。中能中子和快中子与物质作用的主要形式是弹性散射。对于能量大于10Mev的快中子，以非弹性散射为主。在上述的中子和物质的相互作用过程中,除了弹性散射之外,其余各种现象均会产生次级辐射。从辐射防护的观点来看,是相当重要的。在实际工作中,大多数情况遇到的是快中子,快中子与轻物质发生弹性散射时,损失的能量要比与重物质作用时多得多,例如,当快中子与氢核碰撞时,交给反冲质子的能量可以达到中子能量的一半。因此含氢多的物质,像水和石蜡等均是屏蔽中子的最好材料,同时水和石蜡,由于价格低廉,容易获得,效果又好,是最常用的中子屏蔽材料。19二、电离辐射与物质的相互作用1、活度（ACTIVITY），A放射性核素在单位时间内产生自发性衰变的次数，即衰变率，称为放射性活度。活度的单位是「贝可」，简写成Bq，它定义为1贝可（Bq）＝1衰变/秒贝可是用来表示一个辐射源的强度（衰变率）。另一个常用的旧的单位是「居里」：1居里（Ci）＝3.7×1010贝可（Bq）20三、电离辐射相关的量与单位物体受照整个过程的各个阶段，需要用量来描述。eg.放射源、辐射场、辐射作用于物质时的能量传递、受照物质内部变化程度、等等。2、吸收剂量（ABSORBEDDOSE）,D单位质量的物质（千克）吸收的辐射能量（焦耳），称为吸收剂量。吸收剂量的单位是「戈瑞」，简写为Gy,它定义为1戈瑞（Gy）＝1焦耳/千克每小时平均接受的吸收剂量称为吸收剂量率，单位戈瑞/小时（Gy/h），也有毫戈瑞/小时（mGy/h），微戈瑞/小时（μGy/h）。21三、电离辐射相关的量与单位3、当量剂量（EQUIVALENTDOSE）,HT不同种类的辐射（α、β、γ、中子）照射人体，虽使人体有相同的吸收剂量，但却会造成不同的伤害现象。为此，针对不同种类的辐射定出辐射权重因数（WR），代表不同辐射对人体组织造成不同程度的生物伤害，它们的值列于下表：辐射种类辐射权重因数光子，电子及介子，所有能量1质子（不包括反冲质子），能量大于2MeV5中子5~20α粒子、裂变碎片、重核2022三、电离辐射相关的量与单位从辐射权重因数WR值可知，α粒子虽然穿透力很弱但健康危害却很大，如把铀235等放射α粒子的同位素吃进体内，则会对体内组织造成较大的伤害。3、当量剂量（EQUIVALENTDOSE）,HTHT（希沃特）＝D（戈瑞）×WR当量剂量即为人体的吸收剂量和辐射权重因数的乘积，它已经含有辐射对人体伤害的意义了。单位是「希沃特」，简称「希」，简写成Sv也有毫希沃特（mSv），微希沃特（μSv）。我们拍一张胸部X光片，胸部组织大约接受0.1毫希沃特剂量。从辐射权重因数W值可知，α粒子虽然穿透力很弱但健康危害却很大，如把铀235等放射α粒子的同位素吃进体内，则会对体内组织造成较大的伤害。23三、电离辐射相关的量与单位4、有效剂量（EFFECTIVEDOSE），E由于人体各种组织器官对辐射的敏感度不同，所以虽接受相同的当量剂量，但造成的健康损失（患癌症或不良遗传）的风险（概率）却不同，也就是说不同的组织器官，照射相同的辐射所造成的伤害不同。因此又定出「组织权重因数」（WT）来代表各组织器官接受辐射对健康损失的概率。若把各组织器官的当量剂量（HT），与其权重因数的乘积再累加起来，即成为有效剂量（E）。E代表全身的辐射剂量，用来评估辐射可能造成我们健康效应的风险，单位也