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放射性基础知识放射性同位素安全和防护培训放射性基础知识•原子和原子核的基本性质•放射性•放射性核素的衰变•放射性强弱的表示----放射性活度•辐射源•辐射危害•所有的物质都是由分子构成的•分子是由原子构成的组成元素的基本单位•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，构成原子核的质子和中子统称为核子。1.原子和原子核的基本性质同位素1.同位素：同位素是原子序数Z相同而质量数A不相同的各核素的总称。同位是指各核素在元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质，但各原子核的物理性质不同。2.自然界中许多元素具有同位素，如：天然存在的氢同位素有3种：1H(氕99.985％)、2H(重氢、氘0.015％)、3H(超重氢、氚）核素丰度：在同位素中各核素天然含量的百分比。天然存在的氧同位素有3种：16O(99.756％)17O(0.039％)、18O(0.205％)。2贝克勒尔发现放射性－1896年亨利·贝克勒尔：法国物理学家。他一直从事铀盐的研究，1880年，他制备出一种导致发现放射性的铀和钾的复合硫酸盐－硫酸铀酰钾。同居里夫妇一起荣获了1903年度诺贝尔物理奖。放射性的发现：贝克勒尔在听伦琴发现X射线的报告时，引起了他的联想：“荧光物质在普通光照下也会发出X射线吗？”他用硫酸铀酰钾这种荧光物质做了实验：让阳光曝晒硫酸铀酰钾,在铀盐晶体下放一张用黑纸包好的照相底片，并剪了一块带花样的金属片3居里夫妇发现新的放射性元素1897～1906年，居里夫人与其丈夫、法国物理学家皮埃尔·居里对放射现象进行了长达10年的开拓性研究。他们确定：除了铀可以发出看不见的射线外，钍也可以发出看不见的射线。1898年，居里夫妇发现了一种新的具有放射性的元素，它的放射性比铀强400倍，为了纪念居里夫人当时被俄国侵占的祖国波兰，她把这种新的元素命名为“钋”。居里夫人在对沥青铀矿进行检测时，发现其放射强度确实如贝克勒尔所说，比铀强许多倍。居里夫妇在巴黎市立理化学校找到一个不避风雨的废弃厂棚，用奥地利政府免费赠送的棕色沥青铀矿残渣倒进大锅，加上化学药品和水煮沸，用铁棒连续地搅动几小时。1898～1902年，居里夫妇经过4年的艰苦努力，终于从几十吨沥青铀矿中提炼出0.1g新的放射性元素镭的氯化物晶体，发现了镭。镭的放射性强度是铀的250万倍。居里夫妇荣获了1903年度诺贝尔物理奖。•1906年皮埃尔·居里逝世后，居里夫人继续进行放射性元素的研究。1911年，由于钋和镭的发现、镭的分离及其化合物的研究，又荣获本年度的诺贝尔化学奖，成为两次获得诺贝尔奖的第一人。并且是至今获得这种殊荣的唯一女性。•正是由于居里夫人的忘我献身精神、严格的科学态度，和她的巨大的成就而受到世界科学技术界的广泛的崇敬，因而放射性活度的单位命名为居里。1934年，法国核物理学家约里奥-居里夫妇用钋的α射线轰击铝箔，发现当α源移去后，铝箔有放射性；其强度也随时间按指数规律下降。这种放射性是由α粒子打在铝-27上发出一个中子而形成磷-30，磷-30不稳定，又放射出正电子而形成的。实际上，他们已经发现了一种新的放射性物质磷-30.首次发现人工放射性同位素4.放射性4.1放射性所谓的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，在其发生核转变的过程中，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，同时本身转变成另一种核素或成为原来核素的较低能态，常见的射线有α、β、γ射线。放射性核素:是一类不稳定的核素，能自发地转变为其他原子核或自发地发生核能态变化，同时放射出射线的核素，称为放射性核素。目前已发现的放射性核素近2500种。Z83分类：分为天然的和人工的2种，其中天然的有60多种，绝大多数为人工放射性核素。4.2放射性核素放射性核素的基本特性：1.它们都是不稳定的，从其原子核中不断地、自发地放出射线，而变成另一种核素。即核衰变。放出的射线有α射线、β射线、γ射线。2.每种放射性核素核衰变的速度、放出射线的种类、能量是其固有的核性质，与外界条件无关。3.放射性核素放出的射线遇到物质会产生一定的效应，使这种物质发生变化。遇到不同的物质产生的效应不同。如：使一些物质的分子产生电离，产生荧光或使胶片感光，射线遇到植物、动物和人时，会引起生理变化。α射线：是由α粒子（即氦原子核）组成的粒子流，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，用普通一张纸就可以挡住。β射线：是高速运动的电子流，出射速度约为光速的30％～90％，比α粒子速度大；它的电离作用较小，贯穿本领较大。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；用几毫米的铝片屏蔽就可以挡住β射线。5.α、β、γ射线的性质γ射线：是波长很短的电磁波（光子），速度与光速相同，由于不带电，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。需用几厘米厚的铅或1米厚的混凝土做屏蔽层。X射线：X射线与γ射线的基本作用或效应无本质的区别，但二者产生的机理不同，X射线由核外内层电子变动发射的连续能量辐射,γ射线则是由原子核衰变时的能量发射产生，由核内发射。射线组成质量电荷速度2质子＋2中子相对较重2＋慢电子相对较轻1－3×108m/sn中子中等不带电不定P质子中等1＋不定高能光子无不带电3×108m/sX高能光子无不带电3×108m/s常见射线的性质6.1衰变原子核自发地放射出射线转变成另一种核素的过程叫做衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的。如：母体与子体：如果某一放射性核素A通过衰变产生B，则称A为B的母体,B为A的子体。衰变后的子核有的稳定，有的不稳定而继续进行衰变。如：6.放射性核素的衰变23490Th23491Pa镤＋e23892U23490Th钍＋42He6.2放射性核素的衰变类型－α衰变、β衰变、γ衰变α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。22688Ra22286Rn＋42He＋Q22688Ra22286Rn基态激发态94.6%5.4%αγ原子序数Ｚ＞82的核素β衰变:放射性核素的原子核放射出β粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为β衰变。β衰变可以看成是母核中有一个中子转变为质子的结果。146C147N＋0e＋ν＋Qγ衰变:处于激发态的原子核（高能态）向基态（低能态）跃迁时，其能量以光子的方式释放出来，发射出射线，它是一种高能量的电磁波，波长较短。核素的γ衰变往往是与α衰变、β衰变一起发生的。其他衰变类型：β＋衰变；电子俘获；内转换；电子对内转换。6.3放射性衰变规律6.3.1衰变定律衰变定律：母体原子核的数目随时间呈指数规律减少，是实验测量统计规律。N=N0e-λt(自然对数的底e的值为2.718)其中：λ为一比例常数，称为衰变常量。只与原子核本身性质有关，与外界条件无关,不因物理条件和化学结构改变而变化。母体到子体衰变过程相互独立。6.3.2衰变常量λ定义：特定能态的放射性核素在dt时间内发生自发核跃迁的概率除以dt。物理意义：表示在放射性核素衰变过程中，每个原子核在单位时间内发生衰变的概率。每一种放射性核素都有其固定的衰变常量，λ值越大，表示放射性核素衰变的快。6.3.3半衰期T½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。各种放射性核素都有一定的半衰期，如Rn-222变为Po的半衰期是3.82d，Ra-226变为Rn-222的半衰期是1602a.T½与λ的换算关系：T½=(ln2)/λ=0.693/λλ=0.693／T½7.1放射性活度（放射性强度）•定义：一定量的放射性核素，在单位时间内发生衰变的次数。•表达式：A=dN/dt•物理意义：表示放射性物质的放射性的强弱。•单位：国际单位：贝克Bq非法定计量单位：居里Ci1Ci=3.7×1010Bq7.放射性活度7.2放射性活度的单位•由于历史的原因，放射性活度曾采用居里（Ci）为单位。1950年，为了统一起见，国际上共同规定：一个放射源每秒钟有3.7×1010次核衰变定义为一个居里，即1Ci=3.7×1010/s更小的单位有毫居里（1mCi=10-3Ci）和微居里（1μCi=10-6Ci）。•在1975年国际剂量大会上，规定了放射性活度的SI单位为贝克，符号Bq1Bq=1/s7.3放射性活度的计算•放射性活度随时间的延长呈指数规律减弱.•计算公式：A=A0e-λtA0表示在t=0时的放射性活度.•放射性比活度a：样品的放射性活度除以该样品的总质量（或总体积）。单位：Bq/kg，Bq/L8.1辐射•辐射分为电离辐射和非电离辐射。•非电离辐射：辐射能量较低，照射到物体上时，不能使物体的分子和原子发生电离（即将原子中的电子打掉，变成带电的离子），如无线电波、红外线、可见光、紫外线等。•电离辐射：辐射能量较高，照射到物体上时，能使物体的分子和原子发生电离,如X射线、γ射线、α射线、β射线、β+射线及中子射线等。8.辐射源8.2辐射源•辐射源指可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体。例如，钴-60是发射β射线和γ射线的辐射源，医用加速器是放射治疗实践中的辐射源，核电厂是核动力发电实践中的辐射源。•核技术利用领域中的辐射源：放射性同位素（放射源）及射线装置。8.3放射源分类放射源分类：1.按来源：分为天然和人工两大类。2.以潜在危害程度：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类(见附件)。3.按密封状况：密封源和非密封源。4.按射线种类：α放射源、β放射源、γ放射源、低能光子源及中子源。α放射源•主要用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器。常用的α放射性核素有210Po钋、238Pu钚、239Pu、241Am镅、235U、238U等。•常用的α放射源，活度一般较低（104~3.7×109Bq），而且α粒子的能量一般低于7MeV,在空气中的射程小于6cm，穿不透皮肤表面的角质层，故没有外照射危险。但是绝大多数α核素属于极毒或高毒核素，即使摄入体内的量很少，也会造成严重的内照射。因此，使用α放射源必须特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗。没有使用价值的废源，应按规定处理，不能随便拆开或扔掉。β放射源：•主要用作放射性测厚仪、皮肤科敷贴器和气象色谱仪的电子捕集器等。常用的放射性核素有58Co、60Co、63Ni、85Kr氪、137Cs、147Pm钜、204Tl铊等。•β射线的穿透能力比同样能量α粒子约强100倍，能量超过70keV的β粒子可穿透皮肤表层。常用的β放射源的β粒子能量大于70keV，故应考虑β外照射的防护。•β放射性核素衰变时，常伴随有γ辐射或其他形式的光子。β粒子穿过周围物质时产生轫致辐射（X射线），其穿透能力比β粒子强得多。因此，在使用β放射源时不能忽略γ射线的防护，即使是纯β发射体，也要减少轫致辐射（X射线）的影响。γ放射源•γ放射源是使用最多的放射源，广泛应用于工业、农业、医疗和科研等部门。为了获得高剂量率的辐射场，使用强γ放射源的辐照装置，装源活度多数在3×1015~2×1016(约105~6×105Ci)范围内，也有大于3×1016Bq(约106Ci)的辐照室；活度在108~2×1012(约3mCi~60Ci)的γ放射源主要用于各种核仪表(如料位计，核子秤、厚度计，密度计等)和工业无损探伤(γ照相)，或作为γ测量仪表的刻度源和检查源，或供医疗单位进行间质治疗和腔内治疗用。•γ射线的贯穿能力很强，使用γ放射源主要防止外照射。Nickelplated60CopelletsHighspecificactivity60CopelletsStainlesssteelspacerscustomizedtosourcevolumeDoubleencapsulationinlowcarbonstainlesssteelSpecialassemblyprocedureensur