放射性基础袁之伦.ppt
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1、2023/6/1,1,辐射防护基础,国家环保总局核与辐射安全中心袁之伦,2023/6/1,2,介绍,第一章 放射性的基础知识第二章 电离辐射与物质的相互作用 第三章 电离辐射相关的量与单位第四章 电离辐射的生物效应第五章 辐射防护第六章 辐射监测第七章 相关技术标准,2023/6/1,3,第一章 放射性的基础知识,一、简述辐射 二、简述放射性三、什么是放射系,2023/6/1,4,一、简述辐射,人们对辐射的概念并不陌生。一般来说,辐射是指从某种物质中发射出来的波或粒子,有时也说是射线。例如,物体受热向周围介质发射热量叫做热辐射;受激原子退激时发射的紫外线或X射线叫做原子辐射;不稳定的原子核发生
2、衰变时发射的微观粒子叫做原子核辐射,简称核辐射。核辐射粒子有的带电,有的不带电;有的重,有的轻。人们关心的主要有辐射、辐射、辐射和中子辐射等。,2023/6/1,5,一、简述辐射,辐射,像光一样,具有能量,它通过物质时会进行能量传递和交换,与物质发生相互作用。其中一种主要作用方式就是使物质中的原子电离,称为电离。通常我们依它的能量的高低或电离物质的能力,将辐射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,例如太阳光、灯光、红外线、微波、无线电波、雷达波等。电离辐射:指能量高能使物质发生电离作用的辐射。电离辐射又区分为:(1)粒子辐射,如、中子辐射等,(2)波的辐射,如
3、辐射和X射线等。,2023/6/1,6,二、简述放射性,1、什么是放射性原子核自发地放射出、等各种射线的现象,称为放射性。放射性是1896年法国物理学家贝壳勒尔(H.Becquerel)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。,2023/6/1,7,二、简述放射性,一种是高速运动的氦原子核的粒子束,称为射线,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
4、学和科学研究重要的应用。,2023/6/1,8,二、简述放射性,现在知道,许多天然和人工制造的核素都能自发地放射出射线。除了上述3种射线外,还有正电子、质子、中子和中微子等其它粒子。能放射各种射线的核素,称为放射性核素。发射放射线是核素一种固有的特性,不受加温、加压或加磁场的影响,是由原子核内部的变化引起的,与核外电子状态的改变关系很小。对放射性的研究可以深入了解原子核内部的结构。,2023/6/1,9,二、简述放射性,2、什么是半衰期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
5、般。例如钴60的半衰期是5.26年,空气中的氡222的半衰期是3.82天。,2023/6/1,10,三、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。它们大多具有放射性,少数具有放射形,一般都伴随有辐射,但没有一个具有+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。,2023/6/1,11,三、什么是放射系,钍系从Th-232开始,经过连续10次衰变,最后到稳定核素Pb-208。
6、该系核素的质量数A都是4的整倍数,A=4n,所以钍系也叫4n系。母体Th-232的半衰期为1.41010年。铀系从U-238开始,经过14次连续衰变,最后到稳定核素Pb-206。该系核素的质量数A都是4的整倍数加2,A=4n+2,所以铀系也叫4n+2系。母体U-238的半衰期为4.468109年。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。该系核素的质量数A都是4的整倍数加3,A=4n+3,所以锕系也叫4n+3系。母体U-235的半衰期为7.038108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。系中Np-
7、237的半衰期最长,为2.14106年。所以这个人工放射系叫镎系。该系核素的质量数A都是4的整倍数加1,A=4n+1,因此也称 A=4n+1系。,2023/6/1,12,第二章 电离辐射与物质的相互作用,在搞清楚电离辐射对人体的危害之前,首先需要了解电离辐射和物质是如何相互作用的。现在叙述4种主要的电离辐射和物质相互作用的情况,即粒子,粒子,射线(包括X射线)和中子与物质的相互作用。,2023/6/1,13,一、粒子与物质的相互作用,粒子是带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49 Mev。粒子通过物质时,能量转移(
8、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。粒子的射程非常短,1个5Mev的粒子在空气中的射程大约是3.5cm,在铝金属中只有23 m,因此,一般认为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。,2023/6/1,14,二、粒子与物质的相互作用,射线是高速运动的电子,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,粒子的质量比粒子的质量要小得多,所以1个与粒子的能量相同的粒子,在同一种物质中的射程要比粒子长得多.例
9、如,1个能量为5 Mev的粒子,在空气中的射程只有3.5cm,而1个能量为5 Mev的粒子,在空气中的最大射程可达20m。与粒子不同,粒子穿过物质时,有明显的散射现象,其特点是粒子的运动方向发生了改变。当运动方向发生大的改变(例如偏折)时,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,还与射线的能量成正比。由于对X射线的屏蔽要比对射线本身的屏蔽困难得多,所以对射线的屏蔽,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,作为射线的屏蔽物质,从而使得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粒子的能
10、量均较高的辐射源,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。,2023/6/1,15,三、射线与物质的相互作用,射线是不带电的中性粒子(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,射线不能使物质直接电离和激发,也没有射程的概念。射线与物质相互作用有3种主要形式,即光电效应,康普敦效应和电子对效应。能量较低的射线,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,所以在考虑对射线
11、的屏蔽时,不需要另外采取防护措施。这就是说,3种效应产生次数的多少,即是物质吸收辐射多少的标志.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,而电子对效应正比于Z 平方.因此屏蔽射线时,以采用原子序数高的重物质为最好,例如铅。,2023/6/1,16,四、中子与物质的相互作用,中子的质量与质子的质量大约相等,并且中子与射线一样也不带电。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。在辐射防护中,根据中子能量的高低,可以把中子分为慢
12、中子(能量小于5 kev,其中能量为0.025ev 的称为热中子),中能中子(其能量范围为5-100 kev),和快中子(0.1-500Mev)3种。中子与物质的原子核相互作用过程基本上可以分为两类:散射和吸收。散射又可以分为弹性散射和非弹性散射。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
13、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。,2023/6/1,17,第三章 电离辐射相关的量与单位,辐射的单位分为放射性活度单位和辐射剂量单位两大类,均由国际辐射单位及度量委员会(ICRU)所公布,称作国际制单位(SI单位)。以下简述几个重要的辐射量和单位。,2023/6/1,18,一、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
14、)1衰变/秒贝可是用来表示一个辐射源(如钴60)的强度(衰变率)。另一个常用的旧的单位是居里:1居里(Ci)3.71010贝可(Bq),2023/6/1,19,二、照射量(Exposure),X,照射量表示X或射线在单位质量小体积元空气中,释放出来的全部电子(负电子和正电子)被完全阻止于空气中时,空气中形成的一种符号的离子总电荷的绝对值,其单位是库仑/千克,简写成C/kg。曾经以伦琴为单位,简写为R:1伦琴(R)2.5810-4库仑/千克(C/kg)照射量率就是单位时间内的照射量。照射量较小时,常用毫伦或微伦表示,因此照射量率也类似地应用毫伦/小时或微伦/秒表示,2023/6/1,20,三、吸
15、收剂量(absorbed dose),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(Gy/h)。,2023/6/1,21,四、当量剂量(equivalent dose),HT,不同种类的辐射(、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:,2023/6/1,22
16、,四、当量剂量(equivalent dose),HT,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。它的单位是希沃特,简称希,简写成Sv,定义为:HT(希沃特)D(戈瑞)W 也有毫希沃特(mSv),微希沃特(Sv)。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,粒子虽然穿透力很弱但健康危害却很大,如把铀235等放射粒子的同位素吃进体内,则会对体内组织造成较大的伤害。,2023/6/1,23,五、有效剂量(effective dose),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
17、(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,单位也是希沃特(Sv)。,2023/6/1,24,2023/6/1,25,第四章 电离辐射的生物效应,一、辐射损伤的机理 二、电离辐射对人体的作用 三、效应的类型,2023/6/1,26,一、辐射损伤的机理,辐射对人体的作用是一个极其复杂的过程。人体从吸收辐射能量开始,到生成生物效
18、应,乃至机体的损伤和死亡为止,涉及许多不同性质的变化。在辐射的作用下,人体内的生物大分子,如核酸、蛋白质等会被电离或激发。这些生物大分子的性质会因此而改变,细胞的功能及代谢亦遭到破坏。实验证明辐射可令DNA断裂或阻碍分子复制。此外,人体内的生物大分子存在于大量水分子中,当辐射作用于水分子时,水分子亦会被电离或激发,生成有害的自由基(如 OH-、H+自由基等),继而使在水分子环境中的生物大分子受到损伤。虽然辐射可能对人体造成损伤,但如剂量不高,机体可以通过自身的代谢过程对受损伤的细胞或局部组织进行修复,这种修复作用程度的大小,既与原初损伤的程度有关,又可能因个体间的差异而有所不同。,2023/6
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