1、11/11/20221放射防护学放射防护学11/11/20222为什么要学习为什么要学习放射防护学放射防护学？放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治
2、疗，首先会想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线先会想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人类服务。类服务。在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射性工作的管理和防护的问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关性工作的管理和防护的
3、问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关放射防护的问题。放射防护的问题。因此，因此，放射防护学放射防护学是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课程之一。程之一。11/11/20223主要学习内容主要学习内容 放射基础知识放射基础知识 辐射源和辐射剂量单位辐射源和辐射剂量单位 放射药物放射药物 放射性测量放射性测量 放射生物效应放射生物效应 辐射防护的原理与措施辐射防护的原理与措施 放射卫生管理放射卫生管理 放射线的监测放射线的监测 X 射线、超声的防护射线、超声的防护11/11/20224第一章第一章放射基础知识放射基础知识11/11/20
4、225原子核中子质子电子+11/11/20226原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数11/11/20227 元素元素(element)具有相同质子数的原子。化学具有相同质子数的原子。化学性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不同，如碘元素中的同，如碘元素中的131131I I和和127127I I；核素（核素（Nuclide）质子数相同，中子数也相同，质子数相同，中子数也相同，且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如可有多种核素，如131131I I、127127I
5、 I、3 3H H、99m99mTcTc、9999TcTc分别分别为为3 3种元素的种元素的5 5种核素；种核素；同质异能素（同质异能素（Isomer）质子数和中子数都相同，质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，但处于不同的核能状态原子，如如99m99mTcTc、9999TcTc。11/11/20228 同位素同位素凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素素。There are the same protons,but different mass n
6、umber(or neutrons).411/11/20229一、核力和放射性核素一、核力和放射性核素 原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力核力，核，核力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内质子数和中子数的比例有关。质子数和中子数的比例有关。Z20 N/Z1 Stability
7、 Z83 Unstability 11/11/202210 P83的核素，核力不能与质子间的斥力保持平衡，故全是不稳定的放射性核素。P82的核素，天然的放射性核素很少，多由人工生产。11/11/202211Proton rich nucleiNeutron rich nucleiZ=N05010015050100Proton numberNeutron numberNeutron-proton ratio with line nuclear stability11/11/202212 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核稳定核素素(stable nucli
8、de);(stable nuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素放射性核素(radionuclide);(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为种原子的过程称为放射性衰变放射性衰变(radioactive decay)。11/11/202213+从母核中射出的4He原子核238U4He+234Th放射
9、性母核!238U 234Th+4He+Q粒子得到大部分衰变能，粒子含2个质子，2个中子11/11/20221411/11/202215Characteristic of alpha particle 粒子实质上是粒子实质上是HeHe原子核，原子核，衰变发生在原子序数大于衰变发生在原子序数大于8282的重元素核素。的重元素核素。粒子的速度约为光速的粒子的速度约为光速的1/101/10，即万，即万km/skm/s，2s2s绕绕地球周。地球周。在空气中的射程约为在空气中的射程约为3-8cm3-8cm，在水中或机体内为，在水中或机体内为0.060.060.16mm0.16mm。因其射程短，一张纸即可阻
10、挡因其射程短，一张纸即可阻挡 但但粒子的电离能力很强。粒子的电离能力很强。11/11/202216-衰变衰变 3215P 3216S+-+Ue+1.71MeV+衰变衰变 137N 136C+1.190MeVelectron capture）发生原因发生原因母核中子或质子过多母核中子或质子过多射线本质：高速运射线本质：高速运动的电子流动的电子流11/11/20221711/11/20221811/11/20221911/11/202220质子变成中子质子变成中子X射线electron capture）核外轨道电子核外轨道电子11/11/20222111/11/202222+中微子 光子衰变衰变往
11、往是继发于往往是继发于衰变或衰变或衰变后发生，这衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出核以放出-ray-ray 释放出过剩能量释放出过剩能量99Mo 99mTc+-99Tc+(T T1/21/2:66.02d;66.02d;6.02h)6.02h)131I 131Xe+-+(T(T1/21/2:8.04d):8.04d)11/11/202223 137 137 Cs Cs 137 137 BaBa*（激发态）（激发态）母核母核 -衰变衰变 衰变衰变 137 137 Ba+Ba+射线（射线（661.7 keV661.7 keV）子核
12、（基态）子核（基态）（0.00.0）光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）射线就是高能量的光子射线就是高能量的光子 ：几百：几百keV-MeV keV-MeV 量级量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射这个过程中发射 射线，原子核能态降低。射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射射线是高能量的电磁辐射 光子光子11/11/202224衰变特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生3、产生的射线能量离散4、可以通过测量光子能量来区分母
13、体的核素类别11/11/20222511/11/202226Comparison of three decayyesyesyesEnergy changednoyesyesProton changednonoyesMass changedgamma decaybeta decayalpha decay11/11/202227各种放射线的性质比较各种放射线的性质比较最强，穿几最强，穿几cm铅版铅版最弱最弱100光子光子射线射线较强，穿几较强，穿几mm铝板铝板较强较强0.99-11/1840电子电子射线射线最弱，纸能挡住最弱，纸能挡住最强最强0.1+24氦核氦核射线射线贯穿性贯穿性电离性电离性速度
14、速度（c）电荷电荷（e）质量质量（u）本本 质质种种 类类11/11/202228 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：情况比较：如上图如上图、所示，在匀强磁场和匀强电场中都是所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比比的偏的偏转大，转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。中偏转轨迹是抛物线。11/11/202229 衰变衰变-衰变衰变+衰变衰变 衰变衰变11/11/202230 放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。放射性核素是不稳定的，它要
15、自发地发生衰变。放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，即律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。原子核数目随时间增长按指数规律减少。三、放射性衰变基本规律三、放射性衰变基本规律11/11/202231对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极但不是所有原子在同
16、一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：为：N=N0e-t：衰变常数：衰变常数(decay constant)t：decay time e：base of natural logarithm11/11/202232指数衰减规律指数衰减规律 N=N0e-t N0:（t=0）时放射性原子核）时放射性原子核的
17、数目的数目N:经过经过t时间后未发生衰变的时间后未发生衰变的放射性原子核数目放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关关，与外界条件无关;数值数值越大衰变越快越大衰变越快N=NN=N0 0e e-t t衰变规律衰变规律11/11/202233Decay constant()Decay constant()衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自发衰变的几率；发衰变的几率；它反映该核素衰变的速度和特性；它反映该核素衰变的速度和特性；值大衰变快，值大衰变快，小则衰变慢，不受
18、任何影响。小则衰变慢，不受任何影响。不同的放射性核素有不同的不同的放射性核素有不同的。11/11/202234（radioactivity,A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数1 1Bq=1SBq=1S-1-11Ci=3.71Ci=3.7101010 10 BqBq1Ci=1000mCi1Ci=1000mCiA=dN/dt11/11/202235Radioactivity 放射性活度放射性活度 一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内发生核衰变数除以该时间间隔。发生核衰变数除以该时间间隔。即单位时间的核衰变数目；即单位时间的核衰变数目；A=dN/dt 单位
19、：单位：s-1，专用名：贝可（，专用名：贝可（Becquerel，Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为旧单位为Ci,1Ci=3.7X1010Bq 衍生单位：衍生单位：KBq、MBq、GBq(10亿亿)、TBq，Ci、mCi、Ci。11/11/202236比放射性活度：比放射性活度：-定义：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。-单位：单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l11/11/202237Specific activity and radioactivity concentration 比放射性活度(Specific activity)：指单位质量的放射性制剂中的放射性活度，Bq/
20、mol,Bq/g；比放射性浓度(Radioactivity concentration)：单位容积的放射性制剂中的放射性活度，Bq/L；11/11/202238仪器常用单位：仪器常用单位：dps:disintegration per second cps:counts per second11/11/202239 放射性原子核数衰变一半所需的时间11/11/202240物理半衰期物理半衰期(Physical half life，T1/2)在单一的放射性核素衰变过程中，放射在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至原来一半所需的时间；性活度降至原来一半所需的时间；长者可达长者可达1010a，短
21、者仅有，短者仅有10-10s。半衰期半衰期1.022 MeVNuclear fieldPair productionCompton electron,scattered photonSeveral keV to several MeVOuter electron shellsComptonPhotoelectrons,characteristic x raySeveral keV to 0.5 MeVInner electron shellsPhotoelectricSecondary effectsEnergy rangeInteraction siteInteraction11/11/20
22、2266中子不带电不能直接使原子电离中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应同原子核发生作用引起核反应1 1）与）与 H H 原子核的弹性碰撞原子核的弹性碰撞 传递能量传递能量 质子跑出来质子跑出来 中子被慢化中子被慢化 n+H n +p n+H n +p 第一步第一步 打出质子（载能）打出质子（载能）第二步第二步 质子引起物质电离质子引起物质电离 慢化剂慢化剂:轻水轻水(1 1H H2 2O)O)重水重水(2 2D D2 2O)O)nHnnp电离电离3.3.中子与物质的作用中子与物质的作用：11/11/202267 2 2）中子核反应中子核反应 例如例如(n,p)(n,p)反应反应 n +n +1414N N 1414C +p C +p 第一步第一步 核反应产生质子核反应产生质子 第二步第二步 质子对物质产生质子对物质产生 电离作用电离作用 n p电离电离1414N N1414C C 人体有大量人体有大量 H H 和和 N N 原子原子 中子对人体电离效应严重中子对人体电离效应严重 伤害也严重伤害也严重1211/11/202268思考题 核素、同位素、同质异能素的定义 核衰变及其类型 半衰期与放射性活度的定义 射线与物质的相互作用11/11/202269谢谢 谢谢
