1、辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识1/166辐射防护与环境保护研究室辐射防护与环境保护研究室 辐射防护与安全培训班教材辐射防护与安全培训班教材 辐射安全与辐射安全与防护基础知识防护基础知识清华大学工程物理系清华大学工程物理系2012.07.10辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识2/166目录目录一、辐射防护简介一、辐射防护简介 1.1.辐射防护的含义辐射防护的含义 （1 1）什么是辐射）什么是辐射 （2 2）辐射的分类）辐射的分类 2.2.辐射防护简史辐射防护简史 3.3.辐射防护的基本任务和辐射防护的基本任务和 目的目的 4.4.辐射防护的知识体系辐射防护的知识体系二、辐
2、射物理基础二、辐射物理基础 1.1.放射性现象放射性现象 （1 1）原子结构）原子结构 （2 2）核素的表叙）核素的表叙 （3 3）同位素和核素）同位素和核素 （4 4）术语）术语 2.2.放射性衰变及机理放射性衰变及机理 （1 1）衰变衰变 （2 2）衰变衰变 （3 3）衰变衰变 3.3.放射性衰变规律放射性衰变规律 （1 1）放射性衰变的规律）放射性衰变的规律 （2 2）放射性活度的衰减规律）放射性活度的衰减规律 （3 3）半衰期）半衰期T T1/21/2 （4 4）放射性活度及其单位）放射性活度及其单位 4.4.射线与物质相互作用射线与物质相互作用 （1 1）带电粒子与物质的相互）带电粒
3、子与物质的相互 作用作用 （2 2）X X、射线与物质的相射线与物质的相 互作用互作用 （3 3）中子与物质的相互作用）中子与物质的相互作用 5.5.几种不同射线在穿过物质几种不同射线在穿过物质 过程中穿透力的比较过程中穿透力的比较 6.6.辐射防护的基本原则和内辐射防护的基本原则和内、外照射的防护措施、外照射的防护措施 （1 1）外照射防护的一般方法）外照射防护的一般方法 （2 2）内照射防护的一般方法）内照射防护的一般方法辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识3/166目录目录三、辐射来源及其影响三、辐射来源及其影响四、辐射的健康效应四、辐射的健康效应 1.1.概述概述 2.2.电离
4、辐射的健康效应电离辐射的健康效应 （1 1）随机性效应）随机性效应 （2 2）确定性效应）确定性效应 （3 3）胚胎和胎儿的辐射效应）胚胎和胎儿的辐射效应 （4 4）非癌症疾病）非癌症疾病 3.3.影响辐射生物学作用的因素影响辐射生物学作用的因素 （1 1）物理因素）物理因素 （2 2）生物因素）生物因素五、辐射防护的量五、辐射防护的量 1.1.电离辐射基本量及其单位电离辐射基本量及其单位 （1 1）放射计量学量）放射计量学量 （2 2）相互作用系数与相关量）相互作用系数与相关量 （3 3）剂量学量）剂量学量 （4 4）放射性活度）放射性活度 （5 5）衰变纲图）衰变纲图 2.2.常用辐射剂量
5、学的常用辐射剂量学的（1 1）吸收剂量）吸收剂量（2 2）比释动能）比释动能（3 3）照射量）照射量 （4 4）吸收剂量、比释动能和照）吸收剂量、比释动能和照 射量的区别射量的区别3.3.常用辐射防护的量常用辐射防护的量（1 1）与个体相关的辐射量）与个体相关的辐射量 A.A.当量剂量当量剂量 B.B.有效剂量有效剂量 C.C.待积当量剂量与待积有待积当量剂量与待积有 效剂量效剂量（2 2）与群体相关的辐射量）与群体相关的辐射量 A.A.集体当量剂量集体当量剂量 B.B.集体有效剂量集体有效剂量（3 3）用于环境和个人监测的）用于环境和个人监测的 ICRU ICRU量量 A.A.周围剂量当量周
6、围剂量当量 H H*(d)(d)B.B.定向剂量当量定向剂量当量 H H(d,(d,)C.C.个人剂量当量个人剂量当量 Hp(d)Hp(d)辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识4/166（1 1）什么是辐射？什么是辐射？辐射是指以电磁波或高速粒子的形式向周围空间或物辐射是指以电磁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。（热辐射、核辐质发射并在其中传播的能量的统称。（热辐射、核辐射等）射等）（2 2）辐射的分类辐射的分类1.1.辐射防护的含义辐射防护的含义一、辐射防护简介一、辐射防护简介非电离辐射非电离辐射：能量小于能量小于12.4eV12.4eV，如紫外线、，如
7、紫外线、可见光、红外线和射频辐射可见光、红外线和射频辐射电离辐射：电离辐射：能量大于能量大于12.4eV12.4eV，如，如X X射线、射线、射线、中子、射线、中子、射线、射线、射线等射线等电离辐射粒子的能量在电离辐射粒子的能量在12.4eV12.4eV以上（相应于电磁辐射以上（相应于电磁辐射频率在频率在3000THz3000THz以上），这个能量下限是使空气等典以上），这个能量下限是使空气等典型材料发生电离所需的最低能量。型材料发生电离所需的最低能量。移动电话移动电话 800-1800 MHz 800-1800 MHz 0.01 eV0.01 eV。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知
8、识5/166 与物质相互作用，能产生直接电离粒子与物质相互作用，能产生直接电离粒子的中性粒子，如中子、光子等，称为间接电的中性粒子，如中子、光子等，称为间接电离粒子。由间接电离粒子组成的辐射称为间离粒子。由间接电离粒子组成的辐射称为间接电离辐射。接电离辐射。直接电离辐射直接电离辐射 directly ionizing radiationdirectly ionizing radiation 具有足够动能的、碰撞时能引起电离的具有足够动能的、碰撞时能引起电离的带电粒子，如电子、质子、带电粒子，如电子、质子、粒子、重离子粒子、重离子等，称为直接电离粒子。由直接电离粒子组等，称为直接电离粒子。由直接
9、电离粒子组成的辐射称为直接电离辐射。成的辐射称为直接电离辐射。间接电离辐射间接电离辐射indirectly ionizing radiationindirectly ionizing radiation直接电离辐射与间接电离辐射直接电离辐射与间接电离辐射 辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识6/166辐射辐射组成组成质量质量电荷电荷速度速度 2 protons+2 protons+2 neutrons2 neutronsRelativelRelatively Heavyy HeavyDouble Double PositivePositiveSlowSlow electronelect
10、ronRelativelyRelativelyLightLightSingle Single NegativeNegative 3 x 10 3 x 108 8 m/sm/sn nneutronneutronMiddle Middle weightweightnonnonvariousvariousP PprotonprotonMiddle Middle weightweightpositivepositivevariousvarious High Energy High Energy Electromagnetic Electromagnetic PhotonsPhotonsnonnonno
11、nnon3 x 103 x 108 8 m/sm/sX XSame as Gamma-Same as Gamma-RaysRaysnonnonnonnon3 x 103 x 108 8 m/sm/s常见的电离辐射常见的电离辐射辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识7/166电电离离辐辐射射电磁辐射电磁辐射X X射线射线射线射线粒子粒子粒子粒子质子质子中子中子带电粒子带电粒子不带电粒子不带电粒子粒子辐射粒子辐射电离辐射的分类电离辐射的分类辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识8/166辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识9/166伦琴伦琴（ConradConrad Roent
12、genRoentgen 1845-1923 1845-1923）Frau RoentgenFrau Roentgens Hands Hand世界上第一张世界上第一张X X射线射线照片照片1895.12.221895.12.22Nobel Prize in 1901Nobel Prize in 1901v1895,1895,伦琴（伦琴（Roentgen Roentgen）发现）发现 X X 射线射线2.2.辐射防护简史辐射防护简史辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识10/166v1896,1896,贝克勒尔贝克勒尔（BecquerelBecquerel）发现铀发现铀（UraniumUra
13、nium）发现了天然放射性，人发现了天然放射性，人类历史上第一次在实验类历史上第一次在实验室观测到放射性现象。室观测到放射性现象。Nobel Prize in 1903Nobel Prize in 1903v1897,1897,汤姆生汤姆生(Thomson)(Thomson)发现电子打破了原子不可发现电子打破了原子不可分的观念。分的观念。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识11/166v1898,1898,居里夫妇发现钋居里夫妇发现钋（PoloniumPolonium）和镭和镭（RadiumRadium）同位素的工业应用同位素的工业应用Nobel Prize in 1903 and 1
14、911Nobel Prize in 1903 and 1911v1898,1898,卢瑟福（卢瑟福（RutherfordRutherford）在在“贝可勒尔射线贝可勒尔射线”中发现了中发现了、粒子粒子,后来证实了后来证实了射线是氦射线是氦原子核，原子核，射线是电子。射线是电子。19081908年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识12/166v1932,1932,查德威克（查德威克（ChadwickChadwick发现中子发现中子19351935年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖。v1900,1900,法国化学家维拉尔德法国化学家维拉尔德在镭源的射线中发现在镭源的射线中
15、发现 射线射线辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识13/166 重点调查对象包括：重点调查对象包括：职业性受照射群体的流行病学调查；职业性受照射群体的流行病学调查；（1 1）放射事故受害者调查；放射事故受害者调查；（2 2）出生前受出生前受X X射线诊断照射的流行病射线诊断照射的流行病 学调查；学调查；（3 3）高辐射本底地区居住者的流行病学高辐射本底地区居住者的流行病学 调查；调查；（4 4）原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受 害者跟踪调查。害者跟踪调查。对辐射损伤的调查对辐射损伤的调查辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识14/166迄今为止的流行病
16、学的调查资料证明：迄今为止的流行病学的调查资料证明：在在低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌。遗传危害未见增加。遗传危害未见增加。低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射，是否会增加恶性肿瘤尚不明确。照射，是否会增加恶性肿瘤尚不明确。出生前诊断性出生前诊断性X X射线的照射量，是否能增加出射线的照射量，是否能增加出生后的小儿癌症的发病率，尚有争议。生后的小儿癌症的发病率，尚有争议。高本底地区居民流行病学的调查，均末证实高本底地区居民流行病学的调查，均末证实遗传危害的增加或恶性肿瘤较对照群体有遗传危害的增加或恶性肿瘤较对照群
17、体有过多的发生。过多的发生。调查结论调查结论辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识15/166 从百余年来辐射对人类损伤从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以看出，造成人简史的回顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用以及缺少专业是由于错误的应用以及缺少专业知识和技术造成的。所以，系统知识和技术造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常学习辐射防护的专业知识是非常必要的。必要的。历史告诉我们历史告诉我们辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识16/166 从百余年来辐射对人类损伤简史的回从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以
18、看出，造成人类损伤和死亡的辐顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用而造成的射事故几乎都是由于错误的应用而造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常必要的。非常必要的。核科学研究和核能为造福人类的实践核科学研究和核能为造福人类的实践则留下安全的记录。这是因为人们认识核则留下安全的记录。这是因为人们认识核能的初期就意识到了它的损伤作用。其后能的初期就意识到了它的损伤作用。其后投入了大量人力和物力，建立了较为完善投入了大量人力和物力，建立了较为完善的辐射防护体系和医学监督制度。的辐射防护体系和医学监督制度。辐射安全与防护基础知识辐射安
19、全与防护基础知识17/166“事实上，在人类身体里就可以找事实上，在人类身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰均每分钟要经历几十万次的核衰变。变。”诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者西博格西博格人与原子人与原子其实辐射也没那么可怕！其实辐射也没那么可怕！辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识18/166 辐射防护的主要目的是在不对伴随辐射照射的辐射防护的主要目的是在不对伴随辐射照射的有益实践造成过度限制的情况下为人类和环境有益实践造成过度限制的情况下为人类和环境提供合适的保护。具体来讲，提供合适的保护。具体来讲，就是要防止有害就是
20、要防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生率，的确定性效应，并限制随机性效应的发生率，使之降低到可合理达到的程度。使之降低到可合理达到的程度。基本基本任务是任务是既要保护环境，保障从事辐射工作既要保护环境，保障从事辐射工作人员和公众成员，以及他们的后代的安全和健人员和公众成员，以及他们的后代的安全和健康，又要允许进行那些可能产生辐射照射的必康，又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动要活动；提高辐射防护措施的效益，以促进核；提高辐射防护措施的效益，以促进核科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。3.3.辐射防护的基本任务和目的辐射防护的基本任务和目
21、的辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识19/1664.4.辐射防护的知识体系辐射防护的知识体系辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识20/166 （1 1）原子结构原子结构+原子模型原子模型1.1.放射性现象放射性现象二、辐射物理基础二、辐射物理基础核子核子 中子中子 质子质子 电子电子 +辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识21/166原子核的组成原子核的组成 原子核由质子和中子组成，中子和质子原子核由质子和中子组成，中子和质子 统称为核子（统称为核子（nucleonnucleon）。）。中子不带电。中子不带电。质子带正电，电量为质子带正电，电量为e e，与电子电量相，
22、与电子电量相 同，符号相反。同，符号相反。质子和中子的质量相差不大，中子质量质子和中子的质量相差不大，中子质量 略大一些。略大一些。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识22/166 原子核的表示符号：原子核的表示符号：A AZ ZX XN N X X为元素符号，为元素符号，A A=N N+Z Z 为核子数为核子数，N N为中子数为中子数，Z Z为质子数，即原子序数为质子数，即原子序数。Z ZP AP AP PN N原子质量数（原子质量数（A A）质子数（）质子数（P P）中子数（）中子数（N N）NAZX 核素符号核素符号X X与质子数与质子数Z Z具有唯一、确定的关系，具有唯一、确定
23、的关系，当元素当元素X X确定时，这个确定时，这个X X就是就是Z Z，所以就将，所以就将简化成简化成XA（2 2）核素的表叙）核素的表叙（1-1-21-1-2）辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识23/166 同位素实际上就是同位素实际上就是Z Z相同而相同而A A不同的各核素的不同的各核素的总称。同位素是指元素周期表中处于同一个总称。同位素是指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如位置，它们具有相同的化学性质。例如 （氕）、（氕）、（氘）、（氘）、（氚）。（氚）。H11H21H31H、11H、21H；31KKK 它们都在第一号位置，所以记作它们都在第一号位置，所以
24、记作1 1H H，由于，由于质量数不同，在左上角表示，质量数不同，在左上角表示，氕原子核内仅有氕原子核内仅有一个质子即氢一个质子即氢 氘原子核内有一氘原子核内有一个质子一个中子个质子一个中子 氚原子核内有一氚原子核内有一个质子二个中子个质子二个中子（3 3）同位素和核素）同位素和核素简写成简写成1 1H H、2 2H H、3 3H H。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识24/166 核素核素（nuclidenuclide）具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一 种原子核或原子称为核素。种原子核或原子称为核素。中子数、质子数和能态只要有一个不同
25、，就是中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是 不同的核素。不同的核素。A A同，同，Z Z、N N不同。不同。同量异位素。同量异位素。N N同，同，A A、Z Z不同。不同。同中子异核素同中子异核素。Z Z同，同，A A、N N不同。不同。同位素同位素。A A、Z Z、N N同，能态不同。同，能态不同。同质异能素同质异能素。（4 4）术语）术语12220886Tl12620882Pb529038Sr529139Y336027Co335827ComCo336027336027Co辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识25/166 什么是放射性？什么是放射性？18961896年，法国物理学
26、家贝可勒尔年，法国物理学家贝可勒尔（A.H.BecquerelA.H.Becquerel）首次发现放射性现象。）首次发现放射性现象。当原子核内的质子和中子数失去一定比例当原子核内的质子和中子数失去一定比例时，就处于不稳定状态，核素可以自发地时，就处于不稳定状态，核素可以自发地发生核衰变，变成一种新的核素，同时放发生核衰变，变成一种新的核素，同时放出一条或多条射线，这种特性称为出一条或多条射线，这种特性称为放射性放射性 (radioactivity)(radioactivity)。这种转变过程称为这种转变过程称为放射性衰变放射性衰变。2.2.放射性衰变及机理放射性衰变及机理 放射性现象是由原子核
27、的变化引起的，与放射性现象是由原子核的变化引起的，与 核外电子状态的改变关系很小。核外电子状态的改变关系很小。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识26/166电场对镭射线的分解电场对镭射线的分解辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识27/166（1 1）衰变衰变 原子核自发地放出原子核自发地放出粒子而变为另一种粒子而变为另一种 原子核的过程称为原子核的过程称为衰变。原子序数衰变。原子序数Z Z减减2 2、质量数、质量数A A减减4 4。式中，式中，X X代表衰变前的母核；代表衰变前的母核；Y Y代表衰变后的子核；代表衰变后的子核；Q Q表示衰变能。表示衰变能。QHeYXAZAZ+
28、424-2-超铀元素会发生超铀元素会发生衰变。例如衰变。例如234234U U、235235U U、238238U U、238238PuPu、239239PuPu、241241AmAm等。等。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识28/166+从母核中射出从母核中射出的的4 4HeHe原子核原子核 粒子得到粒子得到大部分衰变能大部分衰变能238U 234Th+4He 放射性母核放射性母核 衰变衰变 238238U U 234234ThTh辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识29/166 衰变衰变 241241AmAm 237237NpNp辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知
29、识30/166 衰变就是放射性核素发射出衰变就是放射性核素发射出粒子的衰变。而常粒子的衰变。而常见的见的衰变是衰变是衰变，即发射负电子（衰变，即发射负电子（e e）的衰）的衰变。负电子带有变。负电子带有1 1个单位的负电荷，其质量可以忽个单位的负电荷，其质量可以忽略不计（为略不计（为1/18401/1840个原子质量单位）。因此，原个原子质量单位）。因此，原子核在进行子核在进行衰变之后，它的质量数（衰变之后，它的质量数（A A）保持）保持不变，原子序数（不变，原子序数（Z Z）增加）增加1 1。表示。表示衰变的式子衰变的式子即为：即为：QveYXAZAZ+1+eHn+01-1110（2 2）衰
30、变衰变 原子核内质子相对缺少时，一个中子转变为一个质原子核内质子相对缺少时，一个中子转变为一个质 子，同时从核内释放出的电子的过程。子，同时从核内释放出的电子的过程。3 3H H、9090SrSr等都是会放出等都是会放出射线的放射性核素。射线的放射性核素。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识31/166+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质子转变成中子，并且质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷带走一个单位的负电荷+反中微子反中微子中微子中微子三种子体分享裂变能三种子体分享裂变能因此电子
31、具有连续能量因此电子具有连续能量衰变衰变辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识32/166 衰变衰变1414C C 1414N N辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识33/166 衰变衰变 3 3H H 3 3HeHe辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识34/166正正 衰变衰变1111C C 1111B B辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识35/166 衰变时由原子核内发地出衰变时由原子核内发地出粒子，粒子，粒子的粒子的 质量与电子的质量相同，但带有一个单位的还正电质量与电子的质量相同，但带有一个单位的还正电 荷。可以把荷。可以把衰变看作原子核内一个质子转变成
32、衰变看作原子核内一个质子转变成 一个中子时发射出一个中子时发射出粒子和中微子的过程，即粒子和中微子的过程，即QvYXAZAZ+1-eHn011110np+衰变衰变发生发生衰变时，母核和子核的质量数相同，但子核衰变时，母核和子核的质量数相同，但子核的原子序数小一个单位：的原子序数小一个单位：原子核内中子相对缺少时，一个质子转变为一个中原子核内中子相对缺少时，一个质子转变为一个中 子，同时从核内释放出的正电子子，同时从核内释放出的正电子(positron)(positron)的过程。的过程。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识36/166 轨道电子俘获（轨道电子俘获（ECEC）为原子核俘获
33、一个核外电）为原子核俘获一个核外电子的过程，其结果是核内一个质子转变为一个中子的过程，其结果是核内一个质子转变为一个中子和一个中微子，简称子和一个中微子，简称ECEC衰变衰变(orbital(orbital electron capture)electron capture)：P Pe ne n 轨道电子俘获的过程可表示为：轨道电子俘获的过程可表示为：QYeXAZAZ+1轨道电子俘获过程释放的能量轨道电子俘获过程释放的能量 ixMeVmmQ-5.931)-(=其中其中i i为电子的轨道结合能。为电子的轨道结合能。有些放射性核素能满足产生有些放射性核素能满足产生衰变条件，同时也衰变条件，同时也可
34、满足可满足衰变和电子俘获条件，所以它们可以发衰变和电子俘获条件，所以它们可以发生生、衰变和轨道电子俘获三种过程。衰变和轨道电子俘获三种过程。轨道电子俘获轨道电子俘获辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识37/166 质子变成中子质子变成中子X X射线射线电子俘获电子俘获电子电子 辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识38/166电子俘获电子俘获7 7BeBe 7 7LiLi会产生特征会产生特征X X射线或俄歇电子射线或俄歇电子辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识39/166 有些核素在进行有些核素在进行、-、+、或或ECEC衰变时，处于激发态的子核衰变时，处于激发态的子核在
35、向基态跃迁时，在向基态跃迁时，多余的能量以多余的能量以光子即光子即射线的形式发射出来，即射线的形式发射出来，即为为衰变。衰变。hvXXAZAmZ+（3 3）衰变衰变辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识40/166+光子光子 衰变衰变99mTc 99Tc+(E 0.140MeV)T1/2=6h辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识41/1661 1、光子是从原子核中发射的；光子是从原子核中发射的；2 2、常常伴随在常常伴随在 、衰变衰变 之后；之后；3 3、单能；单能；4 4、射线的能量与原子核相射线的能量与原子核相 关。关。射线特点射线特点辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础
36、知识42/166 衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识43/166有时原子核发生有时原子核发生跃迁时不发射跃迁时不发射光子，而光子，而是把多余的能量交给核外绕行的电子（主要是把多余的能量交给核外绕行的电子（主要是是K K层电子），使它脱离原子核的束缚而放射层电子），使它脱离原子核的束缚而放射出来，这种现象称为内转换（出来，这种现象称为内转换（internal internal conversion conversion），电子的能量是固定的，近似），电子的能量是固定的，近似于于光子的能量。光子的能量。内转换电子发射后，原子的某一轨道上留下内转换电子
37、发射后，原子的某一轨道上留下一个空穴，这个空穴通常由外层轨道电子跃一个空穴，这个空穴通常由外层轨道电子跃迁填充，由于不同轨道上电子结合能不同，迁填充，由于不同轨道上电子结合能不同，电子跃迁过程中发射特征电子跃迁过程中发射特征X X射线。由于内转换射线。由于内转换电子的与结合能是唯一的，且同时发射特征电子的与结合能是唯一的，且同时发射特征X X射线，故不会与射线，故不会与衰变产生的电子相混淆。衰变产生的电子相混淆。衰变衰变内转换内转换辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识44/1663.3.放射性衰变规律放射性衰变规律辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识45/166 实验结果实验结
38、果N N0 0为为t=0t=0时刻氡的原子核数，时刻氡的原子核数，N N 为为t t时刻的氡原子核数。时刻的氡原子核数。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识46/166 衰变规律：以一定的规律衰减，放衰变规律：以一定的规律衰减，放射性衰变是由原子核内部运动规律所射性衰变是由原子核内部运动规律所决定的，决定的，与物理和化学性质无关，与与物理和化学性质无关，与外界温度、压力、机械运动等无关；外界温度、压力、机械运动等无关；统计规律：对一个特定的放射性核统计规律：对一个特定的放射性核素，衰变的精确时间是无法预测的；素，衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，服但对足够多的放
39、射性核素的集合，服从量子力学的统计规律；从量子力学的统计规律；满足质量满足质量-能量转换关系能量转换关系 满足能量守恒、动量守恒。满足能量守恒、动量守恒。（1 1）放射性衰变的规律）放射性衰变的规律辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识47/166放射性衰变的统计规律放射性衰变的统计规律 由于微观世界的统计性，不由于微观世界的统计性，不能预测某一原子核的衰变时刻，但能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计得到放射源中总的放射性可以统计得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律；具体到每原子核数目的减少规律；具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是个放射性原子核的衰变来说，就是服从一定规律进行
40、衰变的一个随机服从一定规律进行衰变的一个随机事件事件，可以用衰变概率表示。，可以用衰变概率表示。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识48/166单一放射性的负指数衰减规律单一放射性的负指数衰减规律222222RnRn的衰变曲线的衰变曲线 实验发现，放射性核素实验发现，放射性核素 放出一放出一个个 粒子，变成粒子，变成 ，而，而 的数目的数目每每4 4天减少一半。天减少一半。Rn22286Po21884Rn22286辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识49/166（2 2）放射性活度的衰减规律）放射性活度的衰减规律 放射性核素的核衰变服从负指数规律放射性核素的核衰变服从负指数规律
41、。任何放。任何放射性核素，不管放射任何射线，也不管放射性衰变射性核素，不管放射任何射线，也不管放射性衰变的快慢，都服从负指数规律，这是一个普遍规律。的快慢，都服从负指数规律，这是一个普遍规律。A=A A=Ao oe e-t-t 式中：式中：A Ao o在在t t时，即原始的放射性核素时，即原始的放射性核素 的活度，的活度，Bq Bq；A A在在t t时刻，该放射性核素经核衰变时刻，该放射性核素经核衰变 后剩余的活度，后剩余的活度，q q；放射性核素的衰变常数，放射性核素的衰变常数，1/s 1/s；t t经过的时间，经过的时间，s s。1Bq=1s-1规定规定 即每秒衰变即每秒衰变1 1次为次为
42、1 1贝可。贝可。放射性活度的国际单位（放射性活度的国际单位（SISI）是）是s s-1-1，称为贝可勒，称为贝可勒尔尔,简称贝可简称贝可,用符号用符号BqBq表示。表示。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识50/166放射性活度随时间的变化放射性活度随时间的变化辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识51/16651半衰期半衰期T T1/21/2：原子核数目减少一半的：原子核数目减少一半的时间时间T693.0=2ln=2/1衰变特性衰变特性辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识52/166 放射性活度是衰变数，不是发出的射放射性活度是衰变数，不是发出的射线数；（线数；（13
43、7137CsCs：、）历史上曾使用过的单位：历史上曾使用过的单位：居里居里（CiCi）；1Ci1Ci相当于相当于 1 1g g镭的放射性活度镭的放射性活度BqCi10107.3=1几点注意几点注意 放射性核素的放射性活度，过去也称放射性核素的放射性活度，过去也称放放射性强度射性强度。它是表征放射性核素特征的物。它是表征放射性核素特征的物理量之一。理量之一。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识53/166 （3 3）半衰期半衰期T T1/21/2 半衰期：放射性核数衰变一半所需的半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为时间，记为T T1/21/2 。即：即：()()0(21=0=212
44、1NeNTNT21=21TeT693.02ln=21量纲为：量纲为：t,t,如如s s，h h，d d，a a辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识54/166 放射性活度放射性活度 (Activity)(Activity)即即：)(=)(=)(=00tNeNdteNddttdNAt t 定义：定义：00=NA则则：teAA-0=活度定义：一个放射源在单位时间内发活度定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。以生衰变的原子核数。以A A表示，表征放射表示，表征放射源的强弱。源的强弱。（4 4）放射性活度及其单位放射性活度及其单位辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识55/16
45、6 现今对大量的放射性原子核进行各种测量，已积累现今对大量的放射性原子核进行各种测量，已积累了大量的资料。为了便于使用和查阅，已汇编成了大量的资料。为了便于使用和查阅，已汇编成“衰变纲图衰变纲图”。在实际工作中，可以根据衰变纲图提。在实际工作中，可以根据衰变纲图提供的资料，选取有用的数据。供的资料，选取有用的数据。下面二张衰变图分别为下面二张衰变图分别为6060CoCo与与137137CsCs的衰变纲图。箭的衰变纲图。箭头向右表示头向右表示Z Z增加（箭头向左表示原子序数增加（箭头向左表示原子序数Z Z减少）减少）。箭头线上标示了放射粒子的类型及其动能或者动。箭头线上标示了放射粒子的类型及其动
46、能或者动能最大值。图中百分数代表该种衰变所占的比例（能最大值。图中百分数代表该种衰变所占的比例（又叫分支比）。粗实线的态代表原子核基态。所示又叫分支比）。粗实线的态代表原子核基态。所示年月即为年月即为T T1/21/2数值。数值。（5 5）衰变纲图）衰变纲图辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识56/1666060CoCo及及137137CsCs的衰变纲图的衰变纲图辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识57/166 带电粒子的种类和物理性质带电粒子的种类和物理性质 带电粒子与物质相互作用的主要带电粒子与物质相互作用的主要 过程过程（1 1）带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相
47、互作用4.4.射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识58/166（1 1）带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用带电粒子带电粒子电子：核外电子电子：核外电子射线：原子核发出的高速电子射线：原子核发出的高速电子质子质子粒子粒子带电粒子种类：带电粒子种类：带电粒子的种类和物理性质带电粒子的种类和物理性质 电离辐射作用于物质，所引起的某些电离辐射作用于物质，所引起的某些物理、化学变化，或作用于生物体时所产物理、化学变化，或作用于生物体时所产生的某些生物效应，几乎都是通过带电粒生的某些生物效应，几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。子把能
48、量传递给物质所引起的。4.4.射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识59/166主主要要过过程程电离和激发电离和激发 核反应核反应化学变化化学变化带电粒子与物质相互作用的主要过程带电粒子与物质相互作用的主要过程韧致辐射韧致辐射带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的，带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的，主要过程有电离和激发，弹性散射和韧致主要过程有电离和激发，弹性散射和韧致辐射。其他过程有湮没辐射、契伦可夫辐辐射。其他过程有湮没辐射、契伦可夫辐射、核反应以及引起物质化学变化。射、核反应以及引起物质化学变化。辐射安全与防护基础知识辐射安全与防护基础知识
49、60/166 带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量，带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量，其次是通过韧致辐射其次是通过韧致辐射。这两种过程构成了带电粒子在。这两种过程构成了带电粒子在碰撞过程中的能量损失。碰撞过程中的能量损失。当具有一定动能的带电粒子与原子轨道电子发当具有一定动能的带电粒子与原子轨道电子发生库伦作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。生库伦作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。如果轨道电子莸得的动能足以克服原子核的束缚，逃如果轨道电子莸得的动能足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离。电离出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离。电离后的原子带正电
50、荷，它与逃出的自由电子合称为离子后的原子带正电荷，它与逃出的自由电子合称为离子对。如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束对。如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，此过程称为激发。处于激发态的原子是不稳定的，它此过程称为激发。处于激发态的原子是不稳定的，它将通过跃迁到高能级的电子自发地跃迁到低能级而回将通过跃迁到高能级的电子自发地跃迁到低能级而回到基态。多余的能量可以以到基态。多余的能量可以以X X射线的形式放出。此种射线的形式放出。此种X X射线的能量是不连续的，它等于电子跃迁的两能级之射线
