放射性与放射源基础知识

关于放射性与放射源基础知识一、放射性的基础知识

1、放射性的发现1895年伦琴发现X射线1896年贝克勒尔发现物质的放射性

1898年居里夫妇发现发现镭和钋

1899年卢瑟福发现α和β射线

1911年卢瑟福发现原子核

1934年费米利用中子制造人工放射性核素

1945年美国在广岛和长崎投下原子弹

1951年第一次核能发电在美国实现

1972年X射线计算机断层扫描装置（CT）第2页,共69页，2024年2月25日，星期天原子和原子核（1）

1895年，德国物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X射线——它不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望伦琴因此成为1901年第一个诺贝尔物理学奖得主第3页,共69页，2024年2月25日，星期天1896年法国科学家贝克勒尔(A.H.Becquerel)借助于径迹探测器—乳胶，发现天然放射性现象，人类第一次观察到核变化，这一重大发现是原子核物理的开端。

放射性物质的发现：1898年，波兰科学家居里夫人(MarieCurie)从铀矿中提炼到镭。万物是由原子、分子构成，每一种原子对应一种化学元素。目前，人们已知一百多种元素。第4页,共69页，2024年2月25日，星期天1911年卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了，即原子由原子核和核外电子组成的假设。核外电子的运动构成了原子物理学的主要内容，而原子核成了原子核物理学的主要研究对象。原子和原子核是物质结构的两个层次，但也是互相关联又泾渭分明的两个层次。由于组成α射线的α粒子带有巨大能量和动量，就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构的有力工具。第5页,共69页，2024年2月25日，星期天原子和原子核（2）电子带负电荷，电子电荷的值为：e=1.60217733x10-19C，且电荷是量子化的，即任何电荷只能是e的整倍数。电子的质量为me=9.1093897x10-31kg。原子核带正电荷，集中了原子的全部正电荷。原子的大小是由核外运动的电子所占的空间范围来表征，原子可以设想为电子在以原子核为中心的、距核非常远的若干轨道上运行。原子的大小半径约为10-8cm的量级。原子核的质量远超过核外电子的总质量，原子的质量中心与原子核的质量中心非常接近。原子核的限度只有几十飞米(1fm=10-15m=10-13cm)，而密度高达108t.cm-3

。物质的许多化学性质及物理性质、光谱特性基本上只与核外电子有关；而放射现象则主要与原子核有关。第6页,共69页，2024年2月25日，星期天2、什么是放射性？放射性是自然界存在的一种自然现象。世界上一切物质都是由一种叫“原子”的微小粒子构成的，每个原子的中心有一个“原子核”。大多数物质的原子核是稳定不变的，但有些物质的原子核不稳定，会自发地发生某些变化，这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象就是人们常说的“放射性”。第7页,共69页，2024年2月25日，星期天有的放射性物质在地球诞生时就存在，如铀、钍、镭等，它们叫做天然放射性物质；另一方面，人类出于不同的目的制造了一些具有放射性的物质，这种物质叫人工放射性物质。

第8页,共69页，2024年2月25日，星期天辐射源种类

天然辐射源宇宙射线宇生放射性核素原生放射性核素人工辐射源核设施反应堆辐射源，γ辐射源：瞬发、缓发、其他(俘获、n非弹散激发)γ射线中子源：瞬发(2-3/fi,2MeV,峰值约0.8MeV，1012-1015n/s.cm2)、缓发中子(0.0158/fi，能量较低)核燃料循环设施，核燃料循环设施包括核燃料生产、加工、贮存和后处理设施等。后处理主要内容有：（1）除掉裂变产物；（2）回收未燃烧的燃料；（3）回收生成的可裂变物质（如钚）等。第9页,共69页，2024年2月25日，星期天人工辐射源核技术应用密封源，α放射源：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、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U等。β放射源：（锶-90）低能光子源：γ放射源：（钴-60、镭-226和铯-137）中子源：第10页,共69页，2024年2月25日，星期天人工辐射源非密封源，工作场所分级：甲、乙、丙三个等级放射性核素毒性分组：放射性核素毒性分组详见（GB18871―2002）附录D。射线装置，χ射线机：χ射线机的种类很多，如诊断χ射线机、治疗χ射线机、工业探伤χ射线机、χ射线分析仪等。加速器：利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氘核及重离子等）获得高能量的装置。按能量区分，有高能、中能和低能加速器。主要讨论低能加速器辐射源。韧致辐射、中子、感生放射性。产生的辐射有瞬发辐射和缓发辐射。中子发生器：利用直流电压，能量在1MeV以下，通过（d，n）反应产生快中子的小型加速器。中子发生器加速离子的能量不高，多数在400KeV以下，也有的到600KeV。它的电源电流容量较大，一般能达到毫安数量级，高的可达数十毫安。利用D（d，n）3He和T（d，n）4He反应获得2.5MeV和14MeV能量的单能中子。强流中子发生器的中子产额可达到1012―1014n/s。第11页,共69页，2024年2月25日，星期天原子核内具有一定质子数和一定中子数的一类原子叫做核素，例如：238U、235U、232Th它们都分别是一种核素。238U与235U这两种核素，质子数（原子序数）相同，中子数不同，在元素周期表中居同一位置，我们称它们为同位素。

第12页,共69页，2024年2月25日，星期天电离辐射：在辐射防护领域，指能在生物物质中产生离子对的辐射；剂量：某一对象所接受或吸收的辐射的一种量度，它可以指吸收剂量、器官剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量或待积有效剂量。第13页,共69页，2024年2月25日，星期天3.生活中处处都有放射性尽管100多年前人们才发现放射性，但放射性从来就存在于我们的生活中。放射性可以说无时不有，无处不在，我们吃的食物、喝的水、住的房屋、用的物品、周围的天空大地、山川草木乃至人体本身都含有一定的放射性。人们受到的放射性照射大约有82％来自天然环境，大约有17％来自医疗诊断，而来自其他活动大约只有1％。

第14页,共69页，2024年2月25日，星期天第15页,共69页，2024年2月25日，星期天4、放射性现象及射线的基本性质自然界某些核素的原子核能自发地变为另一种核素的原子核，并伴随着放出射线的过程叫放射性衰变，这种现象叫放射现象，核素的这种性质称为放射性，具有这种性质的核素叫放射性核素。放射性核素衰变掉一半所需要的时间，叫做该放射性核素的半衰期T1/2，单位为s，min，h，d，a等。第16页,共69页，2024年2月25日，星期天

放射性核素衰变时放出α射线的称α衰变，放出β射线的称为β衰变，伴随α、β衰变，还往往放出γ射线(γ光子)。

α射线是一种高速运动的带正电的粒子流，也叫α粒子，β射线是一种带负电的粒子流，即电子流，

γ射线是伴随α、β衰变放出的一种波长极短的电磁辐射。第17页,共69页，2024年2月25日，星期天三种射线作用于周围物质时，会发生以下一些现象：

(1)穿透物质

(2)电离作用

(3)荧光作用

(4)感光作用

(5)产生热量

(6)可以引起物质发生化学反应及其它变化

第18页,共69页，2024年2月25日，星期天(1)穿透物质，在标准状态下(0℃、760mmHg)，三种射线的穿透能力之比约为：α：β：γ=1：100：10000。一张纸或0．004～0．005厘米厚的铝箔可把α射线全部屏蔽；0.5厘米厚的铝板可以挡住β射线，而要挡住Y射线则需50—60厘米厚的铝板才行。

(2)电离作用，射线穿过物质时，可以把部分能量传递给该物质中的束缚电子，使其从电子壳层逃逸成为自由电子，而原子则变的带正电的离子。各种射线的电离作用能力(在单位距离上产生的离子对数)各不相同，α射线最强，次为β射线，γ射线最弱，其比例大致为10000：100：1，辐射仪就是根据射线的电离作用来测定物质的放射性强度的。第19页,共69页，2024年2月25日，星期天

(3)荧光作用，射线射到某些物质上，能激起荧光或磷光，荧光的强弱决定于射线的强度，闪烁探测仪器就是据此而测定射线的能量的。

(4)感光作用，射线使碘化银分解，使照像底片感光，其程度与放射性强度及射线照射时间的长短有关。第20页,共69页，2024年2月25日，星期天(5)产生热量，射线被物质吸收，动能转为热能，使物质温度升高。

(6)可以引起物质发生化学反应及其它变化，如使H20、HCl、NH4+分解，使有机组织的分子破坏而造成细胞的死亡，等等。第21页,共69页，2024年2月25日，星期天人们已经认识到了射线作用于周围物质时发生的上述现象，并在日常生活中正确利用了它们，如胶片感光、仪器测量、生态保鲜、灭菌等等，总之在各个领域均得到了有益利用，因此，大家可以大可不必将放射性视为一只老虎，没有必要谈虎色变，当然，驯化了的老虎才不会伤人。

第22页,共69页，2024年2月25日，星期天5、放射性系列

目前已发现的天然存在的和人工生产的核素约2000个，其中天然存在的核素有332个，其余皆为人工制造的。天然存在的核素分为两大类：一类是稳定的核素，约284个例如40Ca、209Bi

；另一类是不稳定的核素。不稳定的核素,是其原子核会自发地转变成另一种原子核或另一种状态并伴随一些粒子或碎片的发射，又称为放射性原子核。第23页,共69页，2024年2月25日，星期天

自然界存在着三个放射性系列，分别以相应的起始核素来命名，即铀系(238U)、钍系(232Th)及锕铀系(235U)，三个系列均以非放射性的稳定核素(铅的同位素)而告终。

三大天然放射性系列简化衰变图

238U226Ra222Rn218Po214Pb214Bi206Pb

232Th224Ra220Rn216Po212Pb212Bi208Pb

235U223Ra219Rn215Po211Pb211Bi207Pb

第24页,共69页，2024年2月25日，星期天

三个天然放射性系列的起始母体核素都是长寿的，238U的T=4．5×109年，232Th为1.4×1010年，235U为7.1×108年，每个系列中都有一个惰性气体核素——氡，构成了氡的放射性同位素，通常称为射气（氡：原子系数为86的元素的同位素，氡是铀系衰变的中间产物。氡子体：氡的短寿命放射性衰变的产物；氡子体α潜能：222Rn的子体完全衰变为210Pb和220Rn的子体，完全衰变到稳定的208Pb所发射的α粒子能量的总和。平衡因子：氡的平衡当量浓度与氡的实际浓度之比）。第25页,共69页，2024年2月25日，星期天射气的衰变产物A核素为钋的同位素，(218po、216Po、215Po)几乎全部放出α射线而变成B核素，即铅的同位素(214Pb、212Pb、211Pb)，它们β衰变而成为C核素，C核素有双重衰变：经β衰变成为C′核素，经α衰变成为C′′核素。伴随着C核素的衰变放出强γ射线，所以C核素是铀系中的主要γ辐射体。第26页,共69页，2024年2月25日，星期天6、衰变规律

一定数量的放射性核素在衰变过程中，其原子数N随时间的增加而减少，并服从如下指数衰变规律。

Nt=No

e-λtNo—t=0时的起始放射性核素的原子数

T—衰变时间

Nt—经时间t后该放射性核素所剩下的原子数；

λ—该放射性核素的衰变常数，它是说明放射性核素衰变速率的，是放射性核素的基本物理参数之一，它与半衰期的关系为：T=0．693／λ。第27页,共69页，2024年2月25日，星期天7、放射性测量单位①重量单位：．有mg、g、kg等，主要在衡量铀、钍等长寿命元素的重量时采用。②含量单位：对于固体物质中的放射性元素，一般采用‘克／克’，或‘％’。而对液相中的放射性元素含量，常采用‘克／升’。第28页,共69页，2024年2月25日，星期天③放射性活度、比活度

放射性活度(俗称放射性强度)，指单位时间内发生核衰变的次数，单位为居里，1居里=3．7×1010次衰变／秒，即辐射体每秒钟内发生3．7×1010次衰变的活度为1居里。每秒衰变1次为1贝克(Bq)，因此，1居里=3．7×1010Bq。比活度是指单位重量的含放射性核素的物质，单位时间内发生核衰变的次数，单位为Bq／克或Bq／公斤。例如，1公斤某种大理石在一秒钟内发生了180次衰变，则这种大理石的放射性比活度即为：180Bq／kg。第29页,共69页，2024年2月25日，星期天④照射量和照射量率照射量的物理意义为以X射线或γ射线产生的电离本领而作出的一种度量，法定单位为：库伦／千克(c／kg)，它与过去沿用单位伦琴的换算关系为：1R=2．58×10-4C／kg照射量率为在单位时间内照射量率增量，其单位为库伦每千克秒(C／kg·S)。过去沿用单位为：γ即1γ=1微伦/时(μR／h)=2.58×10-10kg·h⑤氡浓度及潜能的单位法定单位制中氡浓度单位为：Bq·m3

新的国际单位制，氡子体潜能浓度的单位为：J·m-3(焦／米3)第30页,共69页，2024年2月25日，星期天8、放射性的危害

由于生态环境中放射性物质的存在，人们不可避免地受到辐射源的照射。人体接受辐射源的照射有两个途径，一为体外照射，一为体内照射。外照射主要是看不见，摸不着的γ射线的过量照射，内照射主要是由于人们吸入、食入、饮入含放射性核素物质引起的体内照射，

α射线危害最大。

第31页,共69页，2024年2月25日，星期天危害人体健康的主要核素：已知人们接受辐射源有两个途径，即内、外照射。因此，考虑外照射时，主要是γ射线，显然三大放射性系列的C核素是危害健康的主要核素，追根求源，就是要考虑环境介质中铀、钍、钾的有效放射性比活度。

内照射氡是最重要的辐射源，显然氡是内照射危害人体健康的主要核素，因此内照射主要应控制氡及其子体的平衡浓度，由于氡是镭的衰变产物，可以通过控制镭的比活度来达到限制过高氡浓度的目的。第32页,共69页，2024年2月25日，星期天9、放射性同位素在医学、工业、农业、食品加工等行业的应用

放射性同位素在医学上的应用

放射性药物影像诊断，γ照相机发射型计算机断层扫描仪（ECT）

正电子发射计算机断层扫描仪（PET）骨密度仪放射源治疗近距离治疗远距治疗体外放射免疫分析第33页,共69页，2024年2月25日，星期天放射性同位素在工业上的应用

核仪表核子秤料位计测厚仪核子湿度密度仪放射性测井γ射线照相（探伤）机其它应用通过辐射接枝交联技术进行改性，得到新的高分子化合物；利用放射性同位素210Po、238Pu等制作的放射性静电消除器，具有结构简单、安装容易、使用方便和不用电等优点；利用放射性同位素发出的α射线使空气电离，中和静电而达到消除静电的目的，可清除唱片、幻灯片、照相底片、摄影镜头等上的灰尘。第34页,共69页，2024年2月25日，星期天放射性同位素在农业上的应用

辐射育种进行辐射育种的辐射可以是χ射线、γ射线和中子，用得最多的是60Coγ源。χ射线和γ射线辐照时，一般使用的剂量范围为1.3×102―3.5×102Gy；对于中子辐照，一般使用的剂量范围为1010―1013n/cm2。农药、化肥示踪农副产品的辐照保鲜辐照保鲜用源主要为60Co，活度3.7×1014Bq（1万Ci）以上。

刺激生物体生长放射性同位素在食品加工中的应用放射性同位素在食品加工中主要用于灭菌保鲜。辐照过的酒可提高醇香度。用放射性同位素辐照过的猪肉，保鲜期延长而味第35页,共69页，2024年2月25日，星期天γ辐照装置第36页,共69页，2024年2月25日，星期天辐照小麦原冬3号第37页,共69页，2024年2月25日，星期天放射免疫分析药盒第38页,共69页，2024年2月25日，星期天碘-131胶囊第39页,共69页，2024年2月25日，星期天各种核探测器第40页,共69页，2024年2月25日，星期天工业同位素示踪第41页,共69页，2024年2月25日，星期天烟雾探测器第42页,共69页，2024年2月25日，星期天射线测厚仪第43页,共69页，2024年2月25日，星期天

SY-5500核子秤第44页,共69页，2024年2月25日，星期天10.几个基本标准①剂量限值：受控实践使个人所受到的有效剂量或当量剂量不得超过的值；②职业照射：是指工作人员在其工作过程所受的所有照射。据GB18871-2002中B1.1.1.1应对任何辐射工作人员的职业照射水平进行控制，使之不超过下述限值：（a）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均），20mSv；③公众照射：指公众成员受的辐射源的照射，不包括职业照射，医疗照射和当地正常天然本底辐射的照射。B1.2.1剂量限值a）年有效剂量，1mSv”第45页,共69页，2024年2月25日，星期天④住宅中的氡在大多数情况下，住宅中持续照射的优化行动水平应在年平均活度浓度为200Bq222Rn/m3～400Bq222Rn/m3（平衡因子0.4）范围内。其上限值用于已建住宅氡持续照射的干预，其下限值用于对待建住宅氡持续照射的控制。⑤工作场所中氡工作场所中氡持续照射情况下补救行动水平是在平均活度为500Bq222Rn/m3～1000Bq222Rn/m3（平衡因子0.4）范围内。达到500Bq222Rn/m3时宜考虑采取补救行动，达到时1000Bq222Rn/m3应采取补救行动。⑥污水排放标准第一类污染物，总α放射性＜1Bq/L，总β放射性＜10Bq/L。

第46页,共69页，2024年2月25日，星期天二、放射源基本知识

1、什么是放射源?

①源源包括：a)放射性物质和载有放射性物质或产生辐射的器件，包括含放射性物质消费品、蜜封源、非密封源和辐射发生器；b）拥有放射性物质的装置、设施及产生辐射的设备，包括辐照装置、放射性矿石的开采或选冶设施、放射性物质加工设施、核设施和放射性废物管理设施；c）审管部门规定的其他源。②天然源

天然存在的辐射源，包括宇宙照射和地球上的辐射源。

第47页,共69页，2024年2月25日，星期天放射源是指用放射性物质制成的能产生辐射照射的物质或实体，放射源按其密封状况可分为密封源和非密封源。

密封源是密封在包壳或紧密覆盖层里的放射性物质，工农业生产中应用的料位计、探伤机等使用的都是密封源，如钴-60、铯-137、铱-192等。

非密封源是指没有包壳的放射性物质，医院里使用的放射性示踪剂属于非密封源，如碘-131、碘-125等。第48页,共69页，2024年2月25日，星期天2、放射源的危害放射源发射出来的射线具有一定的能量，它可以破坏细胞组织，从而对人体造成伤害。当人受到大量射线照射时，可能会产生诸如头昏乏力、食欲减退、恶心、呕吐等症状，严重时会导致机体损伤，甚至可能导致死亡，但当人只受到少量射线照射(例如来自天然本底辐射的照射)时，一般不会有不适症状发生，也不会伤害身体。

第49页,共69页，2024年2月25日，星期天2、

放射源的危害放射源发射出来的射线具有一定的能量，它可以破坏细胞组织，从而对人体造成伤害。当人受到大量射线照射时，可能会产生诸如头昏乏力、食欲减退、恶心、呕吐等症状，严重时会导致机体损伤，甚至可能导致死亡，但当人只受到少量射线照射(例如来自天然本底辐射的照射)时，一般不会有不适症状发生，也不会伤害身体。

第50页,共69页，2024年2月25日，星期天3、放射源的分类国家环境保护总局公告国家环境保护总局公告2005年第62号关于发布放射源分类办法的公告根据《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》（国务院令第449号）关于放射源实行分类管理的规定，我局组织制定了《放射源分类办法》，现予发布。附件：放射源分类办法二○○五年十二月二十三日

第51页,共69页，2024年2月25日，星期天附件：

放射源分类办法

根据国务院第449号令《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》规定，制定本放射源分类办法。一、放射源分类原则参照国际原子能机构的有关规定，按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将放射源分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，V类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。（一）Ⅰ类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡;（二）Ⅱ类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡;

第52页,共69页，2024年2月25日，星期天（三）Ⅲ类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡;（四）Ⅳ类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤;（五）Ⅴ类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。第53页,共69页，2024年2月25日，星期天4、放射源的防护放射源发射的射线有：阿尔法射线(α射线)、贝塔射线(β射线)、伽玛射线(γ射线)、中子射线(n射线)等，它们看不见，摸不着，必须使用专门的仪器才能探测得到，不同的射线在物体中穿透能力也各有不同。一张厚纸可挡住阿尔法射线；有机玻璃、铝等材料可有效阻挡贝塔射线；伽玛射线穿透能力较强，可以用混凝土、铅等阻挡；中子射线需用石蜡等轻质材料来阻挡。

第54页,共69页，2024年2月25日，星期天第55页,共69页，2024年2月25日，星期天

防止或减少放射源发出的射线对人体的伤害，主要有以下三种防护手段：(一)距离防护：距离放射源越远，接触的射线就越少，受到的伤害也越小。(二)屏蔽防护：选取适当的屏蔽材料(如混凝土、铁或铅等)做成屏蔽体遮挡放射源发出的射线。(三)时间防护：尽可能减少与放射源的接触时间。在实际工作中，通常将上述三种防护手段组合应用。

第56页,共69页，2024年2月25日，星期天第57页,共69页，2024年2月25日，星期天5、放射源包装容器放射源一般都装在特殊设计的专用容器内，以防止对人体造成伤害。放射源包装容器种类很多，大多为球形和圆柱形，一般用铅、铸铁、钢、塑料、石蜡等材料制成。

第58页,共69页，2024年2月25日，星期天第59页,共69页，2024年2月25日，星期天6、放射源警示标志国家标准规定，所有放射性工作场所及放射源的包装容器上都必须有警示标志。

第60页,共69页，2024年2月25日，星期天7、放射源的应用

放射源品种很多，应用广泛，不仅在核设施，而且在科研院校、医疗机构、地质和煤田勘探与开采、石油开采与炼油、公路与桥梁建设、机械制造与安装、建材(尤其是水泥厂)、纺织、卷烟、造船、电力、制药、育种、造纸、冶金、仪表和钟表制造、电影制片、木材、塑料、面粉、饲料加工、电缆、荧光灯生产等各行各业都得到应用。

第61页,共69页，2024年2月25日，星期天

在医学方面放射源广泛用于医学诊断、治疗和消毒灭菌。在农业方面用于辐照育种，可以改良品质，增加产量，还可用于灭菌保鲜等。在工业方面可用于石油、煤炭等资源勘探，矿石成份分析，工业探伤、无损检测、材料改性和料位、密度、厚度测量等、放射源还可用于人造卫星供电，火灾烟雾报警，污水治理等。

第62页,共69页，2024年2月25日，星期天第63页,共69页，2024年2月25日，星期天8、发现放射源或疑似放射源物体时，应当如何处理?放射源发射出的射线看不见、闻不到、摸不着。识别放射源，除了根据标签、标识和包装以外，一定要