放射基本知识(放射防护学)

2017/11/15,1,放射防护学,2017/11/15,2,为什么要学习放射防护学？,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。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放射防护的问题。因此，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程之一。,2017/11/15,3,主要学习内容,放射基础知识辐射源和辐射剂量单位放射药物放射性测量放射生物效应辐射防护的原理与措施放射卫生管理放射线的监测X 射线、超声的防护,2017/11/15,4,第一章,放射基础知识,2017/11/15,5,原子结构,第一节 原子核结构,2017/11/15,6,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,原子核结构,2017/11/15,7,几个概念,元素(element)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，因而物理性能不同，如碘元素中的131I和127I；核素（Nuclide）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。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同质异能素（Isomer）质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc 。,2017/11/15,8,同位素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素。 There are the same protons, but different mass number (or neutrons).,4,2017/11/15,9,一、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核力，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，与核内质子数和中子数的比例有关。 Z20 N/Z1 Stability Z83 Unstability,第二节 放射性衰变,2017/11/15,10,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。,2017/11/15,11,Proton rich nuclei,Neutron rich nuclei,Z=N,0,50,100,150,50,100,Proton number,Neutron number,Neutron-proton ratio with line nuclear stability,2017/11/15,12,原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stable nuclide); 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放射性核素(radionuclide); 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种原子的过程称为放射性衰变(radioactive decay)。,2017/11/15,13,从母核中射出的4He原子核,238U4He + 234Th,放射性母核!,二、基本衰变类型,1. 衰变,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,2017/11/15,14,衰变：241Am 237Np+4He,2017/11/15,15,Characteristic of alpha particle,粒子实质上是He原子核，衰变发生在原子序数大于82的重元素核素。粒子的速度约为光速的1/10，即万km/s，2s绕地球周。在空气中的射程约为3-8cm，在水中或机体内为0.060.16mm。因其射程短，一张纸即可阻挡但粒子的电离能力很强。,2017/11/15,16,- 衰变 3215P 3216S + - + Ue + 1.71MeV+ 衰变 137N 136C + + + + 1.190MeV电子俘获（electron capture）,发生原因母核中子或质子过多,2. 衰变,射线本质：高速运动的电子流,2017/11/15,17,-衰变：3H 3He+ -,2017/11/15,18,-衰变,2017/11/15,19,正电子衰变：11C 11B+ +,2017/11/15,20,质子变成中子,X射线,电子俘获（electron capture）,核外轨道电子,2017/11/15,21,电子俘获：7Be 7Li,2017/11/15,22,4. 衰变,衰变往往是继发于衰变或衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出-ray 释放出过剩能量99Mo 99mTc + - 99Tc + (T1/2: 66.02d; 6.02h)131I 131Xe + - + (T1/2:8.04d),2017/11/15,23,137 Cs 137 Ba* （激发态）母核 -衰变 衰变 137 Ba + 射线（661.7 keV） 子核（基态） （0.0）,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 ：几百keV-MeV 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，在这个过程中发射 射线，原子核能态降低。 射线是高能量的电磁辐射光子,2017/11/15,24,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体的核素类别,2017/11/15,25,衰变3He 3He,2017/11/15,26,Comparison of three decay,2017/11/15,27,各种放射线的性质比较,最强，穿几cm铅版,最弱,1,0,0,光子,射线,较强，穿几mm铝板,较强,0.99,-1,1/1840,电子,射线,最弱，纸能挡住,最强,0.1,+2,4,氦核,射线,贯穿性,电离性,速度（c）,电荷（e）,质量（u）,本 质,种 类,2017/11/15,28, , , ,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： 如上图、所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比的偏转大，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。,2017/11/15,29, 衰变,- 衰变,+ 衰变, 衰变,2017/11/15,30,放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。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，它的衰变是有规律的，即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,2017/11/15,31,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度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为： N=N0e-t ：衰变常数(decay constant) t： decay time e： base of natural logarithm,2017/11/15,32,指数衰减规律 N = N0e-t N0: （t = 0）时放射性原子核的数目N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目: 放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关; 数值越大衰变越快,N = N0e-t,衰变规律,2017/11/15,33,Decay constant(),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；它反映该核素衰变的速度和特性；值大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响。不同的放射性核素有不同的。,2017/11/15,34,放射性活度（radioactivity, A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数1Bq=1S-11Ci=3.71010 Bq1Ci=1000mCi,A=dN/dt,2017/11/15,35,Radioactivity 放射性活度,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。即单位时间的核衰变数目； A=dN/dt单位：s-1，专用名：贝可（Becquerel，Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为Ci, 1Ci=3.7X1010Bq衍生单位：KBq、MBq、GBq(10亿)、TBq，Ci、mCi、Ci。,2017/11/15,36,比放射性活度：,定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。单位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l,2017/11/15,37,Specific 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/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；,2017/11/15,38,仪器常用单位： dps: disintegration per second cps: counts per second,2017/11/15,39,半衰期(half life) 放射性原子核数衰变一半所需的时间,2017/11/15,40,物理半衰期 ( Physical half life，T1/2) 在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至原来一半所需的时间；长者可达1010a，短者仅有10-10s。半衰期1.022 MeV,Nuclear field,Pair production,Compton electron, scattered photon,Several keV to several MeV,Outer electron shells,Compton,Photoelectrons,characteristic x ray,Several keV to 0.5 MeV,Inner electron shells,Photoelectric,Secondary effects,Energy range,Interaction site,Interaction,2017/11/15,66,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同原子核发生作用引起核反应,1）与 H 原子核的弹性碰撞 传递能量 质子跑出来 中子被慢化 n + H n + p 第一步 打出质子（载能） 第二步 质子引起物质电离 慢化剂:轻水(1H2O)