电离辐射及防护基础知识

,放射性、辐射防护与放射源基本知识,电离辐射,辐射是指某种物质发出的粒子或波，按其电离能力分为电离辐射和非电离辐射。能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称为电离辐射，俗称放射性。不能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称为非电离辐射，如电磁辐射。,电离辐射（放射性）,原子核自发地放射出某种粒子或射线的现象，称为放射性。放射性不受物理、化学等环境条件的影响，是原子核的内在特征。,放射性的发现,1896年，Bequerel用铀粉作实验，有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片上，第二天他惊讶的发现胶片暴光了。他由此断定，铀可以放出某种射线，使胶片暴光。人们就将物质能够放出某种射线的现象称为放射性。,不仅是铀粉具有放射性！,1898年7月和12月，居里夫妇先后发现钋和镭也有这种特性。现代科学方法证明，用人工的方法中子活化技术，也可以将没有放射性的物质产生放射性，如Co-60、Ag-110m、Am-241。实际上，放射性物质无处不在，只不过含量高低不同罢了。如环境和食物就含有或多或少的天然放射性物质和核试验残留的放射性物质（如Cs-137和Sr-90)。,机器也能产生射线,用物理的方法，如X光机能产生的X射线、电子加速器能产生电子束等。回旋加速器能产生重粒子束。放射性可能由原子核衰变产生，也可以由机器（射线装置）产生。,原子核衰变能放出、射线和中子,经实验研究发现，镭放射源放出的射线在磁场中会分成三束，分别称为射线、射线和射线。粒子最重（4个原子质量数），粒子次之，粒子则没有静止质量。有些原子核衰变的时候还会放出中子，如U-235的衰变。,放射性种类,：在电/磁场中偏转，与带正电荷离子流相同：在电/磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同：在电/磁场中不偏转，电中性。：He原子核；：电子；：光子，电磁波；n:中子，在电磁场中不偏转,X射线,德国物理学家伦琴于1895年在研究阴极射线的时候，发现了一种奇特的射线，它能量高、穿透力强、能杀死细胞和组织。由于当时知其甚少，所以称为X射线，又叫伦琴射线。,X射线的问世，在医学和工业技术领域得到了广泛的应用，如透视、成像、探伤等），,连续X射线的产生,连续X射线是由于高速运动的电子撞击物体（钨靶、银靶、钼靶等），速度猝然而止，其中一部分（90%)的能量则转换为热能。由于释放出的X光子的能量分布是连续的（0Emax)，因此称为连续X光。,射线与X射线本质上一样，都是光子，就像可见光，只不过能量大小不同而已，光子能量高、X射线能量低，可见光的能量更低。射线与电子束本质上也一样，只不过其来源不同，前者来源于核反应，后者则由电子加速器产生。,射线与X射线、射线与电子束的区别,、射线的穿透能力,射线：1张纸片就能阻止它的穿透。射线：几毫米的铜片才能阻止它的穿透。射线：几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透。掌握射线的这种特性，能采取适当的措施进行有效辐射防护。,射线,射线,射线,I：穿透物件后的射线强度I0：穿透物件前的射线强度：物质对射线的吸收系数（对同一材料为一常数）：物件的比重t：物件的厚度测厚灵敏度可达0.010.001mm.,X、射线穿透物质的衰减规律,半衰减厚度十分之一衰减厚度,射线可以用密度大的材料加以屏蔽，如钢板、混凝土、铅等。下表列出了不同材料对60Co源、137Cs源和226Ra源的半衰减厚度。,宇宙射线,天文学研究发现，星星之所以会闪闪发光，是由于其内部不断进行着核聚变反应。星体内部的核反应所产生的射线到达地球的过程中，与宇宙间的物质相互作用产生次级射线，再辐射到地球，这些来自宇宙间的射线就称为宇宙射线。,由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱，因此宇宙射线的强弱随着高度的增加而增加。海平面：约28nGy/h。拉萨：约120nGy/h。地铁：约1nGy/h。,宇宙射线随海拔升高而升高,正常地区的天然本底辐射的主要来源按其起因可分为三类：,宇宙辐射即来自宇宙空间的高能粒子流，其中有质子、粒子、电子、中子等；宇生核素它们主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的；原生核素存在于地壳中的天然放射性核素。,陆地辐射,地壳中存在着自地球形成以来就有的天然放射性核素，称为原生放射性核素，都是长寿命的，其半衰期可与地球年龄相比较。就对人的外照射剂量贡献而言，主要的原生放射性核素为K-40、Th-232、U-238、U-235、Rb-87其中U-238及Th-232为两个天然放射系的母体核素，其许多子体核素也会对人造成照射。,氡的同位素氡是一种放射性惰性气体，地球上三个原生的天然放射系中，分别存在氡的3个同位素，即222Rn(238U系)、220Rn(232Th系)和219Rn(235U系)。由于岩石和土壤中235U含量很低，219Rn的半衰期又很短，因此，它对人的照射没有太大的意义。220Rn的半衰期很短，只有在岩石和土壤中232Th含量高的地区，其对人的照射才有必要加以考虑。,222Rn222Rn的照射是人受天然辐射照射最重要的来源。一般情况下、室内空气中222Rn及其短寿命子体的浓度远比室外高，因此，吸入室内空气中222Rn及其短寿命子体是最重要的照射途径。,土壤中的放射性特征土壤中的天然放射性核素，决定了环境本底辐射水平的高低地质环境对土壤中天然放射性核素的含量起着决定性的影响表层土壤中氡含量与季节及温度有很大的关系土层深度对氡含量有明显影响，2.5m深处土壤空气中氡的浓度比表层土中高一个数量级土壤通气性对氡浓度的影响也十分明显,放射性高本底地区,阳江高本底地区：东岸岭地区（北甘、亨垌、田畔、彭村、塘围），桐油区(含横山、上垌、下垌等地）印度克拉拉邦巴西滨海高本底地区,重温放射性基本知识,1.放射性；2.射线的种类；3.射线的穿透能力；4.X射线；5.天然辐射/宇宙射线。,活度,定义：辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰变数，A=N/t。单位:Bq（贝可）。老单位：居里（Ci）1居里(Ci)=3.7x1010Bq.物理意义：描述物质的放射性强弱，活度越大，表示物质的放射性越强。,实际应用的放射源活度范围：几十mCi百万Ci.实验室标准源：100010000Bq.,放射性活度定义,活度：一个放射源，在单位时间内衰变的原子核数目。用于衡量放射性的强弱。放射源质量的多少不能用于衡量放射性的强弱。强度：单位时间内放射出的某种射线的数目。对于有些放射源，活度与射线强度相等，有些放射源，活度不等于射线强度。比活度：放射源单位质量的活度。用于衡量放射源的纯度。,比活度,活度能够用来反映辐射体总的放射性，但不能反映辐射体的放射性浓度。定义：单位质量或体积中的放射性活度，A/m=(N/t)/m。单位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。如：核电站放射性废水中的Cs-137：5Bq/L.,定义：单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。D=E/m.单位：(J/kg)=戈瑞(Gy）。如:1J/2kg=0.5Gy.剂量这个名词在医学上指的是人食入药物的物质量，如2mg/天/人。而这里则是受照体所接受（吸收）的辐射能量。物理意义：用于描述射线对受照体的作用效果。,（受照体的）吸收剂量,活度,剂量,它是描述电离辐射能量的量。当电离辐射与物质作用时，其部分或全部能量可沉积于受照介质中。,电离辐射：凡是与物质直接或间接作用时使物质电离的一切辐射，称为电离辐射。无论在空间，还是在介质内部，凡电离辐射在其中通过、传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围，称之为电离辐射场。,吸收剂量率,在定义剂量时，没有考虑时间的因素，即相同的剂量可以是1小时的照射，也可以是1天（24小时）的照射。为描述受照体接受辐照能量的快慢，则需引入剂量率。定义：单位时间内单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。D/t=E/m/t.单位：(J/kg/h)=戈瑞/小时(Gy/h)。或者：nGy/h=10-9Gy/h剂量或者剂量率，都是与具体的受照物质相对应，如人体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。,其中：为放射源周围某点空气吸收剂量率，单位：Gy/s；为放射源周围某点的射线注量率，单位：光子/m2/s为射线在空气中的质量能量吸收系数，单位：m2/kg（例如137Cs的662keV的射线，=2.9410-3m2/kg）；Er为射线的能量，单位：J（1MeV=1.610-13J）A为放射源单位时间内向4方向发射的射线数，单位：粒子/s;r为某点距离点源的距离，单位：m。,放射源的活度与周围辐射剂量率的关系,26mCi放射源（137Cs）周围的空气吸收剂量率随距离的变化,从图可见，放射源周围的辐射强度会随距离的增加而迅速衰减。根据辐射防护与放射源安全标准（GB2003-18871），公众年照射剂量限值为1mSv，如果26mCi的放射源完全裸露，一个人站在距离放射源1米处也需停留16小时以上，可见这类放射源的危险性较小。,当量剂量,对于不同的射线，即使剂量相同，对受照物体所产生的效果可能不同，为描述不同射线对受照体的不同作用效果引入剂量当量。当量剂量=剂量射线的品质因子。单位：希福特(Sv).,总的能量可以相同,不同射线的品质因子,如人体接受射线、射线和射线照射的剂量各为1Gy，那么总的剂量当量=120+11+11=1+1+20=22（Sv）.,有效剂量E,身体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个器官或组织，所有器官或组织也不一定受到相同当量剂量的均匀照射，人体不同部位受到相同当量剂量的照射后所产生的H1,H2,HT（为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量）人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因子后的和,半衰期,放射性原子核衰变时，它从一种核素变为另外一种核素，这样原来的原子核数不断减少。放射性原子核的数量No衰变到原来的一半时所经历的时间半衰期（T1/2）。,半衰期T1/2,定义：放射性原子核衰减到原来数目的一半需要的时间。半衰期与衰变常数的关系：T1/2=0.693/活度随时间的变化：A=N=Ne-t,不同放射性核素的半衰期很不相同，可从十亿分之几秒到几百亿年。,不同放射性核素的半衰期,放射性原子核的衰变不受一般的物理、化学变化的影响，只有核反应才起作用。因此企图用火烧、压打、酸溶、碱泡等的方法来消减放射性是不科学、也是不可能的。,辐射防护基础知识,射线的用途射线的危害射线防护的目的辐射防护三原则外照射及其防护方法内照射及其防护方法,主要内容,辐射（放射性）的用途,射线的用途（1）医学：诊断、治疗、消毒等。（2）工业：测厚、探伤、材料改性等。（3）能源：发电、供热等。（4）农业：品种改良等。（5）地质：探矿、找石油等。（6）考古：年代分析等。（7）国防：核武器（如原子弹、氢弹等）。,射线的危害,小剂量照射时，可能诱发恶性疾病，如癌症、白血病、遗传疾病。（1）居里夫人（放射性物质镭发现者）及其女儿的白血病。（2）早期夜光表表盘制作工人的骨癌。大剂量照射时，效果立竿见影，如皮炎、脱发，白血球下降等。（1）切尔诺贝利核电站事件。（2）放射源丢失事件引起的照射。,辐射效应非随机效应（确定性效应）,当人体吸收的辐射剂量大于某一剂量值（阈值）时，就会出现近期的临床效应，且这种效应与剂量的大小成正比。（1）剂量大于阈值时，才会出现确定性效应；（2）剂量越大，所产生的临床效应越严重；（3）对于不同的组织，产生临床效应的阈值不同。,确定性效应的阈值,辐射效应随机效应,当人体吸收的辐射剂量小于某一剂量值（阈值）时，虽然不出现近期的临床效应，但有诱发恶性病变和产生遗传基因缺陷的可能，且这种可能性的大小与剂量的大小成正比。,（1）可能不等于一定；（2）可能性的大小与剂量大小成正比；（3）不存在安全剂量，危险总是存在。,随机效应的危险度与剂量大小的关系,一年内人体接受电离辐射照射单位当量剂量所致的恶性病的死亡率或严重遗传疾病的发生率。危险度的估算资料主要来自三类人员的流行病学调查结果：（1）职业照射人员；（2）居住在高本底辐射照射地区的居民；（3）长崎、广岛原子弹爆炸的幸存者。,辐射照射所致危险度,辐射防护三原则（1）正当化,在进行伴有核辐射的项目中，要求所得到的利益大于所付出的代价。,辐射防护三原则（2）剂量限值,对职业性照射个人和公众所规定的年剂量限值。,剂量限值的确定原则,对职业人员：将辐射照射对职业人员所产生的危险度降低到与从事其他职业的危险度相当。对公众：将辐射照射对周围所产生的危险度降低到与人类在日常生活中可能遭遇的危险度相当。,公众日常生活的危险度,可见，在年剂量1mSv的限值内，公众由于辐射所致的危险度与日常生活的其他因素所致的危险度相当。,产业人员由于职业因素引起的危险度,可见，在年剂量20mSv的限值内，职业人员由于辐射所致的危险度与其他职业因素所致的危险度相当。,辐射防护三原则（3）最优化,在维护正当化原则的前提下，所有辐射照射都必须保持可以合理达到的、尽可能低的水平。（1）不是满足剂量限值的要求就可以了，还应该尽可能的低。（2）但是，降低剂量应该合理，以维护正当化的原则。,辐射防护方法,外照射和外照射的防护方法内照射和内照射的防护方法,什么是外照射？,外照射是指电离辐射源发出的射线从体外对人体的照射。,外照射的防护方法,时间防护尽可能减少在辐射场的停留时间，如采取轮换或快去快回的办法。距离防护因辐射强度与辐射源的距离的平方成反比，因此尽可能远离辐射源，这样能有效的减少照射。屏蔽防护根据不同的材料，采用不同的材料对射线进行有效的阻隔。剂量监测做好个人剂量监测，使本人随时知道自己的剂量累计情况。,辐射防护三种办法,外照射防护基本办法,时间防护距离防护屏蔽防护,内照射,内照射指的是进入人体的放射性核素作为辐射源发出的射线从体内对人体产生的照射。,内照射的防护方法,环境控制：（1）隔离污染源，尽量减少污染物的扩散；（2）保持工作场所的通风，降低放射性污染物的浓度；（3）保持工作环境、工作台面的清洁；（4）做好经常性的环境监测，及时处理污染物。个人防护：（1）进入工作场所，应穿戴防护用品、用具；（2）离开工作场所，应更衣、洗手、淋浴；（3）禁止在工作场所吸烟、饮水、存放食品；（4）保护好伤口；（5）保持个人良好的卫生习惯。,实际辐射照射的照射剂量,使用密封放射源的照射：,使用开放性同位素的照射则复杂得多，除了要考虑外照射以外，则还要考虑吸入甚至食入放射性物质所致得内照射。,重温辐射防护的基本知识,射线的危害：（1）确定性效应；（2）随机性效应。2.辐射防护三原则：（1）正当性；（2）剂量限值；（3）最优化。3.外照射及其防护方法；4.内照射及其防护方法。,放射源的基础知识,辐射源与放射源、和中子放射源密封源的应用为什么要使用放射源放射源应用举例,放射源及其分类,可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体，称为辐射源。一、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。1.密封源将放射性同位素永久密封在包壳内或紧密地固结在覆盖层内并呈固体形态的放射性物质。密封源种类很多，可按射线类型分为源、源、源、中子源等；根据放射源的几何形状可分为点源、线源、平面源、圆柱源；按用途可分为医疗用、工业探伤用、核仪表用、辐照用、放射性测井用等。,密封放射源,辐射源与放射源,辐射源：一切能放出射线的物质或设备，如核反应堆、X光机、加速器、放射源等。放射源：仅指放射性物质呈固态、且密封包装的辐射源。如源、源、源、中子源等。一般应用的放射源均有铅罐进行屏蔽。,2.非密封源即储存于一定容器而未加密封的放射性物质。也称为开放型放射源。如医用核素发生器，放射性药物，放射性发光涂料，同位素示踪剂等。其特点是：在使用或操作过程中它们的物理化学性质可能变化，如加温时液体可变成气体。使用非密封源容易对工作场所和环境造成污染，产生放射性“三废”。,开放型放射源(非密封源）,放射源,源是指射线能够穿透密封层的放射源。由于射程比较短，为了做到既能严格密封又能让粒子出射，所以放射性物质一般只能用几个微米厚的金属箔窗覆盖。薄薄的覆盖层极易破裂，因此在使用时要特别小心，防止放射性物质泄露。目前常用的源有241Am源、210Po源，一般用于烟雾报警器、静电消除器等。,放射源,源是指射线能够穿透密封层的放射源。同样，由于的射程也比较短，为了做到既能严格密封又能让粒子出射，所以放射性物质的金属箔窗覆盖层也很薄。源常用在薄物料厚度的测量，如纸张等。,放射源,源是指射线能够穿透密封层的放射源密封源可以制成各种各样的形状和活度。60Co源是所有已知的源中应用最广泛的源，它不仅供辐照使用，也可供射线照相使用。能作为源应用的放射性同位素的种类很多。57Co、241Am发射的射线能量较低，60Co、137Cs的射线能量较高。,中子源,中子源是指中子能够穿透密封层的放射源。中子穿透能力强、电离作用很大，对人体的影响相对较大，使用时要非常注意。,射线有不可替代的利用价值：（1）射线对组织的破坏作用可以杀菌、消毒、癌症治疗；（2）射线可以改变分子结构，从而达到材料改性的效果。（3）射线能够轻易穿透物质，并逐步减弱，利用这一特性进行厚度和密度测量，无损探伤（工业照像）等。（4）利用射线的电离作用，可以制作静电消除装置和避雷针。（5）利用物质对射线吸收和反射系数不同，可以用射线来测井、探矿。有优点：（1）信号稳定；（2）环境适应性强。,为什么要使用放射源？,料位计（物料高度位置测量）,主要采用射线源，常见的源有60Co和137Cs，活度一般在40MBq4GBq（约1100mCi）。对堆积密度小的物料（如泡沫塑料）或少量物料（如管中牙膏）的测量，用射线源。典型的射线源（90Sr）的活度范围为40400MBq（约110mCi）。对含氢量高的物质（如石油产品）的料位指示可采用中子源。这类中子源多为241Am-Be中子源，活度在110GBq（约30300mCi）。,密度计,核辐射密度计的用源一般会采用137Cs，对大直径的管子的测量用60Co较多，而对几厘米直径的细管用241Am源。在烟草行业，用射线源测量连续卷烟机中烟草的密度。,测厚仪,根据所测对象厚度的不同，决定选择密封源的类型。源用来测量很薄样品的厚度，550g/m2（比普通的A4复印纸还薄）的物质只能用发射射线的同位素（如210Po，239Pu）来测量。采用源（85Kr，90Sr，147Pm，204Tl）的厚度计可用于501000g/m2厚度的测量，其最大厚度相当于1.2mm的钢板。,核子称（输送量测量）,工业应用中经常遇到的问题是测量在传送系统中运动的物料。核技术应用在该工业项目中，开发出来的产品那就是核子秤。核子秤一般用60Co和137Cs源。,V=t(厚度)v(速度)T(时间),水份测量仪,水份测量基于水对中子的慢化原理，即水对中子的阻碍作用很大，而其他物质对中子的作用很小。大都采用241Am-Be中子源。活度范围在410GBq（100300mCi）。,静电消除器,利用射线的电离作用产生的电荷去中和物体表面的电荷以达到消除静电的目的。所用源一般为源，以241Am和210Po居多，活度范围为30mCi0.1Ci。,同样利用射线的电离作用产生的电荷去中和建筑物表面的电荷以达到防止静电累积而发生雷击。以60Co或226Ra居多，活度为微居里级，,同位素避雷器,放射源在医疗上的应用伽马刀,多束（100200）远距离放射治疗仪器高/中剂量率近距离放射治疗仪等设备采用60Co、192Ir或137Cs等射线源，活度都比较高，范围在315000Ci之间。,射线成像X光平片,普通X照片是一种穿透型的放射线成像技术。X线成像的基本原理是:放射源(X线球管)被放置在体外一定距离处,在给球管加上一定的高压电流的瞬间产生一束高度准直的X线,穿透人体的靶器官,使放置