放射源PPT演示课件

1,内蒙古自治区辐射环境监督站刘桂芳2009年11月,辐射防护基础知识,2,1896年，法国科学家亨利贝可勒尔（H.Becquerel）发现，从铀的化合物中自发地发射出穿透力很强的不可见射线，它能穿透纸而使里面的照相底片感光。这一发现改变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然科学从原子时代进入了原子核时代。,第一章原子核结构及其衰变,3,第一节原子核结构及有关的一些常用术语,原子是保持元素化学性质的最小粒子，1911年卢瑟福（R.C.RUtherford）根据粒子的散射实验提出了原子的核式模型的假设,即原子是由原子核和核外电子所组成。原子中央是带正电的原子核，电子在核外围绕核运动。由于电子质量很小（me=9.109389710-31kg），所以原子的质量基本上集中于原子核(原子核的重量是电子的1846倍)。原子是电中性的。,一、原子核结构简介,4,现代原子结构,原子的直径约为10-10米。原子核在中心约原子直径的1/10000。原子的质量几乎全集中在原子核上电子的质量仅为质子质量的1/1840。一个电子所带的电荷为1.610-19库仑（C），定义为单位电荷。,5,二、有关原子核的一些术语,这一术语在核辐射防护中经常用到，它是指核内具有一定数目的中子和质子，并处于同一能态的一类原子。核素用符号AZX表示，其中X代表元素符号，A为质量数，Z为核电荷数。,1、核素：,6,实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符号AX足以表示一个特定的核素,原子核的表示,原子质量单位等于一个碳12核素原子质量的1/12，记为u。1u=1.660565510-27kg。质子和中子质量几乎一样，分别为：mp=1.00727644umn=1.00866522u,7,原子核物理常用术语及意义,核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。,两种核素，A同，Z、N不同。,两种核素，N同，A、Z不同。,两种核素，Z同，A、N不同。,60Co60mCo两种核素，A、Z、N同，能态不同。,8,核素一般分为放射性核素和稳定核素。锶-90，钚-239等具有放射性的核素称为放射性核素。碳-12，氧-16等非放射性的核素称为稳定核素。到目前，包括人工制造的不稳定元素，人们已经知道有100多种元素。,9,同位素是指原子核内具有相同的质子数和不同的中子数的那些核素。同位是指该同位素的各核素在元素周期表中处于同一个位置,它们具有基本相同的化学性质。,2、同位素和同位素丰度：,10,如：铀-238、铀-235与铀-234等均为铀元素的同位素,而氢的同位素包括了11H（氕）、21H（氘）、31H（氚）三种核素。某些元素，例如锰、铍、氟、铝等在天然条件下,只存在一种核素,称为单一核素而不能说它们只有一种同位素。核素和同位素是两个不同的术语，切勿混为一谈。,11,某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。例如天然存在氧的同位素有三种核素:16O17O18O,其天然含量的百分比即同位素的丰度分别为99.756%,0.039%,0.205%。天然铀的同位素有两种，238U和235U，其天然同位素的丰度分别为99.276%和0.724%。氢的同位素有三种11H21H31H，其丰度分别为11H99.985%,21H为0.015%,31H在天然中不存在。,12,是指那些具有相同的质量数A和原子序数Z，但处在不同能态的核素。一般在元素符号的左上角质量数A后加上字母m表示，如锑-124，锑-124m1;锝-99，锝-99m等。,3、同质异能素：,13,1896年，法国科学家亨利贝可勒尔（HBecquerel）发现用黑纸包的铀盐仍可以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射性。,第二节放射性及原子核衰变的主要类型,一、放射性,14,在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。其中一个成分在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直线方向前进。这三种射线分别叫做射线、射线和射线。,15,16,（1）射线是高速运动的氦原子核（又称粒子）组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。它的电离作用大，贯穿本领小。它在空气中的射程只有几个厘米。（2）射线是高速运动的电子流，它的电离作用较小，贯穿本领较大,在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米至十几米。（3）射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯穿本领很大,在空气中的射程通常为几百米。,进一步的研究证明：,17,现在知道，有许多天然的和人工生产的核素都能自发地发射各种射线。有的发射射线，有的发射射线，有的发射射线，有的在发射射线或射线的同时也发射射线，有的三种射线均发射。铀发射的射线就是由三种不同成分的射线组成，即、和射线。此外，原子核还有发射正电子、质子、中子、重离子等其它粒子以及自发裂变的情况。,18,由于原子核自发的变化而放射出各种射线的现象，称为原子核的放射性。能自发地放射各种射线的核素，叫放射性核素。实验证明，对放射性核素加温、加压或加电磁场，都不能抑制或显著改变其放射性。除了原子核的放射性，现在已被广泛应用的还有射线装置，它们主要有X射线机、粒子加速器、中子发生器等。,19,二、原子核衰变类型,在原子核的衰变中，发生衰变的原子核叫母核，衰变后所产生的核叫子核。放射性原子核的衰变主要有三种类型，它们分别叫做衰变、衰变和跃迁。,20,A,1衰变原子核自发地放射出粒子而转变成另外一种原子核的过程，叫做衰变。经过衰变以后，子核的质量数比母核减少4，原子序数减少2，其衰变式如下：ZXZ-2Y+a其中：X为母核，Y为子核，A为质量数，Z为原子序数。射线实际上就是带两个正电荷的氦-4原子核，它们在磁场中只有轻微的偏转。22688Ra（母体核素）22286Ra（子体核素）+Q（衰变能）,A-4,21,2衰变原子核由于自发地放射出粒子而转变成另外一种原子核的过程称为衰变。+射线是一束高速电子流，它们在磁场中有较大的偏转。原子核的-衰变有三种形式。它们是+衰变、-衰变和电子俘获，其表达式分别为：,22,ZXZ-1Y+,A,A,23,电子俘获也是衰变的一种形式。所谓电子俘获，是原子核俘获核外某一壳层电子，该壳层少了一个电子，出现一个空位。这时处于能态较高的电子就会跃迁到该壳层填补这个空位，多余的能量以特征X射线形式放出。21482Pb（母体核素）21483Bi（子体核素）+-(电子，有时也写为e)+v(反中微子)+Q,24,3跃迁,跃迁主要包括同质异能跃迁和内转换。原子核发生或衰变时，所产生的子核常常处于较高的能态核激发态，激发态是不稳定的，它要直接退激或者级联退激到基态，而当子核从激发态跃迁到能量较低的激发态或基态时，就会放出射线。这一过程叫做跃迁，也叫衰变。射线通常是在原子核进行衰变或衰变中伴随发射出来的。原子核激发态存在时间很短（一般约10-11-10-13s），因而可以认为射线与、射线同时放出。,25,射线是光子流，其波长很短，也可以说射线是波长很短的电磁波，由于它们不带电，所以在磁场中不发生偏转。放出射线的原子核其质量数、电荷数均保持不变，只是能量状态发生了变化，故又称这种过程为：“同质异能跃迁”。例如常用放射源137Cs和60Co都是由于母核发生-衰变后，子核处于较高激发态能级，在向较低能态或基态跃迁时便发出光子。137Cs的射线能量为662Kev；60Co放出两个射线，其能量分别为1.17Mev和1.33Mev。,26,内转换是指处于激发态的原子核把激发能给予核外电子，结果使该电子从壳层发射出来，原子核从激发态回到基态。内转换也是跃迁的一种，因为这种跃迁不放出光子，所以又称这种跃迁为“无辐射跃迁”。电子由于内转换被发射出去，外层电子填补空位仍可能发射特征X射线。除了以上的三种衰变方式以外，原子核还可能发生其它的衰变，如正电子衰变，自发裂变等，但我们日常遇到的基本上就是这样三种衰变，其它的衰变方式很少碰到。,27,第三节放射性衰变规律,一、放射性衰变规律原子核发生衰变时，母核由于不断生成子核，因此随着时间t的增加，母核数目将不断减少。通过大量的测量得出，任何一种放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律：N=N0*e-tNo为起始时刻（t=0）放射性原子核的数目。N为t时刻放射性原子核的数目。,28,以222n（常称氡射气）的衰变为例，把一定量的氡射气单独存放，实验发现，在大约4天之后氡射气的数量减少一半，经过8天减少到原来的1/4，经过12天减到1/8，一个月后就不到原来的1/100了。衰变情况见图a，如果以氡射气的数量的自然对数为纵坐标，以时间为横坐标作图，见图b，则可得到线性方程。,222Rn的衰变规律图,图a,图b,29,30,当同一类核素的许多放射性原子核放在一起时，我们不能预测某个原子核在某个时刻将发生衰变。实际上，衰变是一个统计的过程，大量的放射性原子核会先后发生衰变，总的效果是随着时间的流逝，放射源中的原子核数目按一定的规律减少。,31,二、衰变常数、半衰期,1衰变常数上式中常数称之为衰变常数，是表征原子核发生衰变或发生同质异能跃迁几率的一个常数，量纲是时间的倒数（s-1，min-1，d-1，a-1）。显然，的大小决定了放射性核素衰变的快慢，越大，衰变越快；越小，衰变越慢。反映原子核本身的特性，不同的放射性核素，衰变常数不同，既不随外界条件如温度、压力、电磁场以及核素的化学状态等条件而变化，也与这种核素如何形成的或何时形成的都无关。,32,2半衰期表征放射性核素自发核跃迁的另一参数是半衰期，它是指某种特定能态的放射性核素因发生自发核跃迁而减少到原来原子核数一半所需的时间。用T1/2表示，量纲：年（a）、天（d）、小时（h）、分（min）和秒（s）。不同的放射性核素T1/2的差别可能很大，如：238U：T1/2=45108a，镭衰变产生的氡-222（室内监测项目），T1/2=3.825d。,33,T1/2与的关系：T1/2=ln2/=0.693/，可见T1/2与成反比关系，即T1/2愈长，衰变常数就愈小；T1/2愈短,愈大。如23892U的=4.88310-18s-1,22286Rn的=2.09610-6S-1。指数衰减规律在核辐射防护、放射性同位素的应用和生产等方面，都有重要用途。从放射性衰变的指数规律，可知某一放射性核素，当经过n个T1/2以后，则尚未衰变掉的核数仅为原来核数的（1/2）n，从而可以知道该放射性核素的现存量。如出厂活度为100mci钴-60放射源，其半衰期为5.27年，经过若干年后的现存活度为：3.2年后:65.65mci;5.27年后:50mci;10.6年后:25mci;15.27年后:13.43mci。,34,3放射性活度及其单位衰变规律N=N0*e-t，所描述的是放射性核的数目随时间的衰减，由于测量放射性核素的数目很不方便，而且往往没有必要，我们所感兴趣的又便于测量的是：在单位时间内有多少核发生了衰变的数目。,35,单位时间内某种原子核衰变的数目，叫做该放射性物质的放射性活度，通常用A表示。放射性活度和放射性核数目具有同样的指数衰减规律，即：A=N=*N0*e-t=A0*e-t，式中，A0=*N0是放射源的初始放射性活度。由于历史的原因,放射性活度曾采用居里（Ci）为单位。开始1Ci定义为lg的镭每秒钟衰变的数目。,36,1950年，为了统一起见，国际上共同规定：一个放射源每秒钟有3.71010次核衰变定义为一个居里，即：1Ci=3.71010/s在1975年国际计量大会上，规定了放射性活度在国际单位制中是秒的倒数（s-1），叫贝可勒尔(Becquerel)，简称贝可，记为Bq。lBq等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。其表达式如下：lBq=1次衰变/秒1Bq=1/s显见,1Ci=3.7lO10Bq另外,1Ci=1103mci=1106ci;1mci=3.7lO7Bq;1ci=3.7lO4Bq。,37,应该指出，放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目，而不是指某种放射性核素所包含的原子核的数目或在衰变过程中放射出的粒子数目。有些原子核在发生一次衰变时可能放出多个粒子。例如放射源137Cs，假如在某一时间间隔内有100个原子核发生衰变,但放出的粒子数却不止100个，其中放出最大能量为1.17MeV的电子有6个；放出最大能量为0.512MeV的电子有94个，并伴随有94个能量为0.662MeV的光子，因此总共放出194个粒子。,38,在实际工作中除放射性活度外，还经常用到“比放射性活度”或“比活度”的概念。比放射性活度就是单位质量放射源的放射性活度，即：a=A/m式中m为放射源的质量，比放射性活度的单位为Bq/kg。与单位体积合用，就表示单位体积内的比放射性活度，如Bq/L。,39,第四节辐射,一、电离辐射和非电离辐射,辐射分为电离辐射和非电离辐射。有些辐射如红外线、微波等，由于能量低，不能引起物质电离，称为非电离辐射。凡是与物质直接或间接作用时，能使物质电离的一切辐射，称为电离辐射。,40,电离辐射是由直接或间接电离粒子或由两者混合组成的任何辐射。直接电离粒子是那些具有足够大的动能，以致通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子，如电子、射线、质子和粒子等。间接电离粒子是能够使物质释放出直接电离粒子或引起核变化的非带电粒子，如光子、中子等。,41,电离辐射e12ev,非电离辐射e12ev,辐射,42,人类生活在地球上受到各种放射线的照射，它们有的来自宇宙和来自地壳的岩层、土壤、水中等天然核素铀、钍、镭和它们的子体以及放射性核素40K等。有的来自人工生产的放射性核素及射线装置产生的射线，按其来源大体可分为两类，即天然放射源和人工放射源。,二、电离辐射来源,43,（一）天然放射源：人类生活的地球上，存在着各种放射性物质，它们放射出各种射线，构成天然本底辐射。天然存在的放射性核素所具有的放射性叫天然放射性，具有天然放射性的物质叫天然放射源，包括宇宙辐射和地球辐射。,44,宇宙辐射：是从宇宙空间发射到地球上的射线，分为初级宇宙射线和次级宇宙射线。初级宇宙射线是从宇宙空间直接发射到大气层的原始射线，由质子、粒子和原子序数3的核及高能电子组成，次级宇宙射线是初级宇宙射线与大气层中的原子核相互作用而产生的，由介子、电子、光子、质子和中子组成。,45,地球辐射：主要来源于地球上存在的天然放射性元素，有铀、钍和锕三个天然放射系元素以及无衰变系列的放射性核素钾-40和铷-87（Rb）。这些核素叫原生放射性核素，广泛存在于地球的岩石、土壤、江湖、湖海中，它们的活度浓度和分布随着岩石构造的类型不同而变化，花岗岩中的活度浓度最高；土壤和岩石中所有的铀、钍、镭、钾等元素，以钾-40的活度浓度最高。,46,下面简单介绍有衰变系列的三个天然放射系：这三个放射系中的核素,主要是通过衰变,-衰变和衰变而衰变的。经过一系列这些衰变后，直到稳定核素为止。1、铀系：它以铀的一个同位素铀-238开始，经过14次衰变，最后到稳定核素铅-206结束。2、钍系：从钍-232开始，经过连续10次衰变，最后到稳定核素20882Pb。3、锕系：由铀的另一同位素23592U（俗称锕铀）开始，经过11次连续衰变，最后到稳定核素20782Pb。,47,（二）、人工辐射源：人工辐射源是用人工方法产生的辐射源。人类已可制造1850多种人工放射性核素，制造方法主要是以下两类：1、利用235U，239Pu在核反应堆内进行核裂变反应产生的大量中子流，轰击原子核，引起核反应，产生放射性核素；例如：用原子核反应堆产生的中子轰击稳定的同位素钴-59，钴-59的原子核俘获一个中子，就得到了放射性同位素钴-60。2、利用加速器产生的高能带电粒子（粒子、质子、氚核、电子等）轰击原子核，引起核反应。人类接受的人工辐射源的照射包括医疗照射、职业照射和环境污染造成的照射以及各种放射性物质在工业、农业、科研、地质勘探工作中应用所致的照射。,48,电离辐射来源,天然,人工,宇生,自存,核试验,反应堆,加速器,中子活化,裂变反应,裂变反应,聚变反应,宇宙射线与大气作用,U，Th及其子体,K40,来自宇宙,宇宙射线,C-14，H-3，Be-7,Pu-239,Sr-90.Cs-137,Kr-85数百种H-3,Pu-239,Sr-90.Cs-137,Kr-85数百种H-3，Co-60，Au-198,49,第二章放射性应用类型简介,50,一般将放射性应用类型分为三类，即：核设施类、核技术应用类和伴生放射性矿开发利用类。其中核技术应用类包括射线装置和放射源两大类型。第一节核设施核设施是指核动力厂和其他反应堆；核燃料生产、加工、贮存和后处理设施；放射性废物的处理和处置设施等。,51,一、核动力厂主要有核电厂、核热电厂、核供汽供热厂，它将反应堆产生的能量转变为电能、热能，是反应堆应用的一种形式。1、核电厂：是指用铀、钍等作核燃料，将它在裂变反应中产生的能量转变为电能的发电厂。2、核热电厂：是指利用裂变反应产生的能量发电的同时，也向客户提供热能的装置。3、核供汽供热厂：是指利用裂变反应产生的能量同时向客户供热水和供热蒸汽的装置。,52,二、反应堆除核动力厂应用的反应堆外，还有用于其他目的的反应堆。1、研究堆：是指主要用作基础研究或应用研究用的核反应堆。2、实验堆：是指主要取得设计或研制一座反应堆或一种堆型所需的物理或堆工程数据而运行的核反应堆。,53,3、临界装置：是指设计在极低功率下运行，不需要专门设置冷却剂系统的反应堆。反应堆是利用中子与重核（称为核燃料，如铀-235）相互作用发生裂变反应，使重核分裂成两个中等质量的原子核并释放出大约20OMeV的能量,同时放出2-3个中子。其中至少平均有一个中子又使另一个重核发生核裂变。如果这样持续下去，就可引起原子核裂变的链式反应。反应堆就是既能使原子核裂变的链式反应受到控制，又能使链式反应持续下去的装置,反应堆正常运行的主要辐射源有辐射源和中子源。,54,三、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，主要有铀矿山开采、水冶厂、燃料厂、后处理厂。为了获得核燃料要开采铀矿、钍矿等核原料物质，通过提炼提高其纯度。另外，要作为燃料供给反应堆实际使用，就要把核燃料加工成适当的形状和结构的元件，为此必须经过成形加工、热处理、精加工等多道工序。,55,铀本身及其衰变过程中生成的镭和氡不仅有放射性而且有化学毒性。从铀矿石的破碎开始，在铀生产的各种环节，都含有铀和镭的粉尘滤渣、废液及矿渣等，它们将成为工作场所内外的污染源。铀开采时，铀矿坑道内的氡浓度是造成人员内照射的主要辐射源，应通过加大通风量，净化空气，尽可能降低空气中氡及其子体的浓度。,56,核燃料后处理是指对反应堆用过的核燃料（通常称为乏燃料）进行化学处理，除去裂变产物，回收未用尽的和新生成的核燃料物质的过程。在核燃料循环各个工序中，有可能受到各种射线照射，因而在辐射防护上应予以足够的重视。,57,四、放射性废物的处理和处置设施放射性废物的处理是指为了安全和（或）经济的目的而改变放射性废物特性的操作，它的基本任务是减容，从废物中去除放射性核素，改变组成；处理后，放射性废物可以被固定，也可以不被固定，以获得一种适当的放射性废物体。放射性废物的处置是指把放射性废物放置在一个经批准的、专门的设施（例如近地表填埋或地质处置库）里，不再回收；处置也可以包括经批准将流出物直接排入环境，随后再弥散。如我国的西北中低放废物处置场和广东处置厂。,58,核技术应用是指密封放射源、非密封放射源和射线装置在医疗、工业、农业、地质调查、科学研究和教学等领域中的使用。一、密封源密封源是密封在包壳里的或紧密的固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。密封源的包壳或覆盖层应具有足够的强度，使源在设计使用条件和磨损条件下，以及在预计的事件条件下，均能保持密封性能，不会有放射性物质泄露出来。,第二节核技术应用,59,密封源的种类很多，分类方法也是多种多样。按辐射的射线可分为源、源、源、低能光子源、中子源等。按放射源的几何形状可分为点源、线源、平面源、圆柱源、圆环源、针状源、棒状源等。按活度的不确定度可分为检查源、工作源、参考源、标准源等。按用途可分为医疗用、工业照相（探伤）用、核仪表用、射线辐照用、放射性测井用、放射性测量及仪表刻度用等等。由于使用要求不同，密封源的核素种类、辐射类型、活度大小、几何形状、密封方式和性能指标等各不相同。下面按所用射线种类介绍密封源的基本性能。,60,1、放射源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。常用的放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、238U等常用的放射源，活度一般较低(104-3.7109Bq)，而且粒子的能量一般低于7MeV，在空气中的射程小于6厘米，穿不透皮肤表层，故没有外照射危险。但是绝大多数核素属于极毒或高毒核素，即使摄入体内的量极少，也会造成严重的内照射。因此，使用放射源必须特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗。没有使用价值的废源，应按规定处理，不能随便拆开或扔掉。表2-1列出了常见的可用作源的放射性同位素，作参考。,61,表2-1常见的可用作源的放射性同位素,62,粒子的辐射射程比较短，活性材料的均匀性就很重要，为了满足这个要求，源用电镀法或粉末冶金法制备。为达到严格密封的目的同时又能让粒子射出，活性填料一般用几个微米厚的贵金属箔制成的窗覆盖。由于源窗表面非常薄，表面破裂的可能性很大，因此在使用时要极其小心。,63,2、放射源放射源主要用作活度测量和能量响应刻度的参考源和工作源，还可用作放射性测厚仪，皮肤敷贴器和气相色谱仪的电子捕集器等。常用的放射性核素有3H、14C、58Co60Co、63Ni、85Kr、90Sr-90Y、147Pm、204Tl等。射线的穿透能力比同样能量粒子约强l00倍，能量超过70KeV的粒子可穿透皮肤表层。常用的放射源的粒子能量均大于70KeV,故应考虑外照射的防护。,64,放射性核素衰变时，常伴随着辐射或其他形式的光子，只有少数核素（如3H、l4C、32p、35S、90Sr、90Y等）例外。粒子穿过周围物质时产生韧致辐射，其穿透能力比粒子强得多。因此，在使用放射源时不能忽视光子的防护，即使是纯发射体，也要注意减少韧致辐射的影响。屏蔽射线应选用低原子序数的材料(如塑料、有机玻璃、铝板等)，以减少韧致辐射，外面再用高原子序数的材料屏蔽韧致辐射和其他光子。表2-2列出了常见的用于密封源的同位素。,65,表2-2常见的用于密封源的同位素,66,3、放射源放射源是使用最多的放射源，广泛用于工业、农业、医疗和科研等各个领域。活度在10821012Bq（3mCi-60Ci）的放射源主要用于各种核仪表(如料位计、核子秤、密度计等)、工业射线照相（无损探伤）和人体腔内治疗。为了获得高剂量率的辐射场，装源量多数在31015-21016Bq（约为1056105Ci）范围内，大于31016Bq（106Ci）的辐照装置己不少见。表2-3列出了各种放射源的主要用途。,67,表2-3放射源的主要用途,68,射线的贯穿能力很强，其辐照范围往往超出工作场所之外。使用放射源主要防止外照射。源在固定工作场所使用时，应利用建筑物的墙和门进行屏蔽，使屏蔽墙外人员所受照射低于规定的剂量限值。同时，为了防止人员误入辐照室造成误照射，应有可靠的安全联锁装置，设置警告信号和标志等。源的使用场所若经常变化（如室外探伤），可临时用栏杆、绳子或其他障碍物围起来。活度小于5OMBq（1.5mCi）的源，一般可利用时间防护和距离防护，对工作场所外的影响很小。,69,4、低能光子源利用发射低能射线和X射线的放射性核素，或利用辐射体与靶物质产生的韧致辐射制成的源统称为低能光子源。主要用于厚度计、密度计、X射线荧光分析仪等仪表。发射低能光子的常用放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm等。低能光子比较容易屏蔽，但要注意可能存在的高能射线和韧致辐射的影响。由238Pu、241Am等放射性核素制成的低能光子源，当活度较高时，不能忽略其自发裂变和(、n)反应产生的中子。另外，低能光子的散射效应相当显著，使用时应考虑对散射的防护。低能光子源常用铍窗密封，铍不耐酸、碱腐蚀，也不耐水，使用和存放时应保持干燥，防止受潮，以免铍窗变质。,70,5、中子源中子源在地质勘探、活化分析、辐射育种、湿度测量和科学研究等领域得到广泛应用。利用粒子与轻元素（如铍）的（,n）反应或高能射线与铍（或氘）的(,n)反应，可制成具有不同能谱的中子源。常用的中子源有镭-铍中子源、镅-铍中子源、钚-铍中子源等。表2-4列出了常用（,n）中子源的辐射特性。,71,表2-4常用(，n)中子源的辐射特性,72,由表2-4可见，同一类型、同样活度的中子源，由于制源方法不同，它们的中子产额、中子能谱和光子产额可能差别很大，应以生产单位给出的数据为准。利用重核自发裂变产生中子的中子源称为自发裂变中子源。其中252Cf中子源最合适，应用最多，它的半衰期为2.65a，自发裂变中子产额为2.311012n/(sg)。中子能谱与235U裂变中子能谱相似，中子平均能量为2.35MeV。空气中lm处的中子和剂量率分别为2.210Sv/(hg)和1.6Gy/(hg)。由于252Cf中子源中子产额高、体积小、可制成点源，因此用它作为中子源在各个领域得到了广泛应用。,73,中子的贯穿能力很强，使用中子源时应着重外照射的防护，一般用石蜡、聚乙烯等含氢材料较多的物质，将快中子慢化，然后用吸收截面大的物质（如锂、硼等）吸收慢中子。同时在屏蔽中子的同时还要注意对射线的屏蔽。所以对中子源的屏蔽要进行中子和射线的混合屏蔽。,74,6、密封源的形状和尺寸密封源可以是尺寸极小，活度极大，比如1克钴-60源活度可高达100居里。一个没有屏蔽的裸密封源，通常是一个几毫米到几厘米尺寸的小金属物。但有些密封源，比如用于辐照器的源，就是由小体积源组装而成的大体积源。还有一些特殊的应用中，源的尺寸很大，比如有些用226Ra或241Am的避雷针，尺寸大于1米长，而且源在构件表面的分布非常复杂。,75,了解密封源及其应用设备的构造和形状有助于安全的使用和管理。对于复杂密封源设备的进行处置时，比如设备退役等，要求生产厂方的介入是很重要的。图2-1和图2-2分别是裸密封源和有屏蔽体的工作密封源的照片。早期的镭溶液源密封在小玻璃药水瓶中（如图2-3所示），这种做法已经废除了很多年了，但在实践中可能还会碰到这样的源。,76,图2-1应用于工业和医疗的裸密封源示例,77,图2-2有屏蔽体的密封源,78,图2-3226Ra溶液源封装在小药水瓶中,79,二、非密封源不满足密封源定义中所列条件的源为非密封源，也称开放源或开放型放射源。这种放射源通常没有被容器密封起来，有的不用时是密封的，使用时就得打开它的密封容器，使放射性物质直接与周围环境的介质接触。使用这种放射源的工作场所称为非密封源工作场所。,80,非密封源在工业、农业、医学和科学研究等方面的应用越来越广泛。使用放射源的种类和数量越来越多。最常用的核素有125I、131I、99mTc、3H、14C、32p、35S、153Sm、89Sr、18F、99Mo等，主要用于医学诊断治疗用放射性药物、放射免疫药盒，农业、生物、水文、地质、科研用放射性同位素示踪剂等等。,81,非密封源的特点是：在使用或操作过程中他们的物理化学性质可能变化，如加温时固体可变成液体，液体可变成气体。当容器损坏时，液体漏出扩散，造成表面污染。所以在使用非密封源时，会对人员造成外照射和内照射，会产生废水、废气和固体废物，如果发生事故还会造成工作场所和环境的污染。,82,1、工作场所分级在防护条件相同的条件下，操作的放射性活度(操作量)越大，可能造成工作场所和环境污染的程度越严重。为了便于对操作量不同的工作场所提出不同的防护要求，将非密封源工作场所按放射性核素日等效最大操作量的大小分为甲、乙、丙三个等级。如表2-5所列。,83,表2-5非密封源工作场所的分级,84,放射性核素的日等效操作量等于放射性核素的实际日操作量（Bq）与该核素毒性组别修正因子的积除以与操作方式有关的修正因子所得的商。计算公式如下：日等效操作量=日操作量（Bq）毒性修正因子/操作方式修正因子。放射性核素的毒性组别修正因子及操作方式有关的修正因子见表2-6和表2-7。,85,表2-6放射性核素毒性组别修正因子,86,表2-7操作方式与放射源状态修正因子,87,2、放射性核素毒性分组放射性核素毒性分组详见电离辐射防护与辐射源安全基本标准(GB188712002)附录D。常用放射性核素的毒性分组如下:极毒组：210Po、226Ra、233U、234U、238Pu、239Pu、241Am、242Cm、252Cf高毒组：32Si、60Co、90Sr、144Ce、152Eu、192mIr、210Pb、210Bi、237Np、中毒组:22Na、32P、35S(无机)、45Ca、55Fe、57Co、63Ni、65Zn、67Ga、89Sr、90Y、99Mo、124Sb、125I、131I、137Cs、133Ba、147Pm、153Sm、192Ir、198Au、204Tl、214Pb、214Bi、U天然、气态核素：14C、125I、131I,88,例：一个非密封放射源使用工作场所，使用核素为镭-226，日操作量为2108Bq，操作方式为简单操作，镭-226为液体，计算日等效操作量和属于哪一级工作场所？核素镭-226为极毒组核素，毒性组修正因子为10，简单操作且为液体，即操作方式与放射源状态修正因子为1。日等效操作量=日操作量（Bq）毒性修正因子/操作方式修正因子=2109（Bq）按分级标准，日等效操作量在2107-4109Bq之间，因此属于乙级工作场所。,89,三、射线装置,射线装置:是指X射线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。1、X射线机X射线机的种类很多，如诊断X射线机、治疗X射线机、工业探伤X射线机、X射线分析仪等。,90,X射线机的核心部分是X线管。通常由安装在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。阴极又称为电子源，它是用钨丝构成的阴极灯丝，阳极是根据应用需要由某种材料(如钨、钼等)制成的靶。灯丝由灯丝电源供电，使之加热到2000。C以上以发射电子。灯丝电流愈大，温度愈高，发射的电子数愈多。我们称从X射管阴极上射在钨靶上的电子形成的电流为管电流。,91,高压电源连续可调。高压加在阴极和阳极之间，使两极间形成一个电场，用来加速阴极发射的电子。电压愈高，电子获得的能量愈大，产生的X射线的能量也愈高。我们称加在X射线管上的这种高压为管电压，常以千电子伏为单位。发射X射线的最高能量等于管电压值。例如一台250千伏的X射线机，被加速电子的最大能量等于250千电子伏，所发射X射线的最高能量也等于250千电子伏。,92,2、加速器加速器是利用电磁场使带电粒子(如电子、质子、氚核及重离子等)获得高能量的装置。加速器的种类很多，按加速粒子的能量区分，有高能加速器、中能加速器和低能加速器。此处主要讨论低能加速器辐射源。加速器是一个重要的辐射源，它具有所获得的粒子种类多、能量范围广、射线束的定向性好、能量和流强可调、操作维修方便、可随时启动或停机等特点。,93,加速器主要由产生带电粒子系统(离子源或电子枪)、电磁场系统(粒子加速、聚焦、输运)、真空系统(减少与气体分子碰撞)、粒子束引出系统(通过电场或磁场使粒子偏转到特定方向)和控制系统组成。,94,低能加速器(能量低于10OMeV)产生的辐射有瞬发辐射和缓发辐射。瞬发辐射包括初级辐射(加速的带电粒子)和次级辐射(加速粒子与物质相互作用产生的X、射线和中子等)。缓发辐射是由瞬发辐射与周围物质相互作用产生的感生放射性材料放出的和射线等。瞬发辐射只有在加速器开机时产生，停机后即消失：缓发辐射在加速器停机后仍然存在，而且随着加速器运行时间的增加而积累。,95,表2-8加速器运行时可能遇到的辐射,96,3、中子发生器中子发生器是利用直流电压，能量在lMeV以下，通过(d，n)反应产生快中子的小型加速器。早期都用倍压方法得到所需要的高压，所以叫做“高压倍加器”。由于倍压线路体积庞大，目前已改用如绝缘芯变压器等方法获得高压，所以现在更多使用中子发生器这个名称。,97,第三章射线与物质的相互作用,要求：了解带电粒子与物质相互作用的过程；了解X、射线与物质相互作用过程（光电效应、康普顿效应和电子对效应）；了解中子与物质的相互作用（弹性散射、非弹性散射）。,98,辐射可以分为带电粒子辐射和非带电粒子辐射。其中带电粒子通过物质时，在同物质原子中的电子和原子核发生碰撞进行能量的传递和交换，其中一种主要的作用是带电粒子直接使原子电离或激发。而非带电粒子则通过次级效应产生次带电粒子使原子电离或激发。能够直接或间接引起介质原子电离或激发的核辐射通常叫做电离辐射。因此，电离辐射同物质的作用过程和所产生的效应不仅是核科学本身深入发展和核技术广泛应用的基础，也是人们采用有效措施防护核辐射避免危害人体的基本依据。,99,第四章常用的辐射量与单位,要求：理解比释动能、照射量、吸收剂量、当量剂量、有效剂量和集体有效剂量的概念；理解它们之间的相互关系。在放射性的应用和管理中，与辐射剂量学有关的经常使用的量主要有比释动能、照射量、吸收剂量、当量剂量、有效剂量和集体有效剂量等。,100,一、照射量,定义：,X、射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。,式中：,dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。,照射量SI单位：C/kg库伦/千克,101,另一个定义式,X、射线；空气，有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少量空气后测得的照射量值。不包括次级电子韧致辐射被吸收后产生的电离（3MeV时，才予以考虑）按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件。在电子平衡条件下，鉴于目前的测量技术及对精确度的要求，所能测量的光子能量为几千电子伏到3兆电子伏左右。在此能量范围内，由次级电子产生韧致辐对测量值dQ的贡献可忽略不计。在辐射防护中，能量的上限可扩大到8MeV。,特点：,102,照射量X是个历史悠久、变化较大的一个辐射量，也是目前争论较多的一个量。历史上曾使用照射量单位是伦琴（在1962年之前曾称之为“照射剂量”）,伦琴：,在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。,1R2.5810-4C/kg,103,照射量率,SI单位：C/Kg.s,R/s等,次级电子在体积以内和以外的空气中走完它们的路程时，总共产生的电离电荷；只适用于X、射线；只对空气；测量时必须满足电子平衡；不能作为剂量的单位，历史误会。,概念理解：,104,照射量因子,计算公式：,照射量因子,105,例：,137Cs源发射的射线能量为0.662MeV，离源1m处测得光子的注量率为1107m-2s-1，求该点的照射量率。,解：,由,且,得,106,二、比释动能,间接电离粒子的能量沉积过程：,间接带电粒子,带电粒子,带电粒子,物质,（比释动能）,（吸收剂量）,1.简介,107,（Kerma，kineticenergyinmaterial）,定义：,不带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能总和的平均值除以物质质量的商。,SI单位：戈瑞，Gy历史上曾使用过的单位：拉德，符号rad1Gy100rad,2.比释动能,108,对不带电粒子适用；适用于所有介质；针对“点”的概念。,比释动能K的使用条件,109,3.比释动能率,定义：,某一时间间隔内比释动能的增量除以该时间间隔的商。,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,110,三、吸收剂量,电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商,定义：,SI单位：戈瑞，Gy1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，rad1Gy100rad,吸收剂量D在剂量学的实际应用中是一个非常重要的基本的剂量学量。,（absorbeddose）,111,对所有射线适用；适用于所有介质；针对“点”的概念。,吸收剂量D的使用条件,112,吸收剂量率,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。,定义：,113,四、器官剂量,为了辐射防护目的，而且我们平时所研究的器官或组织并不是一个无限小体积的介质，都具有一定的体积和质量，因此，定义一个器官或组织的平均吸收剂量。也就是说，在辐射防护中感兴趣的是某一器官或组织的吸收剂量的平均值，而不是某一点上的剂量。,114,DT是很有用的量，的定义为DTT/mT式中：T是授予某一器官或组织的总能量；mT是该器官或组织的质量。例如DT的范围可以不到10g（卵巢）到大于70kg（全身）。DT的单位与D相同。,115,五、有关辐射量之间联系与区别,1.照射量率与放射性活度的关系对于点源：照射量率常数:取决于自身的衰变特性（光子的数目和能量），恒等于A=1mCi,R=1m处的照射量率。可查表得出。,116,2.吸收剂量与比释动能的关系：,条件：,带电粒子平衡,其中：,对低能带电粒子，韧致辐射可以忽略时，则,DK,一般在10-310-2之间,117,3.吸收剂量和比释动能概念的应用,实现对生物组织中吸收剂量的间接测量,目的：,射线：,中子：,注意谱的问题，此外还需要进行组织厚度的剂量修正,118,Dm吸收剂量，Gy；fm因子，J/C；X照射量，C/kg.,4.吸收剂量与照射量的关系,Dm吸收剂量，Gy；fm因子，Gy/R；X照射量，R.,119,不同能量的光子在水、软组织、肌肉、骨中的fm值,120,不同能量的光子在水、软组织、肌肉、骨中的fm值（续）,121,122,5.吸收剂量、比释动能和照射量的区别,123,这是一个与个体相关的辐射量,式中：,WR辐射权重因子；DT,R器官、组织的平均剂量,器官或组织T中的平均吸收剂量DT,R与辐射权重因子WR的乘积,(equivalentdose),（6.12）,六、当量剂量HT,R,124,SI单位：希沃特，Sv1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv100rem,如果辐射场由具有不同WR值的不同类型和（或）不同能量的辐射所构成时，则当量剂量HT为,125,辐射权重因子(Radiationweightingfactor,WR),数值上：依据辐射在低剂量率时诱发随机效应的相对生物效应值选取的。性质：表征射线种类，能量与生物效应关系。,为辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康的相对危害效应。,126,辐射权重因子（WR）（ICRP60）,127,七、有效剂量E,式中：,WT组织T的权重因子；HT器官或组织的当量剂量,当所考虑的效应是随机效应时，在全身受到不均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的加权后的当量剂量之和。,(effectivedose),这也是一个与个体相关的辐射量,128,SI单位：希沃特，Sv1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv100rem意义：评价随机效应的危险度，使辐射防护走向定量化。,有效剂量表示了在非均匀照射下随机性效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量。有效剂量也表示了为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之和：,129,组织权重因子WT是器官或组织受照射所产生的危险度与全身均匀受照射所产生的总危险度的比值，也就是说，它反映了在全身均匀受照下各该器官或组织对总危害的相对贡献。换句话说，不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。,全身接受1Sv均匀照射时总危险度,WT,T器官或组织接受1Sv照射时危险度,130,组织权重因子（tissueweightingfactor,WT),定义：WT代表组织T接受的照射所导致的随机效应的危险系数与全身受到均匀照射时的总危险系数的比值。,表征组织或器官的辐射敏感性反应了在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。为辐射防护的目的，器官和组织的当量剂量所乘的因数，乘以该因数是为了考虑不同器官和组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。,131,组织权重因子（ICRP60）,132,当量剂量与有效剂量是供辐射防护用的，包括粗略地评价危险之用，它们只能在远低于确定性效应阈值的吸收剂量下提供估计随机性效应概率的依据。使辐射防护走向定量化。,133,概念理解,当量剂量针对某个器官或组织，是平均值；有效剂量针对全身而言，取平均值。辐射权重因子描述了辐射类型、能量的不同对生物效应的影响；组织权重因子则描述了不同器官、组织对全身总危害的贡献。,134,八、待积当量剂量（committedequivalentdose）,人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在50年内将要受到的累积的剂量当量。,式中：t0是摄入放射性物质的起始时刻；（6.16）是在t时刻器官或组织受到的当量剂量率；是摄入放射性物质之后经过的时间。当没有给出积分的时间期限时，成年人50年；儿童70年,135,九、与待积有效剂量（committedeffectivedose）,式中：HT（）是积分到时间器官或组织T的待积当量剂量；WT是器官或组织T的组织权重因子。,受到辐射危害的各器官或组织的待积当量剂量HT（）经WT加权处理后的总和称为待积有效剂量E（），即,待积有效剂量可用来预计个人因摄入放射性核素后将发生随机性效应的平均几率。,HT（）与E（）的单位、名称与符号都和H、E相同。,136,与群体相关的辐射量,单位：人希,十、集体当量剂量ST：,表示一组人某指定的器官或组织的当量剂量的总和。,(collectiveequivalentdose),一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人。因此，采用集体剂量来定量地表示这一次放射