放射性基础知识

1、杨振宇 2011.3.18 日本福岛核电站情况 3月11日日本东海岸发生8.8级地震（后修正至9.0级），并 引发海啸。 3月11日福岛第1、第2核电站因地震全部自动停止运转。 3月11日晚日本东京电力公司称其核电站并未泄漏放射物质 3月12日福岛核电站1号机组发生两次爆炸，核燃料棒部分 熔毁。 3月13日福岛核电站20公里内人员撤离。 3月14日福岛核电站3号机组氢气爆炸。 3月15日福岛核电站4号机组爆炸起火，2号机组爆炸。 3月16日福岛核电站3号机组再次爆炸（冒白烟）。 日本福岛核电站情况 相关新闻 “据日本媒体消息，当地据日本媒体消息，当地8点点30分左右，福岛第一核分左右，福岛第一

2、核 电站正门附近的核辐射数值从电站正门附近的核辐射数值从每小时每小时882微西弗微西弗 陡增到陡增到8217微西弗微西弗，相当于普通人一年从自然界，相当于普通人一年从自然界 中遭受到的辐射量的中遭受到的辐射量的8倍多。倍多。 ”（3月月16日新闻）日新闻） “在日本核电站周围检测到的放射性物质包括在日本核电站周围检测到的放射性物质包括碘碘 131和铯和铯137。” （3月月16日新闻）日新闻） 什么是放射性 放射性放射性 核素放出射线的性质称为放射性。 放射性核素放射性核素 具有放射性的核素 。 所谓射线，就是指电离辐射。 电离辐射 辐射辐射 以波或粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的

3、 能量(如声辐射、热辐射、电磁辐射等)的统称。 电离辐射电离辐射 电离辐射指高能电磁辐射和粒子辐射，这类“辐射”又称 “射线”。 在辐射防护领域，电离辐射就是指能够通过初级过程或次 级过程引起电离事件的带电粒子或（和）不带电粒子。 电离辐射的危害 电离辐射对人体是有害的。 可直接或通过继发反应损害组织。 大剂量辐射可在数天内产生可见的身体效 应，甚至致死； 而小剂量所致的DNA变化可能使被照射者 产生慢性疾病，如白内障、癌症等，而且 还会使他们的后代发生遗传学缺陷，造成 后代致畸、致癌、致突变。 电离辐射（射线）的类型 射线射线 高速运动的氦原子核的粒子束，称为射线。射线是一种带电粒子流， 具

4、有很强的电离本领，对人体内组织破坏能力较大。 射线射线 由原子核转变时放出来的电子束，称为射线。在生物体内的电离作 用比射线强，比射线弱。 X和和射线射线 射线是原子核发生跃迁或粒子湮没时所发射的电磁辐射，是一种高能 电磁波。 中子射线中子射线 中子射线不带电，重量和质子相似，穿透能力比射线还要强。中子射 线引起的电离程度高，容易被轻元素吸收，所以对人体的危害也更大 。 但很少见。 射线的类型 类型构成电离能力电离能力穿透力穿透力 氦核 很强很强很差很差 电子较弱较弱差差 X和 和 高能电磁波弱弱强强 中子射线中子射线中子强很强 He 4 2 射线的穿透能力 电离辐射的来源 电离辐射通常由以下

5、几种情况产生： 宇宙射线 放射性物质：分天然和人工两种 人工辐射仪器，如X射线机、加速器等 天然放射性核素 自然界中天然存在的核素称为天然放射性核素天然放射性核素。 天然放射性核素又分两类。 宇生天然放射性核素： 如14C、3H、7Be和22Na等。 原生放射性核素， 主要有铀系（238U）、钍系（232Th）、锕铀系 （235U）和镎系（237Np）四个放射性核素系和其 它一些放射性核素，如40K、87Rb等。 天然放射性核素 比如人体含有14C、3H 、40K等 天然放射性核素天然放射性核素。 以40K为例： 人体K含量约占人体总量的0.2%，以60公斤 计，人体含有有120克钾，其中0.

6、012%是 40K，活度约300Bq。 人工放射性核素 人工放射性核素是人类进行核反应生成的。 有些是制备的，大部分都是副产物。 人工放射性核素已达1000多种，其射线种 类、能量、半衰期各不相同。常见的人工 放射性核素有137Cs、60Co、131I等。 放射性强度的单位 放射性活度放射性活度 其意义是单位时间内发生衰变数。 不是指放出的射线数。不是指放出的射线数。 国际标准（SI）单位：秒-1（s-1） SI单位专名是贝克勒尔贝克勒尔 符号为Bq。 以前一直使用的单位是居里(Ci) 1 Ci等于3.71010Bq Co60 0.306MeV 1.17MeV 1.33MeV 放射性强度的单位

7、 放射性比活度放射性比活度 单位质量物质的放射性活度，也称为活度 浓度。 单位是Bq/kg。 用于准确衡量货物中放射性核素含量水平 的量和单位。 放射性核素的半衰期 半衰期半衰期 放射性核素因衰变而减少到原来的一半时 所需要的时间。 衰变公式衰变公式 t T 693. 0 0 1/2 eN N= 放射性核素的半衰期 经过一个半衰期，放射性核素的量减少为原来的为原来的 一半一半。 衰变的类型 衰变衰变 原子核放出射线的衰变称为衰变。 衰变衰变 原子核放出射线的衰变称为衰变。 对于有一定寿命的放射性核素来讲，其衰变形式 主要是衰变或衰变两种形式，放射性核素所发 射出的射线是衰变或衰变中能量释放的一

8、种形 式。 放射性危害与放射性核素 放射性核素可能引起的危害水平具体由以下方面 决定： 放射性核素的种类； 含量水平； 化学形态； 储存方式等。 放射性核素引起的危害和该放射性核素是天然 的还是人工的无关。 吸收剂量 吸收剂量吸收剂量D 电离辐射授予某一体积元中的物质的平均能量除 以在这个体积元中的物质的质量的商。 单位为戈瑞戈瑞(Gy) 与拉德（rad）的换算关系Gy=1J/Kg=100rad 吸收剂量率吸收剂量率 单位时间内吸收剂量的增量。单位为Gy/h。 当量剂量 当量剂量当量剂量H 相同的吸收剂量、不同的辐射类型产生的生物效应并不相同。 辐射R在器官或组织T中的当量剂量为： HT,R=

9、WRDT,R WR ：辐射权重因子； DT,R ：辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量。 SI单位专名是希沃特（Sievert）符号为Sv。 1Sv1J/kg100rem（老的单位，雷姆) 当量剂量率 当量剂量率当量剂量率 单位时间内当量剂量的增量。 单位为Sv/s或Sv/h。 当量剂量率是表示所在位置接受到辐射量 强度的常用单位，也是口岸查验货物放射 性时最常用的量。 吸收剂量和当量剂量 吸收剂量当量剂量 含义吸收辐射能量的多少 吸收能量对人体带来的 危害大小 单位GySv 量值不同 比值WR，对于光子和电子等WR1的辐射而言， 值是一样的。 使用范围 表示确定性效应危险 的合适剂量单位

10、， 从防护角度来看，可避 免剂量的干预水平， 有效当量剂量 有效当量剂量有效当量剂量E 遭受电离辐射时，各个部位都可能受到不同程度的照射。 由于不同部位照射后所产生的危险度也是不同的。 定义：人体各组织或器官的剂量当量乘以相应的组织权重 因子后的和。即： HT：组织或器官T所受剂量当量； WT：组织或器官T的组织权重因子。 = T TT WHE 有效当量剂量 组织权重因子组织权重因子WT 组织或器官 组织权重因子WT组织或器官组织权重因子WT 性腺0.20肝0.05 （红）骨髓0.12食道0.05 结肠0.12甲状腺0.05 肺0.12皮肤0.01 胃0.12骨表面0.01 膀胱0.05其余组

11、织或器官0.05 乳腺0.05总计1 影响放射性效应的因素 照射剂量照射剂量：照射剂量越大，效应也越显著。但并不是线性关系。 剂量率剂量率：一般情况下，剂量率越大，效应越显著。但剂量率达到一定 程度时，两者之间会失去比例关系。 分次照射分次照射：相同的剂量照射，分次越多，间隔时间越长，产生的生物 效应越小。 照射部位照射部位：人体不同部位对辐射的敏感程度很不一致。腹部最敏感， 其次是胸部和脑部，四肢敏感程度最小。 照射面积照射面积：当照射条件相同时，受照面积越大，生物效应越明显。 照射方式照射方式：一般来说，在照射条件相同时，多方照射的生物效应大于 单向照射。 受照人体年龄受照人体年龄：不同年

12、龄的人对辐射的敏感性有很大差异。总的来说， 对辐射的敏感性随着个体发育过程而逐渐降低。其危害程度由高到低 顺序为胎儿、婴幼儿、儿童、成年人。 电离辐射防护三原则电离辐射防护三原则 辐射防护三原则辐射防护三原则 实践的正当化 得到的利益足以弥补其可能引起的危害 防护水平的最优化 只要是合理的，应当采取措施把辐照减少到尽可能低的水平。 个人剂量的剂量限值 公众照射剂量限值为年有效剂量不得超过1mSv 电离辐射防护三原则电离辐射防护三原则 个人剂量的剂量限值 （适用于实践所引起） 不包括医疗照射 职业人群职业人群 连续5年平均有效剂量：20mSv; 任何1年的有效剂量：50mSv; 四肢或皮肤的年当

13、量剂量：500mSv。 公众照射公众照射 年有效剂量不得超过1mSv 特殊情况，可提高到5mSv; 皮肤的年当量剂量：50mSv。 外照射外照射 外照射外照射 是指来自被辐照机体 之外的照射。 主要需要关注射线。 由于射线穿透能力弱， 因此其外照射影响可 以忽略，射线穿透本 领介于上述两种射线 之间，它的外照射危 害在近距离内不能忽 视。 外照射防护外照射防护 外照射防护原则和措施外照射防护原则和措施 1.控制时间控制时间 剂量和照射时间成正比 2.控制距离控制距离 辐射剂量率和距离的平方成反比 3.实施屏蔽实施屏蔽 根据辐射的性质分别实施不同的屏蔽 内照射内照射 内照射内照射 放射性物质进入

14、并沉积 在人体内，从内部对人 体进行照射 。 主要途径： 吸入、摄入和伤口渗入。 和射线、体内蓄积时 间长的放射性核素危害 更大 。 内照射防护内照射防护 内照射防护原则和措施内照射防护原则和措施 1.防止放射性物质进入体内防止放射性物质进入体内 针对吸入、摄入和伤口渗入这三个途径 2.放射性物质进入体内，要采取措施加快放射性物质进入体内，要采取措施加快 体内放射性物质的排出体内放射性物质的排出 内照射防护内照射防护 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 天然辐射天然辐射 1.天然本底照射天然本底照射 外照射来自地球外的宇宙射线和地球本身的天然放射性 核素，即存在于地壳、建筑物和空气中的天然放

15、射性核 素衰变时释放出的、射线所致的地球辐射。而内 照射则是由于环境中的放射性核素经食入或吸入人体所 致。 2.工业技术发展对天然照射的影响工业技术发展对天然照射的影响 只是局部、微量的影响 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 天然辐射天然辐射 平均约平均约2.4mSv。 主要来自大地和建筑物、饮水和食物主要来自大地和建筑物、饮水和食物 和宇宙射线。和宇宙射线。 不同情况差距很大。不同情况差距很大。 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 人工辐射人工辐射 1. 核爆炸和核能生产核爆炸和核能生产 2. 医疗照射医疗照射 医疗照射是最主要的人工照射来源。 3

16、. 其它人工照射其它人工照射 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 人工辐射人工辐射 医疗照射的典型值医疗照射的典型值 一次一次X光胸透：光胸透：约约0.1mSv 一次一次CT：约约10mSv 放射性核素诊断：放射性核素诊断：约约17mSv 电离辐射剂量的来源电离辐射剂量的来源 电离辐射的标志 GB 18871-2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准 电离辐射标志电离辐射警告标志 电离辐射的标志 2007年2月15日，IAEA和ISO联合发布了新的 电离辐射标志。 新的标志旧的标志 常用放射性测量仪器 个人辐射当量和当量率检测仪个人辐射当量和当量率检测仪 该仪器是用于佩带在人体躯干 上用来

17、测定佩带者所受X和辐 射外照射个人剂量当量和个人 剂量当量率的检测仪。它可以 探测佩带位置的剂量当量率， 也可以探测所设定的一段时间 内的剂量当量。 该仪器的主要用途是用于放射 性工作人员的个人防护。 常用放射性测量仪器 便携式辐射剂量率检测仪便携式辐射剂量率检测仪 这种仪器用于测量货物的X和辐射剂 量率。 该仪器响应快，计量率测量准确，可 由电池供电，重量轻，可携带测量， 是口岸最常用的X和辐射测量仪器。 有些仪器可以通过改换探头来测量、 表面污染或中子辐射。有些还有测 量能谱的功能。 常用放射性测量仪器 、表面污染监测仪表面污染监测仪 、表面污染监测仪主要用于测 量货物表面有无放射性物质污

18、染。 由于射线的射程短，所以测量时 该仪器必须紧挨被测物体表面。 但同时又不能使探头碰到被测物 体表面，以防止探头表面受到损 坏和污染。射线的射程稍远，但 监测仪和被测物体也不能太远。 常用放射性测量仪器 门门 式式 放放 射射 性性 检检 测测 仪仪 门式放射性检测仪适用于运动 状态下的货物、人员的放射性 的监测 。 在固定地点对射线和中子进 行检测。 具有灵敏度高、检测速度快、 检测批量大等优点。 缺点是定性定量能力稍差。 常用放射性测量仪器 相关新闻 “据日本媒体消息，当地据日本媒体消息，当地8点点30分左右，福岛第一核分左右，福岛第一核 电站正门附近的核辐射数值从电站正门附近的核辐射数

19、值从每小时每小时882微西弗微西弗 陡增到陡增到8217微西弗微西弗，相当于普通人一年从自然界，相当于普通人一年从自然界 中遭受到的辐射量的中遭受到的辐射量的8倍多。倍多。 ”（3月月16日新闻）日新闻） “在日本核电站周围检测到的放射性物质包括在日本核电站周围检测到的放射性物质包括碘碘 131和铯和铯137。” （3月月16日新闻）日新闻） 重新阅读重新阅读 相关新闻 “福岛核电站核泄漏事故被定级为福岛核电站核泄漏事故被定级为 4级核事故级核事故” （3月月13日新闻）日新闻） 国际核事件分级 IAEA和和OECD制定了国际核事件分级制定了国际核事件分级 较低级别（13级） 属于事件 较高级

20、别（47级） 属于事故 级别级别场外影响场外影响场内影响场内影响 3级极少量释放严重弥散 4级无明显场外危险；少量释放，堆芯/屏蔽明显损坏 5级具有场外危险；有限释放，堆芯/屏蔽严重损坏 6级（重大事故）明显释放 7级（特大事故）大量释放，广泛的健康和环境影响 国际核事件 著名的国际核电站事故著名的国际核电站事故 1979年美国三里岛核电站事故5级（炉芯熔毁 ） 历时1个月，8公里内孕妇儿童撤离，16公里内学校关闭 放射性危害后果很小，最高电站工作人员受照38mSv。 政治后果很大，美国30年未再建核电站。 1986年4月切尔诺贝利核电站事故 7级（堆芯爆炸） 史上最严重核事故。整个北半球均可

21、测出放射性沉降物。 直接死亡28人，约200多人急性放射病症状。30公里内完全隔离。 间接影响：估计9000人死因和该事故有关，500万人受影响。 核电站的情况 核电站的情况 1 核电是清洁能源； 2 核电站的安全性非常高； 3 一旦所有安全措施都失灵，后果很严重。 核电站的能量来自于核反应堆中进行的核反应。 目前核电站都是利用裂变反应原理来获得能量， 主要材料是富集铀富集铀，即235U占24%的铀。 核电站的情况 核电的核反应和原子弹的反应原理是相同的， 都是通过235U的裂变反应来获得能量。 但是，这两者的控制方式是不一样的。 而且从原理来看， 核电站爆炸核爆炸 核电站爆炸核爆炸 核电站和

22、核武器（原子弹）的相同点核电站和核武器（原子弹）的相同点 都是通过235U的核裂变反应得到能量。 裂变反应式 QnvFFnU AA 1211235 21 核电站爆炸核爆炸 不同点不同点 核爆炸核爆炸是指剧烈的核反应。 以原子弹为例： 需要纯度90%以上铀-235；（而反应堆的铀-235浓度24%） 达到临界质量（约52千克），以维持自续链式反应； 要有“点火”中子。 QnvFFnU AA 1211235 21 核电站事故产物 核裂变的产物 裂变产物包括：一些惰性放射性气体，还有 Cs-137(6.14%)、Zr-95(6.51%)、 Sr-90(5.8%)、 I-131(2.87%) 有80种

23、以上裂变产物，质量数分布在70-160间。 QnvFFnU AA 1211235 21 核电站事故产物 核裂变的产物 碘（I）-131 放射性性质：衰变，同时放射射线，半衰期 8.05天。 理化性质：卤素，易升华。 生物性质：吸收快（吸入、摄入、伤口），80%蓄积到甲 状腺。 放射性毒性：中毒组 GB 14882-92 设置食品中限量在89470Bq/kg。 核电站事故产物 核裂变的产物 铯（Cs）-137 放射性性质：衰变，同时放射射线，半衰期 30.17年。 理化性质：碱金属，沸点低，水溶性极好 生物性质：吸收快，有一定蓄积。主要分布在肌肉中。 放射性毒性：中毒组 GB 14882-92 设置食品中限量在90800Bq/kg。 核电站事故产物 核裂变的产物 锶（Sr）-90 放射性性质：衰变，无射线，半衰期 28.6年。 理化性质：碱土金属，水溶性好 生物性质：吸收快，蓄积系数大。主要分布在骨骼中。 放射性毒性：高毒组