辐射安全基础知识(内容)

1、目目 录录 1 原子与原子核原子与原子核2 电离辐射场与放射性电离辐射场与放射性3 电离辐射与物质的相互作用电离辐射与物质的相互作用4 辐射防护及其量与单位辐射防护及其量与单位 1 原子与原子核 “原子”源自希腊文，意思是“不可分割的”。按照现代的观点，原子仅作为物质结构的一个层次。研究原子的组成、组成物的运动规律及其相互作用的规律，其表征量为物质的物理、化学性质和光谱特性。 “原子核”则是研究物质结构的另一个更深的层次，研究原子核的组成、性质、核力、核模型、核的蜕变及核能的利用等，其表征为原子核的放射性。 元素的表示元素的表示XZ原子序数化学符号 每一个原子隶属于某一种元素，例如： 原子属于

2、氢元素，在元素周期表中为1号元素，一般表示为 ； 元素的原子量是该元素各原子的原子质量的加权平均值。对 ：A=1.008uH1HH地球上三分之一的智慧地球上三分之一的智慧(1) (1) 电子的发现电子的发现J.J.汤姆逊1897年，利用阴极射线管发现电子，成为人类向原子世界进军的里程碑。电子电荷为基本电荷：电子质量：为氢原子质量的1/1837，即1.1 1.1 原子结构模型原子结构模型Ce1910602. 1gme28101094. 9(2) (2) 原子的汤姆逊模型原子的汤姆逊模型由于原子呈电中性，及气体原子的电离现象，1903年，汤姆逊提出了新的原子构造模型：原子是一个半径大约为10-8

3、厘米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型。 (3)原子的核式模型19081908年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖1909年卢瑟福散射试验，1911年提出原子的核式模型。卢瑟福散射实验结论： 正电荷集中在原子的中心，即原子核； 线度为1012 10-13 cm量级，为原子的104 量级； 质量为整个原子的99.9%以上；从此建立了原子的有核模型。 原子的电中性，要求： 原子核所带电量与核外电子电量相等， 核电荷与核外电子电荷符号相反。即：核电荷Ze，核外电子电荷Ze。原子核中子质子电子(电子云)+ + 中子发现后，海森堡(W.Heisenber

4、g)很快提出：原子核由质子和中子组成，并得到实验支持。中子和质子统称为核子。 中子不带电。质子带正电，电量为e。电荷数为 的原子核含有 个质子。 因量子力学方面因量子力学方面贡献，获贡献，获19321932年年诺贝尔物理奖。诺贝尔物理奖。1.2 原子核的组成 1932年查德威克(J. Chadwick)发现中子。(据此获1935年诺贝尔物理学奖)ZZZ 235235U U原子核裂变原子核裂变模模型型 光量子光量子 1kg TNT爆炸释能：爆炸释能： 4.2106 焦耳焦耳(J) 1kg 235U全部裂变释能全部裂变释能： 8.2 1013 焦耳焦耳(J) 其威力约为其威力约为2万吨万吨TNT(

5、相当于相当于TNT的的2 106 倍倍) E : (W/MA) NA200MeV= (1000/235) 6.023 1023 200 = 5.126 1026 MeV (1MeV=1.6 10-13 J) = 8.2 1013 J1kg 3T完全燃烧完全燃烧(聚变聚变)释能：释能： 7.38 1014 焦耳焦耳(J) 其威力约为其威力约为18万吨万吨 TNT(相当于相当于TNT的的1.8108 倍倍) 235235U U原子核裂变的释能计算原子核裂变的释能计算 图1.6-1 核燃料循环示意图 ZANX 原子核的表示原子核的表示ZANX核子数核子数质子数质子数中子数中子数元素符号元素符号例如：

6、OOO188178168,OOO181716,为三个核素，可表示为1.3 原子核物理常用术语及意义(1) 核素（nuclide）具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。 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。NAZX1266C126C12CTl20886Pb20882 两种核素，A同，Z、N不同。Sr9038Y9139两种核素，N同，A、Z不同。60Co58Co两种核素，Z同，A、N不同。60Co60mCo两种核素，A、Z、N同，能态不同。 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。 具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素

7、。(即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基本相同化学性质。)(2) (2) 同位素（Isotope）和同位素丰度23592U23892U铀的二种同位素。11H21H31H氢的三种同位素；16O17O18O99.756%、0.039%、0.205%11H21H99.985%、0.015%23592U23892U0.724%、99.276%11H21H99.985%、0.015%(3) 稳定核素和放射性同位素 其中，稳定同位素为：H3而 为放射性同位素，具有 放射性，放出最大能量为18keV的 射线，其半衰期 。 它的产生是宇宙射线与空气中的N和O发生核反应，称为宇生放射性。H,H

8、,H312111 氢的三种同位素具有相同的化学性质，但其放射性却不同。aT3 .1221(4) 核素和核素图 根据原子核的稳定性, 可以把核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在着密切的关系。 我们可以把核素排在一张所谓核素图上。 核素图共包含2000个核素,其中天然存在332个核素(280为稳定核素),人工放射性核素1600多个。 (5) 人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是在反应堆或加速器所生成。同位素技术中应用最广泛的放射源-钴源（ ）就是在反应堆中生成。 将金属钴，即 ，其丰度，放在反应堆孔道内，利用中子照射，发生

9、如下核反应： 工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源（），其活度达几十万至百万居里（）。Co60Co59%100Co59ConCo6059,Co60Ci2 电离辐射场与放射性电离辐射场与放射性2.1 2.1 电离辐射和非电离辐射电离辐射和非电离辐射电离电离 从原子、分子或其他束缚态中释放出电从原子、分子或其他束缚态中释放出电子的过程（子的过程（Ionization）电离辐射电离辐射 能够引起电离的带电粒子和不带电能够引起电离的带电粒子和不带电粒子（粒子（ionizing radiation）原子释放一个价电子需要能量原子释放一个价电子需要能量 425eV将能量大于将能量大于10eV的光子

10、视为的光子视为电离辐射电离辐射；而将能量小于而将能量小于10eV的光子称为的光子称为非电离辐射非电离辐射。直接电离辐射和间接电离辐射直接电离辐射和间接电离辐射直接直接电离辐射电离辐射 快带电粒子穿过物质时，通过库快带电粒子穿过物质时，通过库伦相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。伦相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。这种通过初级过程引起电离的粒子称为直接电这种通过初级过程引起电离的粒子称为直接电离辐射。离辐射。间接间接电离辐射电离辐射 不带电粒子（例如光子和中子）不带电粒子（例如光子和中子）穿过物质时，首先将能量转移给带电粒子，随穿过物质时，首先将能量转移给带电粒子，随后这些次级快带电粒

11、子再沉积能量和引起电离。后这些次级快带电粒子再沉积能量和引起电离。这种通过次级过程引起电离的不带电粒子称为这种通过次级过程引起电离的不带电粒子称为间接电离辐射。间接电离辐射。2.2 放射性-原子核的蜕变 1896年，Becquerel（获1903年诺贝尔物理奖）在铀盐中发现放射性。 原子核的蜕变包括原子核的衰变、核反应和核裂变等过程，在这些过程中均会产生放射性。 重点重点阐述核衰变过程。 所谓核衰变核衰变就是不稳定的原子核自发的发射粒子而蜕变为新的子核。 2.2.1 核衰变主要的类型核衰变主要的类型: , , 衰变衰变Type of Radiation Charge/MassPenetrati

12、on 粒子（氦核）粒子（氦核） +2q/4mp 空气（空气（几几cm） 电子或正电子电子或正电子 q/me or +q/me 几几 mm铝片铝片 光子光子 no charge 几几mmcm铅铅 此外，还有中子发射、质子发射、裂变等HeYXAZAZ42421eYXAZAZeYXAZAZ11YeXAZAZ 衰变 衰变 衰变（丰中子核发生） 衰变（欠中子核）轨道电子俘获（欠中子核） 跃迁：高激发态到低激发态或基态的跃迁。 2.2.2 , , 衰变的过程：(1) 衰变衰变 Alpha decay 重原子核：重原子核：A 170 典型例子：典型例子：U-235、Pu-239 原子核能级：基态、激发态原子

13、核能级：基态、激发态QmmmEQHeYXAZAZ4242 射射线线的的产产生生模模型型 衰衰变变模模型型示示意意图图(2) 衰变衰变 Beta decay ：中微子：中微子(neutrino)/(antineutrino)反中微子反中微子 -衰变衰变 +衰变衰变E-俘获俘获QKKAZAZ1QKeKAZAZ1QKKAZAZ1 +衰变衰变 -衰衰变变模模型型 + +衰衰变变模模型型 粒粒子子能能量量分分布布Wmean =1/3 Wmax电子俘获电子俘获 电子俘获是质子转变为中子的第电子俘获是质子转变为中子的第 二种可能性二种可能性 被俘获的内层电子在内层轨道上被俘获的内层电子在内层轨道上 留下的空

14、缺将被外层电子填充，留下的空缺将被外层电子填充， 因此，电子俘获过程伴随有因此，电子俘获过程伴随有特征特征 X射线射线。电电子子俘俘获获模模型型 光量子光量子(3) 辐射辐射 Gamma radiation 处于处于激发态激发态的原子核通过发射电磁辐的原子核通过发射电磁辐 射释放激发能射释放激发能 通过通过量子跃迁量子跃迁使核能级到达较低的能使核能级到达较低的能 级，释放的级，释放的 辐射呈分离的能谱分布辐射呈分离的能谱分布 内转换内转换过程：激发能转移给轨道电子，过程：激发能转移给轨道电子， 轨道电子接受的动能为：轨道电子接受的动能为：,.,LKeBEE 射射线线产产生生模模型型 光量子光量

15、子 辐射放射性核素特性辐射放射性核素特性(4)(4)质质子子射射线线的的产产生生模模型型19191919年卢瑟福年卢瑟福实验实验人类第一次观人类第一次观测到人为核转测到人为核转变过程变过程(5)(5)中中子子射射线线的的产产生生模模型型 光量子光量子2.3 2.3 放射性衰变基本规律放射性衰变基本规律 由于微观世界的统计性，不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律；具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变概率表示。2.3.1 单一放射性的指数衰减规律222Rn的衰变曲线实验发现，放射性核素 放出一个粒子，变成

16、 ，而 的数目每3.825天减少一半。Rn22286Po21884Rn22286由统计性，以放射源总体考虑衰减规律：设：t 时刻放射性原子核的数目为N(t)，求解t t+dt 内发生的核衰变数目-dN(t)，它应该正比于N(t) 和时间间隔dt ， dttNtdN 于是有： 0lnlnNttNN(t) = N(0) e -t tNdttdN/ )( (1) 衰变常数分子表示：t 时刻单位时间内发生衰变的核数目，称为，记作 tJt 时刻放射性原子核衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。2.3.2 放射性核素的特征量量纲为：量纲为：t-1,如1/s，1/h，1/d，1/ab. 当一个原子

17、核有几种衰变方式时： ii a. 衰变率： )()0()(tNdteNddttdNtJt 定义分支比：/iiR (2) (2) 放射性半衰期放射性半衰期 T1/2 放射性放射性半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为 T1/2 。即： )0(2102121NeNTNT2121 Te12ln6 320. 9T量纲为：t,如s，h，d，a放放射射性性核核素素的的半半衰衰期期示示意意图图 光量子光量子(1) 放射性活度 (Activity)即：)()()(00tNeNdteNddttdNAtt定义：00AN则：teAA0 定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。

18、2.4 放射性活度及其单位 放射源发出放射性粒子的多少，不仅与核衰变数有关，而且和核衰变的具体情况直接相关。一般情况，核衰变数不等于发出粒子数。 射线强度：单位时间内放出某种射线的个数。(2) 放射性活度单位 常用单位(Ci)：法定计量单位为(Bq)：101Ci3.7 10/次核衰变 秒较小的单位还有毫居(mCi)和微居(Ci)秒秒次核衰变次核衰变 /1Bq1 101Ci3.7 10 Bq 射线，指的是如X射线、射线、射线、射线等，本质都是辐射粒子，又称辐射。 射线与物质相互作用是辐射探测的基础，也是认识微观世界的基本手段。 本课程讨论对象为致电离辐射，辐射能量大于10eV。即可使探测介质的原

19、子发生电离的能量。 3 电离辐射与物质相互作用带电粒子辐射带电粒子辐射不带电辐射不带电辐射重带电粒子重带电粒子中子中子快电子快电子X-射线射线 和和 -射线射线fTdp, e 射线与物质相互作用的分类 (1) 带电粒子能量损失方式之一-电离损失 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。 电离核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。3.1 带电粒子与物质相互作用 粒子与物质的作用：电离粒子与物质的作用：电离 粒子与物质作用：激发粒子与物质作用：激发 （2）带电粒子能量损失方式之二

20、-辐射损失 入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射轫致辐射( (Bremsstrahlung)。它是X射线的一种，具有连续的能量分布。轫致辐射过程图示轫致辐射过程图示（3）能量损失率-入射带电粒子在物质中经过单位路程上损失的能量，又称阻止本领其中其中 为为电离损失率电离损失率； 为为辐射损失率辐射损失率。 dXdES radionradiondXdEdXdESSS ionSradS 电离损失率电离损失率式中 为入射带电粒子的电荷数和速度； 为靶物质原子的原子序数和单位体积中包含的原子数。主要关系： ； 可见，对电子而言，在相近能量下，其速度

21、远大于重带电粒子，所以，电子是弱电离粒子。对1MeV1MeV的粒子和电子的比电离密度分别为6.46.410104 4 离子对离子对/cm/cm和 45 离子对/cm（对标准状态空气而言）。NZvzdXdESionion 22vz,NZ,EvSion112 2zSion NZSion /700radiondE dxE ZdE dx对电子而言，能量损失率是两种能量损失率之和，两者之比为：E的单位为的单位为MeV 一般情况下所涉及电子的能量E 一般不超过几个MeV，所以，辐射能量损失只有在高原子序数(大Z)的吸收材料中才是重要的。 小结：重带电粒子与物质相互作用的特点 重带电粒子均为带正电荷的离子；

22、 重带电粒子主要通过电离损失而损失能量，同时使介质原子电离或激发； 重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。 电子与物质相互作用的特点：电子与物质相互作用的特点： 电子除电离损失外，辐射损失不可忽略； 高速电子散射严重,甚至发生反散射。 （4）带电粒子在物质中的射程 射程射程( (Range) )的定义：带电粒子的定义：带电粒子沿入射方向沿入射方向所所行径的行径的最大距离最大距离，称为入射粒子，称为入射粒子在该物质中在该物质中的的射程射程R。入射粒子在物质中行径的入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度实际轨迹的长度称作称作路程路程( (Path) )。 重带电粒子重带电粒子的的质量大质量大，与物

23、质原子相互作用时，与物质原子相互作用时，其其运动方向几乎不变运动方向几乎不变。因此，。因此，重带电粒子的射程与其重带电粒子的射程与其路程相近路程相近。 粒子射程探测器探测器源源0/ II15 . 0tmReRt平均射程平均射程外推射程外推射程入射粒子能量高，其射程长；反之则短。0II 粒子在空气中的射程)(318. 05 . 10cmER E为粒子能量，单位为MeV。公式适用范围：MeV73对 放射源发射的 粒子，Po210MeVE304. 5在空气中的射程 ；在肌肉内的射程 。cmR88. 30mR8 .24两种粒子在同种介质中两种粒子在同种介质中: R1/R2 = (M1/M2)(z2/z

24、1)2同种粒子在不同介质中同种粒子在不同介质中: Ra/Rb = (Z/Ma)b/(Z/Ma)a (b/a)nmEER412)(Enln0954. 0265. 1MeVEMeV101. 0MeVEMeV201 106530)(EERm 电子射程单能电子在吸收介质中的射程Rm(mg/cm2)与其能量E(MeV)之间的关系：经验公式(Al中)：Sr90例 发出的 在铝中的射程：MeVE83. 2maxcmR51. 0max (5) 正电子的湮没 正电子与物质发生相互作用的能量损失机制即电离损失和辐射损失与电子相同。但不同点在于： 高速正电子进入物质后迅速被慢化，然后在正电子径迹的末端，即停下来的瞬

25、间与介质中的电子发生湮没，放出光子； 或者，它与介质中的一个电子结合成正电子素，即电子正电子对的束缚态，然后再湮没，放出光子。 正电子湮没放出光子的过程称为正电子湮没正电子湮没，放出的光子称为湮没光子湮没光子 。 从能量守恒出发：在发生湮没时，正、负电子的动能为零，所以，两个湮没光子的总能量应等于正、负电子的静止质量。即：2221cmcmhhee 从动量守恒出发：湮没前正、负电子的总动量为零，则，湮没后两个湮没光子的总动量也应为零。即：chch21 因此，两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV。MeVcmhhe511. 0221 而两个湮没光子的发射方向相反，且发射是各向同性的。射线与

26、 射线的本质电磁辐射 X特征射线：湮没辐射：核能级跃迁正电子湮没产生MeVE511. 0 特征X射线：原子能级跃迁轫致辐射：带电粒子速度或运动方向改变产生3.2 射线与物质相互作用 X 射线与物质相互作用特点： 光子是通过次级效应(一种“单次性”的随机事件)与物质的原子或原子核外电子作用，一旦光子与物质发生作用，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次级电子； 次级效应主要的方式有三种，即光电效光电效应应、康普顿效应康普顿效应和电子对效应电子对效应。 射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，仍用截面这个物理量来表示作用概率的大小。而且，总截面等于各作用截面之和，即：pcph 总截面

27、总截面光电效应截面光电效应截面康普顿效应截面康普顿效应截面电子对效应截面电子对效应截面关于截面的概念： 射线与物质发生上述三种相互作用都具有一定概率，用截面这个物理量来表示作用概率的大小。 截面 的定义：一个入射光子与单位面积一个原子发生作用的概率，其量纲为面积，常用单位为“巴（b）” 2282241011011mcmb （1）光电效应光电效应： 光子与原子中的一个束缚电子作用，把能量全部交给电子，使电子从原子中发射出来，称为光电子，光子消失。光电子能量其中， 为 层电子的结合能，主要是K层电子。ieBhE iBi光光电电效效应应光电子的能量光电子的能量ireEEhv由能量守恒：hhvEiei

28、eE因此，光电子能量为：光电效应是光子与原子整体的相互作用，而不是与自由电子的相互作用。否则不能同时满足能量和动量守恒。（2 2）康普顿效应）康普顿效应 光子核外层电子的非弹性碰撞。光子的一部分能量交给电子，使电子从原子中发射出来，光子的能量和方向发生改变。 为散射角； 为反冲角。反冲电子能量：与 有关，且呈连续能量分布。 cos1cos1202 hcmhEe康康普普顿顿效效应应过过程程图图示示康康普普顿顿散散射射图图示示动量守恒、能量守恒动量守恒、能量守恒 量子同处于静止状态的自由电子发生相量子同处于静止状态的自由电子发生相互作用，也称为互作用，也称为康普顿效应康普顿效应 （3 3）电子对生

29、成效应：）电子对生成效应： 光子从原子核旁经过，在核的库仑场作用下，光子转化成为正负电子对。 正负电子对的能量：所以，只有当 射线能量大于才可能发生电子对效应。202cmhEEee MeVcm022. 1220 电电子子对对湮湮没没过过程程图图示示（4）三种效应的相互关系 对于低能射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势；对于中能射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势；对于高能射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。 （5）物质对射线的吸收 窄束射线强度的衰减规律为光子与吸收物质作用的截面；N为吸收物质单位体积的原子数；I0为射线入射强度；D为吸收物质厚度。0IDIDxdx对上面

30、的方程积分：0(0)I xI在xx+dx层内单位时间光子数的变化为：dIINdx 等于在该层物质内单位时间发生的作用数。0( )NxI xI e光子束通过物质时的强度为：0DDII e其中：N 0( )xI xI e为线衰减系数又称为宏观截面 当介质厚度为D: 可以证明可以证明 ，又称，又称宏观截面宏观截面N ANNA1 cm 线衰减系数线衰减系数 的物理意义为的物理意义为 ： 射线单位厚度物质时发生相互作用的几率射线单位厚度物质时发生相互作用的几率。 pcph质量衰减系数 ：ANAm gcm2相应质量厚度表示为： xxm 2cmg 质量衰减系数与 即物质状态无关。0()mmxmI xI e

31、用质量厚度表示的优点是便于测量。得到吸收规律的另一种更常用的表达式：m 与带电粒子不同， 射线没有射程的概念。窄束 射线强度衰减服从指数衰减规律，只有吸收系数及相应的半吸收厚度的概念。半值层（半值层（HVL , 1/2 ）D1/2：光子注量率减弱到入射注量光子注量率减弱到入射注量率一半时的介质厚度，即：率一半时的介质厚度，即：693. 02/1D 非窄束射线强度的衰减规律 称为积累因子。 xeIExBxI 0, ExB,积累因子B是为了考虑散射伽玛的影响而引入的参数。积累因子B1；与E、入射角度、材料性质(/)、材料厚度D等有关；可通过查表或经验公式(如，Taylor 公式和Berger公式等

32、)计算获得。3.3 中子及其与物质相互作用 （1）中子的分类及性质 中能中子 慢中子：包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。 快中子： 特快中子热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度2.2103m/s.a) 241Am-Be中子源。属于(,n)型中子源。由241Am放射源放出的粒子，打在Be上发生反应，产生中子。性能：中子产额2.2106/sCiT1/2433年；年； 同位素中子源nCBe 129 中子能量为中子能量为0.111.2MeV，平均，平均5MeV；n/ 比比(中子中子 强度比强度比)为为10:1； b) (,n)型中子源。利用(,n)反应获得中子。

33、优点：中子能量单一；缺点：中子产额低，装置体积大。 c) 自发裂变中子源 自发裂变中子源为超铀元素。以252Cf (锎)最常用。1克252Cf 发射中子率为2.311013个中子。半衰期：T1/2(自发裂变)85.5a，T1/2(衰变)2.64a。中子平均能量为2.2MeV。 加速器中子源可以在相当宽的能区内获得单能中子源。主要反应主要反应： 对放能反应，如2H(d,n)3He，3H(d,n)4He，当入射氘核能量不高时( Td 200keV )，反应就可以有效进行，当90时，就可得到能量分别为2.5MeV和14MeV的单能中子。HendH32),(MeVQ269. 3 MeVEn5 . 2

34、HendH43),(MeVQ59.17 MeVEn14 反应堆中子源宽中子能量：0.001eV十几十几MeV高中子通量：21610/1010cms（3）中子与物质的相互作用 a) 弹性散射 (n,n)222222sincos)( mMmMmTTnn 中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用。 中子的散射出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。出射中子的动能：反冲核的动能： 22cos)(4nMTmMmMT b) 非弹性散射 (n,n) 入射中子的能量损失不仅使靶核得到反冲，且使靶核处于激发态。处于激发态的靶核退激时放出一个或几个特征光子，在核分析技术中有重要的应用。当反冲核为质子(氢核

35、)时，Mm，上式变为：当 = 0 时，反冲质子能量最大，Tp = Tn 2cosnpTT 中子的俘获a) 中子的辐射俘获 (n, ) 中子射入靶核后与靶核形成一个复合核，而后复合核通过发射一个或几个特征光子跃迁到基态。这些特征 光子不同于 (n,n ) 的特征 光子。由于这些 光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为“中子感生瞬发射线”，同样在核分析技术中有重要的应用。 当发生(n, )反应后，新形成的核素是放射性的，就是常说的“活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的注量率区分中子的能量范围。b) 发射带电粒子的中子核反应 如(n,)，(n,p)等，这些反应在中子探测中应用很多

36、，成为探测中子的主要手段。 如(n,2n)，(n,np)等，这些反应的阈能较高，在810MeV以上，只有特快中子才能发生。c) 裂变反应 (n,f)d) 多粒子发射1885年发现年发现X射线射线伦琴伦琴1886年首次发现年首次发现(从沥青中提炼从沥青中提炼)天然放射性镭（天然放射性镭（Ra)居里夫人居里夫人 不久发现它能引起皮肤烧伤不久发现它能引起皮肤烧伤,使人和动物患眼病使人和动物患眼病,毛发毛发 脱落脱落,白细胞减少等机体损伤白细胞减少等机体损伤 4 辐射防护及其量与单位辐射防护及其量与单位1913年国家级防护组织最早出现1928年第二次国际放射学大会上决定成立国际放射防护委员会（当时名称

37、：“国际国际X射线和镭射线和镭防护委员会防护委员会”）1950年它进行了改组，并改名为目前名称：国际放射防护委员会国际放射防护委员会 ICRP （International Commission on Radiological Protection ）4.1 辐射防护标准的历史发展辐射防护标准的历史发展 最早的防护标准最早的防护标准”红斑剂量红斑剂量”约约600伦伦(琴琴) 1925年首次提出年首次提出”耐受剂量耐受剂量” ”红斑剂量红斑剂量”的的1/100, 约约0.2伦伦/天天 1934年国际年国际X射线与镭防护委员会射线与镭防护委员会(ICRP的前身的前身)、正式规定、正式规定当量辐射的

38、耐受剂量为当量辐射的耐受剂量为0.2伦伦/天天 1950年改用最大容许剂量年改用最大容许剂量, 剂量标准降到剂量标准降到0.3伦伦/周周， (约约0.05伦伦/天天) 1956年年,ICRP 1号出版物号出版物, 将将0.3伦伦/周改为全身均匀照射的最周改为全身均匀照射的最大容许剂量为大容许剂量为5雷姆雷姆/年年, 并把关键器官分为四并把关键器官分为四 类类, 分别规定不同分别规定不同器官的最大容许剂量值器官的最大容许剂量值, 沿用至沿用至1990年，我国至年，我国至2002年年 19771979年年, ICRP 26号出版物号出版物, 提出了一些新概提出了一些新概 念念, 但年但年剂量当量限

39、值的数值未变剂量当量限值的数值未变, 仍为仍为50mSv/a , 即即(5雷姆雷姆/年年) 1990年年, ICRP 60号出版物号出版物, 又有了一些新的提法和概念又有了一些新的提法和概念, 全身全身职业照射的年限值降为职业照射的年限值降为20mSv/a4.2 辐射防护中的常用量及单位辐射防护中的常用量及单位照射量照射量 X比释动能比释动能 K吸收剂量吸收剂量 D 器官或组织的当量剂量器官或组织的当量剂量 HT 组织权重因子和有效剂量组织权重因子和有效剂量 E 待积剂量待积剂量 HT()，E() 剂量负担剂量负担 Hc,T，Ec 集体剂量集体剂量 S 辐射防护的量与单位辐射防护的量与单位 照

40、射量照射量(exposure) XdQ除以除以dm而得到商，即：而得到商，即： X = dQ/dm dQ在质量为在质量为dm的一个体积元的空气中，当光子产的一个体积元的空气中，当光子产生的全部电子生的全部电子(正、负电子正、负电子)均被阻留于空气中时均被阻留于空气中时,在空气在空气中所形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。中所形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。 SI单位：单位： 库仑每千克库仑每千克(C/kg), 专用名称：伦琴专用名称：伦琴(R)； 1 R = 2.581010-4-4 C/kg 注意：照射量是表示注意：照射量是表示X或或射线射线在在空气空气中产生电离大小中产生电离大小的物理

41、量。的物理量。辐射防护的量与单位辐射防护的量与单位 比释动能比释动能(Kerma) K间接电离粒子与物质相互作用间接电离粒子与物质相互作用时，在时，在单位质量单位质量的物质中产生的的物质中产生的带电粒子的初始动能带电粒子的初始动能的的总和总和，严格定义为：，严格定义为：比释动能比释动能K是是dEtr除以除以dm而得的商而得的商，即：即： K = dEtr / dm dEtr间接电离粒子在特定物质的体积元内，释放出的间接电离粒子在特定物质的体积元内，释放出的所有带电粒子的初始动能的总和所有带电粒子的初始动能的总和(包括这些带电粒子在包括这些带电粒子在韧致辐射过程中放出的能量，以及在这一体积元内发

42、生韧致辐射过程中放出的能量，以及在这一体积元内发生的次级过程中产生的任何次级带电粒子的能量，也包括的次级过程中产生的任何次级带电粒子的能量，也包括俄歇电子的能量俄歇电子的能量)， SI单位单位：焦尔焦尔(J)。dm 所考虑的体积元内的物质质量，所考虑的体积元内的物质质量，SI单位单位:千克千克(kg)。 K的的SI单位：单位： 焦尔每千克焦尔每千克(J/kg), 专用名称：戈瑞专用名称：戈瑞(Gy)； 注意：在带电粒子平衡条件下，注意：在带电粒子平衡条件下，D=K。辐射防护的量与单位辐射防护的量与单位 辐射防护的基本剂量学量辐射防护的基本剂量学量 吸收剂量吸收剂量(absorbed dose)

43、 D单位质量物质单位质量物质内吸收的能量内吸收的能量, SI单位单位: 焦耳每千克焦耳每千克(J/kg), 专用专用名称戈瑞名称戈瑞(Gy)； 旧名称旧名称拉德拉德(rad); 1 Gy = 100 rad (尔格每克，尔格每克，erg/g) 按定义按定义, D是表示一个点上的量是表示一个点上的量, 但现在但现在(ICRP 60号出版物号出版物)也用来指某一组织或器官内的平均剂也用来指某一组织或器官内的平均剂量量 吸收剂量与照射量：吸收剂量与照射量：D(Gy)= 8.7310-3 X(R)辐射防护的量与单位辐射防护的量与单位剂量当量与当量剂量剂量当量与当量剂量H ICRP 26号出版物定义了剂

44、量当量号出版物定义了剂量当量(Dose equivealent): H=DQ, 其中其中D为吸收剂量为吸收剂量, Q为为辐射的品质因素辐射的品质因素 ICRP 60号出版物定义了当量剂量号出版物定义了当量剂量(equivealent Dose): HT= WR DT,R , 其中其中DT,R是按组织或器官是按组织或器官T平均计算平均计算 的来自辐射的来自辐射R的吸收剂量的吸收剂量, WR是是辐射权重因子辐射权重因子 剂量当量与当量剂量的剂量当量与当量剂量的SI单位单位均为均为: 焦耳每千克焦耳每千克(J/Kg), 专用名称西弗专用名称西弗(西沃特西沃特, Sv), 剂量当量的旧名称为剂量当量的

45、旧名称为雷姆雷姆 (rem), 1 Sv = 100 rem辐射辐射R在器官或组织中产生的当量剂量在器官或组织中产生的当量剂量HT器官或组织的当量剂量器官或组织的当量剂量HTwR 辐射辐射R的辐射权重因子的辐射权重因子DT,R 辐射辐射R在器官或组织在器官或组织T中产生的平均吸收剂量中产生的平均吸收剂量SI单位为单位为: 焦耳每千克焦耳每千克(J/Kg)，专用名称西弗，专用名称西弗(西沃特西沃特, Sv)RRTRTDwH, 随机性效应的发生概率依赖于辐射品质随机性效应的发生概率依赖于辐射品质，引入权引入权重因子（重因子（wR）是对吸收剂量进行修正的一种方法）是对吸收剂量进行修正的一种方法。辐射

46、权重因子辐射权重因子 辐射生物学资料存在多种不确定性，采用以往的辐射生物学资料存在多种不确定性，采用以往的品质因数（品质因数（ Q ）对吸收剂量进行修正的做法在细节）对吸收剂量进行修正的做法在细节和精密度上缺乏正当的理由。和精密度上缺乏正当的理由。品质品质 Quality辐射权重因子辐射权重因子wR辐射类型辐射类型能量范围能量范围权重因子权重因子wR光光 子子所有能量所有能量1电子、电子、 介子介子所有能量所有能量1中中 子子 10keV10-100keV100keV-2MeV2-20MeV 2MeV51020105质子（反冲质子除外）质子（反冲质子除外） 2MeV5粒子粒子/裂变碎片裂变碎片

47、/重核重核20辐射防护的量与单位辐射防护的量与单位表表1 辐射权重因子值辐射权重因子值WR与品质因子有效值与品质因子有效值Q的近似值的近似值 种类和能量范围种类和能量范围 辐射权重因子辐射权重因子 初级辐射种类初级辐射种类 Q WR 近似值近似值 光子光子, 所有能量所有能量 1 X射线射线, 射线和电子射线和电子 1电子及介子电子及介子,所有能量所有能量 1 中子中子, 能量能量 10keV 5 质子和静止质量大于质子和静止质量大于 10keV100 keV 10 1个原子个原子 ； 10 100keV2 MeV 20 质量单位的单电荷质量单位的单电荷 2MeV20MeV 10 粒子粒子 2

48、0MeV 5 质子质子,能量能量 2MeV 5 中子中子, 粒子和多电荷粒子和多电荷 20 粒子粒子,裂变碎片裂变碎片,重核重核 20 粒子粒子随机性效应的发生概率和当量剂量之间的关系与随机性效应的发生概率和当量剂量之间的关系与受照器官或组织相关。因此，为了表达受照器官或组织相关。因此，为了表达不同组织或不同组织或器官受不同剂量照射时所产生的综合危害器官受不同剂量照射时所产生的综合危害，需要在，需要在当量剂量的基础上再定义一个新的量（有效剂量）。当量剂量的基础上再定义一个新的量（有效剂量）。引入组织权重因子（引入组织权重因子（wT）是对当量剂量进行修正的）是对当量剂量进行修正的一种方法。一种方

49、法。组织权重因子组织权重因子wT与有效剂量与有效剂量EwT值选取原则值选取原则 当全身受均匀当量剂量照射时，其当全身受均匀当量剂量照射时，其有效剂量最好能在数值上等于该均匀当量剂量。有效剂量最好能在数值上等于该均匀当量剂量。RTTHwESI单位为单位为: 焦耳每千克焦耳每千克(J/Kg)，专用名称西弗，专用名称西弗(西沃特西沃特, Sv)组织权重因子组织权重因子组织或器官组织或器官权重因子权重因子wT组织或器官组织或器官权重因子权重因子wT睾丸睾丸0.20肝肝0.05红骨髓红骨髓0.12食道食道0.05结肠结肠0.12甲状腺甲状腺0.05肺肺0.12皮肤皮肤0.01胃胃0.12骨表面骨表面0.

50、01膀胱膀胱0.05其余组织或其余组织或器官器官0.05乳腺乳腺0.050.05辐射效应的敏感性辐射效应的敏感性标称致死概率系数标称致死概率系数 单位有效剂量引起的致死癌症的概率单位有效剂量引起的致死癌症的概率随机性效应标称概率系数随机性效应标称概率系数受照人群受照人群总危害（总危害（10-2/Sv）致死癌致死癌非致死癌非致死癌严重遗传严重遗传效应效应合合 计计成年工作者成年工作者4.00.80.85.6全体人口全体人口5.01.01.37.3定义定义 个人在单次摄入放射性物质之后，某一特定个人在单次摄入放射性物质之后，某一特定器官或组织中接受的当量剂量率对时间的积分器官或组织中接受的当量剂量

51、率对时间的积分待积当量剂量待积当量剂量Committed equivalent dose通常：成人通常：成人 T=50a 儿童儿童 T=70a待积当量剂量待积当量剂量待积有效剂量待积有效剂量dttHHTT)()(0dttEE)()(0定义定义 某一指定事件造成的人均剂量率在无限长时某一指定事件造成的人均剂量率在无限长时 间内的积分。间内的积分。剂量负担剂量负担dttEEc)(0dttHHTTc)(0,定义定义 特定人群内所有个人受到的剂量之和特定人群内所有个人受到的剂量之和（用受某个源照射的人数乘以该组的平均剂量）（用受某个源照射的人数乘以该组的平均剂量）集体剂量集体剂量集体当量剂量集体当量剂

52、量集体有效剂量集体有效剂量kTKkTHNS,kKkENS专用名称西弗专用名称西弗人人(Sv 人人)另外两个有用的公式另外两个有用的公式 放射源指数衰减公式： A = A0 e-(ln2/T)t A0某时刻t0的活度，Bq (Ci，mCi，Ci)； A某时刻t的活度，Bq (Ci，mCi，Ci)； T半衰期，半衰期，a、d、h、min、s； t = t t0， a、d、h、min、s(应与应与半衰期的量纲一致半衰期的量纲一致) 剂量率(照射量率)衰减公式：。 窄束射线：窄束射线： X = X0 e-(/) D 宽束射线： X = B X0 e-(/) D X0无屏蔽材料时某点的剂量率，Gy； X

53、 用屏蔽厚度为D的材料屏蔽后该点的剂量率，Gy； D屏蔽材料的厚度，m、cm； (/)屏蔽材料的质量衰减系数，m2/kg、cm2/g； B剂量率(照射量率)累积因子，无量纲。辐射剂量的几个量的关系辐射剂量的几个量的关系 照射量照射量X用于用于x、射线在空气中的辐射电离量，量射线在空气中的辐射电离量，量纲：库仑纲：库仑/千克千克(C/kg) ，专用名称：专用名称：伦琴伦琴(R) 吸收剂量吸收剂量D用于任何射线在任意介质中，用于任何射线在任意介质中， 量纲：焦耳量纲：焦耳/千克千克(J/kg)，专用名称：戈瑞，专用名称：戈瑞(Gy) XD关系：关系：D = f X， f = 8.7310-3 Gy

54、/R 剂量当量剂量当量(当量剂量当量剂量)H将不同类别辐射的危害统一将不同类别辐射的危害统一到同一个尺度上，到同一个尺度上， 量纲：焦耳量纲：焦耳/千克千克(J/kg)，专用名称：希沃特，专用名称：希沃特(Sv) 对于对于X、和电子：和电子：数值上数值上 H=D 对于对于、n n： HD m毫毫(10-3)；微微(10-6)；n 纳纳(10-9)；p皮皮(10-12)4.3 人类自古受照射空间辐射环境空间辐射环境宇宙射线宇宙射线 太阳太阳11年活动周期年活动周期 宇宙射线的剂量宇宙射线的剂量: 随随高度高度、纬度纬度变化变化 玻璃维亚的巴拉斯城：玻璃维亚的巴拉斯城：3900m, 2.02mSv

55、 我国的拉萨市：我国的拉萨市： 3600 m, 1.71mSv 海平面海平面: 0 m, 0.27mSv 深圳市深圳市(北纬北纬22.6 ) : 28 nGy h-1 北京市北京市(北纬北纬40 ) : 32 nGy h-1 同等高度上同等高度上, 地磁两极比赤道的剂量率大得多地磁两极比赤道的剂量率大得多 年有效剂量率典型值年有效剂量率典型值: 0.39 mSv表表1 天然电离辐射源所致成年人年平均有效剂量天然电离辐射源所致成年人年平均有效剂量 照照 射射 年有效剂量年有效剂量(mSv) 成成 份份 正常本底地区正常本底地区 剂量高值地剂量高值地区区 宇宙射线宇宙射线 0.38 2.0 宇生放

56、射性核素宇生放射性核素 0.01 0.01 陆地辐射陆地辐射:外照射外照射 0.46 4.3 陆地辐射陆地辐射:内照射内照射(氡除外氡除外) 0.23 0.6 陆地辐射陆地辐射: 氡及子体内照射氡及子体内照射 吸入吸入222Rn 1.2 10 吸入吸入220Rn 0.07 0.1 食入食入222Rn 0.005 0.1 合合 计计(舍入值舍入值) 2.4天然照射水平天然照射水平 宇宙线宇宙线0.38 mSv/a 土地土地0.45 mSv/a 水、食品、空气水、食品、空气 0.25 mSv/a 乘飞机（伦敦乘飞机（伦敦纽约）纽约）0.04mSv/次次 X光透射光透射 0.2mSv/次次 砖房砖房

57、 0.51 mSv/a 混凝土混凝土 0.71 mSv/a 木房木房 0.30.5 mSv/a天然电离辐射源所致天然电离辐射源所致世界成年人年平均有效剂量世界成年人年平均有效剂量 ：2.4 mSv/a辐射防护的任务和目的辐射防护的任务和目的 辐射防护是原子能科学技术的重要分支，它是研究免受或少受电离辐射危害的一门综合性学科和技术。 基本任务基本任务：保护环境，保护从事放射性工作的人员和一般居民的健康和安全、保护他们的后代、促进原子能事业的发展。 目的目的：在不过分限制既伴有辐射照射又有益于人类的生存与发展的实践活动的基础上，有效地保护人类及其环境，避免确定性效应的发生避免确定性效应的发生，并将

58、随机将随机性效应的发生率降低到可合理达到的最低水平性效应的发生率降低到可合理达到的最低水平。 辐射防护三项原则辐射防护三项原则 辐射实践的正当性正当性所谓辐射实践正当性是指所谓辐射实践正当性是指任何一种伴随辐射的实践（或活动）都必须使其带来的利任何一种伴随辐射的实践（或活动）都必须使其带来的利益大于危害。这里的利益是指对整个社会的利益。益大于危害。这里的利益是指对整个社会的利益。 辐射防护最优化最优化在经济技术可能的情况下在经济技术可能的情况下尽可能实际降低照射。尽可能实际降低照射。 个人剂量限制个人剂量限制最大不能超过的限值最大不能超过的限值辐射防护体系辐射防护体系(辐射防护基本原则辐射防护

59、基本原则 ) 实践的正当性；剂量限制和潜在照射危险限制；防护与安实践的正当性；剂量限制和潜在照射危险限制；防护与安全的最优化全的最优化 建议的剂量限值1GB188712002电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准剂 量 限 值 剂 量 限 值 应用 职业 公众 有效剂量 20mSva-1 (在规定的5年内平均) 1mSva-1 任何一年中的有效剂量，5050mSva-1年当量剂量 眼晶体 150mSv 15 mSv 皮 肤4 500 mSv 50 mSv 手和足 500 mSv 按照射对象分：按照射对象分：职业照射职业照射和和公众照射公众照射公众照射公众照

60、射：公众成员所受的辐射源的照射：公众成员所受的辐射源的照射,包括获准包括获准的辐射源和实践产生的照射和干预情况下受到的照射，的辐射源和实践产生的照射和干预情况下受到的照射，但不包括职业照射、医疗照射和当地正常天然本底辐但不包括职业照射、医疗照射和当地正常天然本底辐射的照射。射的照射。对辐射盲目害怕和恐惧是无科学依据的对辐射盲目害怕和恐惧是无科学依据的 任何麻痹大意，不重视安全防护的态度也是有任何麻痹大意，不重视安全防护的态度也是有害的害的正确的态度：正确的态度： 既不毫无理由的害怕既不毫无理由的害怕 又不无法无规又不无法无规 射线种类：射线种类：、n、x 4He 高速运动的电子高速运动的电子