北京大学-应用化学基础-第七章 放射性与辐射防护课件

1、第七章 放射性与辐射防护为什么“放射性”?放射性几个方面的应用：能源, 射线与物质相互作用, 示踪作用能源危机, 清洁能源, 减少碳排放射线是一把双刃剑同位素示踪法在工业, 农业, 化学, 生物医学中的应用1放射化学(Radiochemistry) (From Websters New World Dictionary, Third College Edition, p1108) Radiochemistry is the branch of chemistry dealing with radioactive phenomena.放射化学1901年由卡麦隆（Cameron）提出，是近代化学的

2、一个分支学科，是研究有关放射性现象的一门科学。2放射化学发展简史（1）初期阶段（1896 - 1931） 天然核辐射现象的发现（2）发展阶段（1932 - 1942） 由原子反应堆实现重核裂变（3）近代阶段（1943 - 1969） 核反应堆技术应用于核武器（4）现代阶段（1970 - 至今） 能源的和平利用3W. Roentgens discovery of x-rays（1）初期阶段In 1895, W. Roentgen 在他的实验室首先发现了X射线。W. Roentgen Nobel PrizeHis discovery of the remarkable rays subsequen

3、tly named after him5H. Becquerel1895年，法国科学家Becquerel将几十种矿物样本在阳光下曝晒后用黑纸包上，发现只有一种铀矿物硫酸铀酰钾 K2UO2(SO4)22H2O, 能使底片感光，认为是X射线所为。1896年2月，他无意中将一块未经太阳曝晒的铀矿物放在照相底版上，也发现了底片感光现象。发现其它的铀化合物也能发出这种射线;到1896年5月Becquerel又证明了纯金属铀的放射性大于铀化合物的放射性。6放射化学研究方法的创立1898年春天M. Curie发现沥青铀矿的放射性（比活度）比纯铀的放射性约大四倍, 因而推测在沥青铀矿中还有一种放射性更强的放射

4、性元素。将沥青铀矿磨碎并溶解于盐酸, 进行硫化物沉淀等多步化学分离。在整个分离过程中, 始终用跟踪放射性的办法, 来确定大量其它元素中微量放射性元素的去向; 并巧妙地根据放射性的行踪来判断该元素的某些化学性质。这种创造性的方法, 是一种崭新的放射化学研究方法。 7M. Curie发现除了铀和铀的化合物外，钍和钍的化合物也有类似的放射现象。铀和钍发出射线与其化合物的组成无关，放射现象是一种特有的原子现象；她在发现了钋和镭元素后才将这一现象称为放射性(radioactivity)。 8分离、提取放射性核素镭的旧作坊 Discovery of Radium101913年，索迪(Soddy)提出了同位

5、素 (isotope)的概念（1）初期阶段12（2）发展阶段 1932年，J.Chadwick 发现中子 1934年，I.Curie 和 F. Curie 首次获得了人工放射性核素 1939年，O.Hahn 发现原子核裂变现象 1942年，E.Fermi设计出第一座核反应堆14（2）发展阶段1932年，查德维克(Chadwick) 首先发现中子。15人工反应与人工放射性元素的发现 （2）发展阶段161939年，德国科学家奥托哈恩和他的助手在法国科学家约里奥居里夫妇的实验基础上，发现了核裂变现象。研究发现，当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发

6、生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子。这就是举世闻名的核裂变反应。The Nobel Prize in Chemistry 1944Otto Hahn,GermanyFission of Uranium171942年，费米(Fermi)用慢中子轰击U，得到几种放射性产物。18背景回顾这是美国对日本投掷的两颗原子弹疮满目痍全世界第一次知道了什么是原子弹！（3）近代阶段20原子弹爆炸1949-9-22 原苏联第一颗原子弹1952-1-3 英国第一颗原子弹1952-10-31 美国第一颗氢弹1953-8 原苏联第一颗氢弹1960-2-13 法国第一颗原子弹1964-10-16 中国第

7、一颗原子弹（2万吨TNT）1967-6-17 中国第一颗氢弹21 在原子弹试验后两年零八个月，我国于1967年6月17日又成功地进行了首次氢弹空爆试验。喜讯不断氢弹爆炸23 1971年9月，我国第一艘核动力潜艇下水。“两弹一艇”伟业标志着我国进入了核大国的行列，我国在一些原属空白的重要科技领域缩短了与世界发达国家的差距，进入世界科技前沿。24 根据国际原子能机构2007年发表的数据，世界上有539座核电反应堆。核电约占世界总能源的5，约占世界总电力的15。从现在开始至2030年，全世界预计再建造35座核电站，其中有18座在亚洲。 我国目前的核电装机容量约为1.710 kW，约占我国电力的2，至

8、2020年，我国核电的总装机容量将达到4.010 kW。26核能在世界的发展状况27中国核科学发展里程碑1958年， 在衡阳建立铀水冶厂；1963年， 在兰州建立用气体扩散法富集235U的工厂；1964年， 富集235U丰度达90以上；1964年， 建立404核燃料后处理厂；现已退役。1964.10.16，第一颗原子弹成功爆炸；1967.06.17，第一颗氢弹成功爆炸；1971.09，建造核潜艇；1991.12.15，秦山核电站I期建成发电；II期在建设中；1993，广东大亚湾核电站建成发电；岭澳核电站在建设中。28 放射性示踪剂以某种化合物的形式给药。诊断是根据这些放射性化合物进入人体特定部

9、位并在那些部位浓集的能力。 131I59Fe32P99Tc23Na 8.1 d45.1 d14.3 d6.0 h14.8 h 甲状腺红血细胞眼, 肝, 瘤心脏, 骨,肝,肺循环系统辐射源半衰期检查部位30放射线疗法 放射线疗法(radiation therapy)是指用高能射线治疗疾病的方法，它是人类战胜癌症的一种重要武器。32P60Co90Sr125I131I14.3 d5.26 a28.8 a60.25 d8.06 d137Cs192Ir198Au222Ra226Rn30 a74.2 d2.7 d3.82 d1 622 a辐射源半衰期 辐射源 半衰期31 加速器质谱（Accelerator

10、 Mass Spectrometry）是上世纪70年代末到80年代初发展起来的一项基于加速器的现代核分析技术，主要用于测量14C、10Be、26AL、36Cl、41Ca、129I等长寿命放射性核素与其稳定同位素的比值，在地球科学、考古学、生命科学、环境科学以及核物理与天体物理等领域具有广泛应用。 32 目前，世界上约有50台加速器质谱装置，每年测量数以万计的样品。 我国开展加速器质谱工作的单位有北京大学、中国原子能科学院、中科院上海原子核研究所及中国科学院地球环境研究所和西安交通大学。33放射化学的发展1898年 M. Curie用放射化学方法发现放射性元素镭、钋；1910年，英国的Camer

11、on提出将其作为一个独立的分支；已有100多年辉煌的发展历程；基本理论已经发展成熟;已经走过独立发展的阶段，逐步走向与各学科的横向 结合，成为各学科广泛应用的技术手段。目前，随着能源需求形势的发展，在世界范围内有再次 走向辉煌的态势。34放射化学研究的内容(2) 放射性元素化学：研究天然和人工放射性元素及其化合物的化学性质、制备方法。(1) 基础放射化学：研究放射性物质的物理化学行为和状态及其分离、纯化方法和原理。(3) 核化学：研究各种核转变过程所引起的化学变化及生成的产物。(4) 放射分析化学：研究放射性核素及其制剂的分析、测量和纯度鉴定方法。(5) 应用放射化学：研究放射性核素在工业、农

12、业、国防、医学等各个领域中的应用。35低浓度时放射性物质的物理化学行为和状态； 吸附、共沉淀、胶体研究放射性物质的分离、纯化方法及其原理。 共沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法、色谱法等。(1) 基础放射化学（Basic Radiochemistry） 36天然放射性元素化学研究天然放射性元素(U、Th、Ra、Po)的化学性质，以及有关它们的提炼精制的化学工艺，重点是铀和钍；人工放射性元素化学主要研究人工放射性元素的化学性质和核性质, 以及它们的分离、纯化和精制的化学过程, 重点是钚等超铀元素和主要的裂片元素。(2) 放射性元素化学（Chemistry of Radioelements）37用各种

13、能量的轻重粒子引发核反应, 实现原子核的转变；分离鉴定核反应的产物，并由此探讨其反应机理。(3) 核化学（Nuclear Chemistry）38研究放射性物质的分离分析方法以及核技术在分析中的应用。突出成功的分析方法是中子活化分析；带电粒子激发X荧光分析及其微区扫描；同位素稀释法；加速器质谱分析等。(4) 放射分析化学（Radioanalytical Chemistry）39合成用于诊断各种疾病的新药物，诸如心肌显像药物、脑显像药物；为核医学对各种脏器多种疾病的诊断和治疗, 以及为研究人体的体内动态生理活动提供药物。(5) 应用放射化学（Nuclear Pharmaceutical Chem

14、istry）407.1、放射性同位素是什么放射性（radioactivity）：不稳定原子核自发放射出、 和射线的现象。 有放射性衰变性质的原子。41同位素(一种元素的多种类型原子) 质子数相同、中子数不同，属于同一种元素的原子。它们具有共同的化学性质，在元素周期表上排在同一个位置。 Z p n H-1 1 1 0 氕 H-2 1 1 1 氘 H-3 1 1 2 氚 Z p n 120I 53 53 67 121I 53 53 68139I 53 53 86.42表示原子的质量数、质子数与核能量的状态。核素：XAZ（1H, 2H, 3H;氢、重氢、超重氢)111A：质量数 Z：原子序数/质子数

15、 X：元素符号放射性衰变（radioactive decay）：指由原来的核素（母体）或者变为另一种核素（子体），或者进入另一种能量状态的过程。半衰期重要参数。关系到：有效应用、辐射防护。自发地放射出粒子、射线，或自发分裂。放射性核素43放射性衰变(radioactive decay)是一种过程, 在这种过程中, 原来的核素(母体)或者变为另一种核素(子体), 或者进入另一种能量状态。44表1 三种射线基本特征成分速度贯穿本领电离能力1/10光速很小很强接近光速很大很小电磁波光速最强最小45基础知识1. 母体子体（氦核） 强电离 2. 母体子体（高速电子，正，负，电子 俘获x ） 强电离 3.

16、 母体子体（较低能级或基态子体） （或） 弱电离 在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子，即、和射线，这种现象称为放射性。46+从母核中射出的4He原子核 粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核!7.1.1 基本衰变类型:衰变47衰变241Am 237Np48+发生原因母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+反中微子中微子 三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量基本衰变类型:衰变49衰变3H 3He50正衰变11C 11B51 质子变成中子X射线电子俘获52电子俘获7Be 7Li53+中微子光子

17、基本衰变类型:衰变54 3） 衰变 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？（学生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55衰变: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56衰变3He 3He57 衰变- 衰变+ 衰变 衰变58

18、在自然界存在的放射性核素大多具有多代母子体衰变关系。母体放射性核素经多代子体放射性核素最后衰变生成稳定核素。 放射系(radioactive series) 铀 系钍 系锕 系59Uranium-radium-chain60Thorium chain61Uranium-actinium chain627.2. 辐射防护中的度量单位 7.2.1. 活度（A） 放射性物质在单位时间内发生的蜕变数。 A = d N / d t 式中：A放射性活度，单位Becquerel，简称贝可，用 符号Bq表示，1Bq=1 sec-1 。 d N时间间隔d t内，处于该特定能态下的一定 量放射性核素，发生自发核转

19、变的核数目。专用单位：居里（Ci） 1 Ci = 3.71010次蜕变/秒(1 g 镭-226的衰变速率)SI制单位：贝可（Bq） 1 Bq = 1次蜕变/秒 1 Ci = 3.71010 Bq比活度是指单位质量或体积内所含有的放射性活度，单位为Bq.g-1。注意：贝克指的是衰变率，而不是每秒发射的粒子数。63活度(A)与衰变常数(l) N(0)etN -lt = )(=l 单位时间发生衰变的几率= t N Nd / d活度：每秒原子核衰变的个数A(t) = l N(t) = l N(0) e-lt = A(0) e-lt NdNN-dN发生衰变的几率= dN/N64放射性衰变基本规律 1 指

20、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-t65放射性单位和概念放射性活度(Radioactivity)：每秒钟发生核衰变的数目。1Bq = 1衰变/秒 （dps）， 1Ci = 3.71010 (dps) = 2.221012(dpm) 放射性比活度(Specific Activity)：单位重量样品所含的放射性活度。（Bq/g Bq/kg Ci/g Ci/kg） 放射性浓度(Radioactive Conce

21、ntration)：单位体积的溶液和气体中所含放射性活度。(Bq/mL ，Bq/L )66一个含90Sr（）、32P（）和137Cs（）等多种放射性核素的混合液，90Sr的放射性纯度为80%，就是指90Sr放出的放射性活度占混合溶液中总放射性活度的80%。放射性核素纯度(Radionuclide Purity)：某核素的放射性活度占样品的总放射性活度的百分数。67 放射化学纯度(Radiochemical Purity)：规定化学形态的放射性核素的放射性活度占样品总放射性活度的百分数。医用32P-NaH2PO4溶液放化纯度大于99%，指在32P溶液中32P可能以多种化合物形态存在，如Na2HP

22、O4,NaH2PO4,H3PO4, Na3PO4，但只有以NaH2PO4形态存在的32P的放射性活度占样品溶液总放射性活度的99%以上。68 放射性物质的名称：放射性同位素：一种元素中质子数相同而中子数不同的核素称为同位素，其中有放射性的称为放射性同位素。如3H+1H+D放射性元素：一种元素所有同位素都是放射性的，没有稳定性同位素。如U、Th、Ra、Po、Pu放射性核素：前两者的统称书写符号：9038Sr （锶-90）、99m43Tc（锝-99m）697.2.2半衰期 (T1/2) 当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期(T1/2)。衰变常数与半衰期有下列关系： T1/2

23、 = 0.693/ 半衰期是放射性核素的基本特性之一，不同核素T1/2不同。所以对一些T1/2长的核素，一旦发生核污染，要通过衰变令其自行消失，需时是十分长久的。70半衰期(half-live)71表2 常用放射性同位素基本特征参数同位素符号半衰期射线能量（MeV）氢-33H12.3年0.018碳-1414C5720年0.156磷-3232P14.3天1.71硫-3535S87.1天0.167碘-131131I8.05天0.60572 放射性核素的半衰期短至10-6 s, 长至1015 a。 半衰期的一个重要特征是, 它不受外界条件(温度、压力等)的影响，也不受化合状态的影响。 化学方法可以使

24、有毒化学制剂分解为无毒物种，但对放射性造成的毒性却无可奈何! 切尔诺贝利4号反应堆爆炸灾难后的几年内，乌克兰014岁儿童中甲状腺癌的发病人数。7374机械运动诱导的(111)In和(32)P核衰变速率变化何裕建, 中国科学院研究生院化学与化学工程学院中国科学(B辑:化学), 2007年 01期: 考察了外在的机械运动诱导的放射性核素111In的电子俘获衰变和32P的衰变速率的变化.结果表明,在地球北半球的顺时针和逆时针圆周离心运动中(半径8 cm,2000 r/min),111In电子俘获衰变的半衰期比文献值(2.83d)分别降低2.83%和增加1.77%,32P的衰变的半衰期比文献值(14.

25、29d)分别降低3.78%和增加1.75%;当顺时针和逆时针圆周运动的转速增加为4000r/min时,111In的半衰期分别降低11.31%和增加6.36%,32P的半衰期分别降低10.08%和增加4.34%.当外在机械运动作用取消后,放射性核素111In和32P的衰变速率均分别恢复到正常文献值.发现外在圆周运动依赖顺时针和逆时针方向分别明显增加和降低111In和32P衰变过程的衰变速率,并且其效应随圆周离心运动转速的增加而增加.这些结果可能起因于不对称的力学作用.参考材料：对传统半衰期概念的大胆挑战75实验结果争议机械运动能改变放射性同位素的半衰期吗?丁有钱;中国原子能科学研究院放射化学研究

26、所;中国科学(B辑:化学), 2008年 11期 采用液闪测量法考察了机械运动对放射性核素32P的-衰变速率的影响.结果表明,在地球北半球的逆时针圆周离心运动条件下(半径10cm,4000r/min),32P的-衰变速率与自然条件下的衰变速率在测量不确定度范围(0.6%)内没有变化.76回应质疑关于机械运动能否改变放射性同位素半衰期的讨论何裕建;中国科学院研究生院化学与化学工程学院中国科学(B辑:化学), 2008年 11期 针对机械运动能改变放射性同位素的半衰期吗?一文(丁有钱等.中国科学B辑:化学,2008,38(11):10351037)进行了定性和定量的分析与讨论.本文作者认为其实验设

27、计、数据的处理和结论等值得商榷,而其数据重新处理后的新结果支持(不对称)机械运动能改变放射性同位素的半衰期. 照射量 X库仑每千克 / 伦琴R 吸收剂量 D戈瑞 Gy / 拉德rad 剂量当量 H希沃特Sv / 雷姆rem7.2.3. 剂量777.2.3.1、照射量（1）照射量是专对或X射线而言的物理量。 或X射线通过物质时，由光电效应、康普顿效应、或电子对效应等产生电子，从而使射线的能量有所损失。所产生的电子还可使物质产生次级电离。或X射线的照射量就是根据光子所引起的电离的能力来定义的。78照射量（2）定义：在质量为dm的某体积元空气中放出的全部电子完全被空气阻止时，若所形成的同一种符号的离

28、子总电荷的绝对值为dQ，则dQ/dm称为该射线的照射量。用X表示。 则：X dQ/dm单位（SI）：库/千克，C/kg， 或X射线在1千克干燥的、标准状态下的空气中产生电离电荷为1库伦的正离子和等量负离子的照射量，称为1库/千克。照射量是用电离电荷的数量来衡量的。因为在空气中产生一对离子所需吸收射线的能量是一定的，所以照射量与空气对射线的能量吸收密度有对应的关系。79照射量（3）照射量的老的专用单位是伦琴（R）， 1伦琴（R）2.58 10-4库/千克照射量率：单位时间内的照射量 单位：库/千克. 秒，C/kg.s 老的专用单位：伦琴/时，微伦/秒807.2.3.2、吸收剂量（1）定义：设致电

29、离辐射给予某物质质量元dm的平均能量为dE，则称 D dE / dm 为吸收剂量。单位（SI）：戈瑞（Gy），每千克物质吸收辐射能量为1焦耳的吸收剂量为1戈瑞。 1Gy1J/kg吸收剂量老的单位为拉德（rad），每千克物质吸收辐射能量为0.01焦耳的吸收剂量为1拉德。 1rad0.01Gy81吸收剂量（2）与照射量的概念相比，生物效应与吸收剂量的概念联系的更紧密一些。吸收剂量率：单位时间的吸收剂量称为吸收剂量率 单位：戈瑞/秒，Gy/s 老的单位：拉德（rad）/秒，毫拉德/小时，等。D827.2.3.3、剂量当量（1）因为不同种类或能量的辐照下，不同机体组织、器官即使吸收剂量相同辐射所生的有

30、害影响并不相同， 例如：在1伦琴照射量的照射下，每千克人体组织、骨骼及水所吸收的能量分别为9.6510-3J，1.6 10-2J ，1.0 10-2 J 。所以在未加说明的情况下单用吸收剂量D并不能对辐射引起的健康方面的有害效应作出正确估计。定义：设机体组织中某一点的剂量当量为H， 则：HDQN D为吸收剂量，Q为品质因数，N为其他修正因数的乘积83剂量当量（2）单位（SI）：希沃特，Sv 剂量当量（Sv）吸收剂量（Gy） Q N老的单位：雷姆，rem 剂量当量（rem）吸收剂量（rad） Q 1 Sv=1J/kg=100 rem （ICRP指定N为1）分倍数：在原来单位之前加上词头毫（m）（

31、千分之一），及加上微（）（百万分之一）84剂量当量（3）剂量当量率：单位时间的剂量当量。单位：Sv/s，rem/m辐射类型Q 值X、射线1热中子2.3快中子和质子10粒子20857.3. 辐射防护和辐射剂量的测量防护概述 粒子：能量高（ 5 MeV），射程短（几厘米），易防护。 防护材料：纸、塑料薄膜。 粒子：连续能谱（0 2.5 MeV），射程较长（米级），较易防护。 防护材料：有机玻璃、铝。 -x射线：硬x 射线（核外）：3 100 keV，穿透性较弱。 射线 （核内）：10 keV 10 MeV，穿透性强。不易防护。 防护材料：高Z物质，或复合材料。 中子：常见能量范围：eV 14 Me

32、V，穿透性强。 防护材料：低Z物质 + 大慢、热中子截面物质 + 高Z物质宇宙射线：能量高，穿透性强，不易防护，流强很弱。867.3.1. 核辐射与物质的基本作用 。原子。 n 物 质：气体 液体 固体 包括人体 等微观粒子间碰撞有动量和能量的传递 库仑作用 1 电离作用 2 电离效应87 带电粒子通过物质自由电子正离子 + 靶原子 正离子 + 电子 + 4He + Ar Ar+ + e- + 4He物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子 + e-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+

33、-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -库仑作用88 射线与射线电离效应比较 射线 射线径迹 粗 直 细 弯 电离作用强 电离作用严重 产生离子对数目多 电离作用 Z1Z2 /v2 Z1 入射粒子原子序数 Z1 靶粒子原子序数 v 入射粒子速度 实验结果89粒子径迹是一条直线 5.3 MeV粒子在空气中 的射程3.83 cm电子径迹是折线90射线对物质的电离作用:两步过程三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离射线第 1 步初级作用第 2 步次级作用91光电效应 自由电子 作用机制光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子

34、,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。 + A A* + e- （光电子） 原子 A + X 射线原子受激原子92 电子对效应能量1.02 MeV 的射线与原子核作用可能产生一对正-负电子。 M M + e+ + e- 1 + 2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV基本条件： 射线能量 E 1.02 MeV 为什麽？能量转化成质量M = E /C293正电子湮灭正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个 0.511 MeV的 光子。 e+ + e- + me+ + me - = 0.511 + 0.511MeV 质量转化为能量 转化效

35、率 (100 %） 94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) 重水(2D2O)中子与物质的作用nHnnp电离95 2） 中子核反应 例如( n,p)反应 n + 14N 14C + p 第一步 核反应产生质子 第二步 质子对物质产生 电离作用 n p电离14N14C 人体有大量 H 和 N 原子 中子对人体电离效应严重 伤害也严重1296电离辐射 直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的

36、射线或粒子 (能量 keV )、 x、 n、p、裂变碎片 介子等 来 源 1)放射性物质 (人造 天然） 2)加速器3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境 电离辐射和非电离辐射 非电离辐射 紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应 eV 量级移动电话 800-1800 MHz 0.01 eV (没有电离作用）97核辐射的相互作用辐射过程与束缚电子发生非弹性碰撞1、与原子电子发生非弹性碰撞2、在原子核场中减速X和1、光电效应2、康普顿效应3、产生电子对中子1、弹性散射2、非弹性散射3、俘获过程98核辐射的特性辐射质量电荷在空气中的射程在生物组织中的射程4+20

37、.03米0.04毫米1/1840-1(+1)3米5毫米X和00很大穿过人体快中子10很大穿过人体热中子10很大0.15米997.3.2. 辐射生物效应 （1）辐射与细胞的相互作用最初的物理阶段：只持续很短的时间（10-16秒），在这一瞬间能量沉积在细胞内并引起电离。物理化学阶段：大约持续10-16秒。在这段时间中，离子与其他水分子相互作用形成一些新产物。化学阶段：持续几秒钟，在此期间，反应产物与细胞的重要有机分子相互作用。自由基和氧化剂可能破坏构成染色体的复杂分子。生物阶段：在这个阶段，时间长短从几十分钟变化到机十年，这要看特定的症状而定。可能导致：细胞早期死亡；阻止细胞分裂或延迟细胞分裂；细

38、胞永久性的变形，一直可持续到子代细胞。100（2）辐射的躯体效应早期效应和缓发效应：早期效应目前仅在急性大剂量全身照射下可以观察到，它们在照射后几分钟到几天内出现，临床上称为急性放射病。缓发效应在照射后的几年乃至二、三十年内出现，在大剂量及高剂量率照射下，也已观察到这种效应。急性大剂量全身照射：一般在原子战争或平时偶然性严重放射性事故中，特点是剂量大，剂量率也高。急性放射病的大体情况如下： 人体受辐照剂量当量： 1Sv，看不到明显症状 8Sv，出现以消化道损伤为主的胃肠急性放射病，症状在几小时内出现，一周或稍长时间内死亡。 10Sv，出现以脑损伤为主的放射病，可在几分钟或几小时内死亡。101辐

39、射的躯体效应小剂量外照射与慢性内照射：小剂量外照射，大体上指吸收剂量小于1Gy的照射。 一次小剂量外照射：当天可发生轻微症状，如头晕、疲劳、食欲减退等。在12天内自行消失。 小剂量反复照射：只有当累积剂量达到一定水平时，才会出现一些慢性辐照损伤。如果剂量控制在一定容许水平以下，则很难发现明显变化。不过染色体畸变率可高于正常人。 慢性内照射：辐射性物质超量进入体内可能会引起慢性内照射损伤。进入体内的途经：呼吸道、消化道、伤口。放射性核素进入体内后按物理、化学性质和代谢特点的不同，有的在体内分布比较均匀，有的则集聚在某些特殊器官之中。如神经衰弱；骨质稀疏、变形、坏死、骨折；肿瘤、白血病等102常见

40、的几种效应急性效应（几秒几小时内大量照射，事故） 0.5Gy,急性放射病(骨髓型、肠型、脑型)慢性效应（长期过量接触，需专业诊断）胚胎效应（死胎、畸胎、发育减缓）远期效应（一次照射半年后发生的症状： 癌、遗传、白内障）103急性效应大剂量辐射造成的伤害表现为急性伤害。当核爆炸或反应堆发生意外事故，其产生的辐射生物效应立即呈现出来。1945年8月6日和 9日，美国在日本的广岛和长崎分别投了两颗原子弹，几十万日本人民无辜死于非命。104远期效应放射性核素排入环境后，可造成对大气、水体和土壤的污染，这是由于大气扩散和水流输送可在自然界稀释和迁移。放射性核素可被生物富集，使一些动物、植物，特别是一些水

41、生生物体内放射性核素的浓度比环境浓度高许多倍。进入人体的放射性核素，不同于体外照射可以隔离、回避，这种照射直接作用于人体细胞内部，这种辐射方式称为内照射。105辐射对人体的影响106人体受照射的辐射来源 宇宙射线 来自宇宙空间的高能粒子流p、n、e、等。宇生核素 由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的放射性核素，如14C等。原生核素 存在于地壳中的天然放射性核素。(一) 天然源1071. 工农业、医 学 和科研等部门 医学占人工污染源的90 一次胸部x光透视：13mSv2. 核试验及航天事故 核裂变产物和中子活化产物放射性尘埃可在大气层滞留0.3-3年。3. 核工业 核废弃物（核发电）4.

42、放射性矿的开采和利用(二) 人工源108放射性污染的特点 a.单位质量放射性核素毒性大。损伤效应可能影响遗传，给后代带来隐患。 b.放射性剂量的大小非人的感觉器官所能感知。 c.射线的辐照具有穿透性。 d.放射性核素具有蜕变能力，当形态变化时，可使污染范围扩散。 e.放射性活度只能通过自然衰变而减弱。 f. 种类多，差异大，在处理上相当复杂。 109 7.3.3. 影响因素物理因素 外照射的生物作用 内照射的生物作用 同一吸收剂量：剂量率越大则生物效应越强， 一次照射比多次照射强。 受照面积越大，生物效应越强。 入射辐射能谱不同对生物作用不同。110 生物因素 不同生物种系的辐射敏感性 种系的

43、演化程度越高，机体结构越复杂，对辐射的敏感性越高。 个体不同发育阶段的辐射敏感性 随着个体发育过程的推移，对辐射的敏感性逐渐降低。 不同细胞，组织或器官的辐射敏感性 人体内繁殖能力越强，代谢越活跃，分化程度越低的细胞，对辐 射越敏感。 高度敏感：淋巴组织，胸腺，胃肠上皮，性腺，胚胎组织，骨髓 中度敏感：感觉器官，内皮细胞，皮肤上皮，唾液腺，肾，肝，肺 轻度敏感：中枢神经系统，内分泌腺，心脏 不敏感： 肌肉组织，软骨和骨组织，结缔组织111 电离辐射对人体健康的有害效应 躯体效应 出现在受照者本人身上 遗传效应 出现在受照者后裔身上 随机性效应 效应发生的几率与剂量大小有关，而严重程度与剂量无关

44、。没有剂量阈值。如：癌的发生可能是低剂量下最主要的随机性躯体效应。 非随机性效应 效应的严重程度随剂量大小而变化。一般有阈值。如：晶体混浊，白内障，造血功能障碍等。 7.3.4. 剂量与效应的关系112辐射所致各组织器官确定效应的剂量阈值组织器官 效 应 单次照射剂量阈值（Gy）皮肤 红斑（X、线） 58 暂时性脱毛 35 永久性脱毛 7造血系统 受照者50%死亡 23眼睛 晶体混浊（X线) 2 白内障（100%） 7.5 白内障（X 线, 随访35年） 5睾丸 暂时性不育 0.15 永久性不育 3.5卵巢 不育 2.56 全身性辐射损伤: 核事故，核战争造成 局部性辐射损伤: 放射性治疗引起

45、短期大剂量外照射引起的辐射损伤 特点：潜伏期很长，效应出现较晚，发生几率很低。要 对人数众多的群体进行流行病学的调查，才能得出有意 义的结论。 受影响组织： 性腺（生育能力，闭经 骨髓（诱发白血病 肺 甲状腺 乳腺 胃、直肠、唾液腺、肝等 皮肤 眼晶体（眼晶体混浊） 长期小剂量照射对人体健康的影响114致死剂量(Lethal Dose), LD接受暴露后T天，造成暴露群体中50%死亡的全身急性剂量称为 LD50/T 剂量。如： LD50/30 表示接受这个剂量的人，在30天內会有一半的人死亡。(约 5 Sv)辐射急性效应115辐射急性效应早期效应接受急性辐射暴露的早期效应和血液有关。急性剂量

46、3 Sv 后的血球数变化116剂量范围亚临床范围01Sv治疗范围 110Sv致死范围 10Sv12Sv26Sv610Sv1050Sv50Sv临床护理治疗有效治疗可能有效治疗有可能缓解症状呕吐发生率无1Sv:52Sv:503Sv:100100100延缓时间3小时2小时1小时30分钟主损伤器官无造血系统胃肠道中枢神经特异症状无中度白细胞减少重度白细胞减少;出血;感染;紫瘢;大于3Sv脱发腹泻;发热;电介质平衡紊乱惊阙;震颤;运动失调;嗜眠受照后至极期的时间46周514天148小时疗法保守疗法保守疗法、血液学检查输血;抗生素考虑骨髓移植维持电介质平衡镇静剂预后极好极好好保留没希望恢复期无几周112个

47、月长死亡发生率无无0808010090100死亡时间2个月2周2天死亡原因出血；感染循环系统衰竭呼吸系统衰竭；脑水肿全身受电离辐射急性照射后的临床效应117某些常见辐射源（X或）的辐射水平辐射源近似的照射量或照射率彩色电视75Sv/1.8米远处、1000小时宇宙射线300Sv/年7620米高空飞行40Sv/小时胸部X线透视2mSv牙齿X线照相50mSv（每次）肠胃系统X线检查300mSv怀孕的X线检查500mSv肿瘤治疗（局部照射）3070Sv泥土的天然放射性辐射3001000Sv/年手表表盘上放射性物质的辐射1mSv/天118小结、辐射生物效应的分类和特点 对象 躯体效应受照着本身的反应 遗

48、传效应受照着后代的反应 时间 近期效应60天内出现 远期效应大于60天出现 性质 随机效应发生率与剂量有关，无剂量阈值。 确定性效应严重程度与剂量有关，有剂量阈值。7.3.5. 辐射防护放射源的分类密封放射源 : 固态放射源，用较坚固的保护层密封，仅利用其外泄的辐射。非密封放射源 : 液态或气态放射源常不加密封而直接使用为示踪剂。(短半衰期、低活度)非密封射源不用时为密封，使用时再打开密封容器。使用此种放射源的工作称为非密封型放射性操作。120体外曝露粒子粒子x射线、射线中子密封射源辐射源在身体外面，辐射由体外射入身体。121体内曝露非密封射源呼吸饮食辐射源污染体内，辐射由体内射入组织器官。1

49、227.3.5.1. 辐射防护的基本原则（1）辐射防护的目的 辐射防护的目的在于防止有害的确定性效应，限制随机性效应的发生率并降低到可以接受的水平。保障从事放射工作的人员和公众以及他们的后代的健康与安全，保护环境，促进放射性同位素和核技术的应用和发展。123（2）辐射防护体系（system of radiological protection ) 1) 实践的正当化 ( justification of a practice)为了防止不必要的照射，在引进任何伴有电离辐射的实践时，都必须经过论证，确认这种实践对社会和环境所产生的危害远小于从中获取的利益，才可以认为这种实践具有正当的理由，是值得进

50、行的。124 2) 防护的最优化 (optimization of protection ) 在考虑到经济和社会因素，任何决策应经过防护的研究过程，用最小的代价获取最大的利益。任何必要的照射应保持在可以合理达到的最低水平，而不是盲目追求无限的降低剂量 。 125 3）个人剂量限值 (individual dose limits ) 个人所受的当量剂量不应超过规定的相应限值。保证放射工作人员不致接受过高的照射水平。 实践的正当化和防护的最优化为源相关评价；个人剂量限值为个人相关评价。三者缺一不可。1261（3）基本标准剂量限值 1）职业照射 剂量限值，a）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量

51、（但不可作任何追溯性平均），20mSv； b）任何一年中的有效剂量，50mSv； c） 眼晶体的年剂量当量为150mSv； d）四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量500mSv 。 127 对于年龄为16-18岁的接受涉及辐射照射培训的徒工或学生应控制其职业照射限值：a) 年有效剂量，6mSv；b) 眼晶体的年当量剂量，150mSv；c) 四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量500mSv 。 128 2）公众照射 剂量限值 a）年有效剂量， 1mSv； b）眼晶体的年当量剂量15mSv； c）皮肤的年当量剂量50mSv 。 d）特殊情况下，在连续5年的年平均剂量不超过1mSv 时，其某一单一年的有效剂

52、量可提高到5 mSv；1297.3.5.2. 外照射防护(External Radiation Protection)密封源：正常工作状态下没有开封或破损的可能性不会因泄漏、渗透等导致逸出或扩散的放射源有足够强度的包壳正常使用条件下不污染设备、环境分类： 点源、线源、平面源、园柱源等（按形状） 检查源、照射源、标准源（按活度不确定度）130放射源常用源： 210Po、238Pu、239Pu、241Am、237Np、235U、 238U等制作： 电镀法：将放射性物质沉积在金属托盘上，表面镀薄层纯金或云母。131放射源常用源： 3H、14C、22Na、45Ca、55Fe、58Co、63Ni、137

53、Cs、85Kr、90Sr-90Y等制作（电镀法、陶瓷法）： 金属特性的放射性核素：电镀法沉积在金属托盘上，外加保护层密封。 Sr、Cs可以烧结在陶瓷中 H、C可以制成有机玻璃。用途：参考源、测厚源等132放射源常用源：60Co、137Cs、192Ir、制作：不锈钢或铂铱合金密封壳用途：医疗照射、工业照射、工业照相及辐射仪表等133放射源等同于枪支管理辐射场定义： 辐射源产生的发生电离辐射作用的空间范围 组成粒子的类型、方向分布、能量分布分类：单一场、混合场135内外照射的不同特点照射方式辐射源类型危害方式常见致电离粒子 照射特点内照射外照射开放源密封源电离、化学毒性电离、高能、x、n持 续间

54、断136外照射的防护 外照射是指电离辐射源存在于机体之外，由其所发生的射线从外部对机体产生的照射的一种方式。（1）外照射作用的特点 受照射累积剂量与放射源的活度和照射时间成正比，与照射距离平方成反比，当接近放射源时就会受到照射，离开放射源时就不受照射或减少照射，用屏蔽物阻挡能避免或减少照射。 外照射的防护 主要是防止穿透能力大的 、 射线及中子等。137（2） 外照射防护的基本原则 根据外照射作用的特点，人们在实践中研究出一套降低外照射剂量的科学方法 ，即时间防护、距离防护和屏蔽防护，通常称外照射防护三原则。1）时间防护（time protection ) 在从事放射性操作时，在满足工作需要的

55、前提下，应尽量缩短工作时间。为此，应尽量提高操作者的技术水平；改进操作工序的自动化程度；严格执行安全操作规程等。138）距离防护（distance protection ) 点状源在周围空间所产生的剂量率与距离平方成反比，当距离增大一倍时，照射量可减少至原来的1/4 。因此，在不影响工作的前提下，应尽可能远离辐射源。在实际工作中常采用长柄工具，机械手等。139）屏蔽防护（shielding protection ) 在时间、距离防护不能使剂量降低到剂量限值的要求，为此，必须在人体与放射源之间设置屏蔽物，以减少受照剂量。根据需要屏蔽物可设置为固定屏蔽物和活动屏蔽物。140屏蔽防护(Shieldi

56、ng) 设置屏蔽体 屏蔽材料和厚度的选择： 辐射源的类型、射线能量、活度等141铅：效果最好，但对环境有污染（铅污染）；铜：良好性能，但价格较贵；铁：性能较好多用来代替铅；铝：当量低，但吸收铜的标识线，作过滤板；砖：一砖厚实心砖墙约有2mm铅当量，是屏蔽防护的好材料；混凝土：与材料密度有关，注意浇注质量，多用于作固定防护屏障；复合防护材料：两种以上单质防护材料复合使用。 1. 屏蔽材料142用铅作为比较各种防护材料的屏蔽性能的标准，把具有一定厚度的某屏蔽材料对应相同屏蔽效果的铅层厚度，称为该屏蔽材料在该厚度下的铅当量，单位mmpd。单位厚度的铅当量叫比铅当量。 2. 屏蔽性能 依射线种类选不同

57、材料，比如： 防X、线选铅、铁、水泥、砖等高质量物质 防线选铝、有机玻璃、塑料等低质量物质 防中子选石蜡、硼酸和水等。 1432. 屏蔽性能表5070kV时1mm厚防护材料的比铅当量材料国产铅橡皮国产铅玻璃铜铁砖混凝土密度(kg/m3)40005500460089007800160020002.35103比铅当量(mmpd)0.30.360.220.240.270.170.0080.0098.5 10-3144屏蔽材料选择的一般原则145屏蔽方式固定式：防护墙（迷路）、防护门、观察窗移动式：包装容器、手套箱、防护屏 铅砖、铅围裙、眼镜等146147放射性工作场所控制区的标志148（）几种电离辐

58、射的屏蔽防护） 射线的屏蔽防护 射线与物质相互作用可产生电离、激发、韧致辐射和散射。当 射线能量较高时，屏蔽物的有效原子序数较大时，韧致辐射的产生几率增大。因此，在屏蔽射线时，必须首先选用低原子序数的物质，如有机玻璃、塑料和铝等，以减少韧致辐射。外层再加较高原子序数的物质。149 ）、射线的屏蔽防护 由于其穿透能力强，可选用原子序数较高、密度较大的物质，如铅、铁、钢等；作为建筑材料可选用水泥、砖、砂石等并应有足够厚度。150）中子辐射的屏蔽防护 中子与物质相互作用分两阶段，第一段是快中子穿过物质时减速；第二段是已减速的低能中子被物质吸收。因此，用含氢多的物质（水、石蜡等）将中子慢化；然后用吸收

59、截面大的物质将其吸收，最合适的物质是锂和硼。常将硼和石蜡均匀混合作为中子屏蔽材料。1517.3.5.3. 内照射防护（Internal Radiation Protection）放射性物质进入体内的途径经口，消化道的摄入（ingestion）经呼吸道的吸入（inhalation）经皮肤，伤口的进入（injection）152内照射具有以下几个特点： 单位长度电离本领大的射线损伤效应强，同样能量的粒子比粒子损伤效应强，如果是外照射的话，粒子穿透不过衣物和皮肤； 作用持续时间长。核素进入人体内的持续作用时间要按 6个半衰期时间计算，除非因新陈代谢排出体外；放射性核素进入人肌体常显示其在某一器官或某

60、一组织选择性蓄积的特点。造成对某一器官或某几种器官集中的损伤。综上内照射难以早期觉察，难以清除，照射无法隔离，照射时间持久，即使小剂量，常年累月也会造成不良后果。153放射性核素的毒性分组根据：生物效应，导出空气浓度，相应的比活度极毒组: 210Po, 228Th,239Pu,241Am,233U高毒组: 90Sr,106Ru,144Ce,210Pb,224Ra,中毒组: 14C,32P,35S,45Ca,55Fe,131I,140Ba,低毒组: 3H,24Na,40K,99mTc,113mIn154对开放源的防护防护措施和安全操作基本防护用品： 工作服，帽子，靴鞋，手套，口罩，防护眼镜遵守规