放射性基础知识

1、 内容第一部分：核与辐射技术应用概况第二部分：放射性基础知识第三部分：辐射量及其单位 第1页 第一部分核与辐射技术应用概况第2页应用范围广泛，遍布国民经济各部门。 核电站、医疗卫生、工业探伤、油田测井、地质勘探、辐照加工、计量仪表(核子秤、料位计、密度计、水分计等)、辐照育种、同位素示踪、教育科研等。第3页 一、民用电离辐射源 （1）辐照加工 辐照加工装置是装源活度最高应用方式，普通用于卫生灭菌、农产品保鲜、辐射育种、高分子化合物接枝交联和改性等。 钴-60是这类应用最常使用核素。装源活度从数1万居里百万居里以上 。 工业辐照加速器。（2）无损探伤 又称为工业探伤。 惯用放射源多使用铱-192

2、、钴-60、铯-137等放射性核素。 X射线探伤、加速器、工业CT 。第4页（3）放射性仪表 包含核子秤，厚度计，料位计，湿密度计等。 放射性计量仪表种类繁多，使用核素主要有钴-60、铯-137、锶-90等。（4）油田测井 在石油勘探、开采中，用射线测量地质参数，探明原油储量。 镅-铍中子源是油田测井中最常使用放射源之一。 中子源在地质勘探和活化分析方面应用广泛。第5页（5）安全检测第6页（6）放射诊疗与治疗 CTDSA胃肠机CRDR口腔全景机SPECTPET-CT钴-60治疗机 后装治疗机加速器：直线、盘旋X刀刀粒子植入治疗质子治疗装置核医学（核素治疗等）第7页伽玛辐照装置湿式贮源辐照装置全

3、景图 第8页 固定核子测量料位计第9页 密度测量仪（核子秤）传送带称重仪器 Belt weighing gauge第10页 固定核子测量厚度测量仪第11页 钻井测量第12页 同位素示踪第13页源从容器中发射出来采取遥控设备源在曝光期间无屏蔽可手动或自动操作伽玛探伤装置（发射型伽马探伤）第14页特殊应用：陆上管道 、海底管道采取外部辐射源提供走/停信息外部控制源普通采取137Cs。 管道爬行探伤装置第15页Transfer catheters are locked into place during treatment - green light indicates the catheters

4、that are in use 近距离放射治疗装置Varian第16页 介入放射学透视设备 第17页 CT第18页 医用直线加速器 Linear AcceleratorModern accelerators have a number of treatment options. e.g.X-rays or electrons (dual mode)2 X-ray energies5 or more electron energies第19页 伽玛刀 Gamma KnifeThe Gamma Knife:-Patient positioning collimatoruses numerous h

5、igh activity 60Co sources positioned in a device so that the radiation beams converge at the specified point of treatment.is used to treat head tumors第20页SPECT 第21页PET-CT第22页二、核电站与其它核设施世界核协会数据第23页来自IAEAPRIS（动力堆信息系统）数据（），中国2.1%第24页山东核电规划 山东拟在胶东半岛120公里海岸线建设核电群： 烟台海阳核电站（在建） 威海荣成石岛湾核电站（在建） 威海乳山核电站 第25页

6、海阳核电站：电规划建设6台百万千瓦压水堆机组，留有2台扩建余地，6台机组总投资约12001300亿元，于9月开工。一期工程两台单机125万千瓦机组预计20投产。3、4号机组项目申请汇报于203月31日上报国家发展改革委，5、6号机组计划在3、4号机组开工后梯次建设。荣成石岛湾核电站：年12月低调开工建设，1台20万千瓦机组计划于20底建成投产。 乳山核电站：是本省第三个最有可能上马核电项目，但当前还未有实质性进展，最新消息是“乳山核电站还在深入策划”。第26页 原子弹爆炸 三、核武器 原子弹 氢弹 第27页 冲击波：使楼房等建筑物瞬间坍毁或物体崩射，造成大量人员伤亡。热辐射：是指核武器爆炸后产

7、生一个温度高达几千万摄氏度热球。热球产生热辐射足以点燃各种物质，发出强光使人暂时或永久失明。核辐射：第二次世界大战末期，美国在日本广岛和长崎投下两颗原子弹造成30余万人员伤亡中，其中有是由辐射损伤造成 第28页第二部分 放射性基础知识第29页一、放射性核素是指不稳定原子核，能自发地放出射线（如射线、射线等），经过衰变形成稳定核素。衰变时放出能量称为衰变能。衰变到原始数目二分之一所需要时间称为半衰期，其范围很广，分布在1015 a10-12 s之间。当前已发觉放射性核素近2500种。分类 ：分为天然和人工2种，其中天然有60各种，绝大多数为人工放射性核素。第30页 原子核自发地放射出射线转变成另

8、一个 核素过程叫做衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒。如： 母体与子体：假如某一放射性核素A经过衰变产生B，则称A为B母体,B为A子体。衰变后子核有稳定，有不稳定而继续进行衰变。常见衰变类型为衰变、衰变、衰变。 二、放射性核素衰变类型23492U 23090Th 22688Ra 22286Rn 23892U 23490Th钍42He第31页（一）衰变原子核自发地放射出粒子而发生转变，叫做衰变。子核、母核：在衰变中，衰变后剩下核（子核）与衰变前原子核（母核）相比，电荷数少2，质量数减4。假如用X代表母体核素，Y代表子体核素，则衰变能够用下式表示： 第32页第33页（二）衰变 原子核自发地放射出

9、电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生转变，统称为衰变。放射出负电子成为-衰变；放射出正电子称为+衰变；俘获轨道电子称为轨道电子俘获（EC）。衰变三种类型可分别用下式表示：第34页不论哪种形式衰变，子核与母核质量数相同，只是电荷数相差1。-衰变后原子核中一个中子变成了质子。+衰变和轨道电子俘获后原子核一个质子变成了中子。 有些衰变放射性核素只放射粒子，而没有伴随射线，如14C、32P等。许多衰变放射性核素放射粒子时往往伴有射线，如60Co。一些放射性核素衰变时放出2组或2组以上能量粒子。第35页处于激发态原子核（高能态）向基态（低能态）跃迁时，其能量以光子方式释放出来，发射出 射线。它是一个高能

10、量电磁波，波长较短。核素衰变往往是与衰变、 衰变一起发生。 （三）衰变 第36页 三、放射性衰变规律衰变定律母体原子核数目随时间呈指数规律降低 N=N0e-t 式中：N0是当t=0时刻放射核素母体原子核数目。母体总核数N值随时间t增加按指数规律衰减；为一百分比常数，称为衰变常数。 第37页衰变常数定义：特定能态放射性核素在dt时间内发生自发核跃迁概率除以dt。物理意义：表示在放射性核素衰变过程中，每个原子核在单位时间内发生衰变概率。每一个放射性核素都有其固定衰变常量， 值越大，表示放射性核素衰变快。第38页半衰期T定义：放射性母体原子核数目衰减至原来数目标二分之一所需要时间。物理意义：表示核衰

11、变快慢物理量。 各种放射性核素都有一定半衰期，如碘-131半衰期是8天，铯-137是30年，钴-60半衰期是5.26年，铱-192半衰期是74.3天，硒-75半衰期是118天碳-14是5730年，钚-239是240，铀-238是4 470 000 0，等等。T与换算关系： T=(ln2)/=0.693/ =0.693T第39页四、放射性活度定义：在给定时刻，处于特定能态一定量某种放射性核素活度，是在时间间隔dt内，该核素发生自发核跃迁数期望值dN除以dt所得商（一定量放射性核素，在单位时间内发生衰变次数）： A = dN / dt单位：放射性活度SI单位是“秒1”（S1），专门名称是贝可勒尔（

12、Becquere），简称贝可（Bq）。1贝可表示放射核素在1秒钟内发生1次核跃迁，即： 1贝可（Bq）1秒1（S1） 第40页 放射性活度旧专用单位是居里（Ci），它表示放射性核素在1秒钟发生3.71010次核衰变即： 1居里（Ci）3.71010秒1（S1） 活度惯用kBq( k103）、MBq（M106）、GBq（G109）、TBq（T1012）、PBq（P1015）和mCi（毫居里）、Ci（微居里)等由词头和贝可或居里组成十进位数或分数单位表示。它们之间关系： 1 Ci3.71010 Bq = 37 GBq 1 Ci = 103 mCi = 106 Ci 第41页 放射性活度计算 放射性

13、活度A随时间按指数规律衰减。设放射性核素时刻活度A则 A=A0 e(0.693/T1/2) t 式中： A0 t = 0时活度; T1/2 半衰期，即活度降低二分之一时所需要时间（计算时应与t单位统一）。 第42页五、辐射起源辐射包含电离辐射和非电离辐射（如电磁波、紫外线、可见光及红外辐射等），故广义辐射源应包含电离辐射源和非电离辐射源。 普通辐射源指能够经过发射电离辐射或释放放射性物质而引发辐射照射一切物质或实体。比如，钴-60是发射射线和射线辐射源，医用加速器是放射治疗实践中辐射源，核电厂是核动力发电实践中辐射源。 核技术利用领域中辐射源：放射性同位素（放射源）及射线装置。辐射源主要产生射

14、线：、X、中子等。第43页（一）放射源分类 1.按起源：分为天然和人工两大类。 2.以潜在危害程度：类、类、类、类、类。 3.按密封情况：密封源和非密封源。 4.按射线种类： 放射源、放射源、放射源及中子源。 六、放射源与射线装置分类第44页 1.按照起源分类 （1）天然辐射源天然存在辐射源称为天然辐射源。天然辐射源主要来自宇宙射线、 宇生放射性核素和原生放射性核素。宇宙射线 来自太阳和星际空间，主要由中子、质子、电子和各种介子等高速粒子组成。含有较强贯通能力，对人体造成外照射。强度随海拔高度增加呈指数增加。宇生放射性核素 宇宙射线与大气层中和地球表面氧、氮等各种元素原子核相互作用后产生放射性

15、核素。约20种，其中3H、14C、7Be和22Na贡献较大。原生放射性核素 自有地球以来就存在于地壳内放射性核素。分为两类：有衰变系列核素：铀系、锕铀系、钍系。无衰变系列长寿命核素：40K、87Rb。第45页 （2）人工辐射源人工辐射源是用人工方法产生辐射源。人工辐射源主要有核设施、核技术应用辐射源和核试验落下灰等。核设施指核动力厂和其它反应堆（研究堆、试验堆、临界装置等）；核燃料循环设施（包含核燃料生产、加工、储存和后处理设施等）；放射性废物处理和处置设施等。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使用。 第46页2.放射源以潜在危

16、害程度分类分类标准 参考国际原子能机构有关要求，按照放射源对人体健康和环境潜在危害程度，从高到低将放射源分为、类，V类源下限活度值为该种核素豁免活度。类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡;类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡;第47页类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡;类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源人可能造成可恢复暂时性损伤;类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。 放射源分类表 惯用不一样核素64种放射

17、源按以下表进行分类（举例）:第48页放 射 源 分 类 表核素名称I类源（贝可）II类源（贝可）III类源（贝可）IV类源（贝可）V类源（贝可）Am-24161013610116101061081104Am-241/Be61013610116101061081104Au-19821014210122101121091106Ba-13321014210122101121091106C-14510165101451013510111107Cd-109210162101421013210111106Ce-141110151101311012110101107Ce-144910149101291011

18、91091105Cf-25221013210112101021081104Cl-36210162101421013210111106Cm-24241013410114101041081105Cm-24451013510115101051081104Co-5771014710127101171091106Co-6031013310113101031081105Cr-51210152101321012210101107Cs-13441013410114101041081104Cs-13711014110121101111091104Eu-15261013610116101061081106Eu-1

19、5461013610116101061081106Fe-55810178101581014810121106Gd-153110151101311012110101107Ge-6871014710127101171091105H-3210182101621015210131109Hg-20331014310123101131091105I-12521014210122101121091106I-13121014210122101121091106Ir-19281013810118101081081104Kr-85310163101431013310111104Mo-993101431012310

20、1131091106Nb-9591013910119101091081106Ni-63610166101461013610111108Np-237(Pa-233)71013710117101071081103P-32110161101411013110111105Pd-103910169101491013910111108Pm-147410164101441013410111107Po-21061013610116101061081104Pu-23861013610116101061081104Pu-239/Be61013610116101061081104Pu-239610136101161

21、01061081104Pu-24061013610116101061081103Pu-24271013710117101071081104Ra-22641013410114101041081104Re-188110151101311012110101105第49页 非密封源分类上述放射源分类标准对非密封源适用。非密封源工作场所按放射性核素日等效最大操作量分为甲、乙、丙三级，详细分级标准见电离辐射防护与辐射源安全基本标准（GB 18871-）。甲级非密封源工作场所安全管理参考类放射源。乙级和丙级非密封源工作场所安全管理参考、 类放射源。 第50页 密封源：是密封在包壳里或紧密固结在覆盖层里并呈固

22、体形态放射性物质。密封源包壳或覆盖层应含有足够强度，使源在设计使用条件和磨损条件下，以及在预计事件条件下，均能保持密封性能，不会有放射性物质泄露出来。 非密封源：这种放射源通常没有被容器密封起来，多以液态、气态、粉末状存在。使用这种放射源工作场所称为非密封源工作场所。 3.按密封情况分类第51页 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离子发生器。惯用放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U、238U等。惯用放射源，活度普通较低（1043.7109 Bq），而且粒子能量普通低于7MeV,在空气中射程小于6cm，穿不透皮肤表面角质层，一张纸即可屏蔽，故没有

23、外照射危险。不过绝大多数核素属于极毒或高毒核素，即使摄入体内量极少，也会造成严重内照射。所以，使用放射源必须尤其注意保护源密封性能。4.按射线种类分类第52页 放射源：主要用作放射性测厚仪、皮肤科敷贴器和气象色谱仪电子捕集器等。惯用放射性核素有58Co、60Co、63Ni、85Kr氪、137Cs、147Pm钜、204Tl铊等。射线穿透能力比一样能量粒子约强100倍，能量超出70keV粒子可穿透皮肤表层。惯用放射源粒子能量大于70keV，故应考虑外照射防护。可用有机玻璃和铝片防护。放射性核素衰变时，常伴随有辐射或其它形式光子。粒子穿过周围物质时产生轫致辐射（X射线），其穿透能力比粒子强得多。所以

24、，在使用放射源时不能忽略对射线防护和轫致辐射（X射线）防护。第53页 放射源放射源是使用最多放射源，广泛应用于工业、农业、医疗和科研等部门。使用强放射源辐照装置，装源活度多数在105-6105Ci范围内，也有大于106Ci辐照室；活度在3mCi -60Ci放射源主要用于各种核仪表(如料位计，核子秤、厚度计，密度计等)和工业无损探伤(摄影)，或作为测量仪表刻度源和检验源，或供医疗单位进行外照射治疗、间质治疗和腔内治疗用。射线贯通能力很强，使用放射源主要预防外照射。 第54页 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。惯用中子源有镭-铍中子源、镅-铍中子源、

25、钋-铍中子源、钚-铍中子源等。中子贯通能力很强，使用中子源时，应着重外照射防护。对中子防护普通使用含氢较多物质进行防护。第55页辐射源或活动每年平均剂量一次5小时喷气飞机飞行30 Sv建筑材料40 Sv宇宙射线300 Sv土壤350 Sv体内源（K-40)400 Sv氡气1.2 mSv一次胸部X射线摄影400-1500 Gy一次CT25 50 mGy肿瘤放射治疗50 Sv核电站正常运行0.2 Sv一些常见放射源或活动所造成辐射剂量第56页 （二）射线装置分类 依据射线装置对人体健康和环境可能造成危害程度，从高到低将射线装置分为类、类、类。按照使用用途分医用射线装置和非医用射线装置。 类为高危险

26、射线装置，事故时能够使短时间受照射人员产生严重放射损伤，甚至死亡,或对环境造成严重影响； 类为中危险射线装置，事故时能够使受照人员产生较严重放射损伤，大剂量照射甚至造成死亡； 类为低危险射线装置，事故时普通不会造成受照人员放射损伤。 第57页装置类别医用射线装置非医用射线装置射线装置能量大于100兆电子伏医用加速器生产放射性同位素加速器（不含制备PET用放射性药品加速器）能量大于100兆电子伏加速器类射线装置放射治疗用X射线、电子束加速器工业探伤加速器重离子治疗加速器安全检验用加速器质子治疗装置辐照装置用加速器制备正电子发射计算机断层显像装置（PET）用放射性药品加速器其它非医用加速器其它医用

27、加速器中子发生器X射线深部治疗机工业用X射线CT机数字减影血管造影装置X射线探伤机类射线装置医用X射线CT机X射线行李包检验装置放射诊疗用普通X射线机X射线衍射仪X射线摄影装置兽医用X射线机牙科X射线机乳腺X射线机放射治疗模确定位机其它高于豁免水平X射线机第58页六、射线与物质相互作用电离辐射是由直接或间接电离粒子、或由二者混合组成任何辐射。直接电离粒子是指那些能直接引发物质电离带电粒子。如电子、粒子和质子等。间接电离粒子是指能够产生出直接电离粒子或引发核改变非带电粒子。如、射线和中子等。第59页（一）带电粒子与物质相互作用 1.电离、激发 电离：因为入射电子与壳层电子间静电库仑作用，壳层电子

28、取得能量，假如取得电子能量足够大，壳层电子克服原子核束缚而脱离出来，此时该原子就被分离成一个自由电子和一个正离子组成离子对。 激发：假如壳层电子所取得能量比较小，还不足以使它脱离原子核束缚而成为自由电子，而只是由能量较低轨道过渡到较高轨道上去，这个过程就是原子激发。 处于激发态原子是不稳定，它要自发退回到原来基态，多出能量将以光子形式释放出来。第60页 2.轫致辐射 运动着带电粒子还能够与原子核发生非弹性碰撞。带电粒子在原子核电场作用下，运动突然受阻，运动方向发生大偏折，此时带电粒子一部分动能转变为含有连续能谱射线辐射出来，这就是所谓轫致辐射。 第61页3.弹性散射入射电子与原子核总动能保持不

29、变。因为核质量普通比电子质量大很多，所以在弹性散射时原子核基本上是不动，入射电子运动方向受到偏转，而电子能量改变甚微。电子因质量小散射现象尤其严重，它不但被原子核散射，对于较厚散射体，入射电子在穿过时候，将屡次散射，而取不一样方向运动，甚至造成反方向散射，原子序数愈大反散射系数愈大。第62页（二）X、射线与物质相互作用1.光电效应：当一个光子和一个原子相碰撞时，将全部能量交给一个壳层电子，使它脱离原子而运动，光子本身则整个被吸收。光电效应强烈地依赖于物质原子序数和光子能量。当光子能量低，物质原子序数高时，产生光电效应几率就大。第63页2.康普顿效应：入射光子与原子一个轨道电子发生碰撞，将一部分

30、能量传给了电子，自已却改变了运动方向。当光子能量在1MeV左右时，以康普顿效应为主。第64页3.电子对效应：当入射光子能量大于2个电子静止能量（1.02 MeV）时，则它与物质相互作用便会发生电子对效应，即光子本身消失而产生一对正负电子。 正电子慢化后，最终会与物质中大量存在自由电子相复合而转化为各约为0.511MeV两个光子，称为湮没辐射。 第65页4.光致核反应：当、X射线能量较高，如高于8MV时，可发生（、n）光核反应，产生中子辐射。第66页（三）中子与物质相互作用1.弹性散射：与原子核发生弹性碰撞，形成反冲核。靶核越轻，取得动能越多。2.非弹性散射：与靶核作用形成复合核，释放一个能量低

31、中子，激发态原子核释放射线后回到基态。第67页3.辐射俘获：靶核吸收一个中子而处于激发态，发出射线回到基态。俘获射线。中子活化、感生放射性：原子受中子照射由稳定性核变为放射性核过程为中子活化。而受中子照射而产生放射性成为感生放射性。第68页 第三部分辐射量及其单位第69页照射量 照射量X是表征中等能量或射线在空气中致电离能力物理量。其含义是：或辐射在质量为dm空气中释出全部电子（正电子和负电子）被空气阻止时，在空气中形成一个符号离子总电荷绝对值dQ除以dm所得商即： X = dQ / dm 这里需要说明是：照射量只适合用于、射线，且受照介质为空气，它不包含次级电子产生轫致辐射被吸收而产生电离。

32、另外因为基准测量中存在困难，它只能用于能量在10keV到3MeV范围内或射线。 第70页 照射量SI单位名称是库伦每千克，单位符号是Ckg1。它没有国际单位制专门名称。 旧专用单位是伦(R)或其分数mR、R。1R等于在1kg空气中产生2.58104库伦电荷量即 1R2.58104 Ckg1 1Ckg13.877103 R第71页 一、吸收剂量及吸收剂量率 吸收剂量是描述辐射场内受照物体接收能量，衡量物质吸收辐射能量多少。其含义是：由射线授与某一体积元物质平均能量d除以该体积元物质质量dm所得商，即 Dd / dm 吸收剂量适合用于任何电离辐射和任何介质。它SI单位是焦耳每千克(J / kg)，

33、专门名称是戈瑞(Gy)。1戈瑞等于1千克物质吸收了1焦耳辐射能量即 1 Gy = 1 J / kg 还可用cGy、mGy、 Gy表示。第72页 吸收剂量旧专用单位是拉德(rad )。1拉德表示电离辐射授与1克受照物质平均辐射能量是100尔格(erg)，即 1 rad = 100 erg / g = 0.01 J / kg ( 1 J = 107 erg) = 0.01 Gy 1 Gy = 100 rad 第73页吸收剂量率是单位时间内授与单位质量物质电离辐射平均能量，定义为在时间间隔dt内所吸收剂量增量dD除以dt商即 DdD / dt 吸收剂量率SI单位是戈瑞每秒(Gy / s)，旧专用单位

34、是拉德每秒（rad / s）。还可用mGy/h、 Gy/h表示。 第74页二、比释动能与比释动能率对于非带电粒子，它与物质相互作用时，其能量传递分两个过程：首先把其能量传递给与物质相互作用中释放出次级带电粒子；然后次级带电粒子经过电离、激发，把先前取得能量授与物质（次级带电粒子被物质吸收）。 这后一过程结果可用吸收剂量来度量。为了度量初始过程中非带电粒子传递给次级带电粒子能量，引进了“比释动能”这个辐射量。第75页 比释动能K指非电离粒子（如X、射线或中子）在单位质量物质中传递给带电粒子动能，定义为：在质量为dm某一物质内，由不带粒子释放出来全部带电电离粒子初始动能总和dEtr除以dm而得商即

35、 KdEtr / dm 比释动能含有和吸收剂量相同量纲，故它在SI单位中专门名称也是戈瑞(Gy)。第76页比释动能率比释动能率定义为：在dt时间内比释动能增量dK除以dt。其SI单位为戈瑞每秒，以Gys-1表示。 （Gyh-1, mGyh-1, cGymin-1）第77页 三、当量剂量 已知低剂量照射引发随机效应概率不但依赖于吸收剂量，而且还依赖产生这种剂量辐射种类和能量。所以引进当量剂量概念： HT,R = DT,R WR 式中，DT,R 为辐射R在组织或器官T内产生平均吸收剂量，WR是辐射R辐射权重因子。 当量剂量单位为焦耳每千克(Jkg1 )，专门名称为希沃特(Sv)。还可用mSv、 Sv。 第78页 辐射权重因子（ICRP最新数据有所改变） 射线种类与能量范围 辐射权重因子WR 光子全部能量 1 电子及介子全部能量 1 中子能量 10kev 5 10kev100kev 10 100kev 2MeV 20 2MeV 20MeV 10 20MeV 5 质子不是反冲质子能量2MeV 5 粒子裂变碎片重核 20第79页四、剂量当量 剂量当量H定义为：在要研究组织中，某点处吸收剂量D与品质因数Q和其它一切修正因数N乘积。即： H=DQN 式中，D-该点处吸收剂量； Q-辐射品质因数；