放射性及其辐射防护.ppt

1、放射性及其防护知识,放射性同位素及射线装置,X射线,德国物理学家伦琴于1895年在研究阴极射线的时候，发现了一种奇特的射线，它能量高，穿透力强，能杀死细胞和组织，由于当时知其甚少，称其为X射线，又叫伦琴射线。 X射线的问世，在医学和工业技术领域，得到了广泛的应用，如透视，成象，探伤等。,放射性的发现,1896年，Bequerel用铀粉作实验，有一次无意将铀粉避光包装的胶片上，第二天，他惊奇地发现胶片曝光了。 他由此断定，铀可以发出某种射线，使胶片曝光。人们就将物质能够发出某种射线的现象称为放射性,我们熟悉的辐射现象,放射性无处不在,1898年7月和12月，居里夫妇先后发现了金属Po和Ra也有这

2、种放射特性。 现代科学方法证明，用人工的方法中子活化技术，也可以将没有放射性的物质产生放射性，如60Co，110mAg,241Am. 实际上，放射性物质无处不在，只不过含量高低不同罢了，如环境和食物中就含有或多或少的天然放射性物质（如137Cs and 90Sr）.,原子和原子核的组成,原子是由非常小，带正电的原子核，及带负电的电子高速环绕运动组成，整个原子不带电。 原子大小10-10M，原子核大小5X10-15M原子核只有原子的12000,但占有原子99.9的质量。 原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，质子和中子的质量几乎相等。 质子和中子是靠核力结合在一起的。,原子核衰变能放出，射线和

3、中子,经实验研究发现，镭放射源发出的射线在磁场中会分成3束，分别称为射线，射线和射线， 粒子最重（4个原子质量数），粒子次之（1 7300），粒子则没有静止质量， 有些原子核衰变的时候还会放出中子，如U-235的衰变,衰变,原子核自发地放射出粒子而发生地转变，叫做衰变，如下图： 其中，X为母核，Y为子核，A是质量数，Z是原子序数， 粒子能量一般在4-9Mev范围内， 衰变主要发生在重核。,衰变,原子核的衰变有三种形式，他们是+衰变，- 衰变和电子跃迁，表达式如下：,跃迁,原子核通过放射射线由高能态向低能态跃迁，叫跃迁，也叫 衰变。 射线一般伴随或衰变产生的，也有同核异能态的原子核向基态退激时发

4、射射线的情形，如：,电离，电离辐射,如果某种射线，或者它的次级射线与原子的轨道电子作用（碰撞），能够使电子脱离原有的轨道而逃逸，那么这个过程称为电离。 能够使原子发生电离的辐射称为电离辐射,射线的穿透能力,射线：贯穿本领小，它在空气中的射程只有几CM，一张纸片就能阻止它的穿透，但电离能力最强， 射线：电离作用较小，贯穿本领较大，它在空气中的射程因能量不同而有较大差异，一般为几米，几MM的钢片才能阻止它的穿透， 射线：它具有间接电离作用，贯穿本领很大，它在空气中的射程通常为几百米，几十CM厚的混泥土或几CM厚的铅板才能阻止它的穿透， 掌握射线的这种特性，能采取适当的措施进行有效的辐射防护,辐射（

5、放射性）的重要特性,放射性的衰变是自发性的反应 辐射受电磁场影响 不同的辐射有不同的穿透能力,机器也能产生射线（放射性）,射线（放射性）可以由原子核衰变产生，也可以由机器（射线装置或加速器）产生，如： 1. X光机能产生的X射线 2.电子加速器能产生电子束等 3.回旋加速器能产生重粒子束,射线与物质的相互作用-韧致辐射,粒子当其速度较高时与核库仑场强烈作用，电子被减速，同时将其一部分能量转化为电磁辐射，则产生韧致辐射X射线，电子能量越高，韧致辐射就越强。,韧致辐射产生能量连续分布的X射线,连续X射线是由于高速运动的电子撞击物体（钨靶，铍靶，银靶，钼靶等），速度嘎然而止，其中一部分（10%）能量

6、以一个或几个X光子的形式放出，其余的能量则转化为热能。 由于释放出的X光子的能量分布是均匀的（0-EMax），因此称为连续X光。,X光机原理,X射线在电磁波谱的位置,伦琴射线这部分电磁波谱，波长从210-9米到610-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的（韧致辐射）；由此可知，X射线是由原子中的内层电子发射的，其波长范围约在102102nm。随着X射线技术的发展，它的波长范围也不断朝着两个方向扩展。目前在长波段已与紫外线有所重叠，短波段已进入射线领域。放射性辐射射线的波长是从1nm左右直到无穷短的波长。,放射性核素的衰变规律,

7、放射性核素的衰变常数,放射性核素在单位时间内发生衰变的几率叫做该核素的衰变常数，符号是，单位是1秒，它决定了该放射性核素衰变的快慢，只与核素的种类有关，因而，它是放射性核素的特征量。,指数衰减规律,对于确定的放射性核素，可以有一种或多种衰变方式，对于具有同一种衰变方式的原子核，其衰变的时刻也是各不相同的，即它们的衰变是独立的随机发生的。 很显然，原子核的衰变数量与原子核的衰变常数成正比，与t时刻的原子核数量成正比，也与时间间隔成正比，可以表示如下： dN=-Ndt 这是一个二阶微分方程，对其求积分，得到如下公式： 该式表明，某种原子核在t时刻的数量与其起始时刻（t=0）的数量之间存在指数衰减的

8、规律,半衰期,根据放射性核素的指数衰减规律，可以计算，某种原子核的数量因衰变而减少一半所需要的时间： T1/2=ln2/ 式中T1/2即称为这种放射性核素的半衰期。 不同核素的半衰期可以相差很大，有的可以达到1010年，有的可以远小于1秒。如60Co 的T1/2是5.27年，137CsT1/2是30a.,放射源的尺寸,放射源可以是尺寸极小，活度极大的源，比如1克60Co源的活度可高达100 Curies,(57Co的活度就小很多，通常用作检查源)一个没有屏蔽的裸放射源，通常是一个几MM到几CM尺度的小金属物。 由此可见，要达到同样强度的放射线，可以有非常简便的实现方法，但其危险程度就非常大，因

9、而对其使用的限制和监管就极其严格。,辐射剂量学及其评价,放射性活度,原子核自发地放射出射线后，原子核本身就从一种核素转变成另一种核素，这种过程就叫原子核的衰变，又叫放射性衰变。 一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔，就叫做放射性活度，通常用A表示。 放射性活度的单位是Becquerel,简称Bq，表示为 1 Bq=1次衰变秒 早期的单位使用Ci，定义为：1克226Ra所具有的放射性活度，后来规定： 1Ci=3.7X1010Bq,比活度,放射性活度用来反映辐射体总的放射性，但不能反映辐射体的放射性浓度。 定义：单位质量或体积中的放射性或度： A/M=(N/t)/M

10、 单位： Bq/kg. Bq/L 比如：核电站放射性废水中的137Cs:5Bq/L,比释动能K,比释动能是指不带电粒子与物质相互作用时，在单位质量物质中产生的带电粒子的初始动能的总和，定义：K=dEtr/dm,单位是J-Kg-1 ,专用名：戈瑞（Gy） 在外照辐射场（如X，射线）的现场监测中，严格地说，用辐射剂量仪器测量出的数据并不是吸收剂量，而是比释动能，但可以表示为吸收剂量。,吸收剂量D,电离辐射作用于机体而引起的生物效应，主要取决于物质吸收能量的多少，是表示能量吸收与辐射效应的关系的量。 D=d/dm d是电离辐射给与某一体积中的物质平均能量，dm是这个体积元中的物质的质量。 很明显，它

11、的单位与比释动能相同。 由于在相同照射条件下，不同物质，器官，组织吸收辐射能量的本领不一样，即使在相同的条件下，不同组织，器官所接收的吸收剂量是不同的，所以在表示吸收剂量时，应该明确辐射类型，介质种类和特征位置。,当量剂量HT.R,当量剂量等于辐射R在某一组织或器官T中产生的平均吸收剂量DT.R ，经辐射R的辐射权重因数WR 加权处理的吸收剂量。表示为 HT.R = DT.R WR HT.R 单位（SI）是JKg-1 称为希沃特（Sv） 1 Sv=1 JKg-1 当辐射场由具有不同权重的不同类型的辐射所组成时，当量剂量应表示为： HT = WR DT.R 由于不同辐射类型的辐射权重因素不同，所

12、以，不同的辐射类型及能量产生的当量剂量是不同的 在国家标准规定的剂量限值中，对眼晶体，四肢是以当量剂量要求的。,有效剂量E,有效剂量E被定义为人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因数后的和。 E = WT HT= WT WR DT.R 式中WT 组织或器官T的权重因数。 有效剂量的单位（SI）是JKg-1 称为希沃特（Sv） 1 Sv=1 JKg-1 为辐射防护的目的，组织或器官的当量剂量乘以组织权重因数才是有效剂量。 组织权重因数反映该组织对辐射的敏感性，比如，皮肤和手的权重因数是0.01，而性腺则高达0.20，需要加以重点保护。,外照射与内照射,外照射是指体外辐射源对人体造成的照射

13、，主要由X，射线中子束，高能带电粒子束和射线引起。 对这些电离辐射外照射防护的基本方法是：时间防护，距离防护和屏蔽防护。 内照射是指进入人体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射，造成内照射的途经有：吸入，食入和通过皮肤粘膜或伤口。,对估算剂量的评价（1）,2.1 在对外照射辐射场，用辐射测量仪器测量时，所测得的数据并不是吸收剂量，而是比释动能。但对不带电电离粒子X,射线和中子射线而言，比释动能值与吸收剂量值相当，可以用空气比释动能表示为空气中的吸收剂量。 2.2 电离辐射作用机体引起生物效应，主要取决于吸收剂量的大小，但真正意义的吸收剂量应该是考虑辐射R在某一组织或器官T中产生的平均吸收剂量与

14、辐射权重因数WR的乘积，即当量剂量才是严格意义上的吸收剂量。,对估算剂量的评价（2）,2.3 而人体在受均匀照射条件下，不同组织或器官对发生辐射随机效应的敏感性是不同的，反映出各组织或器官对总危害的相对贡献的不同，为此必须将严格意义上的吸收剂量当量剂量乘以组织权重因数后所表示的剂量，才是反映人体在此种照射条件下的受照剂量，即有效剂量。 2.4 经辐射测量仪器测量出来的数据是比释动能，可以表示为吸收剂量，只有在考虑了辐射权重因数R后可表示为当量剂量，进而再乘以不同组织或器官的组织权重因数后的剂量，才是国家标准规定剂量限值的有效剂量。,对估算剂量的评价（3）,2.5 不难理解，用辐射测量仪器直接测

15、量出的数据与经辐射权重因数WR和组织权重因数WT修正后估算出的有效剂量是有差异的。一般来说，估算出来的有效剂量小于经测量仪器直接测读出的数据，而有效剂量才是国家标准规定的剂量限值的剂量。,剂量限制和照射危险限值,按照GB18871-2002规定，来自各项获准实践的综合照射所致的个人总有效剂量不超过20mSv. 职业照射：A）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量20mSv, B)任何一年中的有效剂量50mSv. （职业照射限值的变化：从2mSv/天到目前的0.05mSv/天） 公众照射： A）年有效剂量1mSv, B)任何一年中的有效剂量5mSv.,剂量估算举例,某Phoenix X-Ray

16、附近测得的剂量率（平均值）是0.5Sv/h,若一员工一年工作50周，每周工作6天，每天10小时，而且X-Ray一直开启，该员工一年所接受的辐射剂量： 0.5X10X6X50=1500 Sv=1.5m Sv 某医院X射线机每天接诊病人500例，每人平均曝光时间4秒，如果机房测得的剂量率是4 Sv/h,医生50周（5天周）内接受 4X50X5=1000 Sv 乘飞机从广州到北京，每人所接受到的辐射剂量估算是6 Sv（宇宙射线强度随海拔的升高而升高）。,电离辐射探测,辐射探测器原理及探测器,气体电离探测器,电离室：一种最简单的气体探测器，相当于一个充气的密封电容器。 正比计数管：正比计数管常用于电离

17、能力弱的粒子和X射线的能谱测量，也用于放射源，放射源，X射线源的活度的测量 G-M计数管：记录人射射线产生的离子对而引起的放电数量。,半导体探测器,半导体探测器历经40年的发展，已成为广泛使用的一种探测器。在工作机制上，同气体探测器相似，在外电场作用下利用载流子（即半导体中的电子-空穴对）在介质中作漂移运动而产生输出信号的。 从某种意义上说，半导体探测器就是一种固体电离室。,辐射测量表 Radiation Alert：Inspector,带有云母底窗（LND712）的卤素淬火的盖革-穆勒探测器; 探测测量、和X射线. 有三种测量功能。 每一次测量会发出“唧唧”的声响（可设置为无声） 每一次测量

18、红色 LED闪烁。,RAD-60s个人剂量报警仪,芬兰RADOS的RAD-60S个人报警剂量仪是一种为确保使用者安全，能进行可靠探测和剂量累积的精密辐射测量仪。 探测器类型：能量补偿硅二极管辐射探测类型：X Ray 射线。,闪烁探测器,闪烁探测器是目前应用最广泛的核辐射探测器，它具有分辨时间短，射线的探测效率高和能测量射线的能量等有点。 闪烁探测器是利用某些物质在射线作用下能发光的特性来探测射线的，这些物质称为闪烁体。 射线在闪烁体中产生的荧光极弱，须用光电转换器件来探测这些荧光。,热释光探测器,固体能带理论认为，磷光体（一种晶体）受到电离辐射照射时，会产生电子和空穴，如果无外源激发，这些处于

19、亚稳态的电子和空穴可以长时间滞留在被称为”陷阱”的缺陷中,加热磷光体时，电子和空穴从发光中心中逸出，电子和空穴迅速复合，并以可见光或紫外光的形式释放能量，如果在暗处加热该探测元件，探测元件上按照光电倍增管，测得的光输出就正比于探测器接收到的辐射能量。,辐射事故举例（一）,1988年4月，某医院放射科应用X射线诊断机发生故障，维修后，4位工作人员在70kV,100mA的条件下，对X射线诊断机进行试验时，因摄片限时装置发生故障，成持续曝光状态，15Min后发现管球冒烟，立即停机，期间，4人按常规取片，摆位，装片，间断暴露在X射线下，4人分别受到0.21.5Gy的照射。,辐射事故举例（二）,1988

20、年，中国测试研究院，作为医用X，射线成象诊断装置，研究课题人员在检查装置性能时，为选择软骨组织分辨率高，清晰度好的成象射线范围，用左手指在距离球管25mm,70mm,100mm,200mm处，在10-50kV,0.1-10mA条件下，进行20多次观察成象实验，累计照射时间约1.5H。三天后，左手食指，中指，无名指背后皮肤发痒，红肿，变黑，起水泡，溃烂，并有紧缩性疼痛，估计左手受照剂量11.94Gy，诊断为：左手指皮肤急性放射病IIIII度烧伤。,辐射事故举例（三）,1996年，某省化工公司30万吨乙烯施工现场，三名工作人员现场探伤工作结束，按常规将活度为2.7TBq（73Ci）的192Ir放射

21、源放回探伤机中后关掉仪表，旋转好快门环后想锁定快门环时，发现锁定钥匙不知何故已经折断而无法锁了。此时已经是晚上，在黑夜中把探伤机从18.5M高处沿着爬梯搬运回地面，并立即送回距工作地点约150M的库房中锁好门。异日再去取此探伤机时，发现发射源已经丢失了，立即报警。经多方努力，在7小时后距离现场10kM处的民工住处找到，原来，放射源是从高处往地面搬运时丢失，而被一临时工捡到带回住处。 整个寻找过程中共有10人受到照射，其中捡到放射源的临时工受到照射达3.0Gy，临床诊断为中度骨髓型放射病，截去一上肢和双下肢，其余9人受照剂量0.1-0.25mGy。,辐射源与射线装置的应用,工业探伤,射线探伤是无

22、损检测材料，零件，部件和构件的质量的基本方法之一，对铸件，焊接件和其他一些不可拆卸的连接件进行检查时，射线探伤在无损检查手段和方法中占80以上。 在射线探伤中，所使用的主要辐射源是X射线发生装置，密封放射源和离子加速器。 密封放射源普遍使用60Co和192Ir，特点是射线穿透力强（在钢中可穿行200mm）,且设备轻便，易携带于野外作业。,Phoenix x-Ray,X-Ray检查基础知识,不同材料：物质的原子数不同而射线强度衰减不同； 不同密度：射线强度的衰减与物质的密度或其比重成正比； 不同厚度：对同一种物质，射线强度的衰减与物质的厚度成正比。,烟雾报警器,离子烟雾报警器有一个电离室，离子室

23、所用放射元素241Am，强度约0.8Ci左右，正常状态下处于电场的平衡状态，当有烟尘进入电离室会破坏这种平衡关系，报警电路检测到浓度超过设定的阈值发出报警。,厚度测量,根据所测对象的材质和厚度的不同，决定选择密封放射源的类型。 源用来测量很薄样品的厚度，550g/m2 （比普通A4复印纸还薄）的物质只能用发射射线的同位素（如210Pu，239Po）来测量。 采用源（如90Sr,204Tl）的厚度可用于50-1000g/m2厚度的测量，其最大厚度相当于1.2mm的钢板。 参考公式：I=It,核子称（输送量测量）,工业生产应用中经常遇到的问题是测量在传送系统中运动的物料，核技术应用在该工业项目中，开发出来的产品就是核子称，核子称一般采用60Co和137Cs源。 V（体积）物料厚度X宽度X长度 参考公式：I=It,伽马刀,多束（100200）远距离放射治疗仪器。 高中剂量近距离放射治疗仪等设备采用60Co，192Ir或137Cs等射线源，活度都比较高，范围在315000C