辐射防护基础及其应用.ppt

1,辐射防护基础及其应用,2,辐射防护的基础知识 核技术在工业中的应用,3,辐 射,手机、电脑辐射 电磁炉辐射 紫外线辐射 稀土矿、放射源辐射 核辐射,4,现代原子结构,,,原子的直径约为10-10米。 原子核在中心约原子直径的1/10000。 原子的质量几乎全集中在原子核上 电子的质量仅为质子质量的1/1840。 一个电子所带的电荷为1.6×10-19库仑（C），定义为单位电荷。,5,二、有关原子核的一些术语,这一术语在核辐射防护中经常用到，它是指核内具有一定数目的中子和质子，并处于同一能态的一类原子。核素用符号AZX表示，其中X代表元素符号，A为质量数，Z为核电荷数。,,1、 核素：,6,同位素是指原子核内具有相同的质子数和不同的中子数的那些核素。同位是指该同位素的各核素在元素周期表中处于同一个位置,它们具有基本相同的化学性质。,2、同位素：,7,如： 238U、 235U、 234U等均为铀元素的同位素,而氢的同位素包括了11H（氕）、21H（氘）、3 1H（氚）三种核素。核素和同位素是两个不同的术语，切勿混为一谈。,8,,,1896年，法国科学家亨利贝可勒尔（H•Becquerel）发现用黑纸包的铀盐仍可以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射性。,,第二节 原子核与放射性关系,一、 放射性,9,在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。其中一个成分在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直线方向前进。这三种射线分别叫做α射线、β射线和γ射线。,10,（1）α射线是高速运动的氦原子核（又称α粒子）组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。它的电离作用大，贯穿本领小。它在空气中的射程只有几个厘米。 （2）β射线是高速运动的电子流，它的电离作用较小，贯穿本领较大,在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米至十几米。 （3）γ射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯穿本领很大,在空气中的射程通常为几百米。,进一步的研究证明：,11,二、 原子核衰变类型,α衰变、β衰变、γ跃迁,12,第三节 放射性衰变规律,一、 放射性衰变规律 原子核发生衰变时，母核由于不断生成子核，因此随着时间t的增加，母核数目将不断减少。通过大量的测量得出，任何一种放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律： N = N0 * e-λt No为起始时刻（t=0）放射性原子核的数目。N为t时刻放射性原子核的数目。,13,二、 衰变常数、半衰期,,,,,,,,,,,,,,,,,,1． 衰变常数 λ称之为衰变常数 λ的大小决定了放射性核素衰变的快慢 λ反映原子核本身的特性，不随外界条件变化,14,2．半衰期 表征放射性核素自发核跃迁的另一参数是半衰期，它是指某种特定能态的放射性核素因发生自发核跃迁而减少到原来原子核数一半所需的时间。用T1/2表示，量纲：年（a）、天（d）、小时（h）、分（min）和秒（s）。 不同的放射性核素T1/2的差别可能很大，如：238U：T1/2=45×108a，镭衰变产生的氡-222（室内监测项目），T1/2=3.825d。,15,如出厂活度为100mci钴-60放射源，其半衰期为5.27年，经过若干年后的现存活度为： 3.2年后:65.65mci; 5.27年后:50mci;  10.6年后:25mci;  15.27年后:13.43mci。,16,放射性活度　　单位时间内某种原子核衰变的次数，称为该放射性物质的放射性活度，通常用A表示。　　放射性活度的国际单位为贝克（Bq），常用单位为居里（Ci）。,,17,lBq 等于放射性物质在 1 秒钟内有 1 个原子核发生衰变。其表达式如下： l Bq = 1 次衰变 /秒 ，即1Bq =1/s国际上规定：一个放射源每秒钟有 3.7× 1010 次核衰变，其定义为１居里。 　　即：1Ci=3.7 × 1010/s 　　 　　显见 , 1Ci = 3.7 × lO10 Bq,,18,第四节 辐 射,,19,,,,,,,,,,,,,20,电离辐射作用于人体的方式： 　　 １.内照射；２.外照射； 　　 ３.内外混合照射。,,21,,天然本底辐射 人工辐射,电离辐射来源,22,天然本底辐射 　 一般场所： 天然本底为 2. 4mSv/year, 多为内照射 (222Rn, 60%),23,天然本底辐射的组成,24,,人类生活方式对辐射水平的影响,,25,外照射防护的手段： 　　　　　　１. 时间防护；２.距离防护； 　　　　　３.屏蔽防护 　　辐射防护的目的： 　　　　　　防止有害的非随机性效应，并限制随机性效应的发生率，使之达到被认为可以接受的水平。,,,26,非随机性效应：也称确定性效应。有一个剂量阈值，损伤的严重程度与剂量大小有关。例如乏力、脱发，剂量达到一定值后就会出现这种症状。 随机性效应：又称非确定性效应。发生几率与剂量大小成正比，但严重程度与剂量大小无关，没有阈值。例如癌症，它的发病几率随剂量增加而增大，但没有一个剂量阈值，达到这个值就会发生癌症。,27,辐射应用和剂量限制制度的三原则： 　　　 辐射实践的正当化；辐射防护的最优化；个人剂量当量限值。,,28,含密封源仪表的卫生防护标准GBZ125-2002 对人员活动范围不限制剂量当量率H范围： 距离源表面5cm处：H<2.5μSv/h 距离源表面100cm处：H<0.25μSv/h,,29,辐射标志,当 心 电 离 辐 射,30,复习题： 1.原子是由原子核和核外电子组成。 2.辐射分为：电离辐射和非电离辐射 3.电离辐射作用于人体的方式： 内照射；外照射；内外混合照射 4.屏蔽X射线和γ射线的常用材料？ 铅，铁，混凝土等,31,5.出厂活度为100mCi的60Co经过5.27年的衰变后大概还有多大？（ 60Co的半衰期是5.27年） 经过一个半衰期后，活度约为100mCi/2=50mCi 6.外照射辐射防护的三个基本方法？ 时间防护，距离防护，屏蔽防护 7.电离辐射有哪几种类型？ α射线，β射线，X射线，γ射线，中子等等 8.一枚放射源标牌显示为3.7 × lO8 Bq，换算为居里后约为___ mCi （已知1Ci = 3.7 × lO10 Bq）。 100 mCi 9.高炉点式放射性料位计采用的Co60放射源产生的是以下那种射线类型？ A .α射线 B.β射线 C.X射线 D.γ射线 10.举出两个以上放射性同位素或核技术在工业或生活中的应用。 CT，X射线探伤，料位计，液位仪，密度计，灰分仪，伽马刀……,32,辐射防护的基础知识 核技术在工业中的应用,33,世界上第一张X光照片,医学CT(MCT) X射线断层扫描(XCT) 核磁共振CT(NMR-CT) 正电子发射CT(PET) 同位素单光子发射CT(SPECT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT 工业CT(ICT) X射线CT 伽玛射线CT,2)核成像技术,34,相机,35,CT/PET,36,福来尔轿车透视图 上图：水平透视图；下图：垂直透视图,汽车内部结构扫描,37,卡车扫描图象,Image from Newsweek, taken at the border crossing from Guatemala to Mexico,38,安全检测,物性判别：汽油、炸弹等危险物品 例如， 同是液体的水和汽油的密度分别是1.0 和0. 7， 很容易区分。,航空箱的断层图像,箱中有3个塑料瓶子, 里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶) 或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏一块肥皂, 利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT 检测系确实具备了物性判别的功能。,39,核检测技术(1)——核子密度计,用途： 　各种料液浓度的在线检测和控制。也可通过密度而间接测定出料液中某种成分的含量、以及两种物料的本比等。 　　 例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的检测和控制；化工厂酸、 碱、盐的浓度以及各种成分 配比的在线检测；造纸厂纸 浆浓度的测定和控制；江河 中水流含沙量的测定。,,,40,核检测技术(1)——核子密度计,参数： 测量范围：浓度0～100％。 适应管径：直径50～500mm。 精确度等级：0.1%～1%。 基本误差：量程的±0.1%～1% 长期稳定性：0.1%。,,,41,,,42,核检测技术(2)——核子(皮带)秤,,,,43,核检测技术(3)——料位计及料位开关,原理：　　检测γ射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。 放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。,,44,核检测技术(4)——射线测厚仪,γ射线测厚仪,45,核检测技术(5)——煤质及灰分、水份测量,,煤灰份是煤的品质的重要指标。 通用的方法是化学检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后性，无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。,(1)灰分测量原理 煤可分为两部分，一是以碳为代表的低原子序数元素；一是以硅为代表的高原子序数元素。 煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成(硫除外)。采用双能透射法测量灰分，即利用两种可放射不同能量射线的放射源来构成“双透射通道”，来进行测量。,46,(2)用途： 用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、水分、纯碳量和发热量进行在线检测、计量和控制。 (3)技术参数： 长期稳定性： 0.1％ 测量精度。 测灰分的精度：0.5％。 (4)特点： 采用闪烁谱自动稳峰技术， 保证长期谱漂移＜0.05%。,,,47,便携式、现场测量,48,核检测技术(6)——水份计,,49,核检测技术(7)——其它核检测技术,铁矿石品位仪 (1)原理：采用电子对效应和散射光子联合测定方法。当铁原子和高能γ射线发生相互作用时，产生电子对的几率远远大于矿石中的其他元素，对湮没辐射和散射光子的混合谱进行分析，就可得到铁的品位值。 (2)用途：用于矿石或矿粉输送 过程中铁品位的在线连续检测。,,50,铁矿石品位仪 (3)技术参数 测品位精度 标定精度：0.2％。 运行精度：0.5％。 射线计数率长期稳定性和测量值的重复性＜0.1%。 主机工作环境：0摄氏度～50摄氏度，相对湿度≤95％。 探测器工作环境：-40摄氏度～50摄氏度，相对湿度≤95％。 (4)特点：用电子对效应测量铁矿石(或矿粉)中铁的品位，不受矿石的颗粒度、密度、疏松度、环境等外界因素的影响。,51,核技术的辐射安全性,核检测的辐射防护与安全性能(以核子秤为例) 源罐屏蔽防护符合国家标准GB16368-1996，绝对安全可靠。 放射源在使用现场安装后，源罐周围5cm区域，γ剂量率最大为0.1μGy/h，远低于国家标准GB-4792-84中所规定的限值(2.5μGy/h)。工作人员正常工作区域的新增γ剂量接近为零。 假设工作人员在距源罐1米处每天工作8小时，连续工作一年，则其受照剂量仅相当于一次X光透视剂量的几十分之一。实际上，秤体部分无需人员操作，不需经常靠近源罐，更不用停留那么长时间。 权威部门证明：食品等被γ射线照射后，不会造成污染，食用后不会对人体健康有任何影响。,52,科学理解辐射 理性对待辐射,谢 谢,,