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核与辐射安全,第二章 核与辐射安全基础知识,2.1 放射性 2.2 射线与物质的相互作用 2.3 常用辐射量及单位 2.4 剂量限值,放射性,(1)射线种类及其性质,铀矿物发出的射线在电场中的偏转,射线,(1852～1908),放射性,（2）三种射线的性质,,,,放射性,（2）三种射线的性质,穿透能力：,电离能力：,放射性,放射性现象与原子核的衰变密切相关。 原子核的衰变：在没有外界影响的情况下，原子核自发地发射粒子并发生改变的现象。,能自发地发射各种射线的核素称为放射性核素，也称为不稳定核素。,放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。,原子核自发地发射各种射线的现象，称为放射性。,放射性,（3）放射性核素衰变的种类,衰变 衰变(包括－衰变、＋衰变和电子俘获EC) 衰变(或跃迁)(包括内转换IC) 重核的自发裂变等,原子核衰变的表示 衰变纲图 同位素表,放射性,（4）放射性衰变规律,A、放射源中的原子核数目巨大。,B、放射性原子核是全同的。,C、放射性衰变是一个统计过程。,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。,放射性,（4）放射性衰变规律—指数衰减规律,放射性,（4）放射性衰变规律—指数衰减规律,,实验表明，任何放射性物质在单独存在时都服从相同的指数衰减规律。用加热、加压、加电磁场、机械运动等物理或者化学手段都不能改变指数衰减规律，也不能改变其衰变常数λ。,放射性,（5）放射性核素的特征量,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，称为衰变率，,t 时刻放射性原子核总数,,,,衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。,放射性,（5）放射性核素的特征量,②半衰期 T1/2,半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为T1/2 。,即：,,,放射性,（6）放射性活度及其单位,①放射性活度 (Activity),活度定义：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。,定义：,则：,放射性,（6）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。,①放射性活度 (Activity),放射性,（6）放射性活度及其单位,②活度单位,常用单位居里(Ci)：,法定计量单位为贝可(Bq)：,较小的单位还有毫居(mCi)和微居(Ci),所以：,放射性,（6）放射性活度及其单位,③活度单位与其他几个单位的比较,放射性,（6）放射性活度及其单位,④比活度 (Specific Activity),定义为：单位质量放射源的放射性活度。,比活度反映了放射源中放射性物质的纯度。,即：,单位为：Bq/g 或 Ci/g,衰变规律的应用举例,一个137Cs源十年前的质量为W=2×10-5g，算一下现在它的活度是多少？(T1/2=30.23a),第二章 核与辐射安全基础知识,2.1 放射性 2.2 射线与物质的相互作用 2.3 常用辐射量及单位 2.4 剂量限值,射线与物质的相互作用,（1）带电粒子与物质的相互作用,①电离与激发作用,β粒子的电离作用,β粒子的激发作用,射线与物质的相互作用,（1）带电粒子与物质的相互作用,②散射作用,带电粒子通过物质时，由于与原子核库伦电场的相互作用而改变原来的运动方向，这种现象称为散射。,射线与物质的相互作用,（1）带电粒子与物质的相互作用,③吸收,带电粒子通过物质时，由于电离作用、激发作用和散射作用的结果而损失能量，最后，大部分在物质中停留下来，即被物质所吸收。,射程：带电粒子在某物质中从进入到最后停止下来所穿过的物质的厚度。,射线与物质的相互作用,（1）带电粒子与物质的相互作用,④轫致辐射,电子或β射线通过物质时，由于高速电子和吸收物质的原子核电场相互作用，突然受阻减低速度时，电子的一部分或全部动能转化为X射线发射出来，这种辐射叫做韧致辐射,通常轫致辐射的强度与物质的原子序数成正比，还随电子或β粒子的能量增大而增大。因此，不能用原子序数大的材料来进行β防护，以减少韧致辐射。,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,X(γ) 射线与物质的相互作用的特点：① X(γ)光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给电子粒子；② X(γ) 光子与物质的一次相互作用可能损失其能量的全部或很大部分，而带电粒子则时通过许多次相互作用逐渐损失其能量；③ X(γ)光子入射到物体上时，其强度随穿透的物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有其确定的射程，在射程之外观察不到带电粒子。,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,X(γ)射线与物质相互作用的主要过程有： ①光电效应 ②康普顿效应 ③电子对效应,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,①光电效应,光电效应,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,②康普顿效应,康普顿效应,康普顿效应和光电效应不同之处,• 光电效应中光子损失全部能量，康普顿效应中光子损失部分能量； • 光电效应发生在束缚得最紧的内层电子上，康普顿效应发生在束缚得最松的外层电子上。,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,③电子对效应,电子对效应,发生条件： 光子能量大于或等于 1.02MeV 有原子核库仑场参与,射线与物质的相互作用,（2）光子与物质的相互作用,X(γ) 射线与物质的相互作用的三种主要形式与X(γ)光子的能量，吸收物质原子序数的关系各不相同，表现为对不同原子序数在不同的能量范围，它们的作用截面占总截面的分额有变化。,三种相互作用示意图,射线与物质的相互作用,（3）中子与物质的相互作用,①弹性碰撞,根据核物理知识，靶核质量数越大，中子与靶核弹性碰撞损失的能量越小。因而，中子与较轻的原子核碰撞时，中子损失的能量较大。,射线与物质的相互作用,（2）中子与物质的相互作用,②非弹性碰撞,非弹性碰撞一般具有阈能，阈能的大小跟原子核的质量数有关，质量数越大，阈能越小。只有当中子能量大于靶核的阈能时，非弹性碰撞才开始发生。,中子与原子核的非弹性碰撞,能量高的快中子变成能量低的慢中子称为中子慢化或中子减速，机制就是弹性散射和非弹性散射。 对中子进行有效的慢化，通常选用散射截面大而吸收截面小的物质做慢化剂，实际使用中一般选用含氢物质，如水(H2O)、石蜡(H2C2)、聚乙烯等。,（2）中子与物质的相互作用,射线与物质的相互作用,（2）中子与物质的相互作用,③吸收,进行粒子发射的吸收,进行核裂变的吸收,放出带电粒子 核裂变 辐射俘获(n,γ),,中 子 射 线 的 产 生 模 型,（2）中子与物质的相互作用,当发生(n,γ)反应后，新形成的核素是放射性的，经中子照射后使本来不具有放射性的物质具有放射性，这种现象称为“活化”，所产生的放射性称为“感生放射性”。 在中子与物质相互作用的过程中，常伴有很强的γ辐射，所以屏蔽中子不仅要考虑使中子尽快减速，而且要考虑对后续产生的γ射线的屏蔽问题。,第二章 核与辐射安全基础知识,2.1 放射性 2.2 射线与物质的相互作用 2.3 常用辐射量及单位 2.4 剂量限值,照射量,照射量是一个用来表示X或γ射线在空气中产生电离能力大小的辐射量。照射量的单位是C / kg，即库伦/ 千克。 照射量只用于量度X或γ射线在空气介质中产生的照射效应。它不是受照物质吸收的能量。 历史上曾使用“伦琴（R）”作为照射量的单位，在1伦琴X射线照射下，0.001239克空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子. 1C·kg-1=3.877×103R,吸收剂量,受照物质发生的辐射效应，与它们吸收的辐射能量有关。可以用授予某一体积内物质的辐射能量除以该体积内物质的质量，得到一个量用于衡量，这就是吸收剂量。吸收剂量适用于任何类型的辐射和受照物质。 单位：焦耳/千克(J/kg)，专名：戈瑞（Gy） 旧名：拉德(rad, erg/g), 1Gy=100rad,当量剂量,生物效应会受辐射类型与能量、剂量与剂量率大小、照射条件及个体差异等因素的影响，因此相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射对人体造成的生物效应的严重程度或发生几率的大小，辐射防护上采用了当量剂量这一辐射量,当量剂量,WR是与辐射品质相对应的加权因子，称为辐射权重因子,无量纲； DTR为按组织或器官T平均计算的来自辐射R的吸收剂量。 由于WR无量纲，因此当量剂量与吸收剂量的单位都是J/kg。为了同吸收剂量单位的专门名词区别，当量剂量单位有一个专门名称叫希沃特 (Sievert)，简称“希”，符号是“Sv”。,辐射权重因子,有效剂量,随机性效应发生的概率与当量剂量之间的关系还与受照组织或器官有关。人体受到的任何照射几乎总是不止涉及到一个器官或组织。组织权重因子（WT）就是为对当量剂量进行修正而引入的。,ICRP103号报告书推荐的组织权重因数,其余组织：肾上腺、外胸（ET）区、胆囊、心脏、肾、淋巴结、肌肉、口腔粘膜、胰腺、前列腺（男）、小肠、脾、胸腺、子宫／子宫颈（女）,有效剂量,为了表达不同组织或器官受不同剂量照射时所产生的综合危害，需要在当量剂量的基础上再定义一个新的量, 于是在辐射防护中引进了有效剂量这一概念用于随机性效应。,有效剂量,HT是器官或组织T的当量剂量； WT是器官或组织T的组织权重因子，没有量纲，所以有效剂量的单位名称与符号与当量剂量相同，为Sv。 有效剂量是身体各组织或器官受到不同类型辐射照射下，辐射权重因子和组织权重因子的双重加权的吸收剂量之和。,有效剂量,有效剂量反映了在全身均匀受照下各器官或组织对总危害的相对贡献，它反映了不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。有效剂量表示了在非均匀照射下随机效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量。,有效剂量,辐射权重因子同辐射种类和能量有关，但与器官和组织无关；组织权重因子则与器官和组织有关，而与辐射种类和能量无关。要注意区别，不要搞混。 当量剂量和有效剂量是供辐射防护用的，它们只能在远低于确定性效应阈值的吸收剂量下作为估计随机性效应概率的依据。,常用辐射剂量及单位,常用辐射量的SI单位和专用单位及其换算关系表,第二章 核与辐射安全基础知识,2.1 放射性 2.2 射线与物质的相互作用 2.3 常用辐射量及单位 2.4 剂量限值,剂量限值,（1）职业照射,＊五年平均年有效剂量小于20mSv； ＊五年中任何一年的有效剂量不超过50mSv； ＊眼晶体小于150mSv/a； ＊四肢（手、足）或皮肤小于500mSv/a。,剂量限值,（1）职业照射,对于16∽18岁的徒工和使用放射源16∽18岁的学生： ＊年有效剂量不超过6mSv； ＊眼晶体小于50mSv/a； ＊四肢（手、足）或皮肤小于150mSv/a。,剂量限值,（2）公众剂量限值,＊关键人群组（幼儿、少年、成年）小于1mSv/a； ＊五年平均小于1mSv/a，则某一年小于5mSv； ＊眼晶体小于15mSv/a； ＊四肢（手、足）或皮肤小于50mSv/a。,剂量限值,（3）表面污染控制水平,表面污染控制水平,剂量限值,（4）氡浓度标准,职业场所 3700Bq/m3 （老） 控制值 2700Bq/m3 住房（老） 200 Bq/m3 （新） 100 Bq/m3 行动水平　 200∽500Bq/m3,剂量限值,（5）氡子体和钍子体摄入量及照射量限值,铀矿山氡子体α潜能控制值　5.4µJ/m3。,作业,1、一个137Cs源十年前的质量为W=2×10-5g，算一下现在它的活度是多少？(T1/2=30.23a) 2、已知某放射源的放射性活度A和衰变常数λ，计算该放射性物质的原子核数及其质量。 3、计算1克226Ra的放射性活度.(T1/2=1600a),