放射性基礎(chǔ)知識

山東省環(huán)保學(xué)校與培訓(xùn)中心張文革

2013.1.8濟(jì)南放射性同位素與射線裝置

安全和防護(hù)培訓(xùn)

主要內(nèi)容：放射性基礎(chǔ)知識輻射量和單位放射性同位素與射線裝置應(yīng)用關(guān)于放射性“放射性”因其看不見、摸不著、聽不到且對人的身體有害，人們常稱其為“無形的殺手”。

“放射性”是一柄“雙刃劍”，既有優(yōu)點又有缺點。放射性同位素與射線裝置在國民經(jīng)濟(jì)各個行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用是其它技術(shù)無法替代的，為人類造福。但是，如果對放射源管理和防護(hù)不當(dāng)，會對工作人員身體健康造成危害，甚至造成環(huán)境的放射性污染。放射性是自然界存在的一種自然現(xiàn)象。有些物質(zhì)的原子核不穩(wěn)定，會自發(fā)地發(fā)生某些變化，這些不穩(wěn)定的原子核在發(fā)生變化的同時會發(fā)射各種各樣的射線，這種現(xiàn)象就是人們常說的放射性。第一部分放射性基礎(chǔ)知識原子和原子核的基本性質(zhì)放射性放射性核素的衰變放射性強(qiáng)弱的表示----放射性活度輻射源輻射危害所有的物質(zhì)都是由分子構(gòu)成的分子是由原子構(gòu)成的組成元素的基本單位原子是由原子核和電子構(gòu)成的原子核由質(zhì)子和中子構(gòu)成的，構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。1.原子和原子核的基本性質(zhì)原子的核式結(jié)構(gòu)1911年英國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福指導(dǎo)他的助手做了一個用釷“彈”轟擊金箔1/50000英寸的實驗：大部分α粒子會暢通無阻地穿過金箔，少數(shù)的發(fā)生偏轉(zhuǎn)，極少數(shù)的被彈了回來。原子的核式結(jié)構(gòu)：

原子核位于原子的中心，帶正電荷，幾乎集中了原子的全部質(zhì)量；帶負(fù)電的電子沿一定的軌道繞原子核旋轉(zhuǎn)。原子核所帶的正電荷等于核外的電子數(shù)，整個原子呈電中性。

1897年英國科學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子。原子核的結(jié)構(gòu)模型原子核原子的半徑：R約為10-10m原子核的半徑：約為10-14～10-15m

原子核的體積只相當(dāng)于整個原子體積的萬億分之一。原子的質(zhì)量：1u=12C原子質(zhì)量х1/12=1.6605655х10-27kg

●原子核的密度

2.84×108t/cm3

即在每立方厘米體積中有近3億噸的物質(zhì)

電子：帶有一個單位的負(fù)電荷，

e=-1.6×10-19C

me=9.1×10-31kg(me=5.5×10-4u)質(zhì)子：帶有一個單位的正電荷，

e=+1.6×10-19C

mp=1.6726×10-27kg(mp=1.00727u)中子：是不帶電的中性粒子

mn=1.6749×10-27kg(mn=1.00867u)

元素素及及符符號號表表示示1.元素素：：質(zhì)子子數(shù)數(shù)相相同同的的原原子子稱稱為為一一種種元元素素。。原原子子核核中中質(zhì)質(zhì)子子的的個個數(shù)數(shù)稱稱為為原子序數(shù)，原子包含的的質(zhì)子數(shù)決定定了由此原子子構(gòu)成的物質(zhì)質(zhì)的性質(zhì)，一種元素代表表了一種物質(zhì)質(zhì)。2.符號表示：通常用一個符號來表示一種元元素，如氫元元素用H表示。元素符符號既表示了了元素的名字字，同時又隱隱含地表示了了原子序數(shù)。。到目前為止，，包括人工制制造的不穩(wěn)定定元素，有110多種元素。原子序數(shù)相同同的原子具有有相同的化學(xué)學(xué)性質(zhì)，但原原子核的性質(zhì)質(zhì)由質(zhì)子數(shù)與與中子數(shù)共同同決定的。核素及符號表表示1.核素：是指在其原子子核內(nèi)具有一一定數(shù)目的質(zhì)質(zhì)子和中子以以及特定能態(tài)態(tài)的一種原子子核或原子。。根據(jù)原子核核的穩(wěn)定性，，核素分為穩(wěn)定的核素和不穩(wěn)定的放射射性核素。2.符號表示：X，X－核素代號Z－原子序數(shù)A－質(zhì)量數(shù)A=Z+N(中子數(shù))如：H、He、C等。在實際應(yīng)用中中，有時只標(biāo)標(biāo)記核素的質(zhì)質(zhì)量數(shù)，如14C、C-14、碳-14AZ1142146核素質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)量數(shù)符號氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C3.同核異能素激發(fā)態(tài)原子核核稱為基態(tài)原原子核的同核核異能素，它它們的A和Z均相同只是核核能量狀態(tài)不不同。符號表示：如如99mTc锝稱為99Tc的同核異能素素。99mTc表示該核素的的原子核處于于激發(fā)態(tài)。注意：99Tc和99mTc是兩種獨立的的核素。同位素1.同位素：同位素是原子子序數(shù)Z相同而質(zhì)量數(shù)數(shù)A不相同的各核核素的總稱。。同位是指各核素在在元素周期表表中處于同一一個位置，它它們具有相同同的化學(xué)性質(zhì)質(zhì)，但各原子子核的物理性性質(zhì)不同。2.自然界中許多多元素具有同同位素，如：天然存在在的氫同位素有3種：1H(氕99.985％)、2H(重氫、氘0.015％)、3H(超重氫、氚））核素豐度：在在同位素中各各核素天然含含量的百分比比。天然存在的氧同位素有3種：16O(99.756％)17O(0.039％)、18O(0.205％)。2.1放射性性的發(fā)發(fā)現(xiàn)2.1.1倫琴發(fā)發(fā)現(xiàn)X射線－－1895年倫琴：：德國物物理學(xué)學(xué)家。。1894年任維維爾茨茨堡大大學(xué)校校長，，1900年任慕慕尼黑黑大學(xué)學(xué)物理理學(xué)教教授和和物理理研究究所主主任。。倫琴琴于1901年榮獲獲全世世界首首次頒頒發(fā)的的諾貝貝爾物物理學(xué)學(xué)獎。。1923年2月10日在慕慕尼黑黑逝世世，終終年78歲。2.放射性性X射線的的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)：1895年冬，，倫琴琴在德德國維維爾茨茨堡大大學(xué)的的實驗驗室里里做陰陰極射射線管管輝光光實驗驗。倫倫琴用用高壓壓電場場轟擊擊陰極極射線線管內(nèi)內(nèi)的兩兩個金金屬電電極，，把電電子從從金屬屬原子子中打打出來來，此此即““陰極極射線線”。。11月8日晚，，為了了更好好地觀觀察管管子的的發(fā)光光現(xiàn)象象，他他用黑黑色硬硬紙板板將管管子周周圍嚴(yán)嚴(yán)實地地?fù)踝∽?，不不讓光光線漏漏出來來。當(dāng)當(dāng)他關(guān)關(guān)掉室室內(nèi)電電燈時時，突突然發(fā)發(fā)現(xiàn)1米以外外的一一條凳凳子上上的一一塊涂涂有亞亞鉑氰氰化鋇鋇磷光光材料料的紙紙板發(fā)發(fā)出了了綠色色的熒熒光。。只要要管子子通電電就發(fā)發(fā)光，，斷電電熒光光就消消失。。更令他他驚訝訝的是是，將將這張張涂有有磷光光物質(zhì)質(zhì)的紙紙板拿拿到隔隔壁去去，會會有同同樣的的現(xiàn)象象。這這種不不知名名的射射線能能夠穿穿透輕輕物質(zhì)質(zhì)，但但金屬屬和人人的骨骨骼等等重物物質(zhì)則則可以以擋住住它的的去路路。倫琴認(rèn)認(rèn)為，，這不不是陰陰極射射線，，而是是一種種新射射線，，因為為陰極極射線線不可可能有有這樣樣強(qiáng)的的穿透透本領(lǐng)領(lǐng)。倫琴夫人人的手骸骸骨X射線照片片經(jīng)過反復(fù)復(fù)的研究究，在對對自己的的發(fā)現(xiàn)確確信無疑疑后，倫倫琴于1895年12月28日向維爾爾茨堡醫(yī)醫(yī)學(xué)協(xié)會會提交了了《一種新的的射線：：初步報報告》的論文，，闡明了了產(chǎn)生這這種射線線的方法法和它的的穿透性性質(zhì)，并并正式命命名它為為“X射線”。由于X射線的發(fā)發(fā)現(xiàn)，使使倫琴成成為世界界上第一一位榮獲獲諾貝爾爾物理獎獎的人。。倫琴把把金錢看看得很淡淡薄，他他拒絕了了有關(guān)專專利權(quán)，，他把得得到的獎獎金也捐捐贈給維維爾茨堡堡大學(xué)。。X射線的本本質(zhì)X射線又叫倫琴琴射線，，是一種種波長比比紫外線線還短的的電磁波波，類似似于光的的輻射。。倫琴用用高壓電電場轟擊擊陰極射射線管內(nèi)內(nèi)的兩個個金屬電電極，當(dāng)當(dāng)接通陰陰極燈絲絲電源后后，燈絲絲加熱，，發(fā)射熱熱電子。。在陽極極和陰極極間的電電場加速速下，高速電子子流轟擊擊陽極靶靶物質(zhì)產(chǎn)產(chǎn)生X射線。電磁波譜譜X射線的產(chǎn)產(chǎn)生過程程：一種是高速電電子在靶靶物質(zhì)的的原子核核附近經(jīng)經(jīng)過時，，受靶核核的強(qiáng)庫庫侖場作作用突然然受阻，，而損失失部分或或全部的的能量，，轉(zhuǎn)換成成具有連續(xù)能譜譜的X射線。一種是高速電電子轟擊擊靶物質(zhì)質(zhì)時，靶靶原子內(nèi)內(nèi)殼層電電子被激激發(fā)和電電離，當(dāng)當(dāng)外殼層層電子進(jìn)進(jìn)入內(nèi)層層軌道填填補(bǔ)空位位，放出出具有確確定能量量的特定X射線。倫琴的實實驗室X射線裝置置2.1.2貝克勒爾爾發(fā)現(xiàn)放放射性－－1896年亨利·貝克勒爾爾：法國物理學(xué)家家。他一一直從事事鈾鹽的的研究，，1880年，他制制備出一一種導(dǎo)致致發(fā)現(xiàn)放放射性的的鈾和鉀鉀的復(fù)合合硫酸鹽鹽－硫酸酸鈾酰鉀鉀。同居居里夫婦婦一起榮榮獲了1903年度度諾諾貝貝爾爾物物理理獎獎。。放射射性性的的發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)：：貝克克勒勒爾爾在在聽聽倫倫琴琴發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)X射線線的的報報告告時時，，引引起起了了他他的的聯(lián)聯(lián)想想：：“熒光光物物質(zhì)質(zhì)在在普普通通光光照照下下也也會會發(fā)發(fā)出出X射線線嗎嗎？？”他用用硫酸酸鈾鈾酰酰鉀鉀這這種種熒熒光光物物質(zhì)質(zhì)做做了了實實驗驗：：讓讓陽陽光光曝曝曬曬硫硫酸酸鈾鈾酰酰鉀鉀,在鈾鈾鹽鹽晶晶體體下下放放一一張張用用黑黑紙紙包包好好的的照照相相底底片片，，并并剪剪了了一一塊塊帶帶花花樣樣的的金金屬屬片片放在在底底片片上上，，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)底底片片上上留留下下了了黑黑白白分分明明的的金金屬屬片片圖圖案案。。他他繼繼續(xù)續(xù)重重復(fù)復(fù)做做實實驗驗，，這這時時遇遇上上了了陰陰天天，，他他將將準(zhǔn)準(zhǔn)備備好好的的樣樣品品放放進(jìn)進(jìn)抽抽屜屜里里，，想想等等晴晴天天后后立立即即用用陽陽光光曝曝曬曬，，可可是是天天氣氣連連陰陰了了好好幾幾天天。。使使他他感感到到意意外外的的是是，，沖沖洗洗出出來來的的底底片片出出現(xiàn)現(xiàn)了了清清晰晰的的花花紋紋。。他他又又做做了了實實驗驗，，把把樣樣品品放放入入不不透透光光的的黑黑箱箱里里長長達(dá)達(dá)15天，出出現(xiàn)了了同樣樣的結(jié)結(jié)果。。經(jīng)過反反復(fù)實實驗，，貝克克勒爾爾得出出一個個嶄新新的結(jié)結(jié)論：：鈾能放出出一種種新的的射線線，這這種射射線后后來被被稱為為鈾射線或或貝克克勒爾爾射線線。這就是是具有有重要要意義義的放放射性性的發(fā)發(fā)現(xiàn)。。2.1.3居里夫夫婦發(fā)發(fā)現(xiàn)新新的放放射性性元素素1897～1906年，居居里夫夫人與與其丈丈夫、、法國國物理理學(xué)家家皮埃埃爾·居里對對放射射現(xiàn)象象進(jìn)行行了長長達(dá)10年的開開拓性性研究究。他他們確確定：：除了了鈾可以發(fā)發(fā)出看看不見見的射射線外外，釷也可以以發(fā)出出看不不見的的射線線。1898年，居里夫夫婦發(fā)發(fā)現(xiàn)了了一種種新的的具有有放射射性的的元素素，它它的放放射性性比鈾鈾強(qiáng)400倍，為為了紀(jì)紀(jì)念居居里夫夫人當(dāng)當(dāng)時被被俄國國侵占占的祖祖國波波蘭，，她把把這種種新的的元素素命名名為““釙”。居里夫夫人在在對瀝青鈾鈾礦進(jìn)行檢檢測時時，發(fā)發(fā)現(xiàn)其其放射射強(qiáng)度度確實實如貝貝克勒勒爾所所說，，比鈾鈾強(qiáng)許許多倍倍。居居里夫夫婦在在巴黎黎市立立理化化學(xué)校校找到到一個個不避避風(fēng)雨雨的廢廢棄廠廠棚，，用奧奧地利利政府府免費費贈送送的棕棕色瀝瀝青鈾鈾礦殘殘渣倒倒進(jìn)大大鍋，，加上上化學(xué)學(xué)藥品品和水水煮沸沸，用用鐵棒棒連續(xù)續(xù)地攪攪動幾幾小時時。1898～1902年，居里夫婦經(jīng)過過4年的艱苦努力力，終于從幾幾十噸瀝青鈾鈾礦中提煉出出0.1g新的放射性元元素鐳的氯化化物晶體，發(fā)發(fā)現(xiàn)了鐳。鐳的放射性性強(qiáng)度是鈾的的250萬倍。居里夫夫婦榮獲了1903年度諾貝爾物物理獎。1906年皮埃爾·居里逝世后，，居里夫人繼繼續(xù)進(jìn)行放射射性元素的研研究。1911年，由于釙和和鐳的發(fā)現(xiàn)、、鐳的分離及及其化合物的的研究，又榮榮獲本年度的的諾貝爾化學(xué)學(xué)獎，成為兩兩次獲得諾貝貝爾獎的第一一人。并且是是至今獲得這這種殊榮的唯唯一女性。正是由于居里里夫人的忘我我獻(xiàn)身精神、、嚴(yán)格的科學(xué)學(xué)態(tài)度，和她她的巨大的成成就而受到世世界科學(xué)技術(shù)術(shù)界的廣泛的的崇敬，因而而放射性活度的的單位命名為為居里。1934年，法國核物物理學(xué)家約里里奧-居里夫婦用釙釙的α射線轟擊鋁箔箔，發(fā)現(xiàn)當(dāng)α源移去后，鋁鋁箔有放射性；其強(qiáng)度也隨隨時間按指數(shù)數(shù)規(guī)律下降。這種放射性是是由α粒子打在鋁-27上發(fā)出一個中中子而形成磷磷-30，磷-30不穩(wěn)定，又放射出正正電子而形成成的。實際上上，他們已經(jīng)經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種種新的放射性物物質(zhì)磷-30.首次發(fā)現(xiàn)人工工放射性同位素素Al+HeP+n271342301510PSi+e301401這是世界界上首次次發(fā)現(xiàn)的的人工放射射性現(xiàn)象和首首次合成成的人工放射射性同位位素。約里奧奧-居里夫婦婦因此而而榮獲了了1935年度諾貝貝爾化學(xué)學(xué)獎。至至今，人人們已經(jīng)經(jīng)通過粒粒子轟擊擊原子核核制得了了一千多多種自然然界不存存在的人人工放射射性同位位素。30152.2放射性2.2.1放射性所謂的放射性是指指原子核自自發(fā)地放射射出射線的的現(xiàn)象。這些原子核核處于不穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)，，在其發(fā)生生核轉(zhuǎn)變的的過程中，，自發(fā)地放放出由粒子或光子組成的射線線，并輻射射出原子核核里的過剩剩能量，同同時本身轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變成另一一種核素或或成為原來來核素的較較低能態(tài)，，常見的射射線有α、β、γ射線。其所所放出的粒粒子或光子子，會對周周圍介質(zhì)或或機(jī)體產(chǎn)生生電離作用用，造成放放射性污染染或危害。。2.2.2放射性核素素原子核的穩(wěn)穩(wěn)定性核內(nèi)質(zhì)子數(shù)數(shù)和中子數(shù)數(shù)之間的比比例（1）輕元素Z<20：不穩(wěn)定核核素中部元素20<Z<83：穩(wěn)定核素素多重元素Z>83：不穩(wěn)定核核素（2）偶偶核最最穩(wěn)定，奇奇奇核最不不穩(wěn)定。（3）隨著核內(nèi)內(nèi)質(zhì)子數(shù)和和中子數(shù)的的增加表現(xiàn)現(xiàn)出周周期性變變化。當(dāng)質(zhì)子數(shù)或或中子數(shù)為為2、8、20、28、50、82、126時特別穩(wěn)定定。放射性核素素:是一類不穩(wěn)穩(wěn)定的核素素，能自發(fā)發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闉槠渌幼雍嘶蜃园l(fā)發(fā)地發(fā)生核核能態(tài)變化化，同時放放射出射線線的核素，，稱為放射射性核素。。目前已發(fā)發(fā)現(xiàn)的放射射性核素近近2500種。Z>83分類：分為天然的的和人工的的2種，其中天天然的有60多種，絕大大多數(shù)為人人工放射性性核素?；咎匦裕海?.它們都是不不穩(wěn)定的，，從其原子子核中不斷斷地、自發(fā)發(fā)地放出射射線，而變變成另一種種核素。即即核衰變。放出的射射線有α射線、β射線、γ射線。2.每種放射性性核素核衰衰變的速度度、放出射射線的種類類、能量是是其固有的的核性質(zhì)，，與外界條條件無關(guān)。。3.放射性核素素放出的射射線遇到物物質(zhì)會產(chǎn)生生一定的效效應(yīng)，使這這種物質(zhì)發(fā)發(fā)生變化。。遇到不同同的物質(zhì)產(chǎn)產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)不同。如如：使一些些物質(zhì)的分分子產(chǎn)生電離，產(chǎn)生熒光或使膠片感光，射線遇到植植物、動物物和人時，，會引起生理變化。。2.2.3α、β、γ射線1.α、β、γ射線的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)1898年，在在劍橋橋大學(xué)學(xué)卡文文迪許許實驗驗室工工作的的新西西蘭青青年物物理學(xué)學(xué)家盧盧瑟福福開始始投入入放射射性的的研究究工作作。他他用強(qiáng)強(qiáng)磁場場使鈾鈾射線線偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，發(fā)發(fā)現(xiàn)射射線分分為方方向相相反的的兩股股，這這表明明它至至少包包含有有兩種種不同同的射射線，，一種種非常常容易易被吸吸收，，稱為為α射線；；另一一種具具有較較強(qiáng)的的穿透透力，，稱為為β射線。。貝克勒勒爾1899年發(fā)現(xiàn)現(xiàn)β射線在在磁場場中偏偏轉(zhuǎn)的的方向向與陰陰級射射線相相同。。居里里夫人人證明明它帶帶負(fù)電電。1900年貝克克勒爾爾測定定了它它的荷荷質(zhì)比比，確確認(rèn)β射線就就是電電子流流。1900年法國國人維維拉德德觀察察到，，鐳除除了上上面兩兩種射射線之之外，，還存存在著著第三三種射射線，，它不不受磁磁場的的影響響，與與Ｘ射射線非非常類類似。。盧瑟瑟福并于1914年確定定了它是一一種波波長比比Ｘ射射線更更短的的電磁磁波。為了揭揭示α射線的的本質(zhì)質(zhì)，盧盧瑟福福作了了多年年的努努力。。1902年，他他用強(qiáng)強(qiáng)磁場場使射射線發(fā)發(fā)生的的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，證證明了了α射線是是帶正正電荷荷的粒粒子流流。1906年他測測定了了α粒子的的荷質(zhì)質(zhì)比，，證明明它的的數(shù)量量級與與氫或或氦離離子相相同，，但當(dāng)當(dāng)時的的實驗驗精度度還不不能分分辨出出它帶帶一個個還是是兩個個電荷荷。1907年盧瑟瑟福利利用德德國物物理學(xué)學(xué)家蓋蓋革發(fā)發(fā)明的的計數(shù)數(shù)管和和克魯魯克斯斯創(chuàng)造造的閃閃爍計計數(shù)法法，通通過測測量計計算出出每個個α粒子帶有兩個個單位電荷。。盧瑟福由此此推測出α粒子是帶有兩兩個正電荷的的氦離子。α射線：是由α粒子（即氦原原子核）組成成的粒子流，，出射速度約約為光速的1％～10％，它的電離作用用大，貫穿本領(lǐng)小，它在空氣中中的射程只有有幾個厘米，用普通通一張紙就可可以擋住。β射線：是高速運動的的電子流，出射速度約為為光速的30％～90％，比α粒子速度大；；它的電離作作用較小，貫穿本領(lǐng)較大。它在空氣中的的射程因其能能量的不同而而有較大差異異，一般為幾米；用幾毫米的鋁鋁片屏蔽就可可以擋住β射線。2.α、β、γ射線的性質(zhì)γ射線：是波長很短的的電磁波（光光子），速度度與光速相同同，由于不帶帶電，它的電電離作用小，貫穿本領(lǐng)很很大，能穿透幾十厘厘米厚的鋼板板。它在空氣氣中的射程通通常為幾百米米。需用幾厘厘米厚的鉛或或1米厚的混凝土土做屏蔽層。。X射線：也稱“倫琴射線”。X射線與γ射線的基本作作用或效應(yīng)無無本質(zhì)的區(qū)別別，但二者產(chǎn)產(chǎn)生的機(jī)理不不同，X射線由核外內(nèi)層電電子變動發(fā)射射的連續(xù)能量量輻射,γ射線則是由原原子核衰變時時的能量發(fā)射射產(chǎn)生，由核核內(nèi)發(fā)射。中子的特性：：是一種不帶電電的粒子，自自由中子是不不穩(wěn)定的，能能自發(fā)地衰變變?yōu)橘|(zhì)子，半半衰期為10.6min。中子的能量量分布范圍很很寬，工作中中常常對中子子的能量進(jìn)行行分組：慢中子：En<1keV中能中子：En1---100keV快中子：En0.1---100MeV熱中子：它的的能量相當(dāng)于于周圍介質(zhì)的的熱運動能量量。其能量En=0.0253eV，速度2200m/s射線組成質(zhì)量電荷速度2質(zhì)子＋2中子相對較重2＋慢電子相對較輕1－<3×

108m/sn中子中等不帶電不定P質(zhì)子中等1＋不定高能光子無不帶電3×108m/sX高能光子無不帶電3×108m/s常見射線的性性質(zhì)3.1衰變原子核自發(fā)地地放射出射線線轉(zhuǎn)變成另一一種核素的的過程叫做衰變。在衰變中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都是守恒的。。如：母體與子體：：如果某一放射射性核素A通過衰變產(chǎn)生生B，則稱A為B的母母體體,B為A的子子體體。。衰衰變變后后的的子子核核有有的的穩(wěn)穩(wěn)定定，，有有的的不不穩(wěn)穩(wěn)定定而而繼繼續(xù)續(xù)進(jìn)進(jìn)行行衰衰變變。。如如：：3.放射射性性核核素素的的衰衰變變23490Th23491Pa鏷＋e23892U23490Th釷＋42He3.2放射射性性核核素素的的衰衰變變類類型型－－α衰變變、、β衰變變、、γ衰變變α衰變變:放射射性性核核素素的的原原子子核核放放射射出出α粒子子而而變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種核核素素的的原原子子核核的的過過程程稱稱為為α衰變變。。22688Ra22286Rn＋42He＋Q22688Ra22286Rn基態(tài)態(tài)激發(fā)發(fā)態(tài)態(tài)94.6%5.4%αγ原子子序序數(shù)數(shù)ＺＺ＞＞82的核核素素β衰變變:放射射性性核核素素的的原原子子核核放放射射出出β粒子子而而變變?yōu)闉榱砹硪灰环N種核核素素的的原原子子核核的的過過程程稱稱為為β衰變。β衰變可以看看成是母核核中有一個個中子轉(zhuǎn)變變?yōu)橘|(zhì)子的的結(jié)果。銀白色金屬屬，質(zhì)軟而而輕，具有有延展性。。密度1.87克/厘米3。熔點28.5℃℃，沸點670℃。在堿金屬中中它是最活活潑的，能能和氧發(fā)生生劇烈反應(yīng)應(yīng)，生成多多種氧化物物的混合物物。在潮濕濕空氣中，，氧化的熱熱量足以使使銫熔化并并點燃。銫銫和水，甚甚至和溫度度低到-116℃℃的冰均可發(fā)發(fā)生猛烈反反應(yīng)。與鹵鹵素也可生生成穩(wěn)定的的鹵化物。。銫和有機(jī)機(jī)物也會發(fā)發(fā)生同其他他堿金屬相相類似的反反應(yīng)，但它它比較活潑潑。氯化銫銫是它的主主要化合物物。銫-137(Cs)60Co的衰變綱圖圖60CoΓ1.17MevΓ1.33Mev60NiΒ0.314Mev(99.95%)Β1.48Mev(0.05%)T1/2=5.27a60Ni**60Ni*鈷是一種銀白色的鐵磁性金屬，是能能增加鐵的的磁化的唯唯一元素。。其比重為為8.9，熔點為1492℃℃。鈷有16種天然和人人造的同位素。其中，鈷鈷－60是廣泛使用用的γ射線源，其半衰期為5.23年。在常溫下，，致密的金屬鈷在空氣和水水中穩(wěn)定，，當(dāng)溫度高高于300℃時，鈷在空空氣中開始始氧化。赤熱的鈷鈷能分解水水而放出氫氫。細(xì)金屬屬鈷粉在空空氣中能自自燃生成氧化鈷。鈷-60（Co）γ衰變:處于激發(fā)態(tài)態(tài)的原子核核（高能態(tài)）向基態(tài)（（低能態(tài)）躍遷時，其其能量以光光子的方式式釋放出來來，發(fā)射出出射線，它是是一種高能能量的電磁磁波，波長長較短。核素的γ衰變往往是是與α衰變、β衰變一起發(fā)發(fā)生的。其他衰變類類型：β＋衰變；電子子俘獲；內(nèi)轉(zhuǎn)換；電子子對內(nèi)轉(zhuǎn)換。。3.3放射性衰變規(guī)規(guī)律3.3.1衰變定律衰變定律：母母體原子核的的數(shù)目隨時間呈指數(shù)規(guī)律減少，是實驗測量量統(tǒng)計規(guī)律。。N=N0e-λt(自然對數(shù)的底底e的值為2.718)其中：λ為一比例常數(shù)數(shù)，稱為衰變變常量。只與原子核本本身性質(zhì)有關(guān)關(guān)，與外界條條件無關(guān),不因物理條件件和化學(xué)結(jié)構(gòu)構(gòu)改變而變化化。母體到子體衰衰變過程相互互獨立。3.3.2衰變常量λ定義：特定能能態(tài)的放射性性核素在dt時間內(nèi)內(nèi)發(fā)生生自發(fā)發(fā)核躍躍遷的的概率除以dt。物理意意義：：表示示在放放射性性核素素衰變變過程程中，，每個原原子核核在單單位時時間內(nèi)內(nèi)發(fā)生生衰變變的概概率。每一種種放射射性核核素都都有其其固定定的衰衰變常常量，，λ值越大大，表表示放放射性性核素素衰變變的快快。3.3.3半衰期期T?定義：：放射性性母體體原子子核數(shù)數(shù)目衰衰減至至原來來數(shù)目目的一一半所所需要要的時時間。。物理意意義：：表示示核衰衰變快快慢的的物理理量。。各種放放射性性核素素都有有一定定的半半衰期期，如如Rn-222變?yōu)镻o的半衰衰期是是3.82d，Ra-226變?yōu)镽n-222的半衰衰期是是1602a，碘-131的半衰衰期是是8天，銫-137是30年，碳碳-14是5730年，钚-239是24000年，鈾鈾-238是4470000000年，鈷-60的半衰衰期是是5.26年，銥-192的半衰衰期是是74.3天，硒-75的半衰衰期是是118天等等等。T?與λ的換算算關(guān)系系：T?=(ln2)/λ=0.693/λλ=0.693／T?4.1放射性性活度度（放放射性性強(qiáng)度度）定義：：一定量量的放放射性性核素素，在在單位位時間間內(nèi)發(fā)發(fā)生衰衰變的的次數(shù)數(shù)。表達(dá)式式：A=dN/dt物理意意義：：表示示放射射性物物質(zhì)的的放射射性的的強(qiáng)弱弱。單位：：國國際單單位：：貝克克Bq非法定定計量量單位位：居居里Ci1Ci=3.7××1010Bq4.放射性性活度度4.2放射性性活度度的單單位由于于歷歷史史的的原原因因，，放放射射性性活活度度曾曾采采用用居居里里（（Ci）為為單單位位。。1950年，，為為了了統(tǒng)統(tǒng)一一起起見見，，國國際際上上共共同同規(guī)規(guī)定定：：一個個放放射射源源每每秒秒鐘鐘有有3.7××1010次核核衰衰變變定定義義為為一一個個居居里里，，即1Ci=3.7××1010/s更小小的的單單位位有有毫毫居居里里（（1mCi=10-3Ci）和和微微居居里里（（1μCi=10-6Ci）。在1975年國際劑量量大會上，，規(guī)定了放放射性活度度的SI單位為貝克克，符號Bq1Bq=1/s4.3放射性活度度的計算放射性活度度隨時間的的延長呈指指數(shù)規(guī)律減減弱.計算公式：：A=A0e-λtA0表示在t=0時的放射性性活度.放射性比活活度a：樣品的放射射性活度除除以該樣品品的總質(zhì)量量（或總體體積）。單位：Bq/kg，Bq/L5.1輻射輻射是指以以波或粒子子的形式向向周圍空間間或物質(zhì)發(fā)發(fā)射并在其其中傳播的的能量（如如聲輻射、、熱輻射、、電磁輻射射、粒子輻輻射等）的的統(tǒng)稱。分分為電離輻射和非電離輻射射。非電離輻射射：輻射能量較較低，照射射到物體上上時，不能能使物體的的分子和原原子發(fā)生電電離（即將原子中中的電子打打掉，變成成帶電的離離子），如無線線電波、紅紅外線、可可見光、紫紫外線等。。電離輻射：：輻射能量較較高，照射射到物體上上時，能使使物體的分分子和原子子發(fā)生電離離,如X射線、γ射線、α射線、β射線、β+射線及中子子射線等。。5.輻射源5.2輻射源輻射源指可以通過過發(fā)射電離離輻射或釋釋放放射性性物質(zhì)而引引起輻射照照射的一切切物質(zhì)或?qū)崒嶓w。例如，鈷-60是發(fā)射β射線和γ射線的輻射射源，醫(yī)用用加速器是是放射治療療實踐中的的輻射源，，核電廠是是核動力發(fā)發(fā)電實踐中中的輻射源源。核技術(shù)利用用領(lǐng)域中的的輻射源：：放射性同位位素（放射射源）及射射線裝置。。5.3放射源的分分類放射源分類類：1.按來源：分為天然然和人工兩兩大類。2.以潛在危害程程度：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類(見217頁)。3.按密封狀況：密封源和和非密封源源。4.按射線種類：α放射源、β放射源、γ放射源、低低能光子源源及中子源源。（1）天然輻射源源天然存在的輻輻射源稱為天天然輻射源。。天然輻射源源主要來自宇宙射線、宇生放射性核核素和原生放放射性核素。。宇宙射線來自太陽和星星際空間，主主要由中子、、質(zhì)子、電子子和各種介子子等高速粒子子組成。具有有較強(qiáng)的貫穿穿能力，對人人體造成外照照射。強(qiáng)度隨隨海拔高度的的增加呈指數(shù)數(shù)增加。宇生放射性核核素宇宙射線與大大氣層中和地地球表面氧、、氮等多種元元素的原子核核相互作用后后產(chǎn)生的放射射性核素。約約20種，其中3H、14C、7Be和22Na的貢獻(xiàn)較大。。原生放射性核核素自有地球以來來就存在于地地殼內(nèi)的放射射性核素。分為兩類：①①有衰變系列列的核素：鈾鈾系、錒鈾系系、釷系。②無衰變系列列的長壽命核核素：40K、87Rb。（2）人工輻射源源人工輻射源是是用人工方法法產(chǎn)生的輻射射源。人工輻輻射源主要有有核設(shè)施、核技技術(shù)應(yīng)用的輻輻射源和核試試驗落下灰等等。核設(shè)施指核動動力廠和其他他反應(yīng)堆（研研究堆、實驗驗堆、臨界裝裝置等）；核核燃料循環(huán)設(shè)設(shè)施（包括核核燃料生產(chǎn)、、加工、儲存存和后處理設(shè)設(shè)施等）；放放射性廢物的的處理和處置置設(shè)施等。核技術(shù)應(yīng)用是是指密封放射源、非密封放射源源和射線裝置在醫(yī)療、工業(yè)業(yè)、農(nóng)業(yè)、地地質(zhì)調(diào)查、科科學(xué)研究和教教學(xué)等領(lǐng)域中中的使用。密封源：是密封在包殼殼里的或緊密密的固結(jié)在覆覆蓋層里并呈呈固體形態(tài)的的放射性物質(zhì)質(zhì)。密封源的的包殼或覆蓋蓋層應(yīng)具有足足夠的強(qiáng)度，，使源在設(shè)計計使用條件和和磨損條件下下，以及在預(yù)預(yù)計的事件條條件下，均能能保持密封性性能，不會有有放射性物質(zhì)質(zhì)泄露出來。。非密封源：也稱開放源或或開放型放射射源。這種放放射源通常沒沒有被容器密密封起來，有有的不用時是是密封的，使使用時就得打打開它的密封封容器，使放放射性物質(zhì)直直接與周圍的的介質(zhì)接觸。。使用這種放射射源的工作場場所稱為非密密封源工作場場所。密封源與非密密封源α放射源主要用于煙霧報警器、靜電消除器和放射性避雷器器等的離子發(fā)生生器。常用的的α放射性核素有有210Po釙、238Pu钚、239Pu、241Am镅、235U、238U等。常用的α放射源，活度度一般較低（（104~3.7×109Bq），而且且α粒子的能能量一般般低于7MeV,在空氣中中的射程程小于6cm，穿不透皮皮膚表面面的角質(zhì)質(zhì)層，故故沒有外外照射危危險。但是絕大大多數(shù)α核素屬于于極毒或或高毒核核素，即即使攝入入體內(nèi)的的量很少少，也會會造成嚴(yán)嚴(yán)重的內(nèi)內(nèi)照射。。因此，，使用α放射源必必須特別別注意保保護(hù)源的的密封性性能，防防止將源源丟失或或被盜。。沒有使使用價值值的廢源源，應(yīng)按按規(guī)定處處理，不不能隨便便拆開或或扔掉。。β放射源：：主要用作作放射性性測厚儀儀、皮膚科敷敷貼器和氣象色色譜儀的的電子捕捕集器等等。常用用的放射射性核素素有58Co、60Co、63Ni、85Kr氪、137Cs、147Pm鉅、204Tl鉈等。β射線的穿穿透能力力比同樣樣能量α粒子約強(qiáng)強(qiáng)100倍，能量量超過70keV的β粒子可穿穿透皮膚膚表層。。常用的的β放射源的的β粒子能量量大于70keV，故應(yīng)考慮慮β外照射的的防護(hù)。。β放射性核核素衰變變時，常常伴隨有有γ輻射或其其他形式式的光子子。β粒子穿過過周圍物物質(zhì)時產(chǎn)產(chǎn)生軔致輻射射（X射線），，其穿透能能力比β粒子強(qiáng)得得多。因因此，在在使用β放射源時時不能忽忽略γ射線的防護(hù)，，即使是是純β發(fā)射體，，也要減減少軔致致輻射（X射線）的影響。。低能光子子源利用發(fā)射射低能γ射線和X射線的放放射性核核素，或或利用β輻射體與與靶物質(zhì)質(zhì)產(chǎn)生的的軔致輻輻射制成成的源統(tǒng)統(tǒng)稱為低低能光子子源。主主要用于于厚度計計、密度度計、X射線熒光光分析儀儀等儀表表。發(fā)射射低能光光子的放放射性核核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm鋦等。低能光子比比較容易屏屏蔽，但要要注意可能能存在的高高能γ射線和軔致致輻射的影影響。γ放射源γ放射源是使使用最多的的放射源，，廣泛應(yīng)用用于工業(yè)、、農(nóng)業(yè)、醫(yī)醫(yī)療和科研研等部門。。為了獲得得高劑量率率的輻射場場，使用強(qiáng)強(qiáng)γ放射源的輻輻照裝置，，裝源活度度多數(shù)在3×1015~2×1016(約105~6×105Ci)范圍內(nèi)，也也有大于3×1016Bq(約106Ci)的輻照室；；活度在108~2×1012(約3mCi~60Ci)的γ放射源主要要用于各種種核儀表(如料位計，，核子秤、、厚度計，，密度計等等)和工業(yè)無損損探傷(γ照相)，或作為γ測量儀表的的刻度源和和檢查源，，或供醫(yī)療療單位進(jìn)行行間質(zhì)治療療和腔內(nèi)治治療用。γ射線的貫穿穿能力很強(qiáng)強(qiáng)，使用γ放射源主要要防止外照照射。中子源中子源在地地質(zhì)勘探、、活化分析析、輻射育育種、濕度度測量和科科學(xué)研究等等領(lǐng)域得到到廣泛應(yīng)用用。常用的的中子源有有鐳-鈹中子源、、镅-鈹中子源、、釙-鈹中子源、、钚-鈹中子源等等。中子的貫穿穿能力很強(qiáng)強(qiáng)，使用中中子源時，，應(yīng)著重外外照射的防防護(hù)。

輻射源及其產(chǎn)生的人均劑量（UNSCEAR2000年報告）2.8合計

0.40.50.31.2

0.40.0050.0020.0002天然輻射源宇宙輻射陸生輻射體內(nèi)源氡及其子體人工輻射源醫(yī)療照射大氣核試驗切爾諾貝利核能劑量，mSv輻射源輻射源或活動每年的平均劑量一次5小時噴氣飛機(jī)飛行30μSv建筑材料40μSv宇宙射線300μSv土壤350μSv體內(nèi)源（K-40)400μSv氡氣1.2mSv一次胸部X射線照相400-1500μGy一次CT25–50mGy腫瘤放射治療50Sv核電站正常運行0.2μSv一些常見放放射源或活活動所造成成的輻射劑劑量5.4射線裝置的的分類射線裝置分分類：1.按射線裝置置類型：X線機(jī)、加速速器、中子子發(fā)生器以以及含放射射源的裝置置。2.以潛在在危危害害程程度度:Ⅰ類、、Ⅱ類、、Ⅲ類（（見見220頁））射線線裝裝置置分分類類X射線線機(jī)機(jī)是指指用用高高速速電電子子轟轟擊擊靶靶物物質(zhì)質(zhì)時時產(chǎn)產(chǎn)生生X射線的裝置置。它具有開機(jī)機(jī)時會產(chǎn)生生X線，關(guān)機(jī)時時則消失的的特點。X射線機(jī)的種種類很多，，如診斷X射線機(jī)、治治療X射線機(jī)、工工業(yè)探傷X射線機(jī)、X射線分析儀儀等。X線機(jī)的核心心部分是X線管。當(dāng)接通陰極極燈絲電源源后，燈絲絲加熱，發(fā)發(fā)射熱電子子。在陽極極和陰極間間的電場加加速下，高高速電子流流轟擊陽極極靶物質(zhì)產(chǎn)產(chǎn)生X射線。X射線機(jī)產(chǎn)生生X射線的過程程有兩種，，一種是高速速電子在靶靶物質(zhì)的原原子核附近近經(jīng)過時，，受靶核的的強(qiáng)庫侖場場作用突然然受阻，而而損失部分分或全部的的能量，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成具有有連續(xù)能譜譜的軔致輻射；另一種是是，高速電電子轟擊靶靶物質(zhì)時，，靶原子內(nèi)內(nèi)殼層電子子被激發(fā)和和電離，當(dāng)當(dāng)退激和外外殼層電子子進(jìn)入內(nèi)層層軌道填補(bǔ)補(bǔ)空位，放放出具有確確定能量的的特定X射線。加速器是利用電磁磁場使帶電電粒子獲得得高能量的的裝置。加加速器的種種類很多，，按加速粒粒子的能量量區(qū)分，可可分為高能加速器器、中能加加速器和低低能加速器器。目前所運行行的加速器器中絕大多多數(shù)都是能能量低于100MeV的低能加速速器。低能加速器器產(chǎn)生的輻輻射有瞬發(fā)輻射和和緩發(fā)輻射射。瞬發(fā)輻射包括初級輻射（加速的帶帶電粒子））和次級輻射（加速粒子子與物質(zhì)相相互作用產(chǎn)產(chǎn)生的X、γ射線和中子子等），只只有在加速速器開機(jī)時時產(chǎn)生，停停機(jī)后即消消失；緩發(fā)輻射是由瞬發(fā)輻輻射與周圍圍物質(zhì)相互互作用產(chǎn)生生的感生放射性性材料放出的β射線和γ射線等，加速器器的結(jié)構(gòu)材料、、冷卻水及及加速廳和和輻射廳內(nèi)內(nèi)的空氣受中子照射射會產(chǎn)生感感生放射性性，在加速器停停機(jī)后仍然然存在，而而且隨著加加速器運行行時間的增增加而積累累。中子發(fā)生器器是利用直流流電壓，能能量在1MeV以下，通過過氘核引起起的核反應(yīng)應(yīng)（d,n）產(chǎn)生快中中子的小型型加速器。。Nickelplated60CopelletsHighspecificactivity60CopelletsStainlesssteelspacerscustomizedtosourcevolumeDoubleencapsulationinlowcarbonstainlesssteelSpecialassemblyprocedureensuresuniformsourcedensityHeliarcwelding密封放射源源Co－60放射源Nickelplated60CopelletsHighspecificactivity60CopelletsStainlesssteelspacerscustomizedtosourcevolumeDoubleencapsulationinlowcarbonstainlesssteelSpecialassemblyprocedureensuresuniformsourcedensityHeliarcwelding鐳針，用于于植入治療療，50mCi的Ra－226鐳：已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量量數(shù)為206～230的同位位素中中，除除鐳223、鐳224、鐳226、鐳228是天然然放射射性同同位素素外，，其余余都是是用人人工方方法合合成的的。鐳鐳存在在于所所有的的鈾礦礦中，，鐳有有劇毒毒，它它能取取代人人體內(nèi)內(nèi)的鈣鈣并在在骨骼骼中濃濃集，，急性性中毒毒時，，會造造成骨骨髓的的損傷傷和造造血組組織的的嚴(yán)重重破壞壞，慢慢性中中毒可可引起起骨瘤瘤和白白血病病。鐳及其其衰變變產(chǎn)物物發(fā)射射γ射線，，能破破壞人人體內(nèi)內(nèi)的惡惡性組組織，，因此此鐳針針可治治癌癥癥。把把鐳鹽鹽和硫硫化鋅鋅熒光光粉混混合后后，可可制成成永久久性發(fā)發(fā)光材材料，，涂在在鐘表表和各各種儀儀表上上，可可在暗暗處發(fā)發(fā)光，，即夜夜光表表。工工業(yè)上上用鐳鐳作為為γ射線源源，用用于探探傷，，對金金屬材材料的的內(nèi)部部裂縫縫和缺缺陷進(jìn)進(jìn)行無無損傷傷檢驗驗。锝－99Technetium99m常用的的放射射性藥藥物非密封封放射射源鉬锝發(fā)發(fā)生器器放射免免疫分分析藥藥盒碘-131膠囊isproducedinareactor;碘－131Iodine131131Iodine:-isusedindiagnosticproceduresinvolvingthethyroidandalsoforthetreatmentofthyroiddisorders.canbeadministeredincapsuleorliquidsolutionform;requiresspecialprecautionstobeimplementedduringadministration.常用的放放射性藥藥物碘：碘的穩(wěn)定性性核素只只有127I，其它同同位素都都為放射射性，常常用123I、124I、125I和131I，化學(xué)形形式為NaI。123I和124I均由加速速器生產(chǎn)產(chǎn),前者半衰衰期13.2小時,發(fā)射159keV的γ射線;后者半衰衰期4.2天,湮沒輻射射后發(fā)射射511KeV的γ射線。125I和131I均由反應(yīng)應(yīng)堆生產(chǎn)產(chǎn),前者半衰衰期60天,發(fā)射27～35keV的γ射線;后者半衰衰期8天,發(fā)射334和606keV的β、364和637keV的