放射性基礎知識演示文稿1當前1頁，總共83頁。2優(yōu)選放射性基礎知識當前2頁，總共83頁。安東尼·亨利·貝克勒爾安東尼·亨利·貝克勒爾（AntoineHenriBecquerel，1852—1908），法國物理學家。經過研究表明，它是由三種成份組成的：一種是高速運動的氦原子核的粒子束，稱為α射線;另一種是高速運動的粒子（電子）束，稱為β射線;第三種是波長很短的電磁波，稱為γ射線;以上三種射線，由于它們的電離作用貫穿本領，在工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學和科學研究重要的應用。1896年他發(fā)現(xiàn)了自發(fā)放射性。1903年獲一半諾貝爾物理學獎。他發(fā)現(xiàn)鈾鹽能放射出穿透力很強的，并能使照相底片感光的一種不可見的射線。放射性強度單位：Bq.當前3頁，總共83頁。瑪麗?居里瑪麗?居里（MarieSklodowskaCurie，1867-1934年）出生波蘭華沙，法國物理學家、化學家。醫(yī)學-腫瘤治療1898年7月，他們在瀝青鈾礦中發(fā)現(xiàn)兩種元素，先把其中一種元素命名為釙，以紀念居里夫人的祖國波蘭。1898年12月，他們又把另一種元素命名為鐳。原放射強度單位：Ci。1903年因發(fā)現(xiàn)天然放射性做出的杰出貢獻而獲諾貝爾物理學獎。1911年，諾貝爾化學獎。當前4頁，總共83頁。輻射指的是能量以電磁波或粒子的形式向外擴散。非電離輻射：非電離輻射包括低能量的電磁輻射。有紫外線、光線、紅內線、微波及無線電波等。它們的能量不高，只會令物質內的粒子震動，溫度上升。

一、電離輻射當前5頁，總共83頁。電離輻射：能量高、使物質發(fā)生電離作用的輻射電離輻射形式：粒子輻射，如α、β、中子等；波的輻射，如x、γ射線等。電離輻射當前6頁，總共83頁。電離與非電離輻射當前7頁，總共83頁。二、放射性放射性某些元素的原子通過核衰變自發(fā)地放出射線的性質，稱為放射性。一種元素的原子核自發(fā)地放出某種射線而轉變成別種元素的原子核的現(xiàn)象，稱作放射性衰變。能發(fā)生放射性衰變的核素，稱為放射性核素（或稱放射性同位素）。當前8頁，總共83頁。電離輻射的標記1946年由美國加利福尼亞大學伯克利分校的輻射實驗室設計出來，最開始的圖案底部顏色為藍色，輻射標記為洋紅色。采用藍色做背景是因為在使用放射性物質的房間墻壁或工作臺很少是藍色的，在這種場合下藍色比較容易識別；采用洋紅色是它不同于常見顏色，并且當時這種顏色的顏料價格昂貴，其他標志很少會采用這種顏色，不易混淆當前9頁，總共83頁。1948年美國橡樹嶺國家實驗室的BillRay和GeorgeWarlick與伯克利大學的學者們共同設計出新的黃黑兩種顏色的標準電離輻射標志。這個標志中有兩層含義（個人理解）同位素是不穩(wěn)定的同位素是雙刃劍當前10頁，總共83頁。由于核工業(yè)的發(fā)展，普通人接觸到核輻射的可能性逐漸增多，其中大多數(shù)人對上述電離輻射標志不熟悉，為此，國際標準組織（ISO）和國際原子能機構（IAEA）于2007年推出新標志：該標志采用了表示危險的紅色背景，在傳統(tǒng)的三扇葉電離圖案下方畫出五條標識電離輻射的含箭頭波紋線，并在波紋線下方標出骷髏和交叉腿骨圖案，逃離圖案，該方案通俗易懂，正在逐步取代傳統(tǒng)標志。

當前11頁，總共83頁。放射性的種類α射線，也稱α粒子：氦原子核

，帶正電荷，能量一般為4-6MeV，速度接近光速的1/10。穿透能力很小，但是其電離能力很強，在穿過空氣時就可以把空氣電離。β射線:β射線是高速運動的電子流，是負電子組成的；后來又發(fā)現(xiàn)另一種β射線，帶正電，無論是正電子還是負電子的質量都是電子的質量。約為α粒子1/7300。能量是連續(xù)分布的，從最低能到最高能都有。電離比α粒子弱，但也能使空氣電離。當前12頁，總共83頁。γ射線：是一種波長短、能量大的電磁波。它從原子核里面發(fā)出來，不帶電，以光速運動。γ射線能量一般在幾十KeV至幾MeV，穿透力很強。溫度、壓力及電磁場不影響核素的放射性。常用射線除了上述的三種射線外，還有X射線，中子等:X射線:主要來源于原子核外電子從高能級到低能級的躍遷（稱為特征X射線）以及電子的軔致輻射。中子:主要來源于核裂變以及一些特殊的核反應。當前13頁，總共83頁。NS磁鐵鐳源（放在鉛屏蔽罐中）當前14頁，總共83頁。α放射源β放射源γ放射源中子放射源當前15頁，總共83頁。α衰變：

原子核自發(fā)地放射出α粒子而轉變成另外一種原子核的過程，叫做α衰變。經過α衰變以后，子核的質量數(shù)比母核減少4，原子序數(shù)減少2，其衰變式如下：α射線實際上就是帶兩個正電荷的氦-4原子核質量數(shù)A小于140的原子核不具有α放射性,能夠發(fā)生α衰變的與原子核都為重核。

原子核衰變及類型當前16頁，總共83頁。β衰變：原子核自發(fā)地放射出電子或正電子或俘獲一個軌道電子而發(fā)生的轉變統(tǒng)稱為β衰變。原子核的β衰變有三種形式。它們是β-衰變、β+衰變和電子俘獲，其表達式分別為：β-衰變：衰變后原子核的一個質子變成中子β+衰變：

EC：衰變后原子核的一個中子變成質子當前17頁，總共83頁。

γ躍遷：

處于較高激發(fā)態(tài)的原子核要向較低能級躍遷，躍遷過程中釋放出γ射線，因此這種躍遷稱為γ躍遷。

γ躍遷不會導致核素的變化，而只改變原子核的內部狀態(tài)，因此γ躍遷的子核和母核，其電荷數(shù)和質量數(shù)均相同，只是內部能量狀態(tài)不同而已。

當前18頁，總共83頁。γ射線：是一種波長短、能量大的電磁波。它從原子核里面發(fā)出來，不帶電，以光速運動。γ射線能量一般在幾十KeV至幾MeV，穿透力很強。溫度、壓力及電磁場不影響核素的放射性。常用射線除了上述的三種射線外，還有X射線，中子等:X射線:主要來源于原子核外電子從高能級到低能級的躍遷（稱為特征X射線）以及電子的軔致輻射。中子:主要來源于核裂變以及一些特殊的核反應。當前19頁，總共83頁。三、放射性衰變

原子核發(fā)生衰變時，母核由于不斷生成子核，因此隨著時間t的增加，母核數(shù)目將不斷減少。通過大量的測量得出，任何一種放射性核素衰變都遵從下面的指數(shù)衰變規(guī)律：No為起始時刻（t=0）放射性原子核的數(shù)目。N為t時刻放射性原子核的數(shù)目，λ為衰變常數(shù)。當前20頁，總共83頁。

以222Ｒn（常稱氡射氣）的α衰變?yōu)槔?，把一定量的氡射氣單獨存放，在大約4天之后氡射氣的數(shù)量減少一半，經過8天減少到原來的1/4，經過12天減到1/8，一個月后就不到原來的1/100了。當前21頁，總共83頁。與放射性衰變相關的參數(shù)衰變常數(shù)半衰期平均壽命當前22頁，總共83頁。衰變常數(shù)

上式中常數(shù)λ稱之為衰變常數(shù)，是表征原子核發(fā)生衰變或發(fā)生同質異能躍遷幾率的一個常數(shù)，量綱是時間的倒數(shù)（s-1，min-1，d-1，a-1）。顯然，λ的大小決定了放射性核素衰變的快慢，λ越大，衰變越快；λ越小，衰變越慢。當前23頁，總共83頁。半衰期

放射性原子核數(shù)衰減到一半所需的時間。用T1/2表示，量綱：年（a）、天（d）、小時（h）、分（min）和秒（s）。

不同的放射性核素T1/2的差別可能很大，如：238U：T1/2=45×108a，鐳衰變產生的氡-222（室內監(jiān)測項目），T1/2=3.825d。

當前24頁，總共83頁。平均壽命

平均壽命τ是指放射性原子核平均生存的時間。T1/2與λ的關系：T1/2=ln2/λ=0.693/λ，可見T1/2與λ成反比關系，即T1/2愈長，衰變常數(shù)就愈?。籘1/2愈短,λ愈大。如23892U的λ=4.883×10-18s-1,22286Rn(氡)的λ=2.096×10-6S-1。

平均壽命τ與λ、T1/2的關系當前25頁，總共83頁。

從放射性衰變的指數(shù)規(guī)律，可知某一放射性核素，當經過n個T1/2以后，則尚未衰變掉的核數(shù)僅為原來核數(shù)的（1/2）n，從而可以知道該放射性核素的現(xiàn)存量。如出廠活度為100mci鈷-60放射源，其半衰期為5.27年，經過若干年后的現(xiàn)存活度為：3.2年后:65.65mci;5.27年后:50mci;10.6年后:25mci;15.27年后:13.43mci。當前26頁，總共83頁。

射線與物質的相互作用過程，本質上是能量的轉移和吸收的過程。一方面射線能量不斷損耗，另一方面，物質吸收射線的能量，產生電離和激發(fā)。

電離輻射是由直接或間接電離粒子或由兩者混合組成的任何輻射。直接電離粒子是那些具有足夠大的動能，以致通過碰撞就能引起物質電離的帶電粒子，如電子、β射線、質子和α粒子等。間接電離粒子是能夠使物質釋放出直接電離粒子或引起核變化的非帶電粒子，如光子、中子等。四、電離輻射與物質的相互作用當前27頁，總共83頁。帶電粒子在物質中的射程（Range）：

帶電粒子在某種物質中沿著入射方向從進入到最后被物質吸收所經過的最大直線距離，稱為帶電粒子在該物質中的射程。

射程的大小:

與粒子的種類、初始能量以及吸收物質的性質有關。

電離輻射與物質的相互作用當前28頁，總共83頁。α粒子與物質的相互作用

α粒子一般由質量較重的放射性原子核發(fā)射，能量不連續(xù)，通常為4-9MeV。α粒子通過物質時，能量轉移的主要方式是電離和激發(fā)。5Mev的α粒子空氣中射程約3.5cm,鋁金屬中23μm,α粒子外照射不會對人體造成傷害；在體內，由于其能量會全部被組織和器官吸收，內照射的危害要重視。當前29頁，總共83頁。β粒子與物質的相互作用β粒子，在同一物質中的射程要比α粒子長的多。β粒子穿過物質時，有明顯的散射現(xiàn)象，其特點是β粒子的運動方向發(fā)生了改變。當運動方向發(fā)生大的改變時，β粒子的一部分能量會以X射線的形勢輻射出來，這種輻射叫作軔致輻射。軔致輻射的強度與阻止物質的原子序數(shù)Z的平方成正比，還與β射線的能量成正比。當前30頁，總共83頁。α粒子徑跡是一條直線

5.3MeVα粒子在空氣中的射程3.83cm電子徑跡是折線當前31頁，總共83頁。β粒子與物質的相互作用對β射線屏蔽要用原子序數(shù)比較低的物質，如有機玻璃和鋁材料，以減少軔致輻射份額。放射活度及能量較高的β輻射源，屏蔽輕材料在前重元素材料在后，以屏蔽軔致輻射。當前32頁，總共83頁。光電效應

自由電子作用機制光子同(整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為自由電子，光子本身消失了。

γ+AA*+e-

（光電子）原子

A+X射線原子受激原子當前33頁，總共83頁?？灯疹D效應：

與一個軌道電子碰撞，光子部分能量給電子，產生反沖電子，光子帶走其余的能量。當前34頁，總共83頁。電子對效應能量≥1.02MeV的γ射線與原子核作用可能產生一對正-負電子。

M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：γ射線能量Eγ1.02MeV能量轉化成質量M=E/C2當前35頁，總共83頁。正電子湮滅正電子與負電子相遇發(fā)生湮滅，產生兩個0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV

質量轉化為能量轉化效率(100%）

γ

γ當前36頁，總共83頁。光電效應截面：康普頓效應截面：電子對效應截面：當前37頁，總共83頁。γ射線對物質的相互作用較低能量時，在物質中主要產生光電效應；中等能量時，康普頓效應為主；較高能量時，主要發(fā)生電子對效應；對γ射線屏蔽時，一般不考慮次級電子；由于三種效應均正比于原子序數(shù)Z，屏蔽時應選用高原子序數(shù)材料如鉛金屬當前38頁，總共83頁。中子與物質的相互作用

根據(jù)中子能量的高低，可以把中子分為慢中子（能量小于5keV,其中能量小于1eV，平均能量為0.025eV的稱為熱中子），中能中子（其能量范圍為5-100KeV）和快中子（0.1-500MeV）。中子與物質的原子核相互作用過程基本上分為兩類：散射和吸收；慢中子與原子核相互作用的主要形式是吸收；中能中子和快中子與物質作用的主要形式是彈性散射；能量＞10MeV快中子，以非彈性散射為主當前39頁，總共83頁。中子與物質的相互作用

中子防護：

由于中子與輕物質發(fā)生彈性散射時，能量損失遠遠多于比與重物質作用時的能量損失，屏蔽時多用含氫多的材料，如水和石蠟等。當前40頁，總共83頁。當前41頁，總共83頁。不同輻射源的防護材料輻射源材料β源鉛眼鏡、鉛玻璃、塑料板、鋁板等γ源鉛、生鐵、混凝土、鋼板、鎢合金等高密度材料快中子混凝土、水、金屬氫化物、石蠟、沙、磚等含氫物質慢中子具有最大俘獲慢中子截面的元素例如鎘、硼等構成當前42頁，總共83頁。不同射線的穿透能力α粒子：氦原子核(2顆質子及2顆中子)，帶正電荷，由於α粒子質量較大，穿透能力很弱。β粒子：高速電子，穿透能力比α粒子強。X射線及γ射線：能穿透人體。中子：不帶電荷的粒子，穿透能力最強當前43頁，總共83頁。不同射線的能力比較當前44頁，總共83頁?；疃榷x：原子核單位時間內發(fā)生的核衰變數(shù)，A=N/t。單位:Bq，量綱：1s-1曾用名：居里（Ci）

1居里(Ci)=3.7x1010Bq.物理意義：描述物質的放射性強弱，活度越大，表示物質的放射性越強。活度大小等于衰變常數(shù)與放射性原子核數(shù)目t=0秒t=1秒1000個500個A=(1000-500)/1秒=500Bq5kg實際應用的放射源活度范圍：幾十mCi~百萬Ci.實驗室標準源：1000~10000Bq.五、電離輻射相關的量與單位當前45頁，總共83頁。比活度活度能夠用來反映輻射體總的放射性，但不能反映輻射體的放射性濃度。定義：單位質量或體積中的放射性活度，A/m=(N/t)/m。單位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。如：核電站放射性廢水中的Cs-137：5Bq/L.A:1kgB:10kgB的比活度：10Bq/kgA和B的活度均為100BqA的比活度：100Bq/kg當前46頁，總共83頁。放射源純度100%，比活度極大值：放射源的比活度極大值鈷-60比活度極大值：4.18×1013Bq/g,實際只能達到1011-1012Bq/g當前47頁，總共83頁。照射量定義：X、γ射線在單位質量空氣中釋放出的所有正負電子被阻留在空氣中時，形成的總電荷。照射量SI單位：C/kg庫倫/千克；曾用名：倫琴R1R=2.58×10-4C·Kg-1

或1C·Kg-1=3.876×102R當前48頁，總共83頁。（Kerma，kineticenergyinmaterial）不帶電間接電離粒子與物質的相互作用的過程可以分為兩個階段：把能量轉移給釋放出的次級帶電粒子；比釋動能次級帶電粒子通過電力和激發(fā)把能量轉移給吸收物質，吸收劑量比釋動能當前49頁，總共83頁。（Kerma，kineticenergyinmaterial）定義：不帶電粒子在特定單位質量物質的體積元內產生的所有帶電的致帶電粒子的初始動能的總和。SI單位：戈瑞，Gy；J·Kg-1比釋動能當前50頁，總共83頁。

對不帶電粒子適用；適用于所有介質；針對“點”的概念比釋動能K的使用條件當前51頁，總共83頁。比釋動能率定義：某一時間間隔內比釋動能的增量除以該時間間隔的商。SI單位：戈瑞/秒，Gy/s當前52頁，總共83頁。劑量這個名詞在醫(yī)學上指的是人食入藥物的物質量，如2mg/天/人。而這里則是受照體所接受（吸收）的輻射能量。物理意義：用于描述射線對受照體的作用效果。輻射體受照體射線

射線

射線輻射能量（受照體的）吸收劑量活度劑量當前53頁，總共83頁。吸收劑量單位質量的物質吸收的輻射能量定義：SI單位：戈瑞，Gy1Gy＝1J/kg；曾用名：拉德，rad1Gy＝100rad（absorbeddose）當前54頁，總共83頁。吸收劑量率在定義劑量時，沒有考慮時間的因素，即相同的劑量可以是1小時的照射，也可以是1天（24小時）的照射。為描述受照體接受輻照能量的快慢，則需引入劑量率。定義：單位時間內單位質量的受照體所接受（吸收）的輻射能量。D/t=E/m/t.單位：(J/kg/h)=戈瑞/小時(Gy/h)?；蛘撸?/p>

nGy/h=10-9Gy/h劑量或者劑量率，都是與具體的受照物質相對應，如人體的吸收劑量率、空氣的吸收劑量率等。當前55頁，總共83頁。

對所有射線適用；適用于所有介質；針對“點”的概念

吸收劑量D的使用條件當前56頁，總共83頁。

5.吸收劑量、比釋動能和照射量的區(qū)別輻射量吸收劑量D比釋動能K照射量X適用范圍適用于任何帶電粒子及不帶電粒子和任何物質適用于不帶電粒子如X、γ光子、中子等和任何物質僅適用于X或γ射線，并僅限于空氣介質劑量學含義表征輻射在所關心的體積V內沉積的能量，這些能量可來自V內或V外表征不帶電粒子在所關心的體積V內交給帶電粒子的能量，不必注意這些能量在何處，以何種方式損失的表征X或γ射線在所關心的空氣體積V內交給次級電子用于電離、激發(fā)的那部分能量當前57頁，總共83頁。當量劑量對于不同的射線，即使劑量相同，對受照物體所產生的效果可能不同，為描述不同射線對受照體的不同作用效果——引入劑量當量。劑量當量=劑量×射線的品質因子。單位：希沃特(Sv).

射線

射線總的劑量可以相同當前58頁，總共83頁。這是一個與個體相關的輻射量；描述人體受輻射照射時的危害程度；與輻射類型、能量以及照射條件有關式中：WR－輻射權重因子；DT,R－器官、組織的平均劑量器官或組織T中的平均吸收劑量DT,R與輻射權重因子WR的乘積(equivalentdose)當量劑量HT,R當前59頁，總共83頁。

I單位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg

曾用名：雷姆，rem1Sv＝100rem

如果輻射場由具有不同WR值的不同類型的輻射所組成時，則當量劑量HT為DT,R是輻射R在器官或組織T內產生的平均吸收劑量；WR為輻射R的輻射權重因子。當前60頁，總共83頁。

輻射權重因子（WR）（ICRP60）輻射類型能量范圍WR光子電子和介子中子質子（反沖質子除外）α粒子，裂變碎片，重核所有能量所有能量＜10keV10-100keV＞100keV-2MeV＞2-20MeV＞20MeV能量＞2MeV1151020105520當前61頁，總共83頁。有效劑量E式中：WT－組織T的權重因子；HT－器官或組織的當量劑量當所考慮的效應是隨機效應時，在全身受到不均勻照射的情況下，人體所有組織或器官的加權后的當量劑量之和。(effectivedose)這也是一個與個體相關的輻射量當前62頁，總共83頁。組織權重因子

（tissueweightingfactor,WT)定義：WT代表組織T接受的照射所導致的隨機效應的危險系數(shù)與全身受到均勻照射時的總危險系數(shù)的比值。

表征組織或器官的輻射敏感性，反應了在全身均勻受照下各該組織或器官對總危害的相對貢獻。全身接受1Sv均勻照射時總危險度

WT＝T器官或組織接受1Sv照射時危險度

當前63頁，總共83頁。組織權重因子（ICRP60）組織或器官組織權重因子WT睪丸紅骨髓結腸肺胃膀胱乳腺肝食道甲狀腺皮膚骨表面其余組織或器官0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05當前64頁，總共83頁。SI單位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg

曾用名：雷姆，rem

1Sv＝100rem

意義：對不同照射情景進行定量比較，但不能對輻射照射所導致的生物效應或輻射危險度進行直接評價

有效劑量表示了在非均勻照射下隨機性效應發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時所對應的全身均勻照射的當量劑量。有效劑量也表示了為身體各器官或組織的雙疊加權的吸收劑量之和：當前65頁，總共83頁。六、電離輻射對人體的作用

電離輻射對人體的作用：對細胞殺傷作用對細胞誘變作用當前66頁，總共83頁。物理過程與能量傳遞（10-16s）電離（初級電離，次級電離）物理、化學作用（10-12s）自由基的生成：H2O2,H02,H-,OH-分子組成及性質的改變作用靶物質：染色體上的DNA生物大分子細胞膜，核膜滲透性改變等輻射損傷過程和機理當前67頁，總共83頁。分子水平細胞死亡細胞變異體細胞生殖細胞體細胞生殖細胞功能障礙不孕腫瘤遺傳效應確定性效應多細胞死亡導致隨機性效應單一細胞變異導致DNA損傷細胞水平臨床癥狀效應當前68頁，總共83頁。DNA水平損傷當前69頁，總共83頁。細胞水平損傷細胞死亡間期死亡增殖死亡增殖死亡間期死亡增殖死亡間期死亡間期死亡功能障礙結構改變增殖死亡當前70頁，總共83頁。細胞水平損傷細胞變異（modification)異常細胞克隆細胞轉化癌癥細胞轉化癌細胞變異當前71頁，總共83頁。輻射生物效應類型軀體效應與遺傳效應發(fā)生在受照者本人身上稱之軀體效應，主要作用于體細胞；生殖細胞受到照射，有可能在后代身上發(fā)生某種輻射生物效應，稱之遺傳效應早期效應與晚期效應受照后數(shù)周之內發(fā)生的效應稱之早期效應；受照在數(shù)月后發(fā)生的效應稱為晚期效應；當前72頁，總共83頁。隨機效應和確定性效應隨機效應：發(fā)生幾率與受照劑量成正比而嚴重程度與劑量無關的輻射效應叫隨機效應。確定性效應：通常情況下存在劑量閾值的一種輻射效應叫確定性效應。接受的劑量超過閾值越多，產生的效應越嚴重。因此只有當受照劑量達到或超過閾值時，確定性效應才會發(fā)生。人們日常所遇到的照射大多與隨機效應有關，但在放射性事故和醫(yī)療照射中，發(fā)生確定性效應的可能性應該引起足夠的重視。當前73頁，總共83頁。確定性效應閾值的估計值組織與效應單次照射閾值（Sv）多次照射的累積劑量的閾值（Sv）睪丸精子減少永久不育0.153.5