核與輻射安全

1、核與輻射安全,第二章 核與輻射安全基礎(chǔ)知識,2.1 放射性2.2 射線與物質(zhì)的相互作用2.3 常用輻射量及單位2.4 劑量限值,放射性,(1)射線種類及其性質(zhì),鈾礦物發(fā)出的射線在電場中的偏轉(zhuǎn),射線,(1852～1908),放射性,（2）三種射線的性質(zhì),,,,放射性,（2）三種射線的性質(zhì),穿透能力：,電離能力：,放射性,放射性現(xiàn)象與原子核的衰變密切相關(guān)。 原子核的衰變：在沒有外界影響的情況下，原子核自發(fā)地發(fā)射粒子并發(fā)生

2、改變的現(xiàn)象。,能自發(fā)地發(fā)射各種射線的核素稱為放射性核素，也稱為不穩(wěn)定核素。,放射性現(xiàn)象是由原子核的變化引起的，與核外電子狀態(tài)的改變關(guān)系很小。,原子核自發(fā)地發(fā)射各種射線的現(xiàn)象，稱為放射性。,放射性,（3）放射性核素衰變的種類,?衰變 ?衰變(包括?－衰變、?＋衰變和電子俘獲EC) ?衰變(或?躍遷)(包括內(nèi)轉(zhuǎn)換IC) 重核的自發(fā)裂變等,原子核衰變的表示 衰變綱圖 同位素表,放射性,（4）放射性

3、衰變規(guī)律,A、放射源中的原子核數(shù)目巨大。,B、放射性原子核是全同的。,C、放射性衰變是一個統(tǒng)計過程。,不能預(yù)測某一原子核的衰變時刻，但可以統(tǒng)計得到放射源中總的放射性原子核數(shù)目的減少規(guī)律；具體到每個放射性原子核的衰變來說，就是服從一定規(guī)律進(jìn)行衰變的一個隨機(jī)事件，可以用衰變概率表示。,放射性,（4）放射性衰變規(guī)律—指數(shù)衰減規(guī)律,放射性,（4）放射性衰變規(guī)律—指數(shù)衰減規(guī)律,,實驗表明，任何放射性物質(zhì)在單獨存在時都服從相同的指數(shù)衰減規(guī)律。用加熱

4、、加壓、加電磁場、機(jī)械運動等物理或者化學(xué)手段都不能改變指數(shù)衰減規(guī)律，也不能改變其衰變常數(shù)λ。,放射性,（5）放射性核素的特征量,①衰變常數(shù),分子表示：t 時刻單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的核數(shù)目，稱為衰變率，,t 時刻放射性原子核總數(shù),,,,衰變常數(shù)：一個原子核在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的概率。,放射性,（5）放射性核素的特征量,②半衰期 T1/2,半衰期：放射性核數(shù)衰變一半所需的時間，記為T1/2 。,即：,,,放射性,（6）放射性活度及其單位,①放

5、射性活度 (Activity),活度定義：單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)。以A表示，表征放射源的強(qiáng)弱。,定義：,則：,放射性,（6）放射性活度及其單位,放射源發(fā)出放射性粒子的多少，不僅與核衰變數(shù)有關(guān)，而且和核衰變的具體情況直接相關(guān)。一般情況，核衰變數(shù)不等于發(fā)出粒子數(shù)。,射線強(qiáng)度：單位時間內(nèi)放出某種射線的個數(shù)。,①放射性活度 (Activity),放射性,（6）放射性活度及其單位,②活度單位,常用單位居里(Ci)：,法定計量單位為貝可(Bq

6、)：,較小的單位還有毫居(mCi)和微居(?Ci),所以：,放射性,（6）放射性活度及其單位,③活度單位與其他幾個單位的比較,放射性,（6）放射性活度及其單位,④比活度 (Specific Activity),定義為：單位質(zhì)量放射源的放射性活度。,比活度反映了放射源中放射性物質(zhì)的純度。,即：,單位為：Bq/g 或 Ci/g,衰變規(guī)律的應(yīng)用舉例,一個137Cs源十年前的質(zhì)量為W=2×10-5g，算一下現(xiàn)在它的活度是多少？(T

7、1/2=30.23a),第二章 核與輻射安全基礎(chǔ)知識,2.1 放射性2.2 射線與物質(zhì)的相互作用2.3 常用輻射量及單位2.4 劑量限值,射線與物質(zhì)的相互作用,（1）帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,①電離與激發(fā)作用,β粒子的電離作用,β粒子的激發(fā)作用,射線與物質(zhì)的相互作用,（1）帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,②散射作用,帶電粒子通過物質(zhì)時，由于與原子核庫倫電場的相互作用而改變原來的運動方向，這種現(xiàn)象稱為散射。,射線與物質(zhì)的相互作用

8、,（1）帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,③吸收,帶電粒子通過物質(zhì)時，由于電離作用、激發(fā)作用和散射作用的結(jié)果而損失能量，最后，大部分在物質(zhì)中停留下來，即被物質(zhì)所吸收。,射程：帶電粒子在某物質(zhì)中從進(jìn)入到最后停止下來所穿過的物質(zhì)的厚度。,射線與物質(zhì)的相互作用,（1）帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,④軔致輻射,電子或β射線通過物質(zhì)時，由于高速電子和吸收物質(zhì)的原子核電場相互作用，突然受阻減低速度時，電子的一部分或全部動能轉(zhuǎn)化為X射線發(fā)射出來，這種輻射叫做韌致

9、輻射,通常軔致輻射的強(qiáng)度與物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，還隨電子或β粒子的能量增大而增大。因此，不能用原子序數(shù)大的材料來進(jìn)行β防護(hù)，以減少韌致輻射。,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,X(γ) 射線與物質(zhì)的相互作用的特點：① X(γ)光子不能直接引起物質(zhì)原子電離或激發(fā)，而是首先把能量傳遞給電子粒子；② X(γ) 光子與物質(zhì)的一次相互作用可能損失其能量的全部或很大部分，而帶電粒子則時通過許多次相互作用逐漸損失其能量；③ X(γ)光

10、子入射到物體上時，其強(qiáng)度隨穿透的物質(zhì)厚度近似呈指數(shù)衰減，而帶電粒子有其確定的射程，在射程之外觀察不到帶電粒子。,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,X(γ)射線與物質(zhì)相互作用的主要過程有： ①光電效應(yīng) ②康普頓效應(yīng) ③電子對效應(yīng),射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,①光電效應(yīng),光電效應(yīng),射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,②康普頓效應(yīng),康普頓效應(yīng),康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)不同

11、之處,? 光電效應(yīng)中光子損失全部能量，康普頓效應(yīng)中光子損失部分能量；? 光電效應(yīng)發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上，康普頓效應(yīng)發(fā)生在束縛得最松的外層電子上。,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,③電子對效應(yīng),電子對效應(yīng),發(fā)生條件：光子能量大于或等于 1.02MeV有原子核庫侖場參與,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）光子與物質(zhì)的相互作用,X(γ) 射線與物質(zhì)的相互作用的三種主要形式與X(γ)光子的能量，吸收物質(zhì)原

12、子序數(shù)的關(guān)系各不相同，表現(xiàn)為對不同原子序數(shù)在不同的能量范圍，它們的作用截面占總截面的分額有變化。,三種相互作用示意圖,射線與物質(zhì)的相互作用,（3）中子與物質(zhì)的相互作用,①彈性碰撞,根據(jù)核物理知識，靶核質(zhì)量數(shù)越大，中子與靶核彈性碰撞損失的能量越小。因而，中子與較輕的原子核碰撞時，中子損失的能量較大。,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）中子與物質(zhì)的相互作用,②非彈性碰撞,非彈性碰撞一般具有閾能，閾能的大小跟原子核的質(zhì)量數(shù)有關(guān)，質(zhì)量數(shù)越大，閾能越小

13、。只有當(dāng)中子能量大于靶核的閾能時，非彈性碰撞才開始發(fā)生。,中子與原子核的非彈性碰撞,能量高的快中子變成能量低的慢中子稱為中子慢化或中子減速，機(jī)制就是彈性散射和非彈性散射。對中子進(jìn)行有效的慢化，通常選用散射截面大而吸收截面小的物質(zhì)做慢化劑，實際使用中一般選用含氫物質(zhì)，如水(H2O)、石蠟(H2C2)、聚乙烯等。,（2）中子與物質(zhì)的相互作用,射線與物質(zhì)的相互作用,（2）中子與物質(zhì)的相互作用,③吸收,進(jìn)行粒子發(fā)射的吸收,進(jìn)行核裂變的吸收,放

14、出帶電粒子核裂變輻射俘獲(n,γ),,中子射線的產(chǎn)生模型,（2）中子與物質(zhì)的相互作用,當(dāng)發(fā)生(n,γ)反應(yīng)后，新形成的核素是放射性的，經(jīng)中子照射后使本來不具有放射性的物質(zhì)具有放射性，這種現(xiàn)象稱為“活化”，所產(chǎn)生的放射性稱為“感生放射性”。在中子與物質(zhì)相互作用的過程中，常伴有很強(qiáng)的γ輻射，所以屏蔽中子不僅要考慮使中子盡快減速，而且要考慮對后續(xù)產(chǎn)生的γ射線的屏蔽問題。,第二章 核與輻射安全基礎(chǔ)知識,2.1 放射

15、性2.2 射線與物質(zhì)的相互作用2.3 常用輻射量及單位2.4 劑量限值,照射量,照射量是一個用來表示X或γ射線在空氣中產(chǎn)生電離能力大小的輻射量。照射量的單位是C / kg，即庫倫/ 千克。照射量只用于量度X或γ射線在空氣介質(zhì)中產(chǎn)生的照射效應(yīng)。它不是受照物質(zhì)吸收的能量。歷史上曾使用“倫琴（R）”作為照射量的單位，在1倫琴X射線照射下，0.001239克空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方厘米空氣的質(zhì)量）中釋放出來的次級電子，在空氣中總

16、共產(chǎn)生電量各為1靜電單位的正離子和負(fù)離子.1C·kg-1=3.877×103R,吸收劑量,受照物質(zhì)發(fā)生的輻射效應(yīng)，與它們吸收的輻射能量有關(guān)?？梢杂檬谟枘骋惑w積內(nèi)物質(zhì)的輻射能量除以該體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，得到一個量用于衡量，這就是吸收劑量。吸收劑量適用于任何類型的輻射和受照物質(zhì)。單位：焦耳/千克(J/kg)，專名：戈瑞（Gy） 舊名：拉德(rad, erg/g), 1Gy=100rad,當(dāng)量劑量,生物效應(yīng)會受輻射

17、類型與能量、劑量與劑量率大小、照射條件及個體差異等因素的影響，因此相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同等程度的生物效應(yīng)。為了用同一尺度表示不同類型和能量的輻射對人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生幾率的大小，輻射防護(hù)上采用了當(dāng)量劑量這一輻射量,當(dāng)量劑量,WR是與輻射品質(zhì)相對應(yīng)的加權(quán)因子，稱為輻射權(quán)重因子,無量綱； DTR為按組織或器官T平均計算的來自輻射R的吸收劑量。由于WR無量綱，因此當(dāng)量劑量與吸收劑量的單位都是J/kg。為了同吸收劑量單位的專門

18、名詞區(qū)別，當(dāng)量劑量單位有一個專門名稱叫希沃特(Sievert)，簡稱“?！?，符號是“Sv”。,輻射權(quán)重因子,有效劑量,隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生的概率與當(dāng)量劑量之間的關(guān)系還與受照組織或器官有關(guān)。人體受到的任何照射幾乎總是不止涉及到一個器官或組織。組織權(quán)重因子（WT）就是為對當(dāng)量劑量進(jìn)行修正而引入的。,ICRP103號報告書推薦的組織權(quán)重因數(shù),其余組織：腎上腺、外胸（ET）區(qū)、膽囊、心臟、腎、淋巴結(jié)、肌肉、口腔粘膜、胰腺、前列腺（男）、小腸、脾、胸

19、腺、子宮／子宮頸（女）,有效劑量,為了表達(dá)不同組織或器官受不同劑量照射時所產(chǎn)生的綜合危害，需要在當(dāng)量劑量的基礎(chǔ)上再定義一個新的量, 于是在輻射防護(hù)中引進(jìn)了有效劑量這一概念用于隨機(jī)性效應(yīng)。,有效劑量,HT是器官或組織T的當(dāng)量劑量； WT是器官或組織T的組織權(quán)重因子，沒有量綱，所以有效劑量的單位名稱與符號與當(dāng)量劑量相同，為Sv。有效劑量是身體各組織或器官受到不同類型輻射照射下，輻射權(quán)重因子和組織權(quán)重因子的雙重加權(quán)的吸收劑量之和。,有效劑量

20、,有效劑量反映了在全身均勻受照下各器官或組織對總危害的相對貢獻(xiàn)，它反映了不同器官或組織對發(fā)生輻射隨機(jī)性效應(yīng)的不同敏感性。有效劑量表示了在非均勻照射下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時所對應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。,有效劑量,輻射權(quán)重因子同輻射種類和能量有關(guān)，但與器官和組織無關(guān)；組織權(quán)重因子則與器官和組織有關(guān)，而與輻射種類和能量無關(guān)。要注意區(qū)別，不要搞混。當(dāng)量劑量和有效劑量是供輻射防護(hù)用的，它們只能在遠(yuǎn)低于確定性效應(yīng)閾值的吸收劑量

21、下作為估計隨機(jī)性效應(yīng)概率的依據(jù)。,常用輻射劑量及單位,常用輻射量的SI單位和專用單位及其換算關(guān)系表,第二章 核與輻射安全基礎(chǔ)知識,2.1 放射性2.2 射線與物質(zhì)的相互作用2.3 常用輻射量及單位2.4 劑量限值,劑量限值,（1）職業(yè)照射,＊五年平均年有效劑量小于20mSv；＊五年中任何一年的有效劑量不超過50mSv；＊眼晶體小于150mSv/a；＊四肢（手、足）或皮膚小于500mSv/a。,劑量限值,（1）職業(yè)照

22、射,對于16∽18歲的徒工和使用放射源16∽18歲的學(xué)生： ＊年有效劑量不超過6mSv； ＊眼晶體小于50mSv/a； ＊四肢（手、足）或皮膚小于150mSv/a。,劑量限值,（2）公眾劑量限值,＊關(guān)鍵人群組（幼兒、少年、成年）小于1mSv/a；＊五年平均小于1mSv/a，則某一年小于5mSv；＊眼晶體小于15mSv/a；＊四肢（手、足）或皮膚小于50mSv/a。,劑量限值,（3）表面污染控制水平,表面污染控制水平,劑量限值

23、,（4）氡濃度標(biāo)準(zhǔn),職業(yè)場所 3700Bq/m3 （老） 控制值 2700Bq/m3 住房（老） 200 Bq/m3 （新） 100 Bq/m3 行動水平　 200∽500Bq/m3,劑量限值,（5）氡子體和釷子體攝入量及照射量限值,鈾礦山氡子體α潛能控制值　5.4µJ/m3。,作業(yè),1、一個137Cs源十年前的質(zhì)量為W=2×10-5g，算一下現(xiàn)在