輻射防護(hù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用

1、1輻射防護(hù)基礎(chǔ)及其應(yīng)用 2u輻射防護(hù)的基礎(chǔ)知識輻射防護(hù)的基礎(chǔ)知識u核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用3輻輻 射射手機(jī)、電腦輻射手機(jī)、電腦輻射電磁爐輻射電磁爐輻射紫外線輻射紫外線輻射稀土礦、放射源輻射稀土礦、放射源輻射核輻射核輻射4原子核中子質(zhì)子電子(電子云)+ +原子的直徑約為原子的直徑約為1010-10-10米。米。原子核在中心約原原子核在中心約原子直徑的子直徑的1/100001/10000。原子的質(zhì)量幾乎全原子的質(zhì)量幾乎全集中在原子核上集中在原子核上電子的質(zhì)量僅為質(zhì)電子的質(zhì)量僅為質(zhì)子質(zhì)量的子質(zhì)量的1/18401/1840。一個電子所帶的電一個電子所帶的電荷為荷為1.61.61010-

2、19-19庫庫侖（侖（C C），定義為），定義為單位電荷。單位電荷。 5二、二、有關(guān)原子核的一些術(shù)語有關(guān)原子核的一些術(shù)語 這一術(shù)語在核輻射防護(hù)中經(jīng)常用到，它是指這一術(shù)語在核輻射防護(hù)中經(jīng)常用到，它是指核內(nèi)具有一定數(shù)目的中子和質(zhì)子，并處于同一能核內(nèi)具有一定數(shù)目的中子和質(zhì)子，并處于同一能態(tài)的一類原子。核素用符號態(tài)的一類原子。核素用符號AZX表示，其中表示，其中X代表代表元素符號，元素符號，A為質(zhì)量數(shù)，為質(zhì)量數(shù)，Z為核電荷數(shù)。為核電荷數(shù)。 6 同位素是指原子核內(nèi)具有同位素是指原子核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)相同的質(zhì)子數(shù)和和不同的中子不同的中子數(shù)數(shù)的那些核素。的那些核素。同位同位是指該是指該同位素的各核素在元素

3、周期同位素的各核素在元素周期表中處于表中處于同一個位置同一個位置,它們具它們具有基本有基本相同的化學(xué)性質(zhì)相同的化學(xué)性質(zhì)。 2、同位素：、同位素：7 如：如： 238U、 235U、 234U等均為鈾元素的同位素等均為鈾元素的同位素,而氫而氫的同位素包括了的同位素包括了11H（氕）、（氕）、21H（氘）、（氘）、3 1H（氚）三（氚）三種核素。核素和同位素是兩個不同的術(shù)語，切勿混為種核素。核素和同位素是兩個不同的術(shù)語，切勿混為一談。一談。 8 1896年，法國科學(xué)家亨利貝可勒爾年，法國科學(xué)家亨利貝可勒爾（HBecquerel）發(fā)現(xiàn)用黑紙包的鈾鹽仍可）發(fā)現(xiàn)用黑紙包的鈾鹽仍可以使照相底片感光，實驗結(jié)

4、果說明鈾鹽可以以使照相底片感光，實驗結(jié)果說明鈾鹽可以放射出能透過黑紙的射線，由此發(fā)現(xiàn)了天然放射出能透過黑紙的射線，由此發(fā)現(xiàn)了天然放射性。放射性。第二節(jié)第二節(jié) 原子核與放射性關(guān)系原子核與放射性關(guān)系一、一、 放射性放射性9 在磁場中研究這種射線的性質(zhì)時，證明它在磁場中研究這種射線的性質(zhì)時，證明它是由三種成分組成的。是由三種成分組成的。其中一個成分在磁場其中一個成分在磁場中的偏轉(zhuǎn)方向與帶正電的離子流的偏轉(zhuǎn)方向中的偏轉(zhuǎn)方向與帶正電的離子流的偏轉(zhuǎn)方向相同；另一個成分與帶負(fù)電的離子流的偏轉(zhuǎn)相同；另一個成分與帶負(fù)電的離子流的偏轉(zhuǎn)方向相同；第三個成分則不發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)，方向相同；第三個成分則不發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)，繼續(xù)

5、沿著直線方向前進(jìn)。繼續(xù)沿著直線方向前進(jìn)。這三種射線分別叫這三種射線分別叫做做射線、射線、射線和射線和射線。射線。1011二、二、 原子核衰變類型原子核衰變類型衰變、衰變、衰變、衰變、躍遷躍遷12第三節(jié)第三節(jié) 放射性衰變規(guī)律放射性衰變規(guī)律一、一、 放射性衰變規(guī)律放射性衰變規(guī)律 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，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：放射性核素衰變都遵從下面的指數(shù)衰變規(guī)律： N = N0 * e-t

6、 No為起始時刻（為起始時刻（t=0）放射性原子核的數(shù)目。）放射性原子核的數(shù)目。N為為t時刻放射性原子時刻放射性原子核的數(shù)目。核的數(shù)目。13二、二、 衰變常數(shù)、半衰期衰變常數(shù)、半衰期x1 衰變常數(shù)衰變常數(shù) 稱之為衰變常數(shù)稱之為衰變常數(shù) 的大小決定了放射性核素衰變的快慢的大小決定了放射性核素衰變的快慢 反映原子核本身的特性，不隨外界條件變化反映原子核本身的特性，不隨外界條件變化142半衰期半衰期 表征放射性核素自發(fā)核躍遷的另一參數(shù)是半表征放射性核素自發(fā)核躍遷的另一參數(shù)是半衰期，它衰期，它是指某種特定能態(tài)的放射性核素因發(fā)生是指某種特定能態(tài)的放射性核素因發(fā)生自發(fā)核躍遷而減少到原來原子核數(shù)一半所需的時

7、自發(fā)核躍遷而減少到原來原子核數(shù)一半所需的時間。間。用用T1/2表示，量綱：年（表示，量綱：年（a）、天（）、天（d）、小時）、小時（h）、分（）、分（min）和秒（）和秒（s）。）。 不同的放射性核素不同的放射性核素T1/2的差別可能很大，如：的差別可能很大，如：238U：T1/2=45108a，鐳衰變產(chǎn)生的氡，鐳衰變產(chǎn)生的氡-222（室內(nèi)（室內(nèi)監(jiān)測項目），監(jiān)測項目），T1/2=3.825d。15 如出廠活度為如出廠活度為100mci鈷鈷-60放射源，其半衰期為放射源，其半衰期為5.27年，年，經(jīng)過若干年后的現(xiàn)存活度為：經(jīng)過若干年后的現(xiàn)存活度為： 3.2年后年后:65.65mci; 5.27年

8、后年后:50mci; 10.6年后年后:25mci; 15.27年后年后:13.43mci。16放射性活度放射性活度單位時間內(nèi)某種原子核單位時間內(nèi)某種原子核衰變的次數(shù)衰變的次數(shù)，稱為該，稱為該放射性物質(zhì)的放射性活度，通常用放射性物質(zhì)的放射性活度，通常用A表示。表示。放射性活度的國際單位為貝克（放射性活度的國際單位為貝克（Bq），常用），常用單位為居里（單位為居里（Ci）。）。17 lBq 等于放射性物質(zhì)在等于放射性物質(zhì)在 1 秒鐘內(nèi)有秒鐘內(nèi)有 1 個原子核發(fā)生衰變。其表達(dá)式如下：個原子核發(fā)生衰變。其表達(dá)式如下： l Bq = 1 次衰變次衰變 /秒秒 ，即，即1Bq =1/s國際上規(guī)國際上規(guī)定

9、：一個放射源每秒鐘有定：一個放射源每秒鐘有 3.7 1010 次核衰變，其定義為居里。次核衰變，其定義為居里。即：即：1Ci=3.7 1010/s 顯見顯見 , 1Ci = 3.7 lO10 Bq18第四節(jié)第四節(jié) 輻輻 射射19射線射線射線X射線n中子中微子介子 紫外線 可見光激光紅外線 電磁波（射頻、公頻） 20 電離輻射作用于人體的電離輻射作用于人體的方式：方式： .內(nèi)照射；內(nèi)照射；.外照射；外照射； .內(nèi)外混合照射。內(nèi)外混合照射。21天然本底輻射天然本底輻射 人工輻射人工輻射22天然本底輻射天然本底輻射一般場所：一般場所： 天然本底為天然本底為 2. 4mSv/year, 多為內(nèi)照射多為

10、內(nèi)照射 (222Rn, 60%) 23天然本底輻射的組成天然本底輻射的組成24類型類型劑量水平劑量水平(mSv)看電視每天看電視每天2小時小時0.01 mSv/a夜光表夜光表0.02 mSv/a乘飛機(jī)乘飛機(jī)2000km0.005mSv/h眼鏡（局部）眼鏡（局部）0.010.04mSv/a家用天然氣（局部）家用天然氣（局部）0.060.09mSv/a假牙（局部）假牙（局部）1Sv/a吸煙每天吸煙每天20支（支（“釙彈釙彈”）0.51 mSv/a診斷診斷X射線人均年有效劑量射線人均年有效劑量0.3CT人均單次有效劑量人均單次有效劑量8.6使用火力發(fā)電廠帶來的照射使用火力發(fā)電廠帶來的照射0.005核

11、電站附近人均年有效劑量核電站附近人均年有效劑量0.001-0.02核設(shè)施附近人均年有效劑量核設(shè)施附近人均年有效劑量0.001-0.225外照射防護(hù)的手段：外照射防護(hù)的手段：. 時間防護(hù)；時間防護(hù)；.距離防護(hù)；距離防護(hù)；.屏蔽防護(hù)屏蔽防護(hù)輻射防護(hù)的目的：輻射防護(hù)的目的：防止有害的非隨機(jī)性效應(yīng)，并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)防止有害的非隨機(jī)性效應(yīng)，并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率，使之達(dá)到被認(rèn)為可以接受的水平。生率，使之達(dá)到被認(rèn)為可以接受的水平。26 非隨機(jī)性效應(yīng)非隨機(jī)性效應(yīng)：也稱確定性效應(yīng)。有一個劑量閾值，損傷的嚴(yán)重：也稱確定性效應(yīng)。有一個劑量閾值，損傷的嚴(yán)重程度與劑量大小有關(guān)。例如乏力、脫發(fā)，劑量達(dá)到一定值后就

12、會出現(xiàn)程度與劑量大小有關(guān)。例如乏力、脫發(fā)，劑量達(dá)到一定值后就會出現(xiàn)這種癥狀。這種癥狀。 隨機(jī)性效應(yīng)隨機(jī)性效應(yīng)：又稱非確定性效應(yīng)。發(fā)生幾率與劑量大小成正比，：又稱非確定性效應(yīng)。發(fā)生幾率與劑量大小成正比，但嚴(yán)重程度與劑量大小無關(guān)，沒有閾值。例如癌癥，它的發(fā)病幾率隨但嚴(yán)重程度與劑量大小無關(guān)，沒有閾值。例如癌癥，它的發(fā)病幾率隨劑量增加而增大，但沒有一個劑量閾值，達(dá)到這個值就會發(fā)生癌癥。劑量增加而增大，但沒有一個劑量閾值，達(dá)到這個值就會發(fā)生癌癥。27輻射應(yīng)用和劑量限制制度的三原則輻射應(yīng)用和劑量限制制度的三原則： 輻射實踐的正當(dāng)化；輻射防護(hù)的最優(yōu)化；個人劑量當(dāng)量輻射實踐的正當(dāng)化；輻射防護(hù)的最優(yōu)化；個人劑量

13、當(dāng)量限值。限值。28含密封源儀表的衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)含密封源儀表的衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)GBZ125-2002對人員活動范圍不限制劑量當(dāng)量率對人員活動范圍不限制劑量當(dāng)量率H范圍：范圍：距離源表面距離源表面5cm處：處：H2.5Sv/h 距離源表面100cm處：H0.25Sv/h29輻射標(biāo)志輻射標(biāo)志u當(dāng)當(dāng) 心心 電電 離離 輻輻 射射30復(fù)習(xí)題習(xí)題：1.1.原子是由原子是由原子核原子核和和核外電子核外電子組成。組成。2.2.輻射分為：電離輻射和非電離輻射3.3.電離輻射作用于人體的方式：電離輻射作用于人體的方式： 內(nèi)照射；外照射；內(nèi)外混合照射內(nèi)照射；外照射；內(nèi)外混合照射4.4.屏蔽屏蔽X X射線和射線和315.

14、出廠活度為出廠活度為100mCi100mCi的的6060CoCo經(jīng)過經(jīng)過5.275.27年的衰變后大概還有多大？（年的衰變后大概還有多大？（ 6060CoCo的半衰期是的半衰期是5.275.27年）年） 經(jīng)過一個半衰期后，活度約為經(jīng)過一個半衰期后，活度約為100mCi/2=50mCi100mCi/2=50mCi6.外照射輻射防護(hù)的三個基本方法？外照射輻射防護(hù)的三個基本方法？ 時間防護(hù)，距離防護(hù)，屏蔽防護(hù)時間防護(hù)，距離防護(hù)，屏蔽防護(hù)7.電離輻射有哪幾種類型？電離輻射有哪幾種類型？ 8.一枚一枚放射源放射源標(biāo)牌顯示為標(biāo)牌顯示為3.7 lO8 Bq，換算為居里后約為，換算為居里后約為_ mCi （已

15、知（已知1Ci = 3.7 lO10 Bq）。）。 100 mCi 9.高爐點式放射性料位計采用的高爐點式放射性料位計采用的Co60放射源產(chǎn)生的是以下那種射線類型？放射源產(chǎn)生的是以下那種射線類型？A . 32u輻射防護(hù)的基礎(chǔ)知識輻射防護(hù)的基礎(chǔ)知識u核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用核技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用33u醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)CTCT(MCT) X射線斷層掃描(XCT) 核磁共振CT(NMR-CT) 正電子發(fā)射CT(PET) 同位素單光子發(fā)射CT(SPECT) 康普頓散射CT(CST) 穆斯堡爾效應(yīng)CTu工業(yè)工業(yè)CTCT(ICT) X射線CT 伽瑪射線CT2)2)核成像技術(shù)核成像技術(shù)34相機(jī)35CT/PET36福來爾轎

16、車透視圖上圖：水平透視圖；下圖：垂直透視圖汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描37卡車掃描圖象Image from Newsweek, taken at the border crossing from Guatemala to Mexico38安全檢測安全檢測u物性判別：汽油、炸彈等危險物品u例如， 同是液體的水和汽油的密度分別是1.0 和0. 7， 很容易區(qū)分。航空箱的斷層圖像箱中有箱中有3個塑料瓶子個塑料瓶子, 里面灌滿了汽里面灌滿了汽油油(左瓶左瓶)、水、水(中瓶中瓶) 或是一半汽油或是一半汽油一半水一半水(右瓶右瓶)。從圖中可以清晰看。從圖中可以清晰看到瓶中不同性質(zhì)液體的灰度明顯不到瓶中不同性質(zhì)液體的灰

17、度明顯不同。此外同。此外, 在一盒黃油脂內(nèi)埋藏一在一盒黃油脂內(nèi)埋藏一塊肥皂塊肥皂, 利用斷層圖像也能輕易分利用斷層圖像也能輕易分辨出來。圖中兩個灰度不同的圓分辨出來。圖中兩個灰度不同的圓分別顯示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的別顯示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此圖像充分表明截面。此圖像充分表明CT 檢測系檢測系確實具備了物性判別的功能。確實具備了物性判別的功能。39核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(1)核子密度計核子密度計u用途：用途： 各種料液濃度的在線檢測和控制。也可通過密度而間接測各種料液濃度的在線檢測和控制。也可通過密度而間接測定出料液中某種成分的含量、以及兩種物料的本比等。定出料液中某種成分的含量、以

18、及兩種物料的本比等。 例如：選礦工藝中礦漿和浮選液濃度的在線檢測和控制；例如：選礦工藝中礦漿和浮選液濃度的在線檢測和控制；油田和石油化工過程中油品含水率的測定；選煤廠選煤液密度油田和石油化工過程中油品含水率的測定；選煤廠選煤液密度的檢測和控制；化工廠酸、的檢測和控制；化工廠酸、 堿、鹽的濃度以及各種成分堿、鹽的濃度以及各種成分 配比的在線檢測；造紙廠紙配比的在線檢測；造紙廠紙 漿濃度的測定和控制；江河漿濃度的測定和控制；江河 中水流含沙量的測定。中水流含沙量的測定。40核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(1)核子密度計核子密度計u參數(shù)參數(shù)：u 測量范圍：濃度測量范圍：濃度0 0100100。 u 適應(yīng)管徑：

19、直徑適應(yīng)管徑：直徑5050500500mmmm。 u 精確度等級：精確度等級：0.1%0.1%1%1%。 u 基本誤差：量程的基本誤差：量程的0.1%0.1%1%1%1)1) 長期穩(wěn)定性：長期穩(wěn)定性：0.1%。4142核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(2)核子核子(皮帶皮帶)秤秤43核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(3)料位計及料位開關(guān)料位計及料位開關(guān)u原理：原理：檢測檢測射線穿透料倉或管道中射線穿透料倉或管道中物料后的強(qiáng)度，根據(jù)射線強(qiáng)度的變物料后的強(qiáng)度，根據(jù)射線強(qiáng)度的變化來計算、判斷物料的料面水平，化來計算、判斷物料的料面水平，控制物料的輸送。控制物料的輸送。 放射源安裝在料倉或管道的放射源安裝在料倉或管道的一側(cè)，

20、探測器安裝在另一側(cè)。一側(cè)，探測器安裝在另一側(cè)。 44核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(4)射線測厚儀射線測厚儀射線測厚儀射線測厚儀45核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(5)煤質(zhì)及灰分、水份測量煤質(zhì)及灰分、水份測量v 煤灰份是煤的品質(zhì)的重要指標(biāo)。煤灰份是煤的品質(zhì)的重要指標(biāo)。v 通用的方法是化學(xué)檢驗法，但化學(xué)檢驗法存在著比較大的滯后通用的方法是化學(xué)檢驗法，但化學(xué)檢驗法存在著比較大的滯后性，無法在線檢驗，這樣就給生產(chǎn)或使用造成不可避免的損失。性，無法在線檢驗，這樣就給生產(chǎn)或使用造成不可避免的損失。(1)灰分測量原理灰分測量原理 煤可分為兩部分，一是以碳為代表的煤可分為兩部分，一是以碳為代表的低原子序數(shù)元素；一是以硅為代表的

21、高原低原子序數(shù)元素；一是以硅為代表的高原子序數(shù)元素。子序數(shù)元素。 煤灰主要由煤中高原子序數(shù)元素的氧煤灰主要由煤中高原子序數(shù)元素的氧化物組成化物組成( (硫除外硫除外) )。采用雙能透射法測量。采用雙能透射法測量灰分，即利用兩種可放射不同能量射線的灰分，即利用兩種可放射不同能量射線的放射源來構(gòu)成放射源來構(gòu)成“雙透射通道雙透射通道”，來進(jìn)行測，來進(jìn)行測量。量。 46(2)用途：用途： 用于煤碳輸送過程中，對原煤的灰分、水分、純碳量和發(fā)熱量用于煤碳輸送過程中，對原煤的灰分、水分、純碳量和發(fā)熱量進(jìn)行在線檢測、計量和控制。進(jìn)行在線檢測、計量和控制。(3)技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)： 長期穩(wěn)定性：長期穩(wěn)定性： 0

22、.1 0.1 測量精度。測量精度。 測灰分的精度：測灰分的精度：0.50.5。(4)特點：特點： 采用閃爍譜自動穩(wěn)峰技術(shù)，采用閃爍譜自動穩(wěn)峰技術(shù)， 保證長期譜漂移保證長期譜漂移0.05%。 47便攜式、現(xiàn)場測量便攜式、現(xiàn)場測量48核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(6)水份計水份計49核檢測技術(shù)核檢測技術(shù)(7)其它核檢測技術(shù)其它核檢測技術(shù)u鐵礦石品位儀鐵礦石品位儀(1)(1)原理：原理：采用電子對效應(yīng)和散射光子聯(lián)合測定方法。當(dāng)鐵原子和采用電子對效應(yīng)和散射光子聯(lián)合測定方法。當(dāng)鐵原子和高能高能射線發(fā)生相互作用時，產(chǎn)生電子對的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石中射線發(fā)生相互作用時，產(chǎn)生電子對的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石中的其他元素，對湮沒輻射和散射光子的混合譜進(jìn)行分析，就可得的其他元素，對湮沒輻射和散射光子的混合譜進(jìn)行分析，就可得到鐵的品位值。到鐵的品位值。 (2)(2)用途：用途：用于礦石或礦粉輸送用于礦石或礦粉輸送 過程中鐵品位的在線連續(xù)檢測。過程中鐵品位的在線連續(xù)檢測。 50u鐵礦石品位儀鐵礦石品位儀(3)(3)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù) 測品位精度測品位精度 標(biāo)定精度：標(biāo)定精度：0.20.2。 運(yùn)行精度：運(yùn)行精度：0.50.5。 射線計數(shù)率長期穩(wěn)定性和測量值的重復(fù)性射線計數(shù)率長期穩(wěn)定性和測量值的重復(fù)性0.1%0.1%。 主機(jī)工作環(huán)境：