放射源基本原理

放射源基礎(chǔ)知識遼河石油勘探局目錄1、輻射防護(hù)基礎(chǔ)2、放射源和射線裝置在我國的應(yīng)用情況3、國內(nèi)外放射事故概況分析4、放射源分類輻射防護(hù)基礎(chǔ)放射性的發(fā)現(xiàn)及其應(yīng)用

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)物質(zhì)的放射性1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)鐳和釙1899年盧瑟福發(fā)現(xiàn)α和β射線1911年盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核1934年費(fèi)米利用中子制造人工放射性核素1945年美國在廣島和長崎投下原子彈1951年第一次核能發(fā)電在美國實(shí)現(xiàn)1972年X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置（CT）什么是放射性？

放射性是自然界存在的一種自然現(xiàn)象。世界上一切物質(zhì)都是由一種叫“原子”的微小粒子構(gòu)成的，每個原子的中心有一個“原子核”。大多數(shù)物質(zhì)的原子核是穩(wěn)定不變的，但有些物質(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”。

原子核（質(zhì)子＋中子）KLMN核外電子基本概念同位素：原子序數(shù)相同，原子的質(zhì)量數(shù)不同，即原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，在元素周期表內(nèi)占據(jù)同一位置的元素。一個元素的所有同位素，其化學(xué)性質(zhì)幾乎一樣。一種元素往往有幾種到幾十種同位素。釙的同位素最多，從釙－192到釙－218，共有27種。目前已知的118種元素，同位素共達(dá)2000多種?；靖拍?/p>

同位素又可分為穩(wěn)定性同位素和放射性同位素兩種。

穩(wěn)定性同位素：原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)以及核的結(jié)構(gòu)都是穩(wěn)定不變的。自然界中多數(shù)原子核屬于穩(wěn)定性同位素。

放射性同位素：原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)的放出射線而變成另一種核素（即改變了原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)）的同位素，稱為放射性同位素。有些元素的同位素，雖然原子核的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都不會改變，但原子的結(jié)構(gòu)能自發(fā)地發(fā)生改變，如核外電子能級的改變，放出電磁輻射，它們也屬于放射性同位素。基本概念放射性同位素分為：

天然放射性同位素：鐳－226，鈾－235，釷－232等原子序數(shù)大于83的元素

人工放射性同位素：鈷－60，銫－137等自然界中天然存在的放射性物質(zhì)較少，實(shí)際應(yīng)用中的放射性同位素，絕大部分是人工制造的放射性同位素；天然放射性同位素也要經(jīng)過人工提純后才能應(yīng)用。放射性核素表示方法

88Ra226226Ra或Ra－226核素符號原子質(zhì)量原子序數(shù)基本概念

衰變：原子核放出射線而變成另一種核素地現(xiàn)象，稱為衰變。在某一核素發(fā)生衰變時，最初的那個原子核叫母體，放出射線后生成的新核素稱為子體。

88Ra226——→86Rn222+2He4

母體子體α射線放射性核素的特點(diǎn)（1）能自發(fā)地放出射線，衰變后生成新的核素。射線的種類一般有：α、β、γ

三種，有時又稱為甲種射線、乙種射線和丙種射線。一種核素衰變時，不一定同時都能放出這三種射線，一般來說，質(zhì)量較輕的放射性同位素只放出β、γ

射線；質(zhì)量較重的放射性同位素，多數(shù)能放出

α射線。γβα-+α射線一般只有當(dāng)原子序數(shù)在83以上的重元素，例如Rn（氡）、Ac（錒）、Th（釷）、Ra（鐳）與U（鈾）等原子核才能釋放出此種射線。實(shí)驗(yàn)證明，α射線的質(zhì)量為氫原子的四倍，并帶有兩個正電荷，核內(nèi)有二個中子和二個質(zhì)子，所以它是氦原子核。

88Ra226——→86Rn222+2He4α射線

由于α射線帶有電荷，在物質(zhì)中的電離本領(lǐng)很強(qiáng)，其能量容易傳遞給物質(zhì)；所以它的穿透力很弱。在空氣中的射程只有幾個厘米，如果遇到固體物質(zhì)或液體物質(zhì)時，則射程更短。數(shù)千分之一厘米厚的鋁片或一張普通的紙，就可以完全擋住α射線。但因它的電離本領(lǐng)強(qiáng)，進(jìn)入生物機(jī)體后，能引起很大的損傷。所以對α射線，主要是防止進(jìn)入體內(nèi)而引起的內(nèi)照射。幾種能量α射線在物質(zhì)中的射程（cm）物質(zhì)0.5MeV2.0MeV5.0MeV10.0MeV空氣0.331.03.510.6鋁0.000180.00060.00190.0055鉛0.000110.00040.00120.0032β射線 當(dāng)原子核內(nèi)某一個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時，伴隨著電子的產(chǎn)生。這個電子就是β射線。例如：83Bi21084Po210+β89Ac22790Th227+ββ射線的電離本領(lǐng)不如α射線大。由于β射線即電子的質(zhì)量小，在與物質(zhì)碰撞的過程中丟失能量的漲落也大，即使單能電子所走過的路程也不同。加之電子所走的路程是彎彎曲曲的。因此，對電子來說，射程只是指它能穿過的物質(zhì)厚度而言。而不是它實(shí)際走過的距離。物質(zhì)距

離(厘米)0.05MeV0.51MeV5.1MeV51MeV

空氣3.9155220015,000水0.00470.152.619

鋁0.00250.0851.167.8鉛

0.0010.0310.351.25β射線在各種物質(zhì)中的射程γ射線 γ射線與X射線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波等一樣，亦是一種電磁輻射，所不同的是它是從原子核消激發(fā)時放出來的射線，能量較高，一般在幾十萬電子伏以上，而可見光的光子能量只有幾個電子伏。所以γ射線是一種高能光子流。γ射線不帶電的光子，它的穿透本領(lǐng)最強(qiáng)，要比β射線大50~100倍，比α射線大10,000倍。γ射線在空氣中的射程可達(dá)幾百米，但它的電離本領(lǐng)卻比α射線、β射線都小。故對γ射線主要是防止體外照射。無線電波紅外線紫外線

γ射線X射線

10110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-11

（波長cm）可見光各種電磁輻射的波長范圍示意圖。光子能量愈大，輻射波長愈短；光子能量愈小，輻射波長愈長。不同射線的穿透能力中子中子是原子核的組成部分，每當(dāng)U或Pu等原子核分裂時，都能釋放出中子來。因此在原子反應(yīng)堆里或原子彈爆炸時，都能產(chǎn)生大量的中子流。中子的質(zhì)量幾乎與質(zhì)子相等，只是它不帶電，因此它的穿透本領(lǐng)與γ射線近似。但中子通常不穩(wěn)定，很快放出一個電子而變?yōu)橘|(zhì)子。質(zhì)子是重帶電粒子，其電離本領(lǐng)很強(qiáng)，故中子射入人體后，在體內(nèi)的損傷作用也是很強(qiáng)的。尤其是中子在輕物質(zhì)（如水）中很快減速，故對人體組織損害更大。放射性核素的特點(diǎn)（2）放射性核素的衰變有一定的規(guī)律

半衰期（T1/2）：一定數(shù)量的某放射性核素的原子數(shù)目，衰減到它初始值的一半所需要的時間，稱為該放射性核素的半衰期。半衰期是放射性核素的一個特征常數(shù)，不隨外界條件和元素的物理、化學(xué)狀態(tài)的不同而改變。不同放射性核素半衰期的長短差別很大，長的可達(dá)幾十億年，如釷－232為140億年；短的只有幾百分之一秒，如釙－212僅為3.0X10-7秒。放射性核素的特點(diǎn)（3）放射性核素原子核數(shù)目的減少服從指數(shù)規(guī)律

N=N0e-λt上式中：N0是t=0時刻的原子核數(shù)，N是t時刻尚未衰變的原子核數(shù)，λ是與該種放射性核素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，稱為衰變常數(shù)。衰變常數(shù)大，衰變的快。將上式取對數(shù)后則有l(wèi)nN=lnN0-λt在半對數(shù)坐標(biāo)上N/No與t是一直線。放射性核素的特點(diǎn)

當(dāng)N＝No/2，即原子核數(shù)目減少到原來的一半時，可求得半衰期T與λ的關(guān)系。

t=T=Ln2/λ=0.693/λ則上面的衰變公式可寫成：

N=N0e-λt=N0e-(0.693/T)

?t

當(dāng)No已知，即可計(jì)算經(jīng)過t時間后的N值，要注意的是，t與T的時間單位要相同。放射性活度定義：放射性核素在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)目，稱為放射性活度（即衰變率），用符號A表示。單位：專用單位，居里（Ci），1居里是指放射性核素每秒鐘發(fā)生3.7X1010次衰變。居里的單位太大，實(shí)際工作中常用毫居（mCi,10-3Ci)，微居（μCi,10-6

Ci)，納居（nCi,10-9)，皮居（pCi,10-12Ci)。放射性活度

放射性活度的國際單位（IS）：

貝可(Becquerel)，符號為Bq1貝可定義為放射性核素每秒鐘發(fā)生1次衰變。即：1Bq＝1秒－1。單位換算：1Ci＝3.7X1010Bq貝可的單位較小，通常用千貝可（kBq，103Bq），兆貝可（MBq，106Bq），吉貝可（GBq，109貝可），太貝可（TBq，1012貝可）等。比放射性

實(shí)際工作中，常用比放射性這一名稱，用C表示，它是指每單位質(zhì)量的固體物質(zhì)或每單位體積的液體中所含的放射性活度。任何1克放射性核素的放射性活度C（居里/克）與該核素的半衰期T（天）、原子量A之間有下列關(guān)系：

C＝1.3X108/(A·T)

因此，放射性活度等于1居里的放射性核素，其質(zhì)量為：

g（克）=1/C=7.7X10-9A·T（天）放射性活度克鐳當(dāng)量：1克鐳放射源，放出的γ射線通過0.5毫米厚的鉑板過慮后，在空氣中距源1厘米處的照射量率等于8.25倫/小時。因此，當(dāng)任何放出γ射線的放射性物質(zhì)，在距它1厘米的地方，照射量率等于8.25倫/小時時，它輻射的γ射線量也就相當(dāng)于1克鐳，稱其放射性活度為1克鐳當(dāng)量。用符號gRa表示。實(shí)際工作中，常用毫克鐳當(dāng)量（mgRa)來計(jì)量，1gRa=1000mgRa

放射性及其度量單位克鐳當(dāng)量這個單位，由于其數(shù)值與測量條件等密切相關(guān)，而在確定條件下的定量數(shù)值又很難得到，所以沒有得到國際公認(rèn)，但在我國由于歷史的原因，有不少地方仍在使用。居里和克鐳當(dāng)量是兩個不同的單位，克鐳當(dāng)量的單位只能用于發(fā)射γ射線的放射性核素（或放射源）。射線與物質(zhì)的相互作用

射線與物質(zhì)相互作用時，要將其能量傳遞給物質(zhì)。帶電粒子的能量轉(zhuǎn)移（損失）方式主要有下列幾種情況：①電離和激發(fā)②散射③軔致輻射帶電粒子激發(fā)電離非帶電粒子與物質(zhì)的相互作用

這里的非帶電粒子（X射線、γ射線和中子）與物質(zhì)相互作用時，主要有下列三種形式：1、光電效應(yīng)；2、康普頓散射；3、電子對產(chǎn)生。入射光子光電子入射光子反沖電子散射光子入射光子正電子負(fù)電子e+e-不同射線屏蔽材料的選擇α射線：由于α射線的射程非常短，即使能量比較高的α射線，一張紙也能將它完全擋住，因此，α射線外照射一般不會對人類造成危害；但進(jìn)入人體組織和器官時，其能量將全部被組織和器官所吸收，所以，要特別重視防止α射線的內(nèi)照射。不同射線的屏蔽材料的選擇β射線：β射線與物質(zhì)相互作用時，一部分能量會以X射線（軔致輻射）的形式輻射出來，所產(chǎn)生的軔致輻射的強(qiáng)度既與物質(zhì)的原子序數(shù)Z的平方成正比，還與β射線的能量成正比。如：能量為1MeV的β射線在鉛（Z＝82）中有3％的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射（X射線），而在鋁（Z＝13）中只有0.4%的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射。X射線的屏蔽要比β射線本身的屏蔽困難得多，所以，對β射線的屏蔽，一般要選用原子序數(shù)較低得物質(zhì)，如有機(jī)玻璃和鋁等，以減少軔致輻射產(chǎn)生的份額；但對活度和能量較高的β源，最好在輕材料屏蔽后面，再添加適當(dāng)厚度的重物質(zhì)屏蔽材料，以屏蔽軔致輻射。不同射線屏蔽材料的選擇X射線和γ射線：他們與物質(zhì)相互作用時，主要的三種形式是光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(chǎn)生，光電效應(yīng)發(fā)生幾率與物質(zhì)的原子序數(shù)Z的4次方成正比，康普頓散射與Z/A成正比，電子對產(chǎn)生與Z的平方成正比，因此，X射線和γ射線的屏蔽，要選擇原子序數(shù)高的重物質(zhì)為好，如鉛和含鉛的玻璃是目前較普遍采用的屏蔽材料。不同射線屏蔽材料的選擇中子：中子與物質(zhì)相互作用的過程較為復(fù)雜，主要有散射和吸收兩種；并且發(fā)生作用的方式與中子的能量有關(guān)。一般將中子分為慢中子（小于5keV，其中能量為0.25eV的稱為熱中子）、中能中子（5～100keV）和快中子（0.1~500MeV）三種。在實(shí)際工作中，多數(shù)遇到的是快中子，快中子與輕物質(zhì)發(fā)生作用時，損失的能量比重物質(zhì)要多的多，如快中子與氫核碰撞時交給反沖質(zhì)子的能量可達(dá)中子能量的一半。因此，含氫多的物質(zhì)，如水和石蠟等，是屏蔽中子的最好材料。輻射劑量學(xué)量及其單位（1）照射量定義：X射線或γ射線在單位質(zhì)量（M）小體積元的空氣中，釋放出來的全部電子（正電子和負(fù)電子）被完全阻止于空氣中時，在空氣中形成某一種符號離子的總電荷絕對值（Q）。用X表示。

X＝Q/M

單位：SI單位：庫侖/千克（符號為C/Kg)

常用單位：倫琴（簡稱倫，符號為R）

1R＝2.58X10-4C/Kg

輻射劑量學(xué)量及其單位（2）照射量率定義：單位時間內(nèi)的照射量。

.X＝X/t

單位：SI單位：安培/千克（A/Kg）常用單位：倫琴/秒（R/s）輻射劑量學(xué)量及其單位（3）吸收劑量

定義：單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)，平均吸收的輻射能量。符號為D。

D=E/M

單位：SI單位：焦耳/千克（J/Kg）專用名：戈瑞（Gray）符號：Gy吸收劑量吸收劑量的專用單位：拉德（rad）表示電離輻射授與1克受照物質(zhì)的平均輻射能量為100爾格（erg）。

1rad=100erg/g=0.01J/Kg單位換算：1Gy＝100rad＝1cGy吸收劑量率

.

定義：單位時間（t）內(nèi)的吸收劑量。符號為D。

.D＝D/t單位：SI單位：戈瑞/秒（Gy/s）專用單位：拉德/秒（rad/s）輻射防護(hù)的量和單位A、當(dāng)量劑量(HT)

HT=ΣWRDTR

式中：DT.R

是某組織或器官中的平均吸收劑量，

WR是某器官或組織的權(quán)重因子。單位：希伏特（Sievert），符號Sv。下表給出了人體各器官和組織的權(quán)重因子。組織權(quán)重因子器官或組織組織權(quán)重因子wT器官或組織組織權(quán)重因子wT性腺0.20肝0.05紅骨髓0.12食道0.05結(jié)腸0.12甲狀腺0.05肺0.12皮膚0.01胃0.12骨表面0.01膀胱0.05其余器官0.05乳腺0.05

輻射防護(hù)的量和單位（2）有效劑量(E)E=ΣWTHT

式中：WT為某種輻射的權(quán)重因子；

HT為某組織或器官的當(dāng)量劑量。單位：希伏特（Sievert），符號Sv。下表給出了某種輻射的權(quán)重因子。表4輻射權(quán)重因子wR

輻射類型能量范圍輻射權(quán)重因子

R

光子，電子，

介子所有能量1

中子

10keV

20MeV5

質(zhì)子

2MeV5

中子

10–100keV2-20MeV10

中子0.1-2MeV20

粒子，裂變碎片，所有能量20電離輻射的生物效應(yīng)（對健康的影響）

電離輻射作用于機(jī)體后，其能量傳遞給機(jī)體的分子、細(xì)胞、組織和器官，造成形態(tài)和功能的改變，稱為電離輻射的生物效應(yīng)。電離輻射的生物效應(yīng)分為：確定性生物效應(yīng)、隨機(jī)性生物效應(yīng)兩種。確定性生物效應(yīng)機(jī)體受射線照射后，若某一組織損失的細(xì)胞足夠大，而且這些細(xì)胞又相當(dāng)重要，就會出現(xiàn)組織或器官功能不同程度的喪失。當(dāng)照射劑量很小時，這種損失發(fā)生的概率為0，若受照劑量高于某一水平（閾值）時，損傷的概率很快增加到1（100％發(fā)生）。在超過閾值后，損傷的嚴(yán)重程度隨受照劑量的增加而越嚴(yán)重。電離輻射這種生物效應(yīng)稱為確定性效應(yīng)。只要超過閾劑量，這種效應(yīng)就一定會發(fā)生。

不同組織輻射損傷的閾值是不同的，主要與該組織的輻射敏感性有關(guān)。

睪丸（高度敏感）：暫時不育0.15Gy絕育3.5～6.0Gy卵巢（高敏感）：不育2.5～6.0Gy骨髓（高敏感）：造血低下0.5Gy造血不能再生>8.0Gy晶體：渾濁0.5～2.0Gy白內(nèi)障5.0Gy隨機(jī)性生物效應(yīng)

受射線照射后，細(xì)胞的結(jié)局有三：①細(xì)胞死亡；②細(xì)胞未受損傷或損傷后修復(fù)正常；③細(xì)胞發(fā)生變異但沒有死亡，有可能形成變異了的子細(xì)胞克隆，當(dāng)機(jī)體免疫監(jiān)控不健全時，經(jīng)過不同的潛伏期后，變異了的子細(xì)胞克隆可能惡變，發(fā)生腫瘤。

這種發(fā)生概率（不是嚴(yán)重程度）隨照射劑量的增加而增大，其嚴(yán)重程度與照射劑量無關(guān)，不存在閾值的輻射生物效應(yīng)稱為隨機(jī)