放射性基础知识剖析.ppt
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1、孔令丰孔令丰广东省环境辐射研究监测中心2007.12.8 2007.12.8 深圳深圳 放放 射射 性性 的的 发发 现现1896189618961896年,年,年,年,BequerelBequerelBequerelBequerel用铀粉用铀粉用铀粉用铀粉作实验,有一次无意的将作实验,有一次无意的将作实验,有一次无意的将作实验,有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片铀粉放在避光包装的胶片铀粉放在避光包装的胶片铀粉放在避光包装的胶片上,第二天他惊讶的发现上,第二天他惊讶的发现上,第二天他惊讶的发现上,第二天他惊讶的发现胶片暴光了。胶片暴光了。胶片暴光了。胶片暴光了。他由此断定,铀可以放出他由此断
2、定,铀可以放出他由此断定,铀可以放出他由此断定,铀可以放出某种射线,使胶片暴光。某种射线,使胶片暴光。某种射线,使胶片暴光。某种射线,使胶片暴光。人们就将物质能够放出某人们就将物质能够放出某人们就将物质能够放出某人们就将物质能够放出某种射线的现象称为放射性。种射线的现象称为放射性。种射线的现象称为放射性。种射线的现象称为放射性。不仅是铀粉具有放射性!不仅是铀粉具有放射性!18981898年年7 7月和月和1212月,居里夫月,居里夫妇先后发现钋和镭也有这种妇先后发现钋和镭也有这种特性。特性。现代科学方法证明,用人工现代科学方法证明,用人工的方法的方法中子活化技术,中子活化技术,也可以将没有放射
3、性的物质也可以将没有放射性的物质产生放射性,产生放射性,如如如如Co-60Co-60Co-60Co-60、Ag-110mAg-110mAg-110mAg-110m、Am-241Am-241Am-241Am-241。实际上,放射性物质无处不在,实际上,放射性物质无处不在,只不过含量高低不同罢了。如环只不过含量高低不同罢了。如环境和食物就含有或多或少的天然境和食物就含有或多或少的天然放射性物质和核试验残留的放射放射性物质和核试验残留的放射性物质(如性物质(如Cs-137Cs-137和和Sr-90)Sr-90)。机器也能产生射线机器也能产生射线1.1.用物理的方法,如用物理的方法,如用物理的方法,如
4、用物理的方法,如X X X X光机能产生的光机能产生的光机能产生的光机能产生的X X X X射线射线射线射线、电子加速电子加速电子加速电子加速器能产生器能产生器能产生器能产生电子束等电子束等电子束等电子束等。回旋加速器能产生重粒子束。回旋加速器能产生重粒子束。回旋加速器能产生重粒子束。回旋加速器能产生重粒子束。2.2.放射性可能由原子核衰变产生,也可以由机器(射放射性可能由原子核衰变产生,也可以由机器(射放射性可能由原子核衰变产生,也可以由机器(射放射性可能由原子核衰变产生,也可以由机器(射线装置)产生。线装置)产生。线装置)产生。线装置)产生。原子核衰变能放出原子核衰变能放出、射线和射线和中
5、子中子经实验研究发现,镭放射经实验研究发现,镭放射经实验研究发现,镭放射经实验研究发现,镭放射源放出的射线在磁场中会源放出的射线在磁场中会源放出的射线在磁场中会源放出的射线在磁场中会分成三束,分别称为分成三束,分别称为分成三束,分别称为分成三束,分别称为 射线射线射线射线、射线和射线和射线和射线和 射线。射线。射线。射线。粒子最重(粒子最重(粒子最重(粒子最重(4 4 4 4个原子质量个原子质量个原子质量个原子质量数),数),数),数),粒子次之,粒子次之,粒子次之,粒子次之,粒子粒子粒子粒子则没有静止质量。则没有静止质量。则没有静止质量。则没有静止质量。有些原子核衰变的时候还有些原子核衰变的
6、时候还有些原子核衰变的时候还有些原子核衰变的时候还会放出中子,如会放出中子,如会放出中子,如会放出中子,如U-235U-235U-235U-235的衰的衰的衰的衰变。变。变。变。NS磁铁镭源(放在铅屏蔽罐中)X X射线射线德国物理学家伦琴于1895年在研究阴极射线的时候,发现了一种奇特的射线,它能量高、穿透力强、能杀死细胞和组织。由于当时知其甚少,所以称为X X射线射线,又叫伦琴射线伦琴射线。X X射线的问世,在医学和工射线的问世,在医学和工业技术领域得到了业技术领域得到了广泛的应用,如透视、成像、探伤等),连续连续X射线的产生射线的产生 连续连续连续连续X X射线是由于高速运动的电子撞击物体
7、(钨靶、银靶、钼靶等),速射线是由于高速运动的电子撞击物体(钨靶、银靶、钼靶等),速射线是由于高速运动的电子撞击物体(钨靶、银靶、钼靶等),速射线是由于高速运动的电子撞击物体(钨靶、银靶、钼靶等),速度猝然而止,其中一部分(度猝然而止,其中一部分(度猝然而止,其中一部分(度猝然而止,其中一部分(10%)90%)(90%)的能量则转换为热能的能量则转换为热能的能量则转换为热能的能量则转换为热能。由于释放出的由于释放出的由于释放出的由于释放出的X X光子的能量分布是连续的(光子的能量分布是连续的(光子的能量分布是连续的(光子的能量分布是连续的(0E0Emax)max),因此称为连续因此称为连续因此
8、称为连续因此称为连续X X光。光。光。光。高压电源高压电源高压电源高压电源低低低低压压压压电电电电源源源源靶靶靶靶X X X X光光光光高压电源高压电源低低压压电电源源靶靶X光机原理光机原理阴极发热阴极发热产生电子产生电子电子猝然停止和外层电子跃电子猝然停止和外层电子跃迁迁,部分能量以连续和特征部分能量以连续和特征X X射线的形式放出射线的形式放出。电子加速电子加速,撞,撞击和击和电离靶中电离靶中的核外电子的核外电子。X射线 射线射线与与X X射线射线本质上一样,都是光子,就像可本质上一样,都是光子,就像可见光,只不过能量大小不同而已,光子能量高、见光,只不过能量大小不同而已,光子能量高、X射
9、线能量低,可见光的能量更低。射线能量低,可见光的能量更低。射线射线与与电子束电子束本质上也一样,只不过其来源本质上也一样,只不过其来源不同,前者来源于核反应,后者则由电子加速不同,前者来源于核反应,后者则由电子加速器产生。器产生。射线射线与与X X射线、射线、射线射线与与电子束电子束的区别的区别、射线的穿透能力射线的穿透能力 射线:射线:1 1张纸片就能阻张纸片就能阻止它的穿透。止它的穿透。射线:射线:几毫米的铜片几毫米的铜片才能阻止它的穿透。才能阻止它的穿透。射线:射线:几十厘米厚的几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅混凝土或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透。板才能阻止它的穿透。掌握射线的这种特性
10、,掌握射线的这种特性,能采取适当的措施进行能采取适当的措施进行有效辐射防护有效辐射防护。射线射线 射线射线 射线射线I:穿透物件后的射线强度穿透物件后的射线强度I0:穿透物件前的射线强度穿透物件前的射线强度:物质对射线的吸收系数(对同一材料为一常数):物质对射线的吸收系数(对同一材料为一常数):物件的比重:物件的比重t:物件的厚度物件的厚度 测厚灵敏度可达测厚灵敏度可达0.010.001mm.X、射线穿透物质的衰减规律射线穿透物质的衰减规律半衰减厚度半衰减厚度半衰减厚度半衰减厚度十分之一衰减十分之一衰减十分之一衰减十分之一衰减厚度厚度厚度厚度射线可以用密度大的材料加以屏蔽,如钢板、混凝土、铅等
11、。下表列出射线可以用密度大的材料加以屏蔽,如钢板、混凝土、铅等。下表列出射线可以用密度大的材料加以屏蔽,如钢板、混凝土、铅等。下表列出射线可以用密度大的材料加以屏蔽,如钢板、混凝土、铅等。下表列出了不同材料对了不同材料对了不同材料对了不同材料对60606060CoCo源、源、源、源、137137137137CsCs源和源和源和源和226226226226RaRa源的半衰减厚度。源的半衰减厚度。源的半衰减厚度。源的半衰减厚度。宇宙射线宇宙射线天文学研究发现,星天文学研究发现,星星之所以会闪闪发光,星之所以会闪闪发光,是由于其内部不断进是由于其内部不断进行着核聚变反应。行着核聚变反应。星体内部的核
12、反应所星体内部的核反应所产生的射线到达地球产生的射线到达地球的过程中,与宇宙间的过程中,与宇宙间的物质相互作用产生的物质相互作用产生次级射线,再辐射到次级射线,再辐射到地球,这些来自宇宙地球,这些来自宇宙间的射线就称为宇宙间的射线就称为宇宙射线。射线。由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱,因此宇宙射线的强弱由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱,因此宇宙射线的强弱随着高度的增加而增加。随着高度的增加而增加。海平面:约海平面:约28nGy/h28nGy/h。拉萨:约拉萨:约120nGy/h120nGy/h。地铁:约地铁:约1nGy/h1nGy/h。高:大低:小宇宙射线的强弱变化地铁地铁-10米米高
13、山高山1000米米海平面海平面0米米100nGy/h28nGy/h1nGy/h宇宙射线随海拔升高而升高宇宙射线随海拔升高而升高重温重温放射性基本知识放射性基本知识1.放射性;放射性;2.射线的种类;射线的种类;3.射线的穿透能力;射线的穿透能力;4.X射线;射线;5.宇宙射线。宇宙射线。活度活度定义:辐射体中某种原子定义:辐射体中某种原子定义:辐射体中某种原子定义:辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰核单位时间内发生的核衰核单位时间内发生的核衰核单位时间内发生的核衰变数,变数,变数,变数,A=A=A=A=N/N/N/N/t t t t。单位单位单位单位:BqBqBqBq(贝可)。贝可)。贝可
14、)。贝可)。老单位:居里(老单位:居里(老单位:居里(老单位:居里(CiCiCiCi)1 1 1 1居里居里居里居里(CiCiCiCi)=3.7x10)=3.7x10)=3.7x10)=3.7x1010101010Bq.Bq.Bq.Bq.物理意义:描述物质的放射性物理意义:描述物质的放射性物理意义:描述物质的放射性物理意义:描述物质的放射性强弱,活度越大,表示物质的强弱,活度越大,表示物质的强弱,活度越大,表示物质的强弱,活度越大,表示物质的放射性越强放射性越强放射性越强放射性越强。t=0 秒秒t=1 秒秒1000个个500个个A=(1000-500)/1秒秒=500Bq5kg实际应用的放射源
15、活度范围:实际应用的放射源活度范围:实际应用的放射源活度范围:实际应用的放射源活度范围:几十几十几十几十mCimCi 百万百万百万百万CiCi.实验室标准源:实验室标准源:实验室标准源:实验室标准源:100010000Bq.100010000Bq.比活度比活度活度能够用来反映辐射体活度能够用来反映辐射体总的放射性,但总的放射性,但不能反映不能反映辐射体的放射性浓度辐射体的放射性浓度。定义:单位质量或体积中定义:单位质量或体积中的放射性活度,的放射性活度,A/m=(A/m=(N/N/t)/mt)/m。单位单位:BqBq/kg/kg、BqBq/L/L、Bq/mBq/m3 3。如:核电站放射性废水中
16、如:核电站放射性废水中的的Cs-137Cs-137:5Bq/L.5Bq/L.A:1kgA:1kgB:10kgB:10kgB B的比活度:的比活度:的比活度:的比活度:10Bq/kg10Bq/kgA A和和和和B B的活度均为的活度均为的活度均为的活度均为100Bq100BqA A的的的的比活度:比活度:比活度:比活度:100Bq/kg100Bq/kg定义:单位质量的受照体所接定义:单位质量的受照体所接定义:单位质量的受照体所接定义:单位质量的受照体所接受(吸收)的辐射能量。受(吸收)的辐射能量。受(吸收)的辐射能量。受(吸收)的辐射能量。D=E/m.D=E/m.单位:单位:单位:单位:(J/k
17、g)=(J/kg)=戈瑞戈瑞戈瑞戈瑞(GyGy)。)。)。)。如如如如:1J/2kg=0.5Gy.:1J/2kg=0.5Gy.剂量这个名词在医学上指的是剂量这个名词在医学上指的是剂量这个名词在医学上指的是剂量这个名词在医学上指的是人食入药物的物质量,如人食入药物的物质量,如人食入药物的物质量,如人食入药物的物质量,如2mg/2mg/天天天天/人。而这里则是受照人。而这里则是受照人。而这里则是受照人。而这里则是受照体所接受(吸收)的辐射能量。体所接受(吸收)的辐射能量。体所接受(吸收)的辐射能量。体所接受(吸收)的辐射能量。物理意义:用于描述射线对受物理意义:用于描述射线对受物理意义:用于描述射
18、线对受物理意义:用于描述射线对受照体的作用效果。照体的作用效果。照体的作用效果。照体的作用效果。辐射体辐射体受照体受照体 射线射线 射线射线 射线射线辐射能量(受照体的)吸收剂量(受照体的)吸收剂量活度活度剂量剂量吸收剂量率吸收剂量率在定义剂量时,没有考虑时间的因素,即相同的剂量可在定义剂量时,没有考虑时间的因素,即相同的剂量可在定义剂量时,没有考虑时间的因素,即相同的剂量可在定义剂量时,没有考虑时间的因素,即相同的剂量可以是以是以是以是1 1小时的照射,也可以是小时的照射,也可以是小时的照射,也可以是小时的照射,也可以是1 1天(天(天(天(2424小时)的照射。为小时)的照射。为小时)的照
19、射。为小时)的照射。为描述受照体接受辐照能量的快慢,则需引入剂量率。描述受照体接受辐照能量的快慢,则需引入剂量率。描述受照体接受辐照能量的快慢,则需引入剂量率。描述受照体接受辐照能量的快慢,则需引入剂量率。定义:定义:定义:定义:单位时间内单位时间内单位时间内单位时间内单位质量的受照体所接受(吸收)的单位质量的受照体所接受(吸收)的单位质量的受照体所接受(吸收)的单位质量的受照体所接受(吸收)的辐射能量。辐射能量。辐射能量。辐射能量。D/t=E/m/t.D/t=E/m/t.单位:单位:单位:单位:(J/kg/h)=(J/kg/h)=戈瑞戈瑞戈瑞戈瑞/小时小时小时小时(Gy/hGy/h)。或者:
20、或者:或者:或者:n n GyGy/h/h=1010-9-9GyGy/h/h剂量或者剂量率,都是与具体的受照物质相对应,如人剂量或者剂量率,都是与具体的受照物质相对应,如人剂量或者剂量率,都是与具体的受照物质相对应,如人剂量或者剂量率,都是与具体的受照物质相对应,如人体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。体的吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。其中:其中:其中:其中:为放射源周围某点空气为放射源周围某点空气为放射源周围某点空气为放射源周围某点空气 吸收剂量率,单位:吸收剂量率,单位:吸收剂量率,单位:吸收剂量率,单位:Gy/sG
21、y/sGy/sGy/s;为放射源周围某点的为放射源周围某点的为放射源周围某点的为放射源周围某点的 射线注量率,单位:光子射线注量率,单位:光子射线注量率,单位:光子射线注量率,单位:光子/m/m/m/m2 2 2 2/s/s/s/s 为为为为 射射射射线线线线在在在在空空空空气气气气中中中中的的的的质质质质量量量量能能能能量量量量吸吸吸吸收收收收系系系系数数数数,单单单单位位位位:m m m m2 2 2 2/kg/kg/kg/kg(例例例例如如如如137137137137CsCsCsCs的的的的662keV662keV662keV662keV的的的的 射线,射线,射线,射线,=2.94=2.
22、94=2.94=2.94 10101010-3-3-3-3 m m m m2 2 2 2/kg/kg/kg/kg););););E E E Er r r r为为为为 射线的能量,单位:射线的能量,单位:射线的能量,单位:射线的能量,单位:J J J J(1MeV=1.61MeV=1.61MeV=1.61MeV=1.6 10101010-13-13-13-13 J J J J)A A A A为放射源单位时间内向为放射源单位时间内向为放射源单位时间内向为放射源单位时间内向4 4 4 4 方向发射的方向发射的方向发射的方向发射的 射线数,单位:粒子射线数,单位:粒子射线数,单位:粒子射线数,单位:粒
23、子/s;/s;/s;/s;r r r r为某点距离点源的距离,单位:为某点距离点源的距离,单位:为某点距离点源的距离,单位:为某点距离点源的距离,单位:m m m m。放射源的活度与周围辐射剂量率的关系放射源的活度与周围辐射剂量率的关系26mCi26mCi放射源(放射源(放射源(放射源(137137137137CsCs)周围的空气吸收剂量率随距离的变化周围的空气吸收剂量率随距离的变化周围的空气吸收剂量率随距离的变化周围的空气吸收剂量率随距离的变化 从图可见,放射源周围的辐射强度会岁距离的增加而迅速衰减。根据辐从图可见,放射源周围的辐射强度会岁距离的增加而迅速衰减。根据辐从图可见,放射源周围的辐
24、射强度会岁距离的增加而迅速衰减。根据辐从图可见,放射源周围的辐射强度会岁距离的增加而迅速衰减。根据辐射防护与放射源安全标准射防护与放射源安全标准射防护与放射源安全标准射防护与放射源安全标准(GB2003-1882GB2003-1882GB2003-1882GB2003-1882),公众年照射剂量限值为公众年照射剂量限值为公众年照射剂量限值为公众年照射剂量限值为1mSv1mSv1mSv1mSv,如果如果如果如果26mCi26mCi26mCi26mCi的放射源完全裸露,一个人站在距离放射源的放射源完全裸露,一个人站在距离放射源的放射源完全裸露,一个人站在距离放射源的放射源完全裸露,一个人站在距离放
25、射源1 1 1 1米处也需停留米处也需停留米处也需停留米处也需停留16161616小时小时小时小时以上,可见这类放射源的危险性较小。以上,可见这类放射源的危险性较小。以上,可见这类放射源的危险性较小。以上,可见这类放射源的危险性较小。剂量当量剂量当量对于不同的射线,即对于不同的射线,即使剂量相同,对受照使剂量相同,对受照物体所产生的效果可物体所产生的效果可能不同,为描述不同能不同,为描述不同射线对受照体的不同射线对受照体的不同作用效果作用效果引入剂引入剂量当量。量当量。剂量当量剂量当量=剂量剂量 射线的射线的品质因子。品质因子。单位:希福特单位:希福特(SvSv).).射线射线射线射线 射线射
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