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广东省环境辐射研究监测中心2006 08 03东莞 放射性 辐射防护与放射源基本知识 放射性的发现 1896年 Bequerel用铀粉作实验 有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片上 第二天他惊讶的发现胶片暴光了 他由此断定 铀可以放出某种射线 使胶片暴光 人们就将物质能够放出某种射线的现象称为放射性 不仅是铀粉具有放射性 1898年7月和12月 居里夫妇先后发现钋和镭也有这种特性 现代科学方法证明 用人工的方法 中子活化技术 也可以将没有放射性的物质产生放射性 如Co 60 Ag 110m Am 241 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性物质 如Cs 137和Sr 90 机器也能产生射线 用物理的方法 如X光机能产生的X射线 电子加速器能产生电子束等 回旋加速器能产生重粒子束 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 原子核衰变能放出 射线和中子 经实验研究发现 镭放射源放出的射线在磁场中会分成三束 分别称为 射线 射线和 射线 粒子最重 4个原子质量数 粒子次之 粒子则没有静止质量 有些原子核衰变的时候还会放出中子 如U 235的衰变 X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射线 又叫伦琴射线 X射线的问世 在医学和工业技术领域得到了广泛的应用 如透视 成像 探伤等 连续X射线的产生 连续X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 90 的能量则转换为热能 由于释放出的X光子的能量分布是连续的 0 Emax 因此称为连续X光 射线与X射线本质上一样 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 X射线能量低 可见光的能量更低 射线与电子束本质上也一样 只不过其来源不同 前者来源于核反应 后者则由电子加速器产生 射线与X射线 射线与电子束的区别 射线的穿透能力 射线 1张纸片就能阻止它的穿透 射线 几毫米的铜片才能阻止它的穿透 射线 几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透 掌握射线的这种特性 能采取适当的措施进行有效辐射防护 射线 射线 射线 I 穿透物件后的射线强度I0 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 物件的比重t 物件的厚度测厚灵敏度可达0 01 0 001mm X 射线穿透物质的衰减规律 半衰减厚度十分之一衰减厚度 射线可以用密度大的材料加以屏蔽 如钢板 混凝土 铅等 下表列出了不同材料对60Co源 137Cs源和226Ra源的半衰减厚度 宇宙射线 天文学研究发现 星星之所以会闪闪发光 是由于其内部不断进行着核聚变反应 星体内部的核反应所产生的射线到达地球的过程中 与宇宙间的物质相互作用产生次级射线 再辐射到地球 这些来自宇宙间的射线就称为宇宙射线 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随着高度的增加而增加 海平面 约28nGy h 拉萨 约120nGy h 地铁 约1nGy h 宇宙射线随海拔升高而升高 重温 放射性基本知识 1 放射性 2 射线的种类 3 射线的穿透能力 4 X射线 5 宇宙射线 活度 定义 辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰变数 A N t 单位 Bq 贝可 老单位 居里 Ci 1居里 Ci 3 7x1010Bq 物理意义 描述物质的放射性强弱 活度越大 表示物质的放射性越强 实际应用的放射源活度范围 几十mCi 百万Ci 实验室标准源 1000 10000Bq 比活度 活度能够用来反映辐射体总的放射性 但不能反映辐射体的放射性浓度 定义 单位质量或体积中的放射性活度 A m N t m 单位 Bq kg Bq L Bq m3 如 核电站放射性废水中的Cs 137 5Bq L 定义 单位质量的受照体所接受 吸收 的辐射能量 D E m 单位 J kg 戈瑞 Gy 如 1J 2kg 0 5Gy 剂量这个名词在医学上指的是人食入药物的物质量 如2mg 天 人 而这里则是受照体所接受 吸收 的辐射能量 物理意义 用于描述射线对受照体的作用效果 受照体的 吸收剂量 活度 剂量 吸收剂量率 在定义剂量时 没有考虑时间的因素 即相同的剂量可以是1小时的照射 也可以是1天 24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 定义 单位时间内单位质量的受照体所接受 吸收 的辐射能量 D t E m t 单位 J kg h 戈瑞 小时 Gy h 或者 nGy h 10 9Gy h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 其中 为放射源周围某点空气 吸收剂量率 单位 Gy s 为放射源周围某点的 射线注量率 单位 光子 m2 s为 射线在空气中的质量能量吸收系数 单位 m2 kg 例如137Cs的662keV的 射线 2 94 10 3m2 kg Er为 射线的能量 单位 J 1MeV 1 6 10 13J A为放射源单位时间内向4 方向发射的 射线数 单位 粒子 s r为某点距离点源的距离 单位 m 放射源的活度与周围辐射剂量率的关系 26mCi放射源 137Cs 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 根据辐射防护与放射源安全标准 GB2003 1882 公众年照射剂量限值为1mSv 如果26mCi的放射源完全裸露 一个人站在距离放射源1米处也需停留16小时以上 可见这类放射源的危险性较小 剂量当量 对于不同的射线 即使剂量相同 对受照物体所产生的效果可能不同 为描述不同射线对受照体的不同作用效果 引入剂量当量 剂量当量 剂量 射线的品质因子 单位 希福特 Sv 总的能量可以相同 不同射线的品质因子 如人体接受 射线 射线和 射线照射的剂量各为1Gy 那么总的剂量当量 1 20 1 1 1 1 1 1 20 22 Sv 半衰期 放射性原子核衰变时 它从一种核素变为另外一种核素 这样原来的原子核数不断减少 放射性原子核的数量No衰变到原来的一半时所经历的时间 半衰期 T1 2 不同放射性核素的半衰期很不相同 可从十亿分之几秒到几百亿年 不同放射性核素的半衰期 放射性原子核的衰变不受一般的物理 化学变化的影响 只有核反应才起作用 因此企图用火烧 压打 酸溶 碱泡等的方法来消减放射性是不科学 也是不可能的 Po 210的半衰期为138 38天 重温 几个常用的物理量 1 活度 比活度 2 剂量 剂量率 3 剂量当量 4 半衰期 辐射防护基础知识 射线的用途射线的危害射线防护的目的辐射防护三原则外照射及其防护方法内照射及其防护方法 辐射 放射性 的用途 射线的用途 1 医学 诊断 治疗 消毒等 2 工业 测厚 探伤 材料改性等 3 能源 发电 供热等 4 农业 品种改良等 5 地质 探矿 找石油等 6 考古 年代分析等 7 国防 核武器 如原子弹 氢弹等 射线的危害 小剂量照射时 可能诱发恶性疾病 如癌症 白血病 遗传疾病 1 居里夫人 放射性物质镭发现者 及其女儿的白血病 2 早期夜光表表盘制作工人的骨癌 大剂量照射时 效果立竿见影 如皮炎 脱发 白血球下降等 1 切尔诺贝利核电站事件 2 放射源丢失事件引起的照射 辐射效应 非随机效应 确定性效应 当人体吸收的辐射剂量大于某一剂量值 阈值 时 就会出现近期的临床效应 且这种效应与剂量的大小成正比 1 剂量大于阈值时 才会出现确定性效应 2 剂量越大 所产生的临床效应越严重 3 对于不同的组织 产生临床效应的阈值不同 确定性效应的阈值 辐射效应 随机效应 当人体吸收的辐射剂量小于某一剂量值 阈值 时 虽然不出现近期的临床效应 但有诱发恶性病变和产生遗传基因缺陷的可能 且这种可能性的大小与剂量的大小成正比 1 可能不等于一定 2 可能性的大小与剂量大小成正比 3 不存在安全剂量 危险总是存在 随机效应的危险度与剂量大小的关系 一年内人体接受电离辐射照射单位当量剂量所致的恶性病的死亡率或严重遗传疾病的发生率 危险度的估算资料主要来自三类人员的流行病学调查结果 1 职业照射人员 2 居住在高本底辐射照射地区的居民 3 长崎 广岛原子弹爆炸的幸存者 辐射照射所致危险度 辐射防护三原则 1 正当化 在进行伴有核辐射的项目中 要求所得到的利益大于所付出的代价 辐射防护三原则 2 剂量限值 对职业性照射个人和公众所规定的年剂量限值 剂量限值的确定原则 对职业人员 将辐射照射对职业人员所产生的危险度降低到与从事其他职业的危险度相当 对公众 将辐射照射对周围所产生的危险度降低到与人类在日常生活中可能遭遇的危险度相当 公众日常生活的危险度 可见 在年剂量1mSv的限值内 公众由于辐射所致的危险度与日常生活的其他因素所致的危险度相当 产业人员由于职业因素引起的危险度 可见 在年剂量20mSv的限值内 职业人员由于辐射所致的危险度与其他职业因素所致的危险度相当 辐射防护三原则 3 最优化 在维护正当化原则的前提下 所有辐射照射都必须保持可以合理达到的 尽可能低的水平 1 不是满足剂量限值的要求就可以了 还应该尽可能的低 2 但是 降低剂量应该合理 以维护正当化的原则 辐射防护方法 外照射和外照射的防护方法内照射和内照射的防护方法 什么是外照射 外照射是指电离辐射源发出的射线从体外对人体的照射 外照射的防护方法 时间防护 尽可能减少在辐射场的停留时间 如采取轮换或快去快回的办法 距离防护 因辐射强度与辐射源的距离的平方成反比 因此尽可能远离辐射源 这样能有效的减少照射 屏蔽防护 根据不同的材料 采用不同的材料对射线进行有效的阻隔 剂量监测 做好个人剂量监测 使本人随时知道自己的剂量累计情况 辐射防护三种办法 内照射 内照射指的是进入人体的放射性核素作为辐射源发出的射线从体内对人体产生的照射 内照射的防护方法 环境控制 1 隔离污染源 尽量减少污染物的扩散 2 保持工作场所的通风 降低放射性污染物的浓度 3 保持工作环境 工作台面的清洁 4 做好经常性的环境监测 及时处理污染物 个人防护 1 进入工作场所 应穿戴防护用品 用具 2 离开工作场所 应更衣 洗手 淋浴 3 禁止在工作场所吸烟 饮水 存放食品 4 保护好伤口 5 保持个人良好的卫生习惯 实际辐射照射的照射剂量 使用密封放射源的照射 使用开放性同位素的照射则复杂得多 除了要考虑外照射以外 则还要考虑吸入甚至食入放射性物质所致得内照射 重温 辐射防护的基本知识 射线的危害 1 确定性效应 2 随机性效应 2 辐射防护三原则 1 正当性 2 剂量限值 3 最优化 3 外照射及其防护方法 4 内照射及其防护方法 放射源的基础知识 辐射源与放射源 和中子放射源密封源的应用为什么要使用放射源放射源应用举例 辐射源与放射源 辐射源 一切能放出射线的物质或设备 如核反应堆 X光机 加速器 放射源等 放射源 仅指放射性物质呈固态 且密封包装的辐射源 如 源 源 源 中子源等 一般应用的放射源均有铅罐进行屏蔽 放射源 源是指 射线能够穿透密封层的放射源 由于 射程比较短 为了做到既能严格密封又能让 粒子出射 所以放射性物质一般只能用几个微米厚的金属箔窗覆盖 薄薄的覆盖层极易破裂 因此在使用时要特别小心 防止放射性物质泄露 目前常用的 源有241Am源 210Po源 一般用于烟雾报警器 静电消除器等 放射源 源是指 射线能够穿透密封层的放射源 同样 由于 的射程也比较短 为了做到既能严格密封又能让 粒子出射 所以放射性物质的金属箔窗覆盖层也很薄 源常用在薄物料厚度的测量 如纸张等 放射源 源是指 射线能够穿透密封层的放射源 密封源可以制成各种各样的形状和活度 60Co源是所有已知的源中应用最广泛的源 它不仅供辐照使用 也可供射线照相使用 能作为 源应用的放射性同位素的种类很多 57Co 241Am发射的 射线能量较低 60Co 137Cs的 射线能量较高 中子源 中子源是指中子能够穿透密封层的放射源 中子穿透能力强 电离作用很大 对人体的影响相对较大 使用时要非常注意 射线有不可替代的利用价值 1 射线对组织的破坏作用可以杀菌 消毒 癌症治疗 2 射线可以改变分子结构 从而达到材料改性的效果 3 射线能够轻易穿透物质 并逐步减弱 利用这一特性进行厚度和密度测量 无损探伤 工业照像 等 4 利用射线的电离作用 可以制作静电消除装置和避雷针 5 利用物质对射线吸收和反射系数不同 可以用射线来测井 探矿 石油 有优点 1 信号稳定 2 环境适应性强 为什么要使用放射源 料位计 物料高度位置测量 主要采用 射线源 常见的源有60Co和137Cs 活度一般在40MBq 4GBq 约1 100mCi 对堆积密度小的物料 如泡沫塑料 或少量物料 如管中牙膏 的测量 用 射线源 典型的 射线源 90Sr 的活度范围为40 400MBq 约1 10mCi 对含氢量高的物质 如石油产品 的料位指示可采用中子源 这类中子源多为241Am Be中子源 活度在1 10GBq 约30 300mCi 密度计 核辐射密度计的用源一般会采用137Cs 对大直径的管子的测量用60Co较多 而对几厘米直径的细管用241Am源 在烟草行业 用 射线源测量连续卷烟机中烟草的密度 测厚仪 根据所测对象厚度的不同 决定选择密封源的类型 源用来测量很薄样品的厚度 5 50g m2 比普通的A4复印纸还薄 的物质只能用发射 射线的同位素 如210Po 239Pu 来测量 采用 源 85Kr 90Sr 147Pm 204Tl 的厚度计可用于50 1000g m2厚度的测量 其最大厚度相当于1 2mm的钢板 核子称 输送量测量 工业应用中经常遇到的问题是测量在传送系统中运动的物料 核技术应用在该工业项目中 开发出来的产品那就是核子秤 核子秤一般用60Co和137Cs源 V t 厚度 v 速度 T 时间 水份测量仪 水份测量基于水对中子的慢化原理 即水对中子的阻碍作用很大 而其他物质对中子的作用很小 大都采用241Am Be中子源 活度范围在4 10GBq 100 300mCi 静电消除器 利用射线的电离作用产生的电荷去中和物体表面的电荷以达到消除静电的目的 所用源一般为 源 以241Am和210Po居多 活度范围为30mCi 0 1Ci 同样利用射线的电离作用产生的电荷去中和建筑物表面的电荷以达到防止静电累积而发生雷击 以60Co或226Ra居多 活度为微居里级 同位素避雷器 放射源在医疗上的应用 伽马刀 多束 100 200 远距离放射治疗仪器高 中剂量率近距离放射治疗仪等设备采用60Co 192Ir或137Cs等 射线源 活度都比较高 范围在3 15000Ci之间 射线成像 X光平片 普通X照片是一种穿透型的放射线成像技术 X线成像的基本原理是 放射源 X线球管 被放置在体外一定距离处 在给球管加上一定的高压电流的瞬间产生一束高度准直的X线 穿透人体的靶器官 使放置在另一侧的X片感光 由于人体靶器官的各个组织的密度不同 对透过的X线的能量的吸收亦不相同 在X片上产生不同程度的感光效应而显示出靶器官的二维平面影像 核技术 计算机成像技术 射线成像 CT CT是将高度准直的X线束围绕靶器官作断层扫描 通过计算机记录分析扫描获取的大量信息 计算出靶器官内不同部位和深度的各个点的X线吸收系数数值 用不同的灰阶表示 形成靶器官的横断层解剖结构图像 核技术成像 SPECT SPECT指的是单光子发射型计算机断层显像仪 照相前