化学实验室安全(放射性、辐射防护与放射源基本知识 )

1、 放射性、辐射防护与放射源基本知识放射性、辐射防护与放射源基本知识 1896年，年，Bequerel用铀粉作用铀粉作实验，有一次无意的将铀粉放在实验，有一次无意的将铀粉放在避光包装的胶片上，第二天他惊避光包装的胶片上，第二天他惊讶的发现胶片暴光了。讶的发现胶片暴光了。 他由此断定，铀可以放出某他由此断定，铀可以放出某种射线，使胶片暴光。种射线，使胶片暴光。人们就将人们就将物质能够放出某种射线的现象称物质能够放出某种射线的现象称为放射性。为放射性。 实际上，放射性物质无处不在，只不实际上，放射性物质无处不在，只不过含量高低不同罢了。如环境和食物就含过含量高低不同罢了。如环境和食物就含有或多或少的

2、天然放射性物质和核试验残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（如留的放射性物质（如Cs-137和和Sr-90)。1. 用物理的方法，如用物理的方法，如X光机能产生的光机能产生的X射线射线、电电子加速器能产生子加速器能产生电子束等电子束等。回旋加速器能产。回旋加速器能产生重粒子束。生重粒子束。2. 放射性可能由原子核衰变产生，也可以由机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。器（射线装置）产生。NS磁铁镭 源（放在铅屏蔽罐中） 经实验研究发现，镭放射源放出经实验研究发现，镭放射源放出的射线在磁场中会分成三束，分的射线在磁场中会分成三束，分别称为别称为 射线射线、

3、射线和射线和 射线。射线。 粒子最重（粒子最重（4个原子质量数），个原子质量数）， 粒子次之，粒子次之， 粒子则没有静止质粒子则没有静止质量。量。 有些原子核衰变的时候还会放出有些原子核衰变的时候还会放出中子，如中子，如U-235的衰变。的衰变。原子核衰变能放出原子核衰变能放出 、 、 射线和射线和中子中子X射线射线 X射线的问世，在医学和工业射线的问世，在医学和工业技术领域得到了广泛的应用，技术领域得到了广泛的应用，如透视、成像、探伤等）如透视、成像、探伤等）.德国德国物理学家物理学家伦琴伦琴于于1895年在研究年在研究阴极射线的时候，发现了一种奇特阴极射线的时候，发现了一种奇特的射线，它能

4、量高、穿透力强、能的射线，它能量高、穿透力强、能杀死细胞和组织。由于当时知其甚杀死细胞和组织。由于当时知其甚少，所以称为少，所以称为X射线，又叫伦琴射射线，又叫伦琴射线。线。连续连续X射线的产生射线的产生 连续连续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（90%)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X光子的能量分布是连续的（光子的能量分布是连续的（0Emax)，因此称为连续，因此称为连续X光。光。X光机原理光机原理高压电源高压电源低压电源靶靶

5、阴极发热产阴极发热产生电子生电子电子猝然停止和外层电子跃迁，电子猝然停止和外层电子跃迁，部分能量以连续和特征部分能量以连续和特征X射线的形射线的形式放出。式放出。电子加速，撞击和电子加速，撞击和电离靶中的核外电电离靶中的核外电子。子。X射线射线 射线射线与与X射线、射线、 射线射线与与电子束电子束的区别的区别 射线射线与与X射线射线 射线射线与与电子束电子束 、 、 射线的穿透能力射线的穿透能力 射线：射线：1张纸片就能阻止它的张纸片就能阻止它的穿透。穿透。 射线：射线：几毫米的铜片才能阻几毫米的铜片才能阻止它的穿透。止它的穿透。 射线：射线：几十厘米厚的混凝土几十厘米厚的混凝土或几厘米厚的铅

6、板才能阻止它的或几厘米厚的铅板才能阻止它的穿透。穿透。 掌握射线的这种特性，能采取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。适当的措施进行有效辐射防护。 射线射线 射线射线X、 射线穿透物质的衰减规律射线穿透物质的衰减规律tIIe0I：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：物质对射线的吸收系数（对同一材料为一常数）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. 半衰减厚度半衰减厚度 十分之一衰减十分之一衰减厚度厚度厚度（密度）

7、厚度（密度）穿透后的射线强度穿透后的射线强度不同材料对不同材料对X和和GAMMA的半屏蔽衰减厚度（的半屏蔽衰减厚度（cm）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60Co源、源、137Cs源和源和226Ra源的半衰减厚度。源的半衰减厚度。 放射源或X射线混凝土钢铁铅Tc-99m0.02I-1314.70.72Cs-1374.81.60.65Ir-1924.31.30.55Co-60 6.22.11.2Ra-22672.21.66100keVX射线1.650.026200keVX射线2.5

8、90.043不同材料对不同材料对X和和GAMMA的半屏蔽衰减厚度（cm）的半屏蔽衰减厚度（cm）宇宙射线宇宙射线 天文学研究发现，星星之所以会闪天文学研究发现，星星之所以会闪闪发光，是由于其内部不断进行着核闪发光，是由于其内部不断进行着核聚变反应。聚变反应。 星体内部的核反应所产生的射线到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，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这些来自宇宙间的射线就称为宇宙射线。线。宇宙射线随海拔升高而升高宇宙射线随海拔升高而升高高：大低：小宇宙射线的强弱变

9、化地铁-10米高山1000米海平面0米100nGy/h28nGy/h1nGy/h 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。高度的增加而增加。 海平面：约海平面：约28nGy/h。 拉萨：约拉萨：约120nGy/h。地铁：约。地铁：约1nGy/h。小结小结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：辐射体中某种原子核单定义：辐射体中某种原子核单位时间内发生的核衰变数，位时间内发生的核衰

10、变数，A= N/ t。 单位单位: Bq（贝可）。（贝可）。 老单位：居里（老单位：居里（Ci） 1居里居里(Ci)=3.7x1010Bq. 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，表示物质的放射性越强放射性越强。t = 0 秒t = 1 秒1000个500个A=(1000-500) /1秒=500Bq5kg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mCi 百万百万Ci实验室标准源：实验室标准源：100010000Bq。比活度比活度 活度能够用来反映辐射体总的活度能够用来反映辐射体总的放射性，但放射性，但不能反映辐射体的

11、不能反映辐射体的放射性浓度放射性浓度。 定义：单位质量或体积中的放定义：单位质量或体积中的放射性活度，射性活度，A/m=( N/ t)/m。 单位单位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。如：核电站放射性废水中的如：核电站放射性废水中的Cs-137：5Bq/L。A和和B的活度均为的活度均为100Bq（受照体的）吸收剂量（受照体的）吸收剂量 定义：定义：单位质量的受照体所接受单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。（吸收）的辐射能量。 D = E/m。 单位：单位：(J/kg) = 戈瑞戈瑞(Gy）。）。 如如: 1J/2kg = 0.5Gy。 剂量这个名词在医学上指的是人剂量这个名词在医学上指

12、的是人食入药物的物质量，如食入药物的物质量，如2mg/天天/人。而这里则是受照体所接受人。而这里则是受照体所接受（吸收）的辐射能量。（吸收）的辐射能量。 物理意义：用于描述射线对受照物理意义：用于描述射线对受照体的作用效果。体的作用效果。辐射体受照体 射线 射线 射线辐 射 能 量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，即相同的剂量可以是在定义剂量时，没有考虑时间的因素，即相同的剂量可以是1小时的照射，也可以是小时的照射，也可以是1天（天（24小时）的照射。为描述受小时）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。照体接受辐照能量的快慢，则需引入剂量率。 定

13、义：定义：单位时间内单位时间内单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射单位质量的受照体所接受（吸收）的辐射能量。能量。 D/t=E/m/t. 单位：单位：(J/kg/h)=戈瑞戈瑞/小时小时(Gy/h)。或者：。或者： n Gy/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。吸收剂量率、空气的吸收剂量率等。renairED)/(24rA其中：其中： 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：Gy/s； 为放射源周围某点的为放射源周围某点的 射线注量率，

14、单位：光子射线注量率，单位：光子/m2/s 为为 射线在空气中的质量能量吸收系数，单位：射线在空气中的质量能量吸收系数，单位：m2/kg（例如（例如137Cs的的662keV的的 射线，射线，=2.94 10-3 m2/kg）；）；Er为为 射线的能量，单位：射线的能量，单位：J（1MeV=1.6 10-13 J）A为放射源单位时间内向为放射源单位时间内向4 方向发射的方向发射的 射线数，单位：粒子射线数，单位：粒子/s;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：m。 airD)/en（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1.E+041.E+05

15、1.E+061.E+071.E+081.E+090.00.51.01.52.02.5距离(m)距离(m)空气吸收剂量率(nGy/h)空气吸收剂量率(nGy/h)26mCi放射源（放射源（137Cs）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。根据辐射防护与放射源安全标准射防护与放射源安全标准（GB2003-1882），公众年照射剂量限值为，公众年照射剂量限值为1mSv，如果如果26mCi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

16、离放射源1米处也需停留米处也需停留16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。 剂量当量剂量当量 对于不同的射线，即使对于不同的射线，即使剂量相同，对受照物剂量相同，对受照物体所产生的效果可能体所产生的效果可能不同，为描述不同射不同，为描述不同射线对受照体的不同作线对受照体的不同作用效果用效果引入剂量引入剂量当量。当量。 剂量当量剂量当量=剂量剂量射线射线的品质因子。的品质因子。 单位：希福特单位：希福特(Sv)。 辐射类型或射线能量辐射品质因子Wr所有光子1所有电子1中子20MeV5质子 2MeV5a 粒子20不同粒子的辐射品质因子W r不同射线的品质因子

17、不同射线的品质因子如人体接受如人体接受 射线射线、 射线射线和和 射线射线照射的剂量各为照射的剂量各为1Gy，那么总，那么总的剂量当量的剂量当量= 120+11+11=1+1+20=22（Sv）。）。 放射性原子核衰变时放射性原子核衰变时，它从一种核素变为，它从一种核素变为另外一种核素，这样另外一种核素，这样原来的原子核数不断原来的原子核数不断减少。减少。 放射性原子核的数量放射性原子核的数量No衰变到原来的一半衰变到原来的一半时所经历的时间时所经历的时间半衰期（半衰期（T1/2）。）。0 0500500100010001500150020002000250025000 05 510101515202025253030 60Co衰变曲线年原子数半衰期半衰期核素元素符号半衰期镝-152152Dy10-9秒碘-131131I8.04天铯-137137Cs30.17年镅-241241Am432.2年铀-238238U4.5x109年不同放射性核素的半衰期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，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。等的方法来消减放射性是