第3章 核辐射测量单位及核辐射防护.

1、成都理工大学核自院成都理工大学核自院主讲教师主讲教师: 杨 佳l 本课程的理论学时本课程的理论学时24学时，主要讲授内容包括：学时，主要讲授内容包括：3.1 核辐射测量常用单位核辐射测量常用单位3.2 放射源与标准模型放射源与标准模型3.3 核辐射防护核辐射防护& 为了度量放射性物质的量或其辐射量，需要有统一为了度量放射性物质的量或其辐射量，需要有统一单位，单位，从原则上讲从原则上讲，完全可以用克或原子数作为单位来度，完全可以用克或原子数作为单位来度量放射性物质的量，用库仑为单位来度量辐射能。量放射性物质的量，用库仑为单位来度量辐射能。 但由于放射性物质具有衰变的特点，而且有些放射性但由于放射

2、性物质具有衰变的特点，而且有些放射性物质的半衰期极短，甚至在称量过程中这些放射性物质的物质的半衰期极短，甚至在称量过程中这些放射性物质的量也在逐渐变少，所以不能完全用克、原子数等单位来量也在逐渐变少，所以不能完全用克、原子数等单位来准准确地度量确地度量这些放射性物质的量。这些放射性物质的量。 要求引入一些要求引入一些专门的单位来表示放射性物质的量及其专门的单位来表示放射性物质的量及其辐射量辐射量。3.1.1 放射性物质的重量、活度单位放射性物质的重量、活度单位3.1.2 放射性物质的含量单位放射性物质的含量单位3.1.3 放射性辐射的物理量和单位放射性辐射的物理量和单位3.1.4 点源点源 辐

3、射照射量率的计算辐射照射量率的计算p 适用对象：长寿核素。例铀、钍等。适用对象：长寿核素。例铀、钍等。 原因：长寿核素可以用原因：长寿核素可以用称量法称量法测量。由于它们的衰变期比较测量。由于它们的衰变期比较长，用精密的天平就可以称出它们的重量。长，用精密的天平就可以称出它们的重量。 注意事项：短寿核素不能用称量法定量，即无法用重量单位注意事项：短寿核素不能用称量法定量，即无法用重量单位来度量。来度量。原因？原因？ 对于那些半衰期极短的放射性核素（短寿核素），因其衰变对于那些半衰期极短的放射性核素（短寿核素），因其衰变很快，并且无法将它们提取到化学纯度来供测量，此外它们的量很快，并且无法将它们

4、提取到化学纯度来供测量，此外它们的量往往是极微小的，以致最精密的天平也无法称出其量。因此无法往往是极微小的，以致最精密的天平也无法称出其量。因此无法用称量法来确定其量，必须采用用称量法来确定其量，必须采用测量其放射性衰变率测量其放射性衰变率等方法来度等方法来度量。量。法定单位：贝可勒尔法定单位：贝可勒尔（BqBq）Becquerel(Becquerel(国际单位国际单位) ) 由于放射性核素具有衰变特性，因此可以用单位时间内核素由于放射性核素具有衰变特性，因此可以用单位时间内核素衰变的次数来描述核素的衰变量。衰变的次数来描述核素的衰变量。p 适用对象：短寿和长寿核素。适用对象：短寿和长寿核素。

5、1、放射性活度（、放射性活度（ACTIVITY）定义：定义： 在在单位时间内单位时间内发生衰变发生衰变的的原子核数目原子核数目，称为，称为放射性活度放射性活度A(t)，也称为衰变率也称为衰变率，表征放射源的强弱表征放射源的强弱。 放射性活度的放射性活度的精确定义精确定义在给定时刻，处于特定能态的在给定时刻，处于特定能态的一定量放射性核素在时间间隔一定量放射性核素在时间间隔dt内发生自发核衰变或跃迁的期内发生自发核衰变或跃迁的期望值。望值。)()0()0()()(tNeNdteNddttdNtAtt定义定义t=0时的放射性活度为时的放射性活度为A(0) ：)0()0(NA则：则：teAtA)0(

6、)( 放射性活度是指单位时间放射性活度是指单位时间发生衰变的发生衰变的原子核数目原子核数目，而，而不是不是放射源发出的放射源发出的粒子数目粒子数目。 放射源发出放射源发出放射性粒子放射性粒子的多少，不仅与核衰变数有关，而的多少，不仅与核衰变数有关，而且和核衰变的具体情况直接相关。且和核衰变的具体情况直接相关。一般情况，一般情况，核衰变率数核衰变率数不等不等于于发出粒子数发出粒子数。teAtA)0()(teNtN)0()( 放射性活度放射性活度和和放射性原放射性原子核的数目子核的数目具有具有同样的指数同样的指数衰减规律衰减规律。 物质中放射性核的多少并不能完全反映出放射性的强弱。物质中放射性核的

7、多少并不能完全反映出放射性的强弱。活度大必须满足活度大必须满足N和和 都大。人们更关心放射性活度的大小。都大。人们更关心放射性活度的大小。teNtA)0()(p 对放射性活度的理解：对放射性活度的理解：)()(tNtAp 放射性活度与射线强度的区别：放射性活度与射线强度的区别： 射线强度射线强度：放射源在单位时间内：放射源在单位时间内放出某种射线的个数放出某种射线的个数。 放射性活度：指单位时间内放射性活度：指单位时间内发生衰变的发生衰变的原子核数目原子核数目。 如果如果某放射源一次衰变只放出一个粒子某放射源一次衰变只放出一个粒子，则该源的射线，则该源的射线强度与放射性活度强度与放射性活度在数

8、值上是相等在数值上是相等的。的。 对大多数放射源，一次衰变往往会放出若干个粒子对大多数放射源，一次衰变往往会放出若干个粒子，因，因此其放射性活度与射线强度的数值是不相等的。此其放射性活度与射线强度的数值是不相等的。 例例：32P的一次衰变只放出一个的一次衰变只放出一个粒子，则粒子，则32P的射线强的射线强度与放射性活度在数值上相等。度与放射性活度在数值上相等。 例例：60Co源的一次衰变放出源的一次衰变放出2个个光子，因此光子，因此60Co源的源的射射线强度值是放射性活度值的线强度值是放射性活度值的2倍。倍。例如例如137Cs，每发生每发生100次衰变，发出的粒子数有：次衰变，发出的粒子数有：

9、 最大能量为最大能量为1.17MeV的的 粒子粒子5个；个； 最大能量为最大能量为512keV的的 粒粒子子95个；个； 能量为能量为662keV的的 粒子粒子85个；个； 能量约为能量约为662keV的内转的内转换电子换电子10个；个； 还有特征还有特征X射线等。射线等。30.17 y0661.662.55 m661.66 85.0% e9.6%11/23/27/2)Ba(13756稳定Cs137550=1173.20.9 keV-Q 511.6 94.6% 1173.2 5.4% 实例：实例： 说明说明：放射性活度与放射源发出的粒子数目、射线强度是完：放射性活度与放射源发出的粒子数目、射线

10、强度是完全不同的概念（核衰变数不等于放出粒子数）全不同的概念（核衰变数不等于放出粒子数） ，要注意区分。，要注意区分。p 核素具有多种分支衰变的活度：核素具有多种分支衰变的活度： 第第i种分支衰变的部分放射性活度：种分支衰变的部分放射性活度：titiiiieNeNtNtA).(21)0()0()()(式中，式中， 为第为第i种分支衰变的衰变常数；种分支衰变的衰变常数； 为该核素的总衰变常数。为该核素的总衰变常数。i 核素的总放射性活度：核素的总放射性活度：)()0()0()()(tNeNeNtAtAtitiiite 注意注意：部分放射性活度随时间是按部分放射性活度随时间是按 衰减衰减而不是按而

11、不是按 衰减的。衰减的。（原因：任何放射性活度随时间的衰减都是由于原子核数（原因：任何放射性活度随时间的衰减都是由于原子核数N的的减少，而减少，而N减少是所有分支衰变的总结果。）减少是所有分支衰变的总结果。） tie 衰变的分支比衰变的分支比Ri：第第i种分支衰变的部分放射性活度与总放射性活度之比。种分支衰变的部分放射性活度与总放射性活度之比。ittiiieNeNAAR)0()0( 可见：可见：部分放射性活度在任何时候都是与总放射性部分放射性活度在任何时候都是与总放射性活度成正比的活度成正比的。iiAA2、放射性活度单位、放射性活度单位 放射性物质的质量多少不能反映出放射性的大小放射性物质的质

12、量多少不能反映出放射性的大小：有些：有些放射性强的物质，其质量不一定多；而放射性弱的物质，其放射性强的物质，其质量不一定多；而放射性弱的物质，其质量不一定少。质量不一定少。 衡量放射性物质的多少衡量放射性物质的多少通常不用质量单位，而是通常不用质量单位，而是采用放射性物采用放射性物质的放射性活度（即单位时间内发生衰变的原子核数）来表征质的放射性活度（即单位时间内发生衰变的原子核数）来表征。 历史上，采用历史上，采用Ci(居里居里)作为放射性活度的单位作为放射性活度的单位： Ci的定义的定义：1Ci的氡等于和的氡等于和1g镭处于平衡的氡的每秒衰变镭处于平衡的氡的每秒衰变数数（达到放射性平衡时两核

13、素的活度相等）（达到放射性平衡时两核素的活度相等），即，即1g镭的每秒衰变数。镭的每秒衰变数。 早期测得早期测得1g226Ra在在1秒内衰变的次数为秒内衰变的次数为3.71010次。次。110sec107 . 3Ci1秒秒次核衰变次核衰变 /107 . 3Ci110 即：即：Ci10mCi10Ci163较小的单位还有较小的单位还有毫居毫居(mCi)和和微居微居( Ci)： Ci作为单位的缺点作为单位的缺点：会随测量的精度而改变，使用不方便。：会随测量的精度而改变，使用不方便。 1975年国际计量大会规定放射性活度的国际单位为年国际计量大会规定放射性活度的国际单位为Bq(贝贝可勒尔可勒尔Becq

14、uerel)：Bq107 . 3Ci1101sec1Bq1 Bq的定义的定义：每秒发生：每秒发生1次核衰变。次核衰变。 Ci和和Bq之间的换算关系为：之间的换算关系为：Ci1027. 0Bq1103、放射性核素的质量与放射性活度的关系、放射性核素的质量与放射性活度的关系 放射性物质的放射性物质的质量质量m与活度与活度A之间的关系：之间的关系： 设该放射性物质的原子质量为设该放射性物质的原子质量为M，阿伏加德罗常数为，阿伏加德罗常数为NA，质量为质量为m的该物质对应的原子个数为的该物质对应的原子个数为N，则有：，则有：）（个）（个gmNgMNA)()(ANMmN 则对应的活度则对应的活度A为：为

15、：AANMmTNMmNA2/12ln 例例1：求解：求解1g226Ra的活度值（查表知的活度值（查表知 Ra=1.3710-11s-1）。）。 解：解：1g226Ra对应的原子个数为：对应的原子个数为：通过计算说明：通过计算说明：1g226Ra的放射性活度约为的放射性活度约为1Ci。）（个）（个gNgNRaA1)(262)()(10665. 210023. 622612123个RaN则对应的活度则对应的活度ARa为：为：CiBqsNARaRaRa1107 . 310665. 21037. 11021111 可见：一般放射源的质量很小，但却包含有大量的原子核，可见：一般放射源的质量很小，但却包含

16、有大量的原子核，足以保证衰变规律良好的统计性。足以保证衰变规律良好的统计性。课堂练习：课堂练习： 求求1mg碘碘131的放射性活度（半衰期为的放射性活度（半衰期为8.3天）？天）？BqsNMmTAA2332/110023. 6131103600243 . 8693. 02lnp 比活度的意义：比活度的意义： 比活度反映了比活度反映了放射源中放射源中放射性物质放射性物质的的纯度纯度。 某一核素的放射源，不大可能全部由该种核素组成，一般某一核素的放射源，不大可能全部由该种核素组成，一般都含有其它物质。其它物质相对含量大的放射源，该核素的比都含有其它物质。其它物质相对含量大的放射源，该核素的比活度低

17、；反之则高。活度低；反之则高。 实际生产的实际生产的60Co源的比活度一般只有源的比活度一般只有(10111012)Bq/g。 例如：例如： 3.7104Bq的的60Co放射源（已知放射源（已知T1/2=5.27a）对应的）对应的60Co质量为质量为8.86 10-10g ，假设该源全部由，假设该源全部由60Co源组成（不含任源组成（不含任何其它物质），则其比活度为：何其它物质），则其比活度为：gBqgBqmAC/1018. 41086. 8107 . 313104(理想情况理想情况)p 定义：定义： 比活度是指放射源的放射性活度与其质量之比，即单位比活度是指放射源的放射性活度与其质量之比，即

18、单位质量放射源的放射性活度，即：质量放射源的放射性活度，即：)/(gCigBqmAC或单位：4、比活度、比活度1、固体物质中放射性核素的含量单位、固体物质中放射性核素的含量单位用一百克岩石中含放射性核素的克数即用一百克岩石中含放射性核素的克数即“百分数百分数”表示。表示。p 克克/克克克（放射性核素）克（放射性核素）/克（岩石）克（岩石）p 克克/100克克% 用一克岩石中放射性核素所占的克数用一克岩石中放射性核素所占的克数“克（放射性克（放射性核素）核素）/克（岩石）克（岩石）”表示表示 。或者用：。或者用：例：矿石中含有例：矿石中含有1%的铀，表示的铀，表示100克岩石中含有克岩石中含有1

19、克铀。克铀。p 克克/吨（吨（g/t）ppm=10-6，1ppm=1 g/t 一吨岩石中所含有的目标元素的克数。如：岩石的铀含一吨岩石中所含有的目标元素的克数。如：岩石的铀含量为量为1g/t，表示在，表示在1顿岩石中含有顿岩石中含有1克铀。克铀。p Ur放射性元素含量单位：具有一个放射性元素含量单放射性元素含量单位：具有一个放射性元素含量单位的地质体使仪器产生的响应（计数率）与仅含有位的地质体使仪器产生的响应（计数率）与仅含有1 g/t平衡铀的平衡铀的地质体使仪器产生的响应相同。地质体使仪器产生的响应相同。1Ur 1 g/t平衡铀平衡铀1Ur = 1ppm eU =1g/t eU ；其中其中e

20、U当量铀含量，即不考虑放射性平衡破坏情况。当量铀含量，即不考虑放射性平衡破坏情况。 在一定的条件下，有在一定的条件下，有:2、液体或气体物质中放射性核素的含量单位、液体或气体物质中放射性核素的含量单位以体积含量表示，即单位体积中放射性物质的活度或质量：以体积含量表示，即单位体积中放射性物质的活度或质量：p 克克/升升g/L, mg/Lp Bq/L, Bq/m3 1 Bq/L = 1000Bq/m3 1g/L = 1000mg/Lp 原用单位为：原用单位为：Ci/L，爱曼（，爱曼（ em ）新老单位换算：新老单位换算：p 1em = 10-10Ci/L = 3.7 Bq/L = 3700Bq/m

21、3 p 1 Bq/L0.27 emp 粒子注量粒子注量和和粒子注量率粒子注量率p 能注量能注量和能注量率和能注量率p 照射量照射量X和照射量率和照射量率Xp 吸收剂量吸收剂量D、吸收剂量率、吸收剂量率D和剂量当量和剂量当量H 基本概念基本概念 电离辐射电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子组成，或者由两者混合组成的辐射。粒子或不带电粒子组成，或者由两者混合组成的辐射。 辐射场辐射场：描述介质内部通过、传播以至经由相互作用发生：描述介质内部通过、传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围。能量传递的整个空间范围。 电离辐射

22、场电离辐射场：辐射源产生的电离辐射无论在空间还是在：辐射源产生的电离辐射无论在空间还是在介质内介质内通过通过、传播传播以至经由以至经由相互作用相互作用发生发生能量传递能量传递的整个空的整个空间范围，称为（电离）辐射场。间范围，称为（电离）辐射场。 辐射源辐射源：可以通过：可以通过发射电离辐射发射电离辐射或或释放放射性物质释放放射性物质而引而引起辐射照射的一切物质或实体。起辐射照射的一切物质或实体。 描述电离辐射场描述电离辐射场性质性质的量有的量有两个两个： 任意任意时刻时刻，沿任意，沿任意方向方向，到达辐射场任意，到达辐射场任意位置位置的任意的任意类类型型、任意、任意能量能量的的粒子数目粒子数

23、目或或粒子携带的辐射能量粒子携带的辐射能量(非随机量非随机量)。一、粒子注量一、粒子注量和和粒子注量率粒子注量率1、粒子注量（通量）、粒子注量（通量） （Particle Fluence）dadN /思考：为什么要用思考：为什么要用小球体小球体来定义注量？来定义注量？注意注意：不包括发出该射线的源，指研究：不包括发出该射线的源，指研究空间小体积（用空间小体积（用da围成的小球体）。围成的小球体）。p 定义：以定义：以辐射场中某点辐射场中某点r为中心为中心，划出一小的球形区域，如果球体的截面划出一小的球形区域，如果球体的截面积为积为da，从各个方向射入该球体的粒，从各个方向射入该球体的粒子总数为

24、子总数为dN，则辐射场，则辐射场r点处的粒子注点处的粒子注量为：量为：单位截面小球单位截面小球-理想探测器示意图理想探测器示意图da等效率接收各四面八方等效率接收各四面八方入射粒子的粒子探测器入射粒子的粒子探测器（或计数器）（或计数器）的中文读音为的中文读音为“服艾服艾”（大写（大写，小写，小写），是），是第二十一个希腊字母。第二十一个希腊字母。 粒子注量就是从各个方向进入所关心小球的粒子数。即射入粒子注量就是从各个方向进入所关心小球的粒子数。即射入小球单位截面积的粒子数。小球单位截面积的粒子数。单位截面小球单位截面小球-理想探测器示意图理想探测器示意图da辐射场中进入辐射场中进入单位截单位截

25、面积立体小球面积立体小球的粒子数目的粒子数目p 粒子注量粒子注量的单位：的单位：m-2 小球体内的截面积可任意选取，对小球体内的截面积可任意选取，对任何方向任何方向入射入射到小球体上的粒子，在小球内总能找到与到小球体上的粒子，在小球内总能找到与入射粒子入射粒子方向方向垂直的垂直的横截面，从而选取出相应的截面积。横截面，从而选取出相应的截面积。dadN /2、粒子注量率（、粒子注量率（Particle Fluence Rate） 辐射场中辐射场中单位时间单位时间间隔内进入单位截面立体小球的间隔内进入单位截面立体小球的粒子数目。粒子数目。p 定义：定义： t 时刻时刻，单位时间单位时间内，辐射场内

26、，辐射场 r 点处点处 粒子注量粒子注量 的的 增加量增加量：dtdaNddtd2p 单位：单位：m-2 s-1，实际工作中常用，实际工作中常用cm-2 s-1p 粒子注量和粒子注量率的应用：粒子注量和粒子注量率的应用： 通过放射性物质的活度，计算出空间某一点的粒子注通过放射性物质的活度，计算出空间某一点的粒子注量和粒子注量率。量和粒子注量率。 例：假设有一个点源的例：假设有一个点源的活度为活度为ABq，并且，并且各向同性各向同性放射出放射出光子（发射该能量光子的概率为光子（发射该能量光子的概率为100%），在），在不考虑空气吸收不考虑空气吸收的情况下，求出离该源的情况下，求出离该源1米处米处

27、P的粒子注量率的粒子注量率。解：解：粒子注量：粒子注量：粒子注量率：粒子注量率：2244mtArtA12244smArA 二、能注量二、能注量和能注量率和能注量率1、能量注量（、能量注量（Energy Fluence）p 定义：定义： 空间一给定点处，射入以该点为中心的小球体的空间一给定点处，射入以该点为中心的小球体的所有粒所有粒子的能量总和（不包括静止能量）子的能量总和（不包括静止能量）除以该球体的除以该球体的截面积截面积da。 能量注量就是从能量注量就是从各个方向各个方向进入进入所关心小球的粒子数所所关心小球的粒子数所携带的辐射能。携带的辐射能。dadER 辐射场中粒子带入辐射场中粒子带入

28、单位截面立体小球单位截面立体小球的的能量能量。p 单位：单位：J/m2，实际工作中常用：，实际工作中常用：MeV cm-2希腊字母中文读音为希腊字母中文读音为“套套”（大写（大写，小写，小写），是第二），是第二十三个希腊字母。十三个希腊字母。 传统传统: 电子伏电子伏(eVelectron Volt ) keV MeV 一个电子经过一个电子经过1伏电压差加速所达到的动能伏电压差加速所达到的动能 国际单位国际单位SI: 焦耳焦耳 J joule 1 eV =1.60210-19 J 能量单位能量单位“焦耳焦耳”和和“电子伏电子伏”的转换：的转换：2、能注量率（、能注量率（Energy Fluen

29、ce Rate）p 定义：定义：表示在单位时间内，辐射场表示在单位时间内，辐射场 r 点处能量注量的增加量。点处能量注量的增加量。dtdaEddtdR2p 单位：单位： Jm-2 s-1 ，实际工作中常用：，实际工作中常用：MeVcm-2 s-1p 思考：思考：粒子注量粒子注量和和能量注量能量注量之间的关系？之间的关系？适用于度量各种适用于度量各种致电离辐射。致电离辐射。三、照射量三、照射量X和照射量率和照射量率X1、照射量、照射量X（EXPOSURE) 照射量是专对照射量是专对 射线或射线或X射线（光子）射线（光子）而言的物理量。而言的物理量。 射线或射线或X射线通过物质时，由光电效应、康普

30、顿效应、或射线通过物质时，由光电效应、康普顿效应、或电子对效应等产生电子，从而使射线的能量有所损失。所产电子对效应等产生电子，从而使射线的能量有所损失。所产生的电子还可使物质产生次级电离。生的电子还可使物质产生次级电离。 射线或射线或X射线的射线的照射量就是根据光子所引起的电离的能力照射量就是根据光子所引起的电离的能力来定义的。来定义的。p 定义：定义： 在在单位质量单位质量为为dm的某体积元空气中，的某体积元空气中，由光子由光子(,X-ray)释放出的释放出的全部电子（正电全部电子（正电子或负电子）完全被子或负电子）完全被空气空气阻止时阻止时，若所形，若所形成的成的同一种符号同一种符号的离子

31、总电荷的绝对值的离子总电荷的绝对值为为dQ，则则dQ/dm称为该射线的照射量。用称为该射线的照射量。用X表示。表示。dmdQX 用来表示用来表示X射线或射线或射射线在线在空气介质空气介质中产生中产生电离能力电离能力大小大小p 单位（单位（SI）：库）：库/千克，千克，C/kg， 或或X射线在射线在1千克干燥的、千克干燥的、标准状态下的空气中产生电离电荷为标准状态下的空气中产生电离电荷为1库仑的正离子和等量负库仑的正离子和等量负离子的照射量，称为离子的照射量，称为1库库/千克。千克。 照射量是照射量是用电离电荷的数量来衡量用电离电荷的数量来衡量的。因为的。因为在空气中产生在空气中产生一对离子所需

32、吸收射线的能量是一定的一对离子所需吸收射线的能量是一定的，所以照射量与空气对，所以照射量与空气对射线的能量吸收密度有对应的关系。射线的能量吸收密度有对应的关系。 平均电离能（平均电离能（W）：）： 在气体中每形成一对离子所消耗的平均能量。单位为在气体中每形成一对离子所消耗的平均能量。单位为eV/离离子对。子对。 W既没有把成为既没有把成为辐射损失辐射损失的那部分能量计算在内，也没的那部分能量计算在内，也没有把辐射损失而形成的光子所产生的电离计算在内，因此，有把辐射损失而形成的光子所产生的电离计算在内，因此，照射量中也将他们排除在外。照射量中也将他们排除在外。 对于对于X和和射线射线，在干燥空气

33、中在干燥空气中，当前其最精确的值为，当前其最精确的值为33.97eV/离子对。离子对。ICRP建议值为建议值为33.85eV/离子对。离子对。 对于能量在几个对于能量在几个keV以上的以上的X和和射线，对各种气体均可视为射线，对各种气体均可视为常数而常数而与光子能量无关与光子能量无关。 照射量的曾用单位是伦琴（照射量的曾用单位是伦琴（R）：1伦琴（伦琴（R）2.5810-4库库/千克；千克； 1库库/千克千克3.877103（R） 伦琴的定义：在伦琴的定义：在1伦琴伦琴X射线照射下，射线照射下，0.001293克空气（标准克空气（标准状况下，状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，

34、在空立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。静电单位的正离子和负离子。KgCKgCdmdQR/1058.21029.110311469照射量照射量X应用条件应用条件X、射线；射线；介质为介质为空气空气。注：有些文献提到注：有些文献提到介质的照射介质的照射量量时，是指时，是指在介质中在介质中放置少量放置少量空气后空气后测得的照射量值。测得的照射量值。p 照射量的另一种表达方式：照射量的另一种表达方式：WeXen 注意事项：注意事项： 照射量只用于度量照射量只用于度量X或或射线在射线在空气介质空气介质中产生的中产生的照射效应

35、照射效应。 不包括不包括次级电子次级电子韧致辐射韧致辐射被吸收后产生的电离。（被吸收后产生的电离。（3MeV时，时，才予以考虑）才予以考虑） 按照定义来测量照射量时，要求满足按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件电子平衡条件（指（指dm内内的电子与逃出来的电子相等时）。的电子与逃出来的电子相等时）。 其中：其中：为光子能注量；为光子能注量；enen/ /为光子在空气中的质量吸为光子在空气中的质量吸收系数，表示能量被转移到物质中去的几率；收系数，表示能量被转移到物质中去的几率；W W为平均电离能；为平均电离能；e e为电子电荷。为电子电荷。库仑19106021.1e2、照射量率、照射量率X

36、（EXPOSURE RATE)p 定义：定义：在单位时间在单位时间dtdt内照射量的增量，即内照射量的增量，即p与能注量率与能注量率的关系：的关系：dtdXX p 单位：库单位：库/千克千克. 秒，秒，C/kg.s曾用的单位：曾用的单位： 伦琴伦琴/小时（小时（R/h），伦琴），伦琴/秒（秒（R/s），）， 微伦微伦/小时小时(uR/h）简称伽玛简称伽玛“”，微伦，微伦/秒（秒（uR/s）11R/h7.1710-14C/kg.s1R/h106 7.1710-8C/kg.sWeXen四、吸收剂量四、吸收剂量D、吸收剂量率、吸收剂量率D和剂量当量和剂量当量H1、吸收剂量、吸收剂量D（ABSORBE

37、D DOSE) 单位质量单位质量受照射物质所吸收的受照射物质所吸收的平均平均电离辐射能电离辐射能称为吸收剂量。称为吸收剂量。dmdED 式中：式中：dE 是电离辐射（包括是电离辐射（包括X、中子等各种辐射）给、中子等各种辐射）给予质量为予质量为dm 的物质的平均授予能量。或单位质量的某物质所的物质的平均授予能量。或单位质量的某物质所吸收的平均能量。吸收的平均能量。p 定义：定义：p 单位：单位： 法定单位：戈瑞法定单位：戈瑞 1戈瑞戈瑞1焦耳焦耳 / 千克；千克； 1 Gy 1 J/ kg 曾用单位：拉德曾用单位：拉德 1 rad0.01Gy（从辐射防护角度出发考虑）（从辐射防护角度出发考虑）

38、剂量剂量实际上是实际上是单位质量物质吸收单位质量物质吸收电离辐射能大小的一种量度电离辐射能大小的一种量度。吸收吸收剂量大，生物体受到的损害大剂量大，生物体受到的损害大。p 吸收剂量与照射量的关系：吸收剂量与照射量的关系： 吸收剂量吸收剂量D的使用条件的使用条件 对所有射线适用对所有射线适用 ； 适用于所有介质适用于所有介质 ； 针对针对“点点”的概念的概念 。 空气辐射场的空气辐射场的X或或射线，可通过下式将照射量射线，可通过下式将照射量X换算为吸收换算为吸收剂量剂量D：WegDWegdmdEdmdQX)1 ()1 ( 其中：其中：g表示发生韧致辐射而逃逸出去的能量（未发生电离表示发生韧致辐射

39、而逃逸出去的能量（未发生电离产生离子对）产生离子对）；W W为平均电离能；为平均电离能；e e为电子电量。为电子电量。2、吸收剂量率、吸收剂量率DdtdmEddtdDD2p 定义：定义：单位时间单位时间(dt)内吸收剂量的增量内吸收剂量的增量(dD)。p 单位：单位： 法定单位：戈瑞法定单位：戈瑞/秒秒 Gys-1 （JKg-1s-1） 3、剂量当量、剂量当量Hp 意义：表示电离辐射引起的生物效应的大小。意义：表示电离辐射引起的生物效应的大小。NQDHD 吸收剂量（戈瑞）；吸收剂量（戈瑞）； Q 电离辐射的品质因数生物放大效应；电离辐射的品质因数生物放大效应；N 所有其它修正因子的乘积所有其它

40、修正因子的乘积 。对外照射：。对外照射：N1p 单位：单位： 法定单位：西弗法定单位：西弗 1西弗西弗 1焦耳焦耳/千克千克 1 Sv 1 J/ kg 注：西弗注：西弗(又译希沃又译希沃特，英文特，英文Sievert ，缩写缩写Sv) 曾用单位：雷姆曾用单位：雷姆 1 rem0.01Sv0.01 J/ kg 严重严重2525射线射线严重严重2525质子质子 离子离子有有2 2氚的氚的 射线射线严重严重2525中子中子1 1 e e（30keV)30keV)1 1X X ( (30keV)30keV)放大效应放大效应Q Q 因子因子电离辐射类型电离辐射类型电离辐射的品质因数电离辐射的品质因数 Q

41、 Q 数值数值 NQDHD 吸收剂量吸收剂量 （戈瑞）；（戈瑞）； Q 电离辐射的品质电离辐射的品质因数生物放大效应；因数生物放大效应；N 所有其它修正因所有其它修正因子的乘积子的乘积 。对外照。对外照射：射：N1一、点源一、点源 指辐射源的线度远小于源至空间感兴趣点的距离的辐射源。指辐射源的线度远小于源至空间感兴趣点的距离的辐射源。 从计算点到源的距离，比源的线度大从计算点到源的距离，比源的线度大10倍以上（有人认为倍以上（有人认为57倍），就可将辐射源当作点源处理。倍），就可将辐射源当作点源处理。p 定义：定义：p 地位及作用：地位及作用： 任何其它形状的辐射源，都可视为若干点源的叠加。任

42、何其它形状的辐射源，都可视为若干点源的叠加。 辐射辐射点源照射量率的计算，是其它任何形状点源照射量率的计算，是其它任何形状辐射辐射源照射源照射量率计算的基础：量率计算的基础： 线状源线状源 照射量率的计算（点源照射量率的计算（点源 照射量率的一重积分）照射量率的一重积分） 面状源面状源 照射量率的计算（点源照射量率的计算（点源 照射量率的二重积分）照射量率的二重积分） 体状源体状源 照射量率的计算（点源照射量率的计算（点源 照射量率的三重积分）照射量率的三重积分）这部分内容这部分内容详见教材第详见教材第5.15.1节，不要节，不要求掌握求掌握二、二、辐射辐射点源的照射量率计算点源的照射量率计算

43、 设在设在O点处有一活度为点处有一活度为mBq的的辐射点源辐射点源（各向同性），求距该点源（各向同性），求距该点源d处（单位：处（单位：cm）A点的点的辐射照射量率。辐射照射量率。*dA mO解：解： A点处的光子能注量率为：点处的光子能注量率为：)(108422222cmsMeVdhnmdhnmdtdaEdiiiiAA式中，式中，ni是每次衰变放出能量为是每次衰变放出能量为hi的光子的几率；的光子的几率； 上式给出了上式给出了辐射点源每秒在辐射点源每秒在A点处传输的能量。若假定这一点处传输的能量。若假定这一能量全部用来产生离子对，则每秒产生的离子对数为：能量全部用来产生离子对，则每秒产生的离

44、子对数为：)/(10108106226秒克离子对离子对数WdhnmWNiiiiA 式中，式中， i/能量为能量为hi的光子在空气中的质量吸收系数，表示的光子在空气中的质量吸收系数，表示能量被转移到物质中去的几率（单位：能量被转移到物质中去的几率（单位：cm2/g）。）。W空气中电子每产生一对离子所消耗的平均能量；空气中电子每产生一对离子所消耗的平均能量；106由兆电子伏换算到电子伏的转换系数。由兆电子伏换算到电子伏的转换系数。 由于一离子对所具有的电量约为由于一离子对所具有的电量约为1.6710-19库仑，从而可推出库仑，从而可推出A点的照射量率可表示为：点的照射量率可表示为： 结论：点源在距

45、离它结论：点源在距离它d处某点的照射量率与放射源的处某点的照射量率与放射源的活度成正比，与距离的平方成反比。活度成正比，与距离的平方成反比。)/(1098. 2210sKgCdhnmXiiiA三、三、照射量率常数照射量率常数 对于点源，由上式可将照射量率与放射性活度的关系表示为：对于点源，由上式可将照射量率与放射性活度的关系表示为：2RAX 式中，式中， X照射量率；照射量率；A放射性活度；放射性活度；R离点源的距离；离点源的距离；照射量率常数。照射量率常数。p 照射量率常数照射量率常数 ： 取决于取决于射线自身的衰变特性（光子的数目和能量），若射线自身的衰变特性（光子的数目和能量），若“取取

46、A=1Bq, R=1m处的照射量率为处的照射量率为值值”，可查下表得出。可查下表得出。 照射量率常数的国际单位为：照射量率常数的国际单位为： 库仑平方米每千克（库仑平方米每千克（Cm2/Kg），）， 其专用单位为伦琴其专用单位为伦琴米米2/小时小时居里（居里（Rm2/hCi ，含义：距离，含义：距离1居里（居里（Ci）的）的点源点源1米处，在米处，在1小时内所产生的照射量率），或小时内所产生的照射量率），或此此值的任何适当的倍数值的任何适当的倍数。汉字读音：伽玛（大写汉字读音：伽玛（大写，小写，小写），是第三个希腊字母。），是第三个希腊字母。若若“取取A=1Bq, R=1m处处”的照射量率为的

47、照射量率为值：值：四、例题四、例题 一个一个20万居里的万居里的60CO源一旦泄漏时，源一旦泄漏时，100米处的照射量率有多米处的照射量率有多大？（注：大？（注： 60CO 每次衰变放出能量为每次衰变放出能量为1.17MeV和和1.33MeV的光子的光子各一个，在空气中的质量吸收系数为各一个，在空气中的质量吸收系数为2.6610-3m2/Kg）。）。解法一（查表法）：解法一（查表法）：查表知：查表知：1112186010503. 2sBqkgmCCo1111211121810527007.0)100(10503.2107 .3102smRsRskgCmsBqkgmCBqRAX6-101.85解

48、法二（物理法）：解法二（物理法）：24 REAn11116-1912326110527007. 0101.8585.3310602. 11066. 2)100(1415926. 3410)33. 117. 1 (107 . 31024smRsRskgCeVkgmmeVsWeREAnWeXaenaen设点源的活度为设点源的活度为A居里，离源居里，离源R米处的照射量率：米处的照射量率： 2RAX 式中，式中， X照射量率；照射量率；A放射性活度；放射性活度；R离点源的距离；离点源的距离；照射量率常数。照射量率常数。 当对于未知活度对象时（地质体），照射量率常数难以获得，当对于未知活度对象时（地质体

49、），照射量率常数难以获得，因此定义了单位质量因此定义了单位质量(1g)放射性元素点状源放射性元素点状源1cm处的光子照射量率处的光子照射量率为该元素的为该元素的常数，用符号常数，用符号K表示。则照射量率为：表示。则照射量率为：2RKmX （真空情况下）（真空情况下）ReRKmX2（处于均匀介质中）（处于均匀介质中） 式中，式中，m为放射性物质的质量为放射性物质的质量(g)； K为为常数；常数；R为在介质内为在介质内部距点源的距离；部距点源的距离；为介质对为介质对射线的线衰减系数射线的线衰减系数(cm-1)。 当点源当点源射线通过几种不同介质时，在距离射线通过几种不同介质时，在距离R处的处的照射

50、量率照射量率为：为：iiRRReRKmX22112 式中，式中，i为为射线通过第射线通过第i种介质中的线衰减系数种介质中的线衰减系数(cm-1)；Ri为为射线通过第射线通过第i种介质的距离。种介质的距离。 教材教材P143例题例题5.1。质量为质量为1g1g点源，在距离点源，在距离1cm1cm处处 照射量率：照射量率： KRa = 5.9210-4 Ccm2(kgsgRa)-1KU = 2.0510-10 Ccm2(kgsgU) -1KTh = 8.8210-11 Ccm2(kgsgTh) -1KK = 5.1310-14 Ccm2(kgsgK) -1 KRa = 5.9210-4 Ccm2(

51、kgsgRa)-1 = 5.9210-7 Ccm2(kgsmgRa) -1 = 5.9210-11 Cm2(kgsmgRa) -1 p.142p.1023.2.1 放射源分类放射源分类3.2.2 标准源标准源3.2.3 标准模型标准模型 根据国务院第根据国务院第449号令号令放射性同位素与射线装置安全和防护放射性同位素与射线装置安全和防护条例条例规定，制定本放射源分类办法。规定，制定本放射源分类办法。p 放射源分类原则：放射源分类原则： 参照国际原子能机构的有关规定，按照放射源对人体健康和环参照国际原子能机构的有关规定，按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将放射源分为境的潜在危害

52、程度，从高到低将放射源分为、类，类，V类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。 类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就小时就可致人死亡。可致人死亡。 类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡。死亡。 类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡。久性损伤，接触几天至几周

53、也可致人死亡。 类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤。距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤。 类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。放射性同位素与射线装置安全和防护条例放射性同位素与射线装置安全和防护条例国务院第国务院第449号令号令p 标准源的定义：标准源的定义： 用一些放射性核素含量或照射量率准确的放射源，作为基准，用一些放射性核素含量或照射量率准确的放射源，作为基准，用来标定辐射仪，这些用

54、来标定辐射仪，这些可作为基准的放射源称为标准源可作为基准的放射源称为标准源。p 标准源的分类：标准源的分类： 从形态上分类：固体标准源（点状标准源及体状标准源从形态上分类：固体标准源（点状标准源及体状标准源（习惯（习惯上称为标准模型）上称为标准模型）、粉末标准源和液体标准源等几类。）、粉末标准源和液体标准源等几类。 根据用途分类：活度标准源、校准能谱仪的标准源。根据用途分类：活度标准源、校准能谱仪的标准源。 按标准源发射的射线种类分为：按标准源发射的射线种类分为：标准源、标准源、标准源、标准源、标准源标准源和中子标准源等。和中子标准源等。一、标准源的定义及分类一、标准源的定义及分类二、氡气标准

55、源二、氡气标准源氡气标准源分为三类：液体标准源、固体标准源、氡室。氡气标准源分为三类：液体标准源、固体标准源、氡室。 一般分为一般分为氡气氡气(Rn)标准源标准源和和钍射气钍射气(Tn)标准标准源源两类，两类，常用的常用的是氡气是氡气(Rn)标准源标准源。 常见的氡气常见的氡气(Rn)标准源标准源：由镭盐溶液制成，保存在特制的：由镭盐溶液制成，保存在特制的玻璃管中，利用在容器中积累的玻璃管中，利用在容器中积累的Rn来来标定仪器。溶液中镭含量标定仪器。溶液中镭含量一般为一般为10-810-11g。 钍射气钍射气(Tn)标准源标准源：由钍化合物溶液制成，也保存在特制：由钍化合物溶液制成，也保存在特

56、制的容器中，溶液中钍含量一般为的容器中，溶液中钍含量一般为110mg。 缺点缺点：液体标准源携带不方便；不能准确标定累积氡法液体标准源携带不方便；不能准确标定累积氡法测量系统；不能同时标定多台仪器等测量系统；不能同时标定多台仪器等。p 采用固体镭盐采用固体镭盐( (226Ra) )作为氡气作为氡气(Rn)标准源，使用不同活度标准源，使用不同活度的镭作为氡气源的镭作为氡气源（20世纪世纪70年代）年代）。 缺点缺点：不能准确标定累积氡法测量系统；不能同时标定不能准确标定累积氡法测量系统；不能同时标定多台仪器等多台仪器等。p 固体钍射气源固体钍射气源（如：采用钍矿石粉末）（如：采用钍矿石粉末）：用

57、于标定测氡探测器：用于标定测氡探测器的的Tn标定系数（标定系数（在纯钍地区和铀钍混合地区，最好对在纯钍地区和铀钍混合地区，最好对Rn和和Tn都都进行标定进行标定）。）。p 氡室氡室实质上就是一个大容积的氡浓度值稳定的氡源实质上就是一个大容积的氡浓度值稳定的氡源，是一种，是一种综合性标定装置。综合性标定装置。p 四周密封多层状的室体，体积可为四周密封多层状的室体，体积可为120m3，甚至更大或更小。，甚至更大或更小。p 室内放置镭盐或纯沥青铀矿，作为氡气源。室内放置镭盐或纯沥青铀矿，作为氡气源。特点是氡气浓度特点是氡气浓度稳定，根据需要氡气浓度标准可调节设置稳定，根据需要氡气浓度标准可调节设置(

58、几几Bq几百几百Bq)，对待，对待标定的氡气探测器，可提供循环法、真空法和自由扩散法。标定的氡气探测器，可提供循环法、真空法和自由扩散法。多功能自控氡室多功能自控氡室 氡室的氡室的优点：优点：p 可快速而有效地标定常规氡气仪，且能有效地标定可快速而有效地标定常规氡气仪，且能有效地标定各种累积氡测量系统。各种累积氡测量系统。p 用氡室标定各种氡的探测器，可使其灵敏度有一个用氡室标定各种氡的探测器，可使其灵敏度有一个统一的衡量标准，便于对比各种测氡系统的测量结果，统一的衡量标准，便于对比各种测氡系统的测量结果，以及达到测量数据的一致性。以及达到测量数据的一致性。p 标准模型的含义：标准模型的含义：

59、 为了把仪器测量结果直接表示成含量单位（，为了把仪器测量结果直接表示成含量单位（，g/tg/t等），以等），以及测定及测定能谱仪的能谱仪的换算系数换算系数，需要制备，需要制备射线达到射线达到饱和厚度饱和厚度的标准的标准源。这类标准源具有一定的体积，习惯上称其为标准模型。源。这类标准源具有一定的体积，习惯上称其为标准模型。 p 标准模型种类：标准模型种类： 一般有平衡铀模型、平衡钍模型、铀钍混合模型、钾模型、一般有平衡铀模型、平衡钍模型、铀钍混合模型、钾模型、零值模型五种。零值模型五种。 国际原子能机构推荐的制作模型的标准参数见教材：国际原子能机构推荐的制作模型的标准参数见教材：P108表表3-

60、2。 根据模型制作质量的差别，标准模型分为根据模型制作质量的差别，标准模型分为级模型（国家级模型（国家级标准）、级标准）、级模型、级模型、级模型等。我国已建立一套用于标定级模型等。我国已建立一套用于标定地面地面能谱仪、能谱仪、 能谱测井仪和航空能谱测井仪和航空能谱仪的能谱仪的饱和标准模型饱和标准模型（级模型级模型）。）。3.3.1 核辐射对人体的影响核辐射对人体的影响3.3.2 剂量当量限值剂量当量限值辐射防护标准辐射防护标准3.3.3 放射性防护的基本原则放射性防护的基本原则 射线与生物机体作用的规律同射线与物质相互作用的规律是一射线与生物机体作用的规律同射线与物质相互作用的规律是一致的。各