医学辐射防护学教学课件：核物理学基础与辐射防护常用量

1、核物理学基础与辐射防护常用量原子结构模型示意图原子核内的质子与中子 原子是从宏观自然界到微观自然界的第一个层次,元素周期表上的原子序数就是原子核的电荷数，也即原子核的质子数，原子核的质量数则是质子数与中子数之和。一、原子结构 Atomic construction 二、元素、核素、同位素和同质异能素（一）元素element： 质子数相同的原子称为一种元素，它们的原子序数相同，因此具有相同的化学特性。但其原子核中的中子数可以不同，因而物理特性可有某些差异。 （二）核素nuclide：质子和中子数相同，质量数相同，并处于同能量状态的原子，称为一种核素，例如:为5种不同的核素。但H的质子均为1,为一

2、种元素,3种核素。目前已知的核素有2300多种，分别属于100多种元素。 （三）同位素isotope：质子数相同而中子数不同，称为元素的同位素，例如:（四）同质异能素isomer：核内中子数和质子数都相同，但核所处能态不同的核素互为同质异能素。如 99mTc和互为氢的同位素。原子核的衰变decay 主要有3种类型，即、衰变和跃迁。 （裂变、聚变 略）（一）衰变 粒子是氦的原子核，它由2个质子和2个中子组成。衰变的反应式如下： 注：X代表母核，Y代表子核，Q代表衰变时释放的能量。MeV（二）衰变 衰变包括3种类型：-衰变、衰变、电子俘获。1、-衰变 条件： 核内中子多，n 变P，放出一个负电子。

3、 称为反中微子， 特点：连续能谱。 2、衰变条件：核内中子多，P 变n，放出一个正电子。 注：式中代表中微子。特点：粒子的能谱与-粒子能谱一样也是连续的，都是人工放射性核素 3、 电子俘获electron capture 原子核从核外壳层中俘获一个电子使核内的一个质子转变为中子，同时放出中微子的过程称为电子俘获。 （三）跃迁和内转换 伴随或衰变后发生。 有些原子核进行跃迁时不放出射线，而把激发态跃迁到较低激发态或基态时释放出来的能量直接交给核外壳层电子（主要是K层电子），使该电子释放出来成为自由电子，这个过程称为内转换。 例： （E=0.141MeV）是的同质异能素。注原子核衰变规律 It =

4、I0 e -t 半衰期：放射性活度减少至一半所需要的时间称作物理半衰期（T1/2） T1/2=0.693/ 辐射防护常用量及其单位一、放射性活度radioactivity（A） A=dN/dt 国际单位（SI）为贝可勒尔（核衰变/秒）简称贝可（Bq）， 旧单位是居里（Ci），1Ci=3.71010Bq=3.71010核衰变/秒。 二、照射量exposure（X） 定义：X射线或射线在单位质量（dm）的空气中，与原子相互作用释放出来的次级电子完全被阻止时，所产生的同一符号离子的总电荷（dQ）即： X = dQ/dm 国际单位（SI）库仑每千克（Ckg-1），旧单位为伦琴（R）， 1R=2.581

5、0-4Ckg-1。 伦琴的定义是：在X射线或射线照射下，0.OO1293 g空气（相当于0和101kPa大气压力下1 cm3干燥空气的质量）所产生的次级电子形成总电荷量为1静电单位的正离子或负离子。即：1静电单位电荷量的离子对为：离子对 1R X射线或射线照射量有以下等值定义1.在0.001293g空气中形成1静电单位电荷量的正离子或负离子；2.在0.001293g空气中形成2.083109对离子；3.在0.001293g空气中交给次级电子7.051010eV或11.310-9J的辐射能量；4.在1g空气中交给次级电子87.310-7 J的辐射能量。注意：照射量和照射量率只对空气而言，只是从电

6、离本领的角度说明X射线或射线在空气中的辐射场性质，仅适用于X射线或射线 。 =dX/dt照射量率 dm为被照射物质的质量，dE为其吸收的辐射能。 吸收剂量的国际单位（SI）为：Jkg-1。国际单位专用名称是戈瑞（Gy）， 旧有专用单位为拉德（rad）,1Gy=100rad。 三、吸收剂量absorbed dose（D）吸收剂量与照射量的区别： 吸收剂量：适用于任何射线和任何靶物质，衡量的指标是被照射物质所吸收的辐射能量。 照射量：只适用于X射线及射线，靶物质是空气，衡量的指标是在空气体积内形成的次级电子所产生离子总电荷量，即X射线或射线通过该体积的空气时所放出的能量，是辐射场的量度。 空气辐射

7、场的X或射线，可通过下式将照射量换算为吸收剂量D：D=33.97X 式中，X为照射量，单位为Ckg-1，33.97为换算系数，D 的单位为Gy。 五、当量剂量equivalent dose（HT，R）吸收剂量与辐射权重因子的乘积。即：HT，R=DT，RWR WR为类辐射的辐射权重因子（表3-2）。 当量剂量特别给它起了一个专用名称叫希 沃特（Sv）。 四、比释动能 kerma（K） 定义：不带电致电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子的初始动能的总和。即：K=dEtr/dm 比释动能的单位与吸收剂量相同。 当量剂量的应用条件？六、有效剂量effective dose（E）有

8、效剂量（E）是指全身受到均匀照射或不均匀照射当量剂量（HT，R）的加权平均值。 由于WT没有量纲，所以有效剂量（E）和当量剂量一样，也以希沃特（Sv）为单位。 举例： 例如有甲、乙2人,甲的骨表面接受0.3Sv 的当量剂量，而乙的骨表面0.2Sv的照射，同时肝脏又受到0.1Sv的照射，哪个人危险更大些？答：根据表3-3给出的WT值按公式3-11计算如下：E甲=0.010.3=0.003 Sv (骨表面WT=0.01)甲相当于全身均匀照射0.003Sv 的危险性。 E乙=0.010.2+0.050.1=0.007 Sv (肝脏WT=0.05) 乙相当于全身均匀照射0.007Sv的危险性。显然乙受

9、到辐射的危害大于甲。 有效剂量的应用条件？七、待积当量剂量（HT（t）与待积有效剂量（E（t） 待积当量剂量（HT，50）的定义是：单次摄入的放射性物质在其后的50年内对所关心的器官或组织所造成的总剂量。即： 积分时间定为50年是与放射性职业人员终身工作时间相对应的。 如果单次摄入R类放射性核素对人体器官或组织（T）造成的待积当量剂量HT，50乘以相应的权重因子WT，随后对所涉及的器官或组织（T）求积，即可得待积有效剂量E50。即： 待积有效剂量E50可以作为由于单次摄入放射性核素，预计平均对一个个体将要造成的随机性健康效应诱发率的衡量指标。八、涉及群体的剂量 （一）集体剂量 集体剂量（collective dose）是群体所受的总辐射剂量的一种表示方法，它的定义为受某一辐射源照射的群体成员数与他们所受的平均辐射剂量的乘积。集体剂量的国际单位用人希沃特（manSv）表示。 （二）集体有效剂量集体有效剂量 （co