放射性同位素与射线装置安全和防护

关于放射性同位素与射线装置安全和防护第一页，共九十八页，2022年，8月28日“事实上，在人体身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变。”诺贝尔奖获得者－西博格《人与原子》第二页，共九十八页，2022年，8月28日不要害怕辐射

然而必须重视第三页，共九十八页，2022年，8月28日原子与原子核第四页，共九十八页，2022年，8月28日原子自然界中的一切物质都是由原子构成的，任何原子都是由带正电的原子核和核外围绕原子核旋转的带负电的电子构成的。原子核一般是由带正电的质子和不带电的中子构成的。最简单的原子是氢原子，氢原子核只有一个质子，核外只有一个电子。第五页，共九十八页，2022年，8月28日原子结构示意图电子质子中子原子核第六页，共九十八页，2022年，8月28日元素原子－分子论认为，化学元素被定义为具有相同化学性质的一类原子的总称。现代物理学和化学研究揭示：元素的化学性质主要由原子核内的质子数（核电荷数）决定，化学过程的本质是核外电子的电磁相互作用。原子核的质子数（原子序数）决定了该原子所属的元素种类，以及在化学元素周期表上所处的位置。质子数和中子数之和称为该原子的质量数。第七页，共九十八页，2022年，8月28日第八页，共九十八页，2022年，8月28日同位素质子数相同而中子数不同的一些原子，或者说原子序数相同而原子质量数不同的一些原子，它们在化学元素周期表上占据同一个位置，而称为同位素。“同位素”是用来确指某种元素的各种原子，它们具有相同的化学性质。第九页，共九十八页，2022年，8月28日核素核素是指同一种同位素的具有不同核性质的原子核。它们的质子数和中子数相同，但核结构方式不同，因而表现出不同的核性质，如衰变方式、半衰期、能量等。核素分为两大类，一类是稳定核素，另一类是不稳定核素。目前，已经知道的107种元素的1900多种同位素中，大约有300种是稳定核素，其余约1600种是不稳定核素（放射性核素），其中的大约60种是天然放射性核素，其他的是人工制造的放射性核素。第十页，共九十八页，2022年，8月28日放射性第十一页，共九十八页，2022年，8月28日放射性的基本概念原子核的放射性：由于原子核自发的变化而放射出各种射线的现象。能自发地放射各种射线的核素叫放射性核素。放射性衰变：原子核自发地放射出射线后，原子核本身从一种核素转变成另一种核素，这个过程叫做原子核的衰变，也叫放射性衰变。放射性是某些物质固有的物理特性，表明物质的基本组成－原子核的不稳定性。放射性物质的最主要特点是在衰变时放射出各种射线。第十二页，共九十八页，2022年，8月28日放射性衰变的种类在放射性衰变中，发生衰变的原子核叫母核，衰变后所产生的原子核叫子核。放射性核素的衰变主要有三种类型：α衰变β衰变γ衰变（γ跃迁）在放射性衰变中，原子核有发射α粒子、β粒子和γ光子。此外，原子核还有发射质子、中子、重离子、正电子等其他粒子，以及发生自发裂变的情况。第十三页，共九十八页，2022年，8月28日α衰变：原子核自发地放射出α粒子而发生的转变，叫做α衰变。经过α衰变后，子核的质量数比母核减少4，原子序数减少2。α粒子（α射线）是带正电的高能粒子（氦原子核，4He）。α衰变的表达式：第十四页，共九十八页，2022年，8月28日β衰变：原子核的β衰变有三种形式，分别是β+衰变、β-衰变、电子俘获。经过β衰变后，子核与母核的质量数相同，原子序数相差1，它们是相邻的同量异位素。β衰变的表达式：第十五页，共九十八页，2022年，8月28日γ衰变：原子核通过放射γ射线由高能态自发地向低能态跃迁，叫做γ跃迁，也叫γ衰变。γ跃迁不会导致原子核质量数和原子序数的变化，只是原子核内部能量状态发生了变化。γ射线一般是伴随α或β衰变产生的，也有同质异能态的原子核向基态退激时发射γ射线的情形。原子核发生能级跃迁所释放出的能量也可用于发射核外电子，这个过程叫内转换，此时不发射γ射线。第十六页，共九十八页，2022年，8月28日放射性活度放射性活度是指处于某一特定能态下的放射性核素在单位时间内发生放射性衰变的数目，通常用A表示。在国际单位制中，放射性活度的单位是贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。早期的放射性活度单位叫居里，符号Ci。1Ci=3.7×1010Bq1mCi=0.001Ci=3.7×107Bq1μCi=0.001mCi=3.7×104Bq第十七页，共九十八页，2022年，8月28日放射性核素的衰变规律衰变常数是指放射性核素在单位时间内发生衰变的几率，它的大小反映了放射性核素衰变的快慢，它只与核素的种类有关。符号为λ。国际单位为1/s（1／秒）。衰变常数是放射性核素的特征量，是由放射性核素本身的性质决定的，与放射性核素有确定的对应关系。第十八页，共九十八页，2022年，8月28日对于具有同一种衰变方式的原子核，其衰变的时刻也是各不相同的，是独立地随机发生的，某种原子核在时刻t的数量与其起始时刻的数量之间存在着指数衰减关系，即这种原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，这就是放射性核素的指数衰减规律。数学表达式为：第十九页，共九十八页，2022年，8月28日根据指数衰减规律，可定义某种原子核的数量因衰变而减少一半所需要的时间为该种放射性核素的半衰期，T1/2。不同核素的半衰期可以相差很大，有的可以达到1010年，有的可以远小于1秒。数学表达式为：第二十页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射第二十一页，共九十八页，2022年，8月28日辐射及其分类辐射是粒子、光子通过空间传播能量的方式。辐射无处不在、无时不在。辐射的分类：第二十二页，共九十八页，2022年，8月28日广义的电磁辐射第二十三页，共九十八页，2022年，8月28日有关电离辐射的几个定义电离是指原子由于其中的电子脱离原子核的束缚而成为自由电子和离子对的过程。电离辐射是指凡是与物质发生直接或间接相互作用而使物质原子电离的一切辐射。所关心的主要有α粒子、β粒子、γ光子、中子形成的辐射场。电离辐射源是指可以通过发射电离辐射或者释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或者实体。例如：室内装修用的花岗岩、放射性同位素、辐照装置、放射诊断和治疗设备、核电厂、放射性污染物等。第二十四页，共九十八页，2022年，8月28日电离过程第二十五页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射无时不在、无处不在第二十六页，共九十八页，2022年，8月28日生活中的辐射第二十七页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射的分类根据电离辐射的来源，可以分成两大类：第二十八页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射的特点广域性或区域性：天然辐射不以人的意志为转移，整个宇宙空间都存在天然辐射的照射。持久性：天然辐射伴随着宇宙演化，人工辐射在制成后也有一定的存在时间。屏蔽性：天然辐射难以屏蔽，人工辐射可以得到一定的包装和屏蔽。不易察觉性：无色、无味、看不见、摸不着，人体的感觉器官对它不灵敏，不易察觉。不可忽视性：人工辐射可能对个体造成严重的永久性伤害，或对子代造成长期影响。第二十九页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射标志电离辐射警告标志第三十页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射与物质

的相互作用第三十一页，共九十八页，2022年，8月28日α射线与物质的相互作用α粒子与介质原子的核外电子发生相互作用，引起原子的电离和激发，α粒子在其径迹上则逐渐损失能量。其径迹近似为直线。电离所产生的高能电子也可以引起其他原子的电离和激发，并逐渐损失能量。相互作用过程产生许多电子－离子对，同时受激原子退激时也会发出光子（特征X射线）。第三十二页，共九十八页，2022年，8月28日β射线与物质的相互作用β射线也可以引起介质原子的电离和激发，但径迹较为曲折，并产生较强的韧致辐射。β粒子在与物质的相互作用中还存在较强的反散射现象，尤其是介质由高原子序数的材料制成时，这种现象更为明显，可超过50%。β粒子在介质中的吸收曲线随吸收体厚度的增加而下降，近似为指数衰减方式。β+粒子与物质的相互作用除了与β-相同外，还会与电子发生湮没辐射，发射γ光子。第三十三页，共九十八页，2022年，8月28日γ射线与物质的相互作用γ射线通过与介质原子或核外电子的单次相互作用，损失很大一部分能量或完全被吸收。光电效应：与内层电子发生作用，将能量全部转移给电子，形成光电子发射，还伴随发射特征X射线和俄歇电子。康普顿效应：与外层电子发生作用，将一部分能量转移给电子，而γ射线本身的能量减弱。电子对效应：在原子核库仑场中转换成一对正负电子对，γ光子消失。产生该效应要求入射γ光子能量大于0.511MeV×2=1.022MeV。第三十四页，共九十八页，2022年，8月28日对于准直的窄束γ射线穿过介质时，其强度减弱服从指数衰减规律：对于准直的宽束γ射线穿过介质时，需要考虑出射γ射线的散射成分的影响，上述公式需要作适当修正。第三十五页，共九十八页，2022年，8月28日中子与物质的相互作用中子是不带电的粒子，主要与介质原子的原子核发生相互作用，其作用形式主要有：弹性散射、非弹性散射、核反应。中子与较轻的原子核碰撞时，可在一次碰撞中损失较多的能量。中子诱发的核反应与中子的能量密切相关，在不同的中子能区，其核反应截面和核反应过程相差较大。第三十六页，共九十八页，2022年，8月28日α、β、γ和中子的穿透能力第三十七页，共九十八页，2022年，8月28日放射性同位素

与射线装置第三十八页，共九十八页，2022年，8月28日放射性同位素和射线装置的定义放射性同位素是指某种发生放射性衰变的元素中具有相同原子序数但质量数不同的核素。包括放射源与非密封放射性物质。按照《中华人民共和国放射性污染防治法》对放射源的定义，放射源是特指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性物质。射线装置是指X射线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。第三十九页，共九十八页，2022年，8月28日密封放射源是指密封在包壳里的或紧密地固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。非密封放射性物质是指非永久密封在包壳里或紧密固结在覆盖层里的放射性物质。通常所说的放射源主要是指密封放射源（密封源）。第四十页，共九十八页，2022年，8月28日对放射源需要了解什么？封装的活性物质（放射性同位素）的物理和化学特性，封装的放射源类别，放射性同位素的生物毒性等。封装的活性物质的物理和化学形态。放射源的活度。中子源的中子发射率。活性物质与包壳的尺寸、规格。抗腐蚀、耐热、稳定性、泄漏特性等。第四十一页，共九十八页，2022年，8月28日常见的可用作α源的放射性同位素第四十二页，共九十八页，2022年，8月28日常见的可用作β源的放射性同位素第四十三页，共九十八页，2022年，8月28日常见的可用作γ源的放射性同位素第四十四页，共九十八页，2022年，8月28日常见的可用作中子源的放射性同位素第四十五页，共九十八页，2022年，8月28日常见放射源分类国家环境保护总局于2005年12月23日发布第26号公告《放射源分类办法》。放射源分类原则放射源分类非密封源分类射线装置分类第四十六页，共九十八页，2022年，8月28日参照IAEA（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I、II、III、IV、V类，V类源的下限活度值为该种核素的豁免活度。I类源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分种至1小时就可致人死亡。II类源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天人员可致人死亡。III类源为危险源。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。IV类源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些源的人可造成可恢复的临时性损伤。V类源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。第四十七页，共九十八页，2022年，8月28日能够看懂《放射源分类表》，知道企业使用放射源所属的类别。放射源分类表的应用1Ci（居里）=3.7×1010Bq（贝可）1mCi（毫居里）=3.7×107Bq（贝可）1μCi（微居里）=0.001mCi=3.7×104Bq（贝可）第四十八页，共九十八页，2022年，8月28日某单位拥有：60Co，活度为15×109Bq；192Ir，活度为13×1012Bq；241Am，活度为9×106Bq。根据国家环保总局对放射源分类的规定，该单位的60Co、192Ir、241Am分别属于几类放射源？60Co活度为15×109Bq：3×108≤15×109Bq≤3×1010IV类源192Ir活度为13×1012Bq：8×1011≤13×1012Bq≤8×1013II类源241Am活度为9×106Bq：1×104≤9×106Bq≤6×108V类源

第四十九页，共九十八页，2022年，8月28日非密封源工作场所放射性核素日等效最大操作量放射性核素日等效操作量放射性核素实际日等效操作量（Bq）核素毒性组别修正因子操作方式与放射源状态修正因子第五十页，共九十八页，2022年，8月28日放射性核素毒性组别修正因子第五十一页，共九十八页，2022年，8月28日放射性核素毒性组别修正因子第五十二页，共九十八页，2022年，8月28日操作方式与放射源状态修正因子第五十三页，共九十八页，2022年，8月28日非密封源工作场所分级第五十四页，共九十八页，2022年，8月28日密封源的形状、尺寸密封源的形状、尺寸不一。小的只是几毫米到几厘米尺度的小金属物，大的其长度大于1米。放射源的活度也大小不一。60Co伽玛刀治疗源60Co工业辐射源192Ir无损检测源60Cs无损检测源第五十五页，共九十八页，2022年，8月28日241Am放射源第五十六页，共九十八页，2022年，8月28日密封源的标志只要有实际可能，在包壳以及源组件上应按顺序牢固、清晰地标志下述内容：“放射性”字样，不能使用放射性符号生产者名称或代码源序列号放射性核素的化学符号和质量数中子源的靶元素第五十七页，共九十八页，2022年，8月28日密封源的应用工农业上的应用：料位高度测量、密度测量、输送量测量、厚度测量、水份测量、核测井、辐射加工、工业照相等。医疗上的应用：伽马刀、中子刀、远距离放疗仪、近距离放疗仪、放射成像仪等。研究上的应用：刻度装置、X射线荧光分析仪、电子俘获装置、穆斯堡尔谱仪等。第五十八页，共九十八页，2022年，8月28日γ辐照装置第五十九页，共九十八页，2022年，8月28日固定核子测量－料位计第六十页，共九十八页，2022年，8月28日固定核子测量－厚度测量仪第六十一页，共九十八页，2022年，8月28日钻井测量第六十二页，共九十八页，2022年，8月28日远距离放疗仪第六十三页，共九十八页，2022年，8月28日有屏蔽体的密封源第六十四页，共九十八页，2022年，8月28日辐射防护第六十五页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射对人体的照射途径外照射是指人体外部的辐射源对人体造成的照射，一旦人体离开辐射场就不再受到照射。外照射主要来源于X射线、γ射线、β射线和中子等射线。内照射是指人体内部的辐射源对人体造成的照射。人体摄入放射性核素的主要途径有食入、吸入、皮肤毛孔进入、伤口沾污进入、医疗诊治等方式。第六十六页，共九十八页，2022年，8月28日第六十七页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射的生物效应生物体的结构和功能：DNA（遗传信息）→染色体→细胞→组织、器官→生物体。电离辐射对生物体的辐射损伤的形成机制：电离和激发→分子水平变化→细胞功能、代谢、结构的变化→肌体组织、器官、系统的变化→生物体辐射效应。第六十八页，共九十八页，2022年，8月28日按照生物效应发生的个体的不同，可分为：躯体效应发生在被照射生物个体本身的生物效应，包括急性效应和晚期效应，例如：肌体病变、个体寿命缩短、癌症、白血病等。遗传效应是由于生殖细胞受到损伤而体现在后代活体上的生物效应。例如：DNA损伤、基因突变等。第六十九页，共九十八页，2022年，8月28日按照引起生物效应的可能性，可分为：随机性效应是指发生几率与受照剂量成正比而严重程度与剂量无关的辐射效应，主要是发生受照个体的癌症和后代的遗传效应。在辐射防护感兴趣的低剂量范围内，随机性效应是线性无阈的。确定性效应是指在通常情况下存在剂量阈值的辐射效应，受照剂量超过阈值越多，产生的效应越严重。尤其在放射性事故和医疗照射等大剂量的情况下，发生确定性效应的可能性应引起足够的重视。第七十页，共九十八页，2022年，8月28日辐照装置事故第七十一页，共九十八页，2022年，8月28日20天39天工业探伤事故第七十二页，共九十八页，2022年，8月28日辐射剂量学中常用的量辐射与物质相互作用的最主要标志是给物质传递能量，这是产生辐射效应的依据。不带电粒子在物质中传递能量时首先把能量转移给带电粒子，接着带电粒子通过碰撞把能量消耗在介质中，并产生大量的次级带电粒子。比释动能（K）：不带电电离粒子在单位质量的物质内释放出的全部带电电离粒子的初始动能的总和。国际单位是焦耳每千克（J/kg），专用名称为戈瑞（Gy）。第七十三页，共九十八页，2022年，8月28日电离是电离辐射最重要的特点。照射量就是根据光子对空气的电离能力来度量光子辐射场的一个物理量。照射量（X）：X射线或γ射线在单位质量的空气中释放出的所有电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生同一种符号离子的总电荷量。国际单位时库仑每千克（C/kg）。过去的照射量单位是伦琴（R）。第七十四页，共九十八页，2022年，8月28日吸收剂量是辐射剂量学中的一个最重要的物理量。物质吸收辐射的能量越多，辐射引起的效应越明显。吸收剂量就是对物质吸收辐射能量的定量描述。吸收剂量（D）：电离辐射授予单位质量物质的平均能量。国际单位是焦耳每千克（J/kg），称为戈瑞（Gy）。第七十五页，共九十八页，2022年，8月28日当量剂量（HT,R）不仅与辐射所产生的吸收剂量有关，而且与辐射本身的性质有关。为辐射防护目的，对吸收剂量乘以辐射权重因子，用以考虑不同类型辐射的相对危害效应，包括对健康的危害效应。国际单位是焦耳每千克（J/kg），称为希沃特（Sv）。数学表达式为：第七十六页，共九十八页，2022年，8月28日有效剂量（E）的定义为人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因子后的和。为辐射防护目的，对组织或器官的当量剂量乘以组织权重因子，用以考虑不同组织或器官对发生辐射随机性效应的不同敏感性。国际单位是焦耳每千克（J/kg），称为希沃特（Sv）。数学表达式为：第七十七页，共九十八页，2022年，8月28日人类生活方式对辐射水平的影响第七十八页，共九十八页，2022年，8月28日全身急性照射可能产生的效应第七十九页，共九十八页，2022年，8月28日辐射防护的基本要求实践的正当性就是对一项实践，只有在考虑了社会等因素后，它对受照个人或社会所带来的利益大于其可能引起的危害时，该实践才是正当的。剂量限值就是对个人受到的正常照射的剂量加以限制，以防止确定性效应的发生，并使随机性效应的发生率控制在合理地达到尽可能低的水平。辐射防护最优化就是对于来自任一辐射源的照射，在考虑了社会等因素后，个人受照剂量的大小、受照射人数以及受照射的可能性均保持在合理地达到尽可能低的水平。第八十页，共九十八页，2022年，8月28日辐射防护的基本方法为了减少射线照射，达到辐射防护的目的，在技术上，对内照射的防护措施是减少放射性核素进入人体和加快排出。对外照射的防护主要采取以下方法：时间防护距离防护物质屏蔽第八十一页，共九十八页，2022年，8月28日电离辐射监测第八十二页，共九十八页，2022年，8月28日辐射防护监测辐射防护监测是指为估算和控制公众及工作人员所受辐射剂量而进行的测量，只是为了达到辐射防护目的的一种手段。监测包括辐射防护监测方案的制定、测量、结果的解释。实际测量的数值通常是辐射场的辐射水平和环境介质中的核素浓度。因此监测的任务是根据这些实测量求出评价量（个人的有效剂量、集体剂量等）。通常，通过模式把实测量和评价量联系起来。辐射防护监测按照监测对象分为：工作场所监测、个人剂量监测、环境监测、流出物监测。第八十三页，共九十八页，2022年，8月28日辐射监测仪器设备X、γ辐射监测仪电离室类监测仪闪烁剂量率仪表GM计数管监测仪便携式谱仪α、β表面污染监测仪中子监测仪热释光剂量计和测量仪第八十四页，共九十八页，2022年，8月28日便携式X-γ剂量率仪第八十五页，共九十八页，2022年，8月28日便携式X-γ辐射仪第八十六页，共九十八页，2022年，8月28日多用途辐射测量仪第八十七页，共九十八页，2022年，8月28日便携式X-γ辐射仪第八十八页，共九十八页，2022年，8月28日α、β表面污染测量仪第八十九页，共九十八页，2022年，8月28日中子测量仪第九十页，共九十八页，2022年，8月28日个人剂量计第九十一页，共九十八页，2022年，8月28日环境监测环境监测的目的是检验环境介质中的放射性核素活度和环境辐射水平是否符合国家的有关标准。监测结果可用来评价放射性工作单位的环境保护工作的优劣，也可以据此对环境保护工作提出要求。环境监测的项目和内容需遵循HJ/T61-2001

《辐射环境监测技术规范》的要求，并应经过环保部门的批准。终止或缩小