核物理放射损伤与防护

核物理、放射损伤

与防护1895年，Roten

发现了χray1896年，Baquel

发现了放射性1898年，Curie夫妇提炼出Po

继而提炼出

Ra核物理是研究原子核的特性、结构及其相互转变的学科本讲主要内容：原子核的组成与稳定性核衰变射线与物质的相互作用电离辐射剂量的基本概念辐射的生物效应与防护第一节原子核的组成与稳定性

质子(proton)

原子核}核子(nucleon)(atomicnucleus)中子(neutron)

基态原子核的能级激发态激发态基态△E元素(element)--质子数相同的一类原子核素(nuclide)--质子数相同,中子数相同,能量状态相同

(AmX)

放射性核素(radioactivenuclide)

稳定核素

同位素(isotope)

--质子数相同,中子数不同

同质异能素(isomer)

--质子数相同,中子数相同,

能量状态不同

例:----一种元素(碘元素)----四种核素

:稳定核素;

其它:放射性核素

----四种碘的同位素

----一种元素(锝元素)----两种核素

----互为同质异能素

原子核的稳定性核力--核子之间的短程强作用力

Eb=Ev+Es+Ec+Ea+Ep

Eb:结合能Ev:体积能Es:表面能

Ec:库仑能Ea:非对称能Ep:奇偶能

原子核的稳定性与核子数目及质子数与中子数的比例有关原子核稳定性规律1.核子数过多的原子核不稳定

Z>83的核不稳定2.质子数与中子数有一合适的比例

Z<20，N/Z=1的核稳定；

Z>20，N/Z=1.5的核稳定3.偶偶核的稳定性高于奇奇核稳定核素分布图第二节核衰变(nucleardecay)一、核衰变方式

衰变(decay)--质子数减少2,质量数减少4,放出射线

++

-衰变(minusdecay)--质子数增加1,

质量数不变,放出-射线

+-+

+-++衰变(plusdecay)--质子数减少1,质量数不变,

放出+粒子,转变为两个方向相反的光子。

++++++电子俘获(electroncapture,EC)

--质子数减少1,

质量数不变,放出特征X射线(characteristicXray)

或俄歇电子(Augerelectron)+

Ｘ线

俄歇电子

+衰变

(decay或跃迁-transition或同质异能跃迁

-isomerictransition,IT)--质子数,质量数不变,放出射线,有时发射内转换电子(internalconversionelectron)、特征X射线或俄歇电子

+

+自裂变--原子核在没有受到外界激发之下自行分裂。

252Cf诱发裂变—重原子核在外界激发下分裂为轻的原子核。

235U裂变(fission)二、核衰变的基本定律

(basiclawofnucleardecay)

-(dN/dt)/N=-dN/dt=NN=N0e-t

放射性活度(radioactivity)--单位时间内原子核衰变的数量。

A=A0e-t

A0—初始时间的放射性活度

A—经过t时间的放射性活度

—衰变常数(decayconstant);

-(dN/dt)/N

单位时间内原子核衰变的百分数放射性活度随时间呈指数规律减少

放射性活度的单位

国际制单位:

Bq

KBq

MBq

GBq

1Bq:每秒一次衰变

惯用单位:Ci

mCi

Ci

Ci=3.7×1010

Bq物理半衰期

physicalhalflifeT1/2

A=A0e-t

1/2A0=A0e-T1/2=ln2/T1/2生物半排期

biologicalhalflifeTb有效半减期

effectivehalflifeTeff

eff=b+

1/Teff=1/T1/2+1/Tb

Teff=T1/2

Tb/(Tb+T1/2)三、放射性活度与质量的关系

A=N

原子数N=A/=A×T1/2/ln2

摩尔数=N/NA

=A×T1/2/(6.023×1023×ln2)=A×T1/2/(4.17×1023)

质量

m=摩尔数×质量数

=A×T1/2×质量数/4.17×1023

第三节射线与物质的相互作用

(Theinteractionofradiationwithmatter)一、带电粒子与物质的相互作用电离

(ionization)

电离密度(比电离)(ionizationdensity)影响因素:带电粒子的电荷,

速度,介质密度激发(excitation)--射线使原子的轨道电子从低能级跃迁至高能级散射(scattering)—带电粒子受到物质原子核库仑电场作用而发生方向偏折韧致辐射(bremsstrahlung)与-粒子的能量及介质的原子序数成正比

湮灭辐射(annihilationradiation)吸收(absorption)—射线与物质相互作用能量耗尽后停留在物质中。

射程(range)—吸收前射线在物质中所行经的路程二、光子与物质的相互作用

光电效应(photoelectriceffect）

影响因素：射线能量介质的原子序数康普顿效应(Comptoneffect）

光子的能量为0.5~1.0MeV时,康普顿效应较明显电子对生成(electronpairproduction)次级电离:初级电离产生的电子或电子对进一步引起电离半值厚度(halfvaluelayer):光子活度减弱一半所需要的物质的厚度第四节电离辐射剂量一、

照射量和照射量率照射量(exposure)X=dQ/dm

单位质量的空气

单位:国际制单位C.kg-1

惯用单位RmR

R1R=2.5810-4C.kg-1照射量率(exposurerate)=dX/dtX或产生的电荷值二、吸收剂量及吸收剂量率吸收剂量(absorbeddose)D=d/dm

单位质量物质

单位:国际制单位Gy1Gy=1J.kg-1

惯用单位rad

1rad=100erg.g-1=10-2Gy吸收剂量率(absorbeddoserate)=dD/dt

射线所吸收的平均能量三、当量剂量和当量剂量率当量剂量(equivalentdose)HT，R=R•DT，R

射线种类R

光子

1

电子，

介子

1

中子

5~20

能量2MeV

的质子

5

粒子，裂变碎片，重原子核

20

单位:国际制单位Sv1Sv=1J.kg-1

惯用单位rem1Sv=100rem当量剂量率

=dH/dt

单位:国际制单位Sv.s-1

惯用单位rem.s-1四、

有效剂量(effectivedose)第五节电离辐射生物效应与放射防护

电离辐射生物效应分类

躯体效应(somaticeffect)

按效应出现的对象{

遗传效应(hereditaryeffect)

急性效应(earlyeffect)

按效应出现的时间{

晚期效应(lateeffect)

随机效应(stochasticeffect)

按效应出现的规律{

非随机效应(non-stochasticeffect)

电离辐射生物效应的影响因素与辐射有关的因素辐射的种类和能量辐射剂量率照射条件与机体有关的因素个体敏感性受照射的组织器官和细胞的辐射敏感性机体的内环境放射防护

(radiologicalprotection)放射防护的目的：为人类提供一个适宜的防护标准而又不致过分地限制产生辐射照射的有益实践。

•实践的正当化

(justificationofpractice)放射防护基本三原则

•放射防护最优化

(optimizationofprotection)

•个人剂量限制

(doselimit)

ICRP规定E≤20mSv•a-1（工作人员）

E≤1mSv•a-1（公众）

职业照射的防护

内照射防护

高活性区分区{低活性区非活性区排风防护用品污染处理规章制度

外照射防护

时间防护剂量∝tA/R2距离防护屏蔽防护放射性标志医疗照射的防护1．医疗照射实践的正当性

儿童所用的放射性活度应低于成年人。孕妇应禁用放射性药物。哺乳妇女应尽量避免使用放射性核素进行诊断或治疗，必要时应在应用放射性药物后的5~10个有效半衰期内停止哺乳。2．医疗照射防护的最优化

在诊断中，尽量选择半衰期较短、所致辐射吸收剂量较小的放射性药物；在治疗中，选择病灶辐射吸收剂量最大而全身辐射吸收剂量较小者。采用先进的仪器设备，使用较低的放射性活度获得足够的信息。必要的保护与促排措施。3．医疗照射的剂量限值

MainPoints1.Terms

nuc