一概论与物理基础

广州医学院

实验核医学与放射医学教研室

放射生物物理与

靶材料工艺学强永刚教授RadiationBiophysicsandtargetmaterialsprocessing

10-12层1203房谢谢大家！联系地址：实验课地址：联系电话：81340333（O）

Yonggangqiang@21教学内容：侧重于材料改性、生物医学、环保等学科的应用教学要求：了解辐射材料工艺学的基本知识与技能；掌握辐射材料工艺学基础概念、辐射的聚合反应、辐射材料接枝、交联、降解、纳米材料等最新辐射应用技术和医用材料的辐射处理。培养具有较强实践能力和创新精神的生物医学专门人才。考核形式：闭卷+平时成绩

第一章

概述

辐射生物物理（RadiationBiophysics）研究电离辐射与物质相互作用引起各种理化改变的一门边缘学科。

辐射工艺学（Radiationprocessing）是利用电离辐射诱发材料物理、生物和化学变化从而达到加工改性的目的，也称为辐射加工技术。

一、核技术史及其发展第一次发现放射性——1896年第一次大规模利用核能(原子弹)——1945年

（还有一次…….）世界上第一座原子能发电站——50多年。第一座并网发电的奥布灵斯克核电站

原子弹爆炸1.核电站

全世界现有核电机组400多座，总装机容量为3.53亿千瓦，核发电量占世界总发电量的16%，有17个国家或地区核发电量超过本国(地区)发电量的25%。其中，法国75%、比利时57.7%、韩国42.8%、日本36%、美国20%、中国台湾省25.3%(6机组)。核电应用

——商用核电站秦山一期核电站300MW于1991年12月15日并网发电大亚湾核电站2×900MW分别于1994年2月1日和5月6日投入商业运行核电应用

——在建核电站秦山二期核电站(1号机组4月15商运)岭澳核电站(1号机组5月28日商运)

田湾核电站秦山三期核电站(1号机组于11月14商运)2.核技术应用镅-铍中子源生产线已广泛用于工业、农业、医学、环境、资源和科研等各个领域。

辐照场所辐照小麦原冬3号放射免疫分析药盒碘-131胶囊各种勿核探研测器工业抛同位昨素示寇踪射线嘴测厚溉仪烟雾丢探测嘉器Am艺-2众41赠源核子锄秤辐射睬源拥禾有量全国类各行霞业共盈有放吓射源48锈00而0多枚,应用渗单位10芒71监0个,从业煮人员板近5万人,密封读型放恒射源嘱总活跌度达冠到5.区8×1017Bq语(1溉56擦7万Ci)。常用区辐照疗源（γ源垄+加拣速器裁+紫刊外线）（1液）γ苍辐照誓源60钴（60Co）、22守6镭（22击6Ra）和13硬7铯（13级7Cs）图1-1226镭的衰变纲图60Co（T1/2＝5.27a）β0.309MeVγ2.50MeV1.33MeV0γ1γ260Ni137Cs（T1/2＝30a）βγ137Ba图1-260Co和137Csγ核素衰变图0.662MeV0.514MeV(95%)β1.18MeV5%1.覆17恩Me网V项目60Co137Cs辐射类型γ，βγ，βγ能量（MeV）1.17及1.330.66T1/2（年）5.2630.2自吸收（%）1030～50每年补充量（%）12.52.3γ辐射比活度（TBq/g）1.85～3.70.89每4kW辐射活度（PBq）2.511.1两种习γ辐栏照源良性质菌对比能量为2MeV的射线空气中的射程（m）毫米行程上的离子对α射线β射线γ射线0.0111006000600.63种贪射线设在空掩气中语的射困程及源其电档离密侦度（2葱）加落速器乳辐照枪源粒子傻加速睁器是垮利用午电场搂加速板带电确粒子仿的装现置，饿粒子袄速度狗不能俭超过皆光速吉，但妈能量手增加寺不受机限制榴，故丈加速刷器实能际上罪是增仗能器绵。加速淋器的顿几个脖问题1）提高虽能量衫：加译速2）形成摧轨道需：约桃束3）保持琴流强告：聚则焦4）柔维持曾寿命灿：稳骑定性5）倡提高麦亮度猫：冷悦却、插阻尼加速之器主要阻性能锦指标1）能量10匪0k滴eV舟－1篮00淡Me毕V私低能10惜0M炮eV促－1辞Ge义V津中能1G纯eV继－1窑00钱Ge管V烤高能>氏10驴0G覆eV类超高瞒能2）加速锋场强单位物长度续增能MV灿/m3）流强pA咬－n激A－A罩－m议A－昆A－针kA杠－M师A4）亮度（对伴撞机拣、微辜束）单位己面积月流强渣n典A/量cm2或屑n/培s/繁cm25）侍束流原品质发射订度（x,x’6维宜相空概间）能散臭度（W/W）加速简器的轧分类1.按粒细子种去类划巨分电子吃、质畅子、酒重离崖子（~W关系岸不同捡）次级尘粒子虫：正午电子障、反盗质子誓、放缩慧射性每核束2.按轨榴道形五状划助分直线有型回旋湿型环型3.按加耍速电照场划弊分静电到场感应鼓电场射频替电磁罢场4.按加粮速机渐制划紫分非谐暴振(准泻)谐克振－历有自及动稳蒙相机从制静电场感应电场射频电磁场非谐振(准)谐振直线型高压型感应直线射频直线回旋型回旋稳相电子回旋环型电子感应同步加速射器的叫应用1.基础叼研究（大洞科学狐工程拴）1）普通樱核物泼理核反全应、顽核结族构炭放射陷性核确束物润理2）高能步物理基本钥粒子已、夸网克、塞胶子他…（对撞艰机）3）其它即学科凝聚春态物迎理、汽生命暑科学遥（同步晚辐射、散裂远中子创源）原子叨分子为物理谈、化月学地学蛛、考且古夏商呜周断边代工既程2.国计蓬民生1）农业：辐卵射育柜种、菌保鲜佣、昆株虫不吗育2）医学：放窝疗、登同位灭素生速产、都消毒3）能源：反伤应堆居材料嘴、核驼废料孔处理疼、加纱速器歉驱动堂洁净越核能导系统规（A本DS塞）、迫惯性偏约束谷聚变4）环境：环咬境示吓踪与祥分析倦、三残废处贯理5）信息：半刮导体糟与集皱成光锋学器颂件生伍产、积单粒躁子效郊应与削抗辐储射加猴固6）材料：辐屈照加天工（奔电线捐电缆搭、热真缩材骨料、凶涂层裤固化王、建皆材、喂磁带取）、素材料读改性便与精筒密加军工、槽无损丢检测3.国防去与安切全1）安全糟检查：集胃装箱忘、爆干炸物统、违友禁品2）核武鹿器：核暗爆模递拟、惊闪光斧照相币、核娘数据3）离子悦束与然激光湖武器：R工FQ渴、F象EL加速绵器的斥应用逐实际子上是叶荷能帮粒子谣束及员其次阵级射斥线的精应用应用俘的基霞础：冷粒子艰束/静射线县与物铲质相慎互作欣用本质汁上主告要是坝两类古应用岭：利用寒能量急效应恳（辐芳照、嚷放疗锦…）提取鬼信息刊（核领分析昨技术身、成秤像技抽术…是）加速慰器特翠点1，康能量狂利用扯效率护高，蝴功率附高、抚剂量闹率高2，汁能量期可调龟应用睛范围污广3，穿透绿性低加速折器辐镜射加萍工原肾理：阳极英产生全的热傍电子岩在高统压电咏场作棍用下旗被加幅速为少高能得电子剪，高气能电纺子通贤过金箩属箔瘦窗，制轰击放在被坡辐照枕的加老工件幅表面窃，达鱼到辐淡射加旷工的收目的异。电子幸束从什箔窗别引出恶的方挠式：券一种傍是扫株描式乌（Sc旋an可ni养ng），头另一规种是沈非扫祖描式样或称弄帘式般（Cu拌rt相ai小n）窗帘式EB源产物辐照区电子能量（MeV）空气中最大射程（m）水中最大射程（mm）铝中最大射程（mm）铅中最大射程（mm）3010913253.810.21043.149.821.75.4214.084.372.050.690.10.130.140.0690.0270.010.00240.0250.00130.00073加速绕器产辰生电知子的直最大涉射程γ射线源工业电子加速器（1）穿透能力强，适于大包装和不规则物件的辐照穿透能力低，适合材料表面或浅层辐射加工样品，大功率加速器也可用于较大物体的辐照（2）设备简单，操作维修方便设备复杂，需专业人员维护（3）不间断辐照，防护条件要求高可随时关机，防护较易（4）源强逐渐衰减，需定期测剂量场和补充新源源强保持恒定，能量在一定范围可调（5）剂量率低（约104Gy/h），辐射照时间长剂量率高（约104Gy/s），照射时间短（6）功率低、处理样品量小功率高、处理样品量大加速尤器源两类敌电离映辐照辈源性友能对诞比(1准)用不俭均匀供度比（U）添来表狂示，伙U为视辐照颜体内容最大扮吸收琴剂量腹（靠乒近辐催射源的伯一面香）和绍最小吸收剂量爱（远充离辐牙射源启的一锈面）周之比朽值。U=获Dma缘瑞x/Dmi举n辐照厘均匀王性指沟标(2吉)电子脊有效蛛射程γu电子笋有效摸射程γu（Us钥ef洁ul养r烧ag为e掠of召e宰le挤ct旦ro够ns）的积概念枪:为表豆征电孕子束雾在介扩质中柄吸收售剂量跃的不携均匀润性，暖引入锐了γu値。γu定义笑为：秩被照使射物奔件的唯某一孕个厚刷度，挡在这政一厚抱度中犁入口校处与贤出口盖处的介吸收易剂量倦相同哈，γu值与行入射单电子占能量陶及介橡质密嘉度有腹关，眯图1石-9挠表示炊了水原中电义子束胜剂量怨分布知。图1-9水中电子束剂量分布50100相对剂量（%）051015202530（mm）2.03.05.0（MV）1.518利mm入口出、出抄口均祥为：涉5跌0有效帜射程γu=1组8m魔m有效管射程底计算辐照闭场所冶解剖途示意禁图辐照联场所器剖面肤图辐照准场所颗解剖毒剖面乔图非电现离辐议射源伯：紫碎外线鉴源□日光抬中的紫外幸线光谱磁在1拘00敌-4随00nm帅波长范蔑围□UV友区分汤三类：小于丘19幼0n柱m的愧为真空亦紫外脆区，1被90影～3予00久nm脱为远紫安外区，3恶00况～3范80诸nm鞠为近紫陪外区。后熄二者张具有送靶效剩应。□按紫歌外灯系源又膜分为：UV拾—A乏：4剩00摇nm辽～3狂20美nm座，又什称为奥黑斑指效应烤紫外蜘线UV鉴—B耐：3平20驴nm越～2呢75秩nm迷，又努称为孩红斑到效应骗紫外描线UV捆—C尼：2热75撞nm脆～2完00亩nm介，又槐称为哪灭菌格紫外其线UV暖—D链：2浇00岗nm疫～1智0n决m，购又浩称为浊真空宪紫外们线辐照卖材料素改性

我国捏从事醋核技既术应碰用开固发生诸产的届企事湖业单爸位约绿有30形0家，姨年产饱值达15丑0亿元鹿，其户中：核农廉业：40亿元辐射暂加工接：25亿元同位型素仪亡表：20亿元同位社素及粘其制冰品：3.纺5亿元γ辐照瓦产品杂：50亿元根据什国外亚经验干，我逝国核督技术每应用始的市添场规码模约挎在10稍00亿元房诚，有救广阔忽发展迫前景略。辐射以交联颠热缩翼套管辐射艰加工辐射债可在玻固、井液、胸气相疤中诱政发化蓬学反焦应，桌而不仰需要茂催化絮剂。崇这一真特点赵使辐盆射加谣工工制业具贡有独福特的涂优势尚。辐射甘加工反用于错工业略可改光善产垦品质客量，严提高么能源窃利用疮率，盗并可伟制造辜性能视独特奶的产衡品；辐射拘可以膀有效形地杀庸灭病溉原菌蔑等有章害微透生物施，从擦而可醉用于高医疗私产品爸的灭愤菌、乘食品泊的保怖存和乔污水传污泥揪的灭扬菌；辐射越加工谨优点1.恼把能寺量直啄接传纹递给寸被辐穗照物饿质，拐能量怠使用断效率碧高，蜓可在想常温向下（追甚至爽低温乳）进妙行，拳节约跳能源察。2.惨有利柄于环踩境保莲护，志无溶吓剂挥丝式发到岂大气倾中造座成环录境污涌染，移。此欠外还委可以舞进行单食品帮、饮积用水赏、工塌业污米水、摩一次宰性医察疗用绕品的号消毒掀和烟努道气爸体的采辐射尽净化趟。3.辐节射加偏工技浑术简协单，币可根锻据产候品需咬要来饰调节而辐照肢条件约，可接快速披、高引质量党处理廊加工若物件变。4.锹通过肾屏蔽万、安蛙全连唱锁装锯置等命可以葡保证暮辐射恼加工葱技术蚕的安闯全性攻。辐射宜加工怕的缺世点1.辐射县源，特叫别是掘工业培用电做子加浙速器价格绵较昂胞贵，一胜次性股投资壮高。2.具有吹高能位量、闻高穿摩透性合及对物近质作访用的材无选讽择性，可各引发叫不必崖要的县副反赶应，镜降低杆基材足性能概。3.辐射化学邻产额最较低，主惭要适念用于夜链式斑反应扩和高开分子客材料局，限谦制了苍其应脸用的作范围足。4.在势辐射快加工乐范围兴内虽纲然不快会引专发被扫照射升物体柔产生慎放射籍性，故但仍王需克摸服人安们应树用此朋新技才术的心理乎障碍。辐射般交联高分芦子产厌品的项辐射蛋交联绕加工顽，在忘我国篮辐射志加工名可处堪理4具0多缩慧种产暴品；热收浊缩制钢品是切我国奇最大换的辐仅射交替联产毯品，傲包括拘电力趋电缆种附件滴，通态讯电找缆，赴各类乐阻燃刃管件达等。辐射击消毒医疗效产品啦的消萄毒，市辐射偿法优肢于常为规的叹环氧能乙烷班法，珍它对核工作酬人员踏和消豆费者棕都安更全，质灭菌惊可靠遗。血液蝇辐照奏可用档于防予止输悟血带捕来的剖GV腰HD键；药物牌、药僵品和单化装说品的安辐射悉灭菌拐近年宗来在清我国赢也有命所发蛇展，喘如对桨雪花幅膏、慰眼药袭膏、队抗生停素等激进行规辐射描灭菌勤。核子缓控制触系统核子锹控制塌系统景包括绪料位益、密棚度、艰厚度巨等机尽器，刻组分弓含量书计，霉用X据射线舒荧光秋、旱中子烫活化总分析盈等多辟组分篮分析赞器等沸。我国周现在瓜有1海80既多个捞公司架开发钻和生肥产工丢业用首核子裂计器界；在边侦境、喝港口弦、机昼场、绒车站休等地慌，毒邀品药助物、午武器帐、违醉禁品羞等的咱检查菊和应坟用。示踪识应用放射郊性同颈位素门示踪薄剂可颠用于冠解决吧很多织问题闲--讽--榜-管浑线堵选塞和抚沉积愈的探尖测、降油田懒注水统环境永监测僻、工经艺容良器中宣的平逐均停择留时搂间和闯停留胜时间易分布碍的测甲量等随；在我锻国，昏石油爽工业贝是示荡踪技田术最风大最费终用察户，演主要攻使用肃钡-售13热1微规球示拼踪。13庭3Xe笔-地下剩管道肠检漏无损猴试验无损氏探伤舅试验弦是国妙民经丧济中左很常游用的醒一项轻技术躬。射楼线探创伤广散泛用宅于石纷油、滑化工鄙、造填船和拐核工圈业等防，还恢可用爹于评绣估管列道中删的腐刑蚀和棉沉积冻物。无损扬探伤千试验草曾用蔑于从型乍得奖的一煤条一衔千公合里长育新管雄道线泥上控旬制管遥线、引焊接雄、接遇头和博组件俭的质沾量测昂量。海洋橡和水松资源测量滥和评添估海铅洋环戒境中搞的放骄射性再核素慌，研犹究放犯射性起的迁桑移，经测量朴和研脏究海回洋污括染；同位因素水蒙文学议广泛闹用于养水资亦源管谋理，睁调查取地下沙水污娃染，衬研究羽水坝材的泄呆漏和窜水坝依的持市续性鸦。医学所和卫剑生健活康我国追几乎刻所有酬的医望院都桃拥有补医学向影像糖设备猪，全言国有雨80古0多羽个核闻医学像研究离、开意发和活应用拜单位谷，有笛三个衫专门坡核医裁学研拖究中稀心在茧无锡奥、北苦京和抱上海胞；我国协有七桃个放未射性祸药物挡生产烛中心共分别施在北级京、捕上海卖和成殊都，稍他们赖生产炉了2耍0种讲标记尸药盒宽，2仓5种隶放射斩性药亦物；放射棒治疗沿：放疗料设备(加速百器、餐钴治甲疗机视、γ2刀、X2刀、X射线且治疗谣机、喷后装锁治疗衬机)1粪67粮0多绣台。核农策业辐射滩突变乐育种：弱现在腥全世像界已唇培育绢出2幅00置0多岔种突叔变体杀，我脉国从板40援多种斗植物宵中培碰育出尽53解0多木个新柴品种赔，源年增备产粮芬、棉蜘、油辜30榜0-透-4漏00互万吨环；害虫刑防治：雄闯虫不验育技烟术是厦核技毛术应趣用十雁分成废功的舱例子皂，在奴农业市经济僻上取微得的咐综合顽效益皮为每碌年3妄5亿舍美元伏。食品汪辐照目前慈农产仓品有稍三分昌之一询在到剥达消瞧费者资之前悔就因腐帖败和答虫害简而损蜜失。食品遍辐照同可用者于储直存产椅品的蒜灭菌度，例跪如谷袜物、调味殃品、共干果时和蔬信菜；捐用于暴抑制热土豆彼、洋缠葱的膛发芽；役用于已消灭逝食源间性疾玻病，勾特别惯是海孤产品脉因沙谣门氏菌然和大域肠肝辆菌造列成的岛疾病羞；用蕉于热演带水识果杀帝灭果蝇滩等害山虫等停；19另98独年我擦国辐榜照食毁品5挖万吨御，其兼中大校蒜3鼓万9千吨魔，调板味品扁、香暖辛料预50搭00议吨，薯脱水欢蔬菜药30巾0吨；核考久古学核分盈析技退术、薪中子淡活化伟分析迷、X拉射线荧光雅分析韵、裂程变径成迹测黑定、屡加速恩器质科谱、14财-C年邀龄测望定等充，可缘瑞用于奔研究兔古代疫绘画浴、陶瓷轮、青慰铜器院和其到它古座物的醒微量蜘元素袄分布勺，用于咽真伪般鉴别刚，年斩龄测锅定和宰产地扮推定瓣等.现代摄物理挣学的酷几个蓝基本饭问题物质柿的微带观结颤构：1学物质脉的微你观结跌构2呀粒子烤的基槐本性蔬质3旗粒子弦的相授互作并用4柜粒子拍的分叮类基本滩问题：玩物基质的脱微观荡结构宇宙习的形露成和构演化生命岔的起侍源-千--备--细-10－10m10－1翅5m10－20m10－19m未北发现泽可再吹分电磁杂力化学摘反应标中最小袭单元分子原子原子博核质子强力中子电磁悟力强力强力核外库电子夸克夸克共有鸣36要种夸酒克。粒子俗的基蛾本性杯质1.牙质量每种吃粒子设都具恭有一文定的秩质量冠（静百止质呀量）梨，运匆动质狭量随胳运动袍速度甘增厅加盏而增群加。E刚=万m美C2m扰=析E锦/钉C2--锁--滔--首--徐-旁eV夫（电子筛伏）m电子=0.51眼1畏M执e粱V盆/略C2m质子=吓93住8.帆28幕M渣e顺V俱/屿C2AZX原子弱核：X—旷—该骂核所位属化拒学元词素的量符号A—泊—核巩的质眯量数停/核判子数Z—冲—核胆的原戏子数同位义素：12C13C14C（9光8.胳90液%卫1.殃10塔%澡1.睡30掉x1勉0-1曲0%)天然据丰度：天促然存柏在的豆各元窄素中爪，各短元素绩的多弄少不拍一样沾，各宵种同拆位素恢所占用比例尿叫做萍该同辅位素务的天火然丰旺度。2.育寿接命自由呢中子放1烈5璃分钟最短装的捕10-2虾5秒质子赶1032年电子蚕2困×1022年少数项粒子饼稳定--畜--绣--冬-粒贷子衰脆变前症平均跨存在梦时间多数温粒子钥不稳虹定放射腹性核身素：战有不倍同的环半衰附期3.育电乱荷中性作粒子腹不带劣电荷其它段粒子冠所带烧电荷桑都是子电子领电荷种的整亿数倍挨（量狼子化北）4.主自烦旋核自冠旋—反—核虾子在烂核内柱运动欲的轨塌道角标动量司和自巾旋的角哪动量勉之和庄。每个鸭粒子关都有孙自旋融运动桐（地册球）核的萍自旋饮角动势量，务在粒巾子反傍应和菌衰变财过程冤中遵晕守角折动量鞠守恒兄。5.嫁大睡小粒子贿-火--塘质万子、溪中子淹、电辽子陕。。嫂。反粒哀子牙--场-牛反质魂子、绪反中湖子、朵正电描子原子架-羞--顶--判-撤10-1滩0m（膨0.血1n栏m）质子丘-柜--蓝--刻-拔10-1织5m电子脱、夸