放射源基本原理

放射源基础知识辽河石油勘探局目录1、辐射防护基础2、放射源和射线装置在我国的应用情况3、国内外放射事故概况分析4、放射源分类辐射防护基础放射性的发现及其应用

1895年伦琴发现X射线1896年贝克勒尔发现物质的放射性1898年居里夫妇发现发现镭和钋1899年卢瑟福发现α和β射线1911年卢瑟福发现原子核1934年费米利用中子制造人工放射性核素1945年美国在广岛和长崎投下原子弹1951年第一次核能发电在美国实现1972年X射线计算机断层扫描装置（CT）什么是放射性？

放射性是自然界存在的一种自然现象。世界上一切物质都是由一种叫“原子”的微小粒子构成的，每个原子的中心有一个“原子核”。大多数物质的原子核是稳定不变的，但有些物质的原子核不稳定，会自发地发生某些变化，这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象就是人们常说的“放射性”。

原子核（质子＋中子）KLMN核外电子基本概念同位素：原子序数相同，原子的质量数不同，即原子核内的质子数相同，中子数不同，在元素周期表内占据同一位置的元素。一个元素的所有同位素，其化学性质几乎一样。一种元素往往有几种到几十种同位素。钋的同位素最多，从钋－192到钋－218，共有27种。目前已知的118种元素，同位素共达2000多种。基本概念

同位素又可分为稳定性同位素和放射性同位素两种。

稳定性同位素：原子核内的质子数、中子数以及核的结构都是稳定不变的。自然界中多数原子核属于稳定性同位素。

放射性同位素：原子核不稳定，能自发的放出射线而变成另一种核素（即改变了原子核中的质子数和中子数）的同位素，称为放射性同位素。有些元素的同位素，虽然原子核的质子数和中子数都不会改变，但原子的结构能自发地发生改变，如核外电子能级的改变，放出电磁辐射，它们也属于放射性同位素。基本概念放射性同位素分为：

天然放射性同位素：镭－226，铀－235，钍－232等原子序数大于83的元素

人工放射性同位素：钴－60，铯－137等自然界中天然存在的放射性物质较少，实际应用中的放射性同位素，绝大部分是人工制造的放射性同位素；天然放射性同位素也要经过人工提纯后才能应用。放射性核素表示方法

88Ra226226Ra或Ra－226核素符号原子质量原子序数基本概念

衰变：原子核放出射线而变成另一种核素地现象，称为衰变。在某一核素发生衰变时，最初的那个原子核叫母体，放出射线后生成的新核素称为子体。

88Ra226——→86Rn222+2He4

母体子体α射线放射性核素的特点（1）能自发地放出射线，衰变后生成新的核素。射线的种类一般有：α、β、γ

三种，有时又称为甲种射线、乙种射线和丙种射线。一种核素衰变时，不一定同时都能放出这三种射线，一般来说，质量较轻的放射性同位素只放出β、γ

射线；质量较重的放射性同位素，多数能放出

α射线。γβα-+α射线一般只有当原子序数在83以上的重元素，例如Rn（氡）、Ac（锕）、Th（钍）、Ra（镭）与U（铀）等原子核才能释放出此种射线。实验证明，α射线的质量为氢原子的四倍，并带有两个正电荷，核内有二个中子和二个质子，所以它是氦原子核。

88Ra226——→86Rn222+2He4α射线

由于α射线带有电荷，在物质中的电离本领很强，其能量容易传递给物质；所以它的穿透力很弱。在空气中的射程只有几个厘米，如果遇到固体物质或液体物质时，则射程更短。数千分之一厘米厚的铝片或一张普通的纸，就可以完全挡住α射线。但因它的电离本领强，进入生物机体后，能引起很大的损伤。所以对α射线，主要是防止进入体内而引起的内照射。几种能量α射线在物质中的射程（cm）物质0.5MeV2.0MeV5.0MeV10.0MeV空气0.331.03.510.6铝0.000180.00060.00190.0055铅0.000110.00040.00120.0032β射线 当原子核内某一个中子转变成质子时，伴随着电子的产生。这个电子就是β射线。例如：83Bi21084Po210+β89Ac22790Th227+ββ射线的电离本领不如α射线大。由于β射线即电子的质量小，在与物质碰撞的过程中丢失能量的涨落也大，即使单能电子所走过的路程也不同。加之电子所走的路程是弯弯曲曲的。因此，对电子来说，射程只是指它能穿过的物质厚度而言。而不是它实际走过的距离。物质距

离(厘米)0.05MeV0.51MeV5.1MeV51MeV

空气3.9155220015,000水0.00470.152.619

铝0.00250.0851.167.8铅

0.0010.0310.351.25β射线在各种物质中的射程γ射线 γ射线与X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波等一样，亦是一种电磁辐射，所不同的是它是从原子核消激发时放出来的射线，能量较高，一般在几十万电子伏以上，而可见光的光子能量只有几个电子伏。所以γ射线是一种高能光子流。γ射线不带电的光子，它的穿透本领最强，要比β射线大50~100倍，比α射线大10,000倍。γ射线在空气中的射程可达几百米，但它的电离本领却比α射线、β射线都小。故对γ射线主要是防止体外照射。无线电波红外线紫外线

γ射线X射线

10110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-1010-11

（波长cm）可见光各种电磁辐射的波长范围示意图。光子能量愈大，辐射波长愈短；光子能量愈小，辐射波长愈长。不同射线的穿透能力中子中子是原子核的组成部分，每当U或Pu等原子核分裂时，都能释放出中子来。因此在原子反应堆里或原子弹爆炸时，都能产生大量的中子流。中子的质量几乎与质子相等，只是它不带电，因此它的穿透本领与γ射线近似。但中子通常不稳定，很快放出一个电子而变为质子。质子是重带电粒子，其电离本领很强，故中子射入人体后，在体内的损伤作用也是很强的。尤其是中子在轻物质（如水）中很快减速，故对人体组织损害更大。放射性核素的特点（2）放射性核素的衰变有一定的规律

半衰期（T1/2）：一定数量的某放射性核素的原子数目，衰减到它初始值的一半所需要的时间，称为该放射性核素的半衰期。半衰期是放射性核素的一个特征常数，不随外界条件和元素的物理、化学状态的不同而改变。不同放射性核素半衰期的长短差别很大，长的可达几十亿年，如钍－232为140亿年；短的只有几百分之一秒，如钋－212仅为3.0X10-7秒。放射性核素的特点（3）放射性核素原子核数目的减少服从指数规律

N=N0e-λt上式中：N0是t=0时刻的原子核数，N是t时刻尚未衰变的原子核数，λ是与该种放射性核素性质有关的常数，称为衰变常数。衰变常数大，衰变的快。将上式取对数后则有lnN=lnN0-λt在半对数坐标上N/No与t是一直线。放射性核素的特点

当N＝No/2，即原子核数目减少到原来的一半时，可求得半衰期T与λ的关系。

t=T=Ln2/λ=0.693/λ则上面的衰变公式可写成：

N=N0e-λt=N0e-(0.693/T)

•t

当No已知，即可计算经过t时间后的N值，要注意的是，t与T的时间单位要相同。放射性活度定义：放射性核素在单位时间内发生衰变的原子核数目，称为放射性活度（即衰变率），用符号A表示。单位：专用单位，居里（Ci），1居里是指放射性核素每秒钟发生3.7X1010次衰变。居里的单位太大，实际工作中常用毫居（mCi,10-3Ci)，微居（µCi,10-6

Ci)，纳居（nCi,10-9)，皮居（pCi,10-12Ci)。放射性活度

放射性活度的国际单位（IS）：

贝可(Becquerel)，符号为Bq1贝可定义为放射性核素每秒钟发生1次衰变。即：1Bq＝1秒－1。单位换算：1Ci＝3.7X1010Bq贝可的单位较小，通常用千贝可（kBq，103Bq），兆贝可（MBq，106Bq），吉贝可（GBq，109贝可），太贝可（TBq，1012贝可）等。比放射性

实际工作中，常用比放射性这一名称，用C表示，它是指每单位质量的固体物质或每单位体积的液体中所含的放射性活度。任何1克放射性核素的放射性活度C（居里/克）与该核素的半衰期T（天）、原子量A之间有下列关系：

C＝1.3X108/(A·T)

因此，放射性活度等于1居里的放射性核素，其质量为：

g（克）=1/C=7.7X10-9A·T（天）放射性活度克镭当量：1克镭放射源，放出的γ射线通过0.5毫米厚的铂板过虑后，在空气中距源1厘米处的照射量率等于8.25伦/小时。因此，当任何放出γ射线的放射性物质，在距它1厘米的地方，照射量率等于8.25伦/小时时，它辐射的γ射线量也就相当于1克镭，称其放射性活度为1克镭当量。用符号gRa表示。实际工作中，常用毫克镭当量（mgRa)来计量，1gRa=1000mgRa

放射性及其度量单位克镭当量这个单位，由于其数值与测量条件等密切相关，而在确定条件下的定量数值又很难得到，所以没有得到国际公认，但在我国由于历史的原因，有不少地方仍在使用。居里和克镭当量是两个不同的单位，克镭当量的单位只能用于发射γ射线的放射性核素（或放射源）。射线与物质的相互作用

射线与物质相互作用时，要将其能量传递给物质。带电粒子的能量转移（损失）方式主要有下列几种情况：①电离和激发②散射③轫致辐射带电粒子激发电离非带电粒子与物质的相互作用

这里的非带电粒子（X射线、γ射线和中子）与物质相互作用时，主要有下列三种形式：1、光电效应；2、康普顿散射；3、电子对产生。入射光子光电子入射光子反冲电子散射光子入射光子正电子负电子e+e-不同射线屏蔽材料的选择α射线：由于α射线的射程非常短，即使能量比较高的α射线，一张纸也能将它完全挡住，因此，α射线外照射一般不会对人类造成危害；但进入人体组织和器官时，其能量将全部被组织和器官所吸收，所以，要特别重视防止α射线的内照射。不同射线的屏蔽材料的选择β射线：β射线与物质相互作用时，一部分能量会以X射线（轫致辐射）的形式辐射出来，所产生的轫致辐射的强度既与物质的原子序数Z的平方成正比，还与β射线的能量成正比。如：能量为1MeV的β射线在铅（Z＝82）中有3％的能量转化为轫致辐射（X射线），而在铝（Z＝13）中只有0.4%的能量转化为轫致辐射。X射线的屏蔽要比β射线本身的屏蔽困难得多，所以，对β射线的屏蔽，一般要选用原子序数较低得物质，如有机玻璃和铝等，以减少轫致辐射产生的份额；但对活度和能量较高的β源，最好在轻材料屏蔽后面，再添加适当厚度的重物质屏蔽材料，以屏蔽轫致辐射。不同射线屏蔽材料的选择X射线和γ射线：他们与物质相互作用时，主要的三种形式是光电效应、康普顿散射和电子对产生，光电效应发生几率与物质的原子序数Z的4次方成正比，康普顿散射与Z/A成正比，电子对产生与Z的平方成正比，因此，X射线和γ射线的屏蔽，要选择原子序数高的重物质为好，如铅和含铅的玻璃是目前较普遍采用的屏蔽材料。不同射线屏蔽材料的选择中子：中子与物质相互作用的过程较为复杂，主要有散射和吸收两种；并且发生作用的方式与中子的能量有关。一般将中子分为慢中子（小于5keV，其中能量为0.25eV的称为热中子）、中能中子（5～100keV）和快中子（0.1~500MeV）三种。在实际工作中，多数遇到的是快中子，快中子与轻物质发生作用时，损失的能量比重物质要多的多，如快中子与氢核碰撞时交给反冲质子的能量可达中子能量的一半。因此，含氢多的物质，如水和石蜡等，是屏蔽中子的最好材料。辐射剂量学量及其单位（1）照射量定义：X射线或γ射线在单位质量（M）小体积元的空气中，释放出来的全部电子（正电子和负电子）被完全阻止于空气中时，在空气中形成某一种符号离子的总电荷绝对值（Q）。用X表示。

X＝Q/M

单位：SI单位：库仑/千克（符号为C/Kg)

常用单位：伦琴（简称伦，符号为R）

1R＝2.58X10-4C/Kg

辐射剂量学量及其单位（2）照射量率定义：单位时间内的照射量。

.X＝X/t

单位：SI单位：安培/千克（A/Kg）常用单位：伦琴/秒（R/s）辐射剂量学量及其单位（3）吸收剂量

定义：单位质量的被照射物质，平均吸收的辐射能量。符号为D。

D=E/M

单位：SI单位：焦耳/千克（J/Kg）专用名：戈瑞（Gray）符号：Gy吸收剂量吸收剂量的专用单位：拉德（rad）表示电离辐射授与1克受照物质的平均辐射能量为100尔格（erg）。

1rad=100erg/g=0.01J/Kg单位换算：1Gy＝100rad＝1cGy吸收剂量率

.

定义：单位时间（t）内的吸收剂量。符号为D。

.D＝D/t单位：SI单位：戈瑞/秒（Gy/s）专用单位：拉德/秒（rad/s）辐射防护的量和单位A、当量剂量(HT)

HT=ΣWRDTR

式中：DT.R

是某组织或器官中的平均吸收剂量，

WR是某器官或组织的权重因子。单位：希伏特（Sievert），符号Sv。下表给出了人体各器官和组织的权重因子。组织权重因子器官或组织组织权重因子wT器官或组织组织权重因子wT性腺0.20肝0.05红骨髓0.12食道0.05结肠0.12甲状腺0.05肺0.12皮肤0.01胃0.12骨表面0.01膀胱0.05其余器官0.05乳腺0.05

辐射防护的量和单位（2）有效剂量(E)E=ΣWTHT

式中：WT为某种辐射的权重因子；

HT为某组织或器官的当量剂量。单位：希伏特（Sievert），符号Sv。下表给出了某种辐射的权重因子。表4辐射权重因子wR

辐射类型能量范围辐射权重因子

R

光子，电子，

介子所有能量1

中子

10keV

20MeV5

质子

2MeV5

中子

10–100keV2-20MeV10

中子0.1-2MeV20

粒子，裂变碎片，所有能量20电离辐射的生物效应（对健康的影响）

电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官，造成形态和功能的改变，称为电离辐射的生物效应。电离辐射的生物效应分为：确定性生物效应、随机性生物效应两种。确定性生物效应机体受射线照射后，若某一组织损失的细胞足够大，而且这些细胞又相当重要，就会出现组织或器官功能不同程度的丧失。当照射剂量很小时，这种损失发生的概率为0，若受照剂量高于某一水平（阈值）时，损伤的概率很快增加到1（100％发生）。在超过阈值后，损伤的严重程度随受照剂量的增加而越严重。电离辐射这种生物效应称为确定性效应。只要超过阈剂量，这种效应就一定会发生。

不同组织辐射损伤的阈值是不同的，主要与该组织的辐射敏感性有关。

睾丸（高度敏感）：暂时不育0.15Gy绝育3.5～6.0Gy卵巢（高敏感）：不育2.5～6.0Gy骨髓（高敏感）：造血低下0.5Gy造血不能再生>8.0Gy晶体：浑浊0.5～2.0Gy白内障5.0Gy随机性生物效应

受射线照射后，细胞的结局有三：①细胞死亡；②细胞未受损伤或损伤后修复正常；③细胞发生变异但没有死亡，有可能形成变异了的子细胞克隆，当机体免疫监控不健全时，经过不同的潜伏期后，变异了的子细胞克隆可能恶变，发生肿瘤。

这种发生概率（不是严重程度）随照射剂量的增加而增大，其严重程度与照射剂量无关，不存在阈值的辐射生物效应称为随机