放射基本知识放射防护学课件

为什么要学习《放射防护学》？放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首先会想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人类服务。在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射性工作的管理和防护的问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关放射防护的问题。因此，《放射防护学》是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课程之一。2023/10/81为什么要学习《放射防护学》？放射性来源于天然的放射性和人工放主要学习内容放射基础知识辐射源和辐射剂量单位放射药物放射性测量放射生物效应辐射防护的原理与措施放射卫生管理放射线的监测X射线、超声的防护2023/10/82主要学习内容放射基础知识2023/10/72第一章放射基础知识2023/10/83第一章放射基础知识2023/10/73原子结构原子核中子质子电子+++第一节原子核结构2023/10/84原子结构原子核中子质子电子+++第一节原子核结构2023原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数原子核结构2023/10/85原子核结构:原子核结构2023/10/75几个概念元素(element)——具有相同质子数的原子。化学性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不同，如碘元素中的131I和127I；核素（Nuclide）——质子数相同，中子数也相同，且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别为3种元素的5种核素；同质异能素（Isomer）——质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc。2023/10/86几个概念元素(element)——具有相同质子数的原子。化学同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素。Therearethesameprotons,butdifferentmassnumber(orneutrons).42023/10/87同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期一、核力和放射性核素

原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内质子数和中子数的比例有关。

Z<20Z/N=1StabilityZ>20N/Z>1Stability

Z>83Unstability

第二节放射性衰变2023/10/88一、核力和放射性核素第二节放射性衰变2023/10/78P>83的核素，核力不能与质子间的斥力保持平衡，故全是不稳定的放射性核素。P<82的核素，天然的放射性核素很少，多由人工生产。

2023/10/89P>83的核素，核力不能与质子间的斥力保持平衡，故全是不稳定ProtonrichnucleiNeutronrichnucleiZ=N05010015050100ProtonnumberNeutronnumberNeutron-protonratiowithlinenuclearstability2023/10/810ProtonrichnucleiNeutronrich原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stablenuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为放射性衰变(radioactivedecay)。2023/10/811原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核素(stab+++++++++从母核中射出的4He原子核238U

4He+234Th放射性母核!!二、基本衰变类型1.衰变

238U→234Th+4He+Q粒子得到大部分衰变能，粒子含2个质子，2个中子2023/10/812+++++++++从母核中射出的4He原子核238U4He衰变：241Am

237Np+4He2023/10/813衰变：241Am237Np+4He2023/10/71Characteristicofalphaparticleα粒子实质上是He原子核，α衰变发生在原子序数大于82的重元素核素。α粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s，2s绕地球１周。在空气中的射程约为3-8cm，在水中或机体内为0.06～0.16mm。因其射程短，一张纸即可阻挡但α粒子的电离能力很强。2023/10/814Characteristicofalphaparticβ-衰变

3215P→3216S+β-+Ue+1.71MeVβ+衰变

137N→136C+β++υ+1.190MeV电子俘获（electroncapture）发生原因——母核中子或质子过多2.衰变β射线本质：高速运动的电子流2023/10/815β-衰变发生原因——母核中子或质子过多2.衰变β射

-衰变：3H

3He+

-2023/10/816-衰变：3H3He+-2023/10/716

-衰变2023/10/817-衰变2023/10/717正电子衰变：11C

11B+

+2023/10/818正电子衰变：11C11B++2023/10/718质子变成中子X射线电子俘获（electroncapture）核外轨道电子2023/10/819质子变成中子X射线电子俘获（electroncapture电子俘获：7Be

7Li2023/10/820电子俘获：7Be7Li2023/10/720+++++++++－中微子

光子4.衰变γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出γ-ray释放出过剩能量99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ

(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I→131Xe+β-

+γ

(T1/2:8.04d)2023/10/821+++++++++－中微子光子4.衰变γ衰变往往是继

137Cs137Ba*（激发态）母核-衰变衰变

137Ba+射线（661.7keV）子核（基态）（0.0）光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）

射线就是高能量的光子：几百keV-MeV量级

衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射

射线，原子核能态降低。

射线是高能量的电磁辐射——

光子2023/10/822137Cs137Ba*（激发态衰变特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在或衰变后核子从激发态退激时发生3、产生的射线能量离散4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别2023/10/823衰变特点：2023/10/723衰变——3He

3He2023/10/824衰变——3He3He2023/10/724ComparisonofthreedecayyesyesyesEnergychangednoyesyesProtonchangednonoyesMasschangedgammadecaybetadecayalphadecay2023/10/825Comparisonofthreedecayyesye各种放射线的性质比较最强，穿几cm铅版最弱100光子γ射线较强，穿几mm铝板较强0.99-11/1840电子β射线最弱，纸能挡住最强0.1+24氦核α射线贯穿性电离性速度（c）电荷（e）质量（u）本质种类2023/10/826各种放射线的性质比较最强，穿几cm铅版最弱100光子γ射线较⑴⑵βγαα

γ

β三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转情况比较：如上图⑴、⑵所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。2023/10/827⑴⑵βα

衰变β-

衰变β+

衰变

衰变2023/10/828α衰变β-衰变β+衰变衰变2023/10/72放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。三、放射性衰变基本规律2023/10/829放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。三、放射性衰变基本对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：N=N0e-λt

λ：衰变常数(decayconstant)t：decaytimee：baseofnaturallogarithm2023/10/830对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是指数衰减规律N=N0e-t

N0:（t=0）时放射性原子核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快N=N0e-t衰变规律2023/10/831指数衰减规律N=N0e-t衰变规律2023/10/73Decayconstant(λ)衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自发衰变的几率；它反映该核素衰变的速度和特性；λ值大衰变快，小则衰变慢，不受任何影响。不同的放射性核素有不同的λ。2023/10/832Decayconstant(λ)衰变常数：某种放射性核素的放射性活度（radioactivity,A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数1Bq=1S-11Ci=3.7×1010Bq1Ci=1000mCiA=dN/dt2023/10/833放射性活度（radioactivity,A)A=dN/dtRadioactivity放射性活度一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内发生核衰变数除以该时间间隔。即单位时间的核衰变数目；A=dN/dt单位：s-1，专用名：贝可（Becquerel，Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为Ci,1Ci=3.7X1010Bq衍生单位：KBq、MBq、GBq(10亿)、TBq，Ci、mCi、

Ci。2023/10/834Radioactivity放射性活度一定量的放射性核素在一比放射性活度：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l2023/10/835比放射性活度：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。Specificactivityandradioactivityconcentration比放射性活度(Specificactivity)：指单位质量的放射性制剂中的放射性活度，Bq/mol,Bq/g；比放射性浓度(Radioactivityconcentration)：单位容积的放射性制剂中的放射性活度，Bq/L；2023/10/836Specificactivityandradioact仪器常用单位：

dps:disintegrationpersecondcps:countspersecond2023/10/837仪器常用单位：2023/10/737半衰期(halflife)

放射性原子核数衰变一半所需的时间2023/10/838半衰期(halflife)2023/10/738物理半衰期(Physicalhalflife，T1/2)

在单一的放射性核素衰变过程中，放射性活度降至原来一半所需的时间；长者可达1010a，短者仅有10-10s。半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。T1/2=0.693/λ2023/10/839物理半衰期(Physicalhalflife，T1/生物半衰期(Biologicalhalflife

,Tb)在某生物体系中，某种指定化学元素的排出速率近似地按指数规律减少时，由于生物过程使其在此系统中减少至一半所需时间。2023/10/840生物半衰期(Biologicalhalflife,T

Effectivehalflife(有效半衰期,Te)：当某生物系统中，某种指定的放射性核素的量，由于放射性衰变和生物排出的综合作用，而近似地按指数规律减少时，该核素的量减少一半所需时间。

例：131I在甲状腺的Te计算，131I物理T1/2为8.1天，设Tb为７天；

Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。2023/10/841Effectivehalflife(有效半衰期,Te)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物质：气体液体固体包括人体等第三节射线与物质的相互作用Interactionofrayandmatter

2023/10/842。。。。。。αβγn物质：气体液体固体第三节射Interactionsofchargedparticleswithmatter(α,β)Ionization电离Excitation激发Scattering散射Bremsstrahlung轫致辐射Interactionsofγ-raywithmatterPhotoelectriceffect光电效应Comptonscattering康普顿散射Pairproduction电子对生成2023/10/843Interactionsofchargedpartic1.带电粒子与物质相互作用2023/10/8441.带电粒子与物质相互作用2023/10/744自由电子正离子

α+靶原子→正离子+电子+α

4He+Ar→Ar++e-+4He物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子

+

e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用（1）电离2023/10/845自由电子正离子α+靶原子→正离子+电子α、β→matter→electrons→e-leaveorbit→freeelectron；失去e-的核带正电荷，两者形成一对离子。自由电子还可使其它原子发生电离：次级电离。Chargedparticlee-IonpairsSecondaryionization33.85eVmatter2023/10/846α、β→matter→electrons→e-leaveα射线与β射线电离效应比较

α射线

β射线径迹：粗直细弯

α：电离作用强电离作用严重产生离子对数目多电离作用

Z1Z2/v2

Z1

入射粒子原子序数

Z2

靶粒子原子序数

v入射粒子速度实验结果2023/10/847α射线与β射线电离效应比较α射线βα粒子径迹是一条直线5.3MeVα粒子在空气中的射程3.83cm电子径迹是折线2023/10/848α粒子径迹是一条直线电子径迹是折线2023/10/748电离密度（Ionizationdensity）单位路径形成的离子对数目称为:

ionizationdensity。表示带电离子电离能力大小；电离密度取决于带电粒子能量、速度与物质密度。带电粒子能量大、速度慢、物质密度低，电离密度则大。2023/10/849电离密度（Ionizationdensity）单位路径形成

电离辐射直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂变碎片

介子等

来源

1)放射性物质(人造天然）2)加速器3)反应堆4)宇宙射线5)地球环境

电离辐射和非电离辐射非电离辐射紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应～eV量级移动电话800-1800MHz﹤0.01eV(没有电离作用）2023/10/850电离辐射电离辐射和非电离辐射非电离辐射2

（2）激发：

αandβ→matter→orbite-andgotenergy→lowlevel→highlevel→excitationstate→deexcitation→CharacteristicX-rayandAugerelectron

Chargedparticleparticleγ(deexcitation)2023/10/851（2）激发：Chargedparticleparticl（3）轫致辐射，Bremsstrahlung高速带电粒子通过物质原子核电场时受到突然阻滞，运动方向发生偏转，部分或全部动能转化为具有连续能谱的轫致辐射；产生几率随带电粒子的能量和物质原子序数增大而增大。particleX-ray2023/10/852（3）轫致辐射，Bremsstrahlung高速带电粒子通电子打在荧光屏上产生X射线特征:x射线能量连续

0–EMax(电子能量)

电视机高压15kV

电子束能量15keVx射线能量0-15keV应注意玻璃含有40K、U、Th电视机显像管2023/10/853电子打在荧光屏上产生X射线特征:x射线能量连续应注意玻璃Scattering散射入射粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变运动方向与能量的过程。仅改变运动方向能量不变者为弹性碰撞。α粒子的质量较大，径迹基本呈直线，发生散射较少。β粒子轻，运动为曲线，散射明显。particleparticle2023/10/854Scattering散射入射粒子与粒子或粒子系统碰撞而改变

光电效应、康普顿效应、电子对生成2.γ射线与物质相互作用：2023/10/855光电效应、康普顿效应、电子对生成2.γ射线与物三种作用效应

光电效应康普顿效应电子对效应

产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离γ射线第1步初级作用第2步次级作用2023/10/856三种作用效应电离效应γ射线第1步第2步2023/10自由电子作用机制：光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。

γ+A

A*+e-

（光电子）

原子

A+X射线原子受激原子（1）光电效应

2023/10/857自由电子作用机制：光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递XrayAugerelectronphotoelectronγKLPhotoelectriceffectElectronvacancyfilledMe-Incidentphoton2023/10/858XrayphotoelectronγKLPhotoelec（2）康普顿效应（Comptoneffect）Energyrange：Severalto0.5MeVPartenergygiveorbitalelectronsResidualenergygivescatteredphotonIncidenceγComptone-scatteringγElasticcollisionKLM2023/10/859（2）康普顿效应（Comptoneffect）Energy（3）电子对生产效应（Electronpairproduction）Photonenergygreaterthan1.02MeVpassesnearthehighelectricfieldofthenucleusincidenceγγγ511keV511keV+e-

freeelectrone-e+2023/10/860（3）电子对生产效应（Electronpairprodu电子对效应能量≥1.02MeV的γ射线与原子核作用可能产生一对正-负电子。

M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本条件：γ射线能量Eγ1.02MeV能量转化成质量M=E/C22023/10/861电子对效应M＋γ→M+e++e电子对的生成和与物质的相互作用2023/10/862电子对的生成和与物质的相互作用2023/10/762正电子湮灭正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV