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放射性同位素与射线装置安全和防护国家环境保护总局辐射环境监测技术中心2007年“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不要害怕辐射然而必须重视原子与原子核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。
原子结构示意图电子质子中子原子核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。
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。
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。
放射性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。
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:
衰变衰变衰变(跃迁)在放射性衰变中,原子核有发射粒子、粒子和光子。
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。
衰变:
原子核自发地放射出粒子而发生的转变,叫做衰变。
经过衰变后,子核的质量数比母核减少4,原子序数减少2。
粒子(射线)是带正电的高能粒子(氦原子核,4He)。
衰变的表达式:
衰变:
原子核的衰变有三种形式,分别是+衰变、-衰变、电子俘获。
经过衰变后,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。
衰变的表达式:
衰变:
原子核通过放射射线由高能态自发地向低能态跃迁,叫做跃迁,也叫衰变。
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。
射线一般是伴随或衰变产生的,也有同质异能态的原子核向基态退激时发射射线的情形。
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,此时不发射射线。
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=3.71010Bq1mCi=0.001Ci=3.7107Bq1Ci=0.001mCi=3.7104Bq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。
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。
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:
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:
电离辐射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:
广义的电磁辐射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。
所关心的主要有粒子、粒子、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。
电离过程电离辐射无时不在、无处不在生活中的辐射电离辐射的分类根据电离辐射的来源,可以分成两大类:
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。
电离辐射标志电离辐射警告标志电离辐射与物质的相互作用射线与物质的相互作用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,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)。
射线与物质的相互作用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。
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%。
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。
+粒子与物质的相互作用除了与-相同外,还会与电子发生湮没辐射,发射光子。
射线与物质的相互作用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,光子消失。
产生该效应要求入射光子能量大于0.511MeV2=1.022MeV。
对于准直的窄束射线穿过介质时,其强度减弱服从指数衰减规律:
对于准直的宽束射线穿过介质时,需要考虑出射射线的散射成分的影响,上述公式需要作适当修正。
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。
、和中子的穿透能力放射性同位素与射线装置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。
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)。
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。
常见的可用作源的放射性同位素常见的可用作源的放射性同位素常见的可用作源的放射性同位素常见的可用作中子源的放射性同位素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。
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)=3.71010Bq(贝可)1mCi(毫居里)=3.7107Bq(贝可)1Ci(微居里)=0.001mCi=3.7104Bq(贝可)某单位拥有:
60Co,活度为15109Bq;192Ir,活度为131012Bq;241Am,活度为9106Bq。
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15109Bq:
310815109Bq31010IV类源192Ir活度为131012Bq:
81011131012Bq81013II类源241Am活度为9106Bq:
11049106Bq6108V类源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放射性核素毒性组别修正因子放射性核素毒性组别修正因子操作方式与放射源状态修正因子非密封源工作场所分级密封源的形状、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241Am放射源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。
辐照装置固定核子测量料位计固定核子测量厚度测量仪钻井测量远距离放疗仪有屏蔽体的密封源辐射防护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、射线、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。
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。
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
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