放射性基础知识
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关于放射性物质基础知识(α、β、γ射线)一、放射性元素有些元素能够自发地从不稳定的原子核内部放出粒子或射线(如α、β、γ射线等),同时释放出能量,最终衰变形成稳定元素,这种性质称为放射性,这类元素称为放射性元素。
在元素周期表上,原子序数大于 83 的元素都是放射性元素,83 以下的元素中只有锝(Tc,原子序数 43)和钷(Pm,原子序数 61)是放射性元素。
放射性元素可以分为天然放射性元素和人工放射性元素。
天然存在的放射性元素只有钋、氡(气体)、钫、镭、锕、钍、镤和铀,其中铀和钍最为常见;人工放射性元素是通过核反应人工合成的元素,如锝、钷和原子序数大于 93 的元素,比较出名的就是锝(用于医疗)和钚(用于核工业)。
二、放射性同位素同位素是同一元素的不同种原子,它们具有相同的质子数,但中子数却不同。
例如原子序数为 1 的氢就有三种同位素,分别是氕(H)、氘(D)、氚(T),它们的原子内都只有一个质子,但分别有 0、1、2 个中子。
在自然界,H 占氢元素的 99.98%,D 占 0.016%,T 主要通过人工合成(自然界里极微量的 T 是宇宙射线与上层大气间作用,通过核反应生成的)。
这三种同位素里,T 具有放射性。
碳(C)在自然界有 3 种同位素,它们是 C-12,C-13,C-14,其中 C-14 具有放射性(占碳元素的百万分之一),可以用来测文物年代。
钾(K)在自然界也有 3 种同位素,它们是 K-39,K-40,K-41,其中 K-40 具有放射性(占钾元素的 0.01%,它是岩石和土壤中天然放射性本底的重要来源之一。
铀(U)在自然界同样有 3 种同位素,它们是 U-234(0.005%),U-235(0.720%),U-238(99.275%),它们都具有放射性。
同位素分为稳定同位素和放射性同位素,它们按一定的比例在自然界存在。
碳和钾虽然有天然的放射性同位素,但含量极少,所以这两种元素不被认为是放射性元素。
一、放射性1、放射性核衰变核衰变:有些原子核不稳定,能自发地改变核结构,这种现象称为核衰变;放射性:在核衰变过程中总是放射出具有一定动能的带电或不带电的粒子,即α、β、γ射线,这种现象称为放射性;天然放射性:天然不稳定核素能自发放出射线的特性;人工放射性:通过核反应由人工制造出来的核素的放射性。
2、放射性衰变的类型①α衰变:不稳定重核(一般原子序数大于82)自发放出4He核(α粒子)的过程;α粒子的质量大,速度小,照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发,但穿透能力小,只能穿过皮肤的角质层②β衰变:放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程,它是原子核内质子和中子发生互变的结果;负β衰变(β-衰变):核素中的中子转变为质子并放出一个β-粒子和中微子的过程。
β-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。
β射线电子速度比α射线高10倍以上,其穿透能力较强,在空气中能穿透几米至几十米才被吸收;与物质作用时可使其原子电离,也能灼伤皮肤;正β衰变(β+衰变):核素中质子转变为中子并发射出正电子和中微子的过程;电子俘获:不稳定的原子核俘获一个核外电子,使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。
因靠近原子核的K层电子被俘获的几率大于其他壳层电子,故这种衰变又称为K 电子俘获;③γ衰变:原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所发射的电磁辐射;γ射线是一种波长很短的电磁波(约为0.007~0.1nm),穿透能力极强,它与物质作用时产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等;3、放射性活度和半衰期①放射性活度:单位时间内发生核衰变的数目;A—放射性活度(s-1),活度单位贝可(Bq),其中1Bq=1s-1,1贝可表示1s内发生1次衰变;N—某时刻的核素数;t—时间(s);λ—衰变常数,放射性核素在单位时间内的衰变几率;②半衰期(T1/2):放射性核素因衰变而减少到原来的一半所需时间;4、核反应:用快速粒子打击靶核而给出新核(核产物)和另一粒子的过程称为核反应;方法:用快速中子轰击发生核反应;吸收慢中子的核反应;用带电粒子轰击发生核反应;用高能光子照射发生核反应;二、照射量和剂量1、照射量dQ——γ或x射线在空气中完全被阻止时,引起质量为dm的某一体积元的空气电离所产生的带电粒子(正或负)的总电量值(C,库仑);x——照射量,国际单位制单位:库仑/kg,即C/kg伦琴(R),1R=2.58×10-4C/kg伦琴单位定义:凡1伦琴γ或x射线照射1cm3标准状况下(0℃,101.325kPa)空气,能引起空气电离而产生1静电单位正电荷和1静电单位负电荷的带电粒子;2、吸收剂量:在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量的大小;D——吸收剂量;——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量;吸收剂量D的国际单位为J/kg,专门名称为戈瑞,简称戈,用符号Gy表示:1Gy=1J/kg拉德(rad) 1rad=10-2Gy吸收剂量率(P):单位时间内的吸收剂量,单位为Gy/s或rad/s3、剂量当量(H):在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和所有修正因素的乘积,H=DQND——吸收剂量(Gy);Q——品质因数,其值决定于导致电离粒子的初始动能,种类及照射类型;N——所有其他修正因素的乘积,通常取为1;剂量当量(H)的国际单位J/kg,希沃特(Sv),1Sv=1J/kg雷姆(rem),1rem=10-2Sv剂量当量率:单位时间内的剂量当量,Sv/s或rem/s;4、第二节环境中的放射性本节要求:了解环境中放射性的来源,放射性核素在土壤、水、大气等环境中的分布,了解放射性核素对人体的危害及内照射概念。