辐射安全与防护基础知识

辐射安全与防护基础知识广西壮族自治区辐射环境监督管理站杨名生Email: *****************.cn一、核技术发展历程回顾二、放射性基础知识三、核技术应用现状与发展趋势四、电离辐射防护与辐射源安全基本标准五、核技术应用对环境的影响六、辐射监测一、核技术发展历程回顾1895年，德国科学家伦琴（W. C. Roentgen)发现X射线1901年，居里夫人（Marie Curie）发现了镭，之后又发现了钋1951年人类第一次实现了核能发电二、放射性基础知识（一）核物理基础知识（二）重要概念和量原子、电子、原子核、质子、中子（放射性的产生）⏹原子由非常小、带正电的原子核，及带负电的电子高速环绕运动组成。

原子不带电。

⏹原子大小~10-10m，原子核大小~5 x10-15m，后者只有前者的二千分之一，但占有原子99.9%的质量。

⏹原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，质子和中子的质量几乎相等。

⏹质子和中子是靠核力结合在一起的。

核力比静电力和万有引力强得多，但只有在距离小于x10-15m才起作用。

元素、同位素原子核内的质子数相同的原子—元素（112种）；原子质量(A)=质子质量(Z) +中子质量(N)。

元素、同位素凡是原子序数相同而质量数不同的一组核素，即同属一种元素的一组核素，在元素周期表中占据同一位置，称为该元素的同位素。

如2815P、2915P、3015P、3115P、3215P、3315P、3415P都是磷的同位素。

一般每种元素都有一种以上的同位素，多的可有数十种，其中多数是放射性同位素，少数是稳定的。

从84Po开始，以后的各个元素的同位素都具有放射性。

92号铀以后的元素称为超铀元素。

至今已知的同位素有2000多种，其中放射性核素约1800种，稳定同位素约300种。

天然同位素大多是以同位素混合物状态存在，如天然铀中，234U丰度为0.0056%、235U为0.72%、238U为99.27%。

核素与放射性核素核素核素是具有特定特征的某种原子的统称。

如氕（11H）、氘（21H）、氚（31H）为元素氢的3种核素。

放射性核素能自发地放出各种射线的核素统称为放射性核素，也叫不稳定核素。

如氚（31H）、235U、23892U等。

92放射性核素有天然放射性核素和人工放射性核素。

天然放射性核素又分为原生和次生两类。

原生天然放射性核素是与地球形成过程中同时产生的，如238U、232Th等放射系的母体和40K等单个核素。

次生天然放射性核素是指天然放射系的衰变子体和由天然核反应所产生的天然放射性核素如氚（31H）、14C等。

天然、人工和宇生放射性核素放射性与射线类型放射性放射性是指原子核自发地放射各种射线的现象。

射线类型原子核放出的射线有：α、β、γ和中子射线。

这些都是天然存在的。

还有一种人工产生的射线——χ射线α射线、β射线、γ射线⏹1899年，Rutherford用不同的材料对射线的穿透能力进行测试，发现射线可以分为3种。

⏹α射线：1张纸片就能阻止它的穿透。

⏹β射线：几毫米的铜片才能阻止它的穿透。

⏹γ射线：几厘米的铅片才能阻止它的穿透。

α射线、β射线、γ射线⏹如果让射线穿过磁场，则α射线、β射线会往两个相反的方向偏转，而γ射线则保持其原方向运动，可见α射线、β射线分别带正、负电，γ射线不带电。

⏹α射线：氦核(4He)，质量数4，电荷量+2 。

1个质量数=1823Me=1.66x10-27kg⏹β射线：高速运动的电子，电荷量-1，质量9.1x10-31kg.⏹γ射线：光子，也是电磁波，无静止质量，能量ε=h ν。

⏹比较几种射线，α射线是重粒子流，就单个粒子而言，其作用效果最大。

α、β、γ射线特征ɑ射线是高速运动的氦原子核或氦离子（2+2He)，带两个正电荷。

由于其质量大，在空气中的射程很短，在固体或生物组织中只有30~130微米。

它的电离能力大，穿透能力很弱。

α、β、γ射线特征β射线是高速运动的电子流。

其质量是ɑ粒子的万分之几，在空气中的射程最大可达10余米，在生物组织中达数毫米。

它的电离能力较小，穿透能力较大。

γ射线是波长很短的电磁波。

它不带电荷，其穿透能力很强，电离能力小。

原子核衰变放射性和原子核衰变密切相关。

所谓原子核衰变是指原子核自发地放出ɑ或β等粒子而发生的转变。

ɑ放射性与ɑ衰变相联系。

β放射性与β衰变相联系。

γ放射性与γ跃迁相联系，也与ɑ衰变或β衰变相联系。

γ射线的自发发射一般伴随ɑ或β射线产生原子核放射性衰变规律N= N0e-λt = N o ⋅e-0.693⋅t / TN0----起始原子核数N ----经过时间t剩余的原子核数λ----核素的衰变常数T ----核素的半衰期 衰变常数与半衰期衰变常数是在单位时间内每个原子核的衰变几率。

半衰期（T 1/2）：是放射性核素的原子核数衰减到原来的数目的一半所需的时间。

如镭-226的半衰期是1602年，铀-238为45亿年。

半衰期（T 1/2）⏹原子核数No 衰变到剩下一半时所经历的时间—半衰期（T 1/2） N= N 0e -λt = N o ⋅ e -0.693⋅t / T 能 谱⏹对特定的放射性核素，其放出的α 射线、γ射线的能量是一定的，这种核素与其射线能量的一一对应的关系称为放射性核素的能谱，它是后来放射性谱仪测量技术的理论基础。

⏹而β射线则没有特定的能量，但有最大值，它的能量范围0~E max 。

Cs-137和Co-60 能谱 核反应类型 裂变核反应 聚变核反应 裂变核反应⏹一个原子核，分裂成两个轻核的核反应—裂变。

⏹裂变放出大量的能量，物质量相当的裂变反应比普通的化学反应所放出的能量大百万倍（ E = ❒MC 2 ）。

裂变核反应⏹威力强大的原子弹就是利用了裂变核反应所放出的能量。

聚变核反应⏹两个轻核结合，生成另一种新核的核反应—聚变。

⏹聚变放出大量的能量，甚至比原子弹的威力还大（ E = ❒MC 2 ）。

⏹聚变对轻核容易发生，但不能在常规下发生。

因为对带正电的原子核来说，要想使其靠近并结合在一块需要有强大的外力。

聚变核反应⏹威力更加强大的氢弹就是利用聚变核反应所放出的能量（原子弹引爆）。

⏹不象裂变核反应那样，聚变核反应目前还处于不可控状态，因此暂时还不能和平利用。

聚变核反应⏹光芒四射的太阳的能量来自太阳内部的核聚变反应。

宇宙射线⏹来自宇宙间的射线—宇宙射线 ⏹宇宙射线随着高度的增加而增加， ⏹海平面：30nGy/h 拉萨：~120nGy/h 电离辐射⏹某种射线（如α 射线、β射线、γ射线或其次级射线）作用到原子的外层电子，使电子脱离原有的轨道的现象—电离辐射。

（能量大于12.4eV)⏹一般电磁辐射由于其单个光子的能量低，因此无法使原子发生电离。

放射系放射性核素的递次衰变系列通称放射系。

自然界中存在铀系、钍系、锕系三个天然放射系。

它们的母体半衰期都很长，和地球年龄相近或更长。

它们的成员大多具有ɑ放射性，少数具有β—放射性，一般都伴随有γ辐射，但没有一个具有β+ 衰变或轨道电子浮获的。

人工放射系只有镎系。

1、钍系从232Th开始，经过10次连续衰变，最后到稳定核素208Pb。

这个系的成员，质量数都是4的整倍数。

母体232Th的半衰期为141亿年；子体半衰期最长的是228Ra为5.76年，所以，钍系建立起长期平衡，需要几十年时间。

2、铀系从238U开始，经过14次连续衰变，最后到稳定核素206Pb。

该系成员的质量数都是整倍数加2。

母体238U的半衰期为45亿年，子体半衰期最长的234U为24.5万年。

所以，铀系建立起长期平衡需要几百万年时间。

3、锕系从235U开始，经过11次连续衰变，最后到稳定核数207Pb。

该系成员的质量数都是4的整倍数加3。

母体235U的半衰期为7.04亿年，子体半衰期最长的231Pa为3.3万年，所以，锕系建立起长期平衡需要几十万年时间。

4、镎系把238U放在反应堆照射，连续浮获3个中子变成241U，它经过2次β—衰变变成了具有较长寿命的241Pu（14.4年）。

241Pu经过13次衰变，最后到稳定核素209Bi。

但在这个衰变系列中，237Np的半衰期最长（2.14百万年）。

当时间足够长以后，241Pu和241Am几乎衰变完了，237Np还会存在，并与其子体建立起平衡。

所以这个系叫镎系。

该系成员的质量数都是4的整倍数加1。

（二）、重要的概念和量1、放射性活度放射性活度表示放射性核素的核转变率。

它是指处于特定状态下的一定量放射性核素在单位时间内发生自然衰变的数目。

放射性活度的SI单位为贝可勒尔，简称贝可（Bq)。

1贝可表示每秒钟发生1次衰变。

过去使用的单位是居里（Ci），1居里＝3.7×1010贝可。

放射性比活度是指单位质量或单位体积的放射性活度。

2、照射量照射量是指X或γ射线在单位质量空气中释出的所有次级电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量。

照射量的SI单位，按定义为“库伦/千克”（C/kg）。

过去使用的单位名称是伦琴（R），它们的关系式如下：1R = 2.58 ×10-4 C/kg照射量率是单位时间内照射量的増量。

其SI单位为库仑/（千克·秒）[C/(kg·s)], 过去使用的单位为伦琴/秒(R/s),。

3、吸收剂量（D）吸收剂量就是电离辐射给予单位质量物质的平均授予能。

吸收剂量的SI单位是戈瑞（Gy),其量纲是焦尔/千克（J/kg）。

过去使用的单位是拉德（rad)。

1Gy = 1J/kg1Gy = 100 rad吸收剂量率是单位时间内吸收剂量的增量，其SI单位是“Gy/h”,过去使用的单位是“rad/h”。

4、当量剂量（H）当量剂量为被研究组织内某一点上的吸收剂量与品质因数（Q）和其他修正因素（N）的乘积。

其SI制单位为希沃特（Sv），量纲为焦耳/千克（J/kg），1Sv＝1J/kg, 过去使用的单位为雷姆（rem）。

H = D·Q·N1Sv = 1J/kg1Sv = 100rem当量剂量率表示单位时间内当量剂量的增量，其SI制单位为Sv/h等，过去使用的单位是rem/h等。

5、有效剂量（He）有效剂量为人体各个器官或组织受照射的当量剂量，用以评价人体所受总的损伤。

设Ht为T器官（或组织）所受当量剂量，Wt为T器官（或组织）的权重因子（表示相对危险度），则有效当量剂量H E可用下式计算：H E =∑Ht Wt (希沃特)放射性度量新旧单位对照表6、集体当量剂量（S）集体当量剂量用于评价人群受到照射所付出的危害代价。

为受照射之群体某组（i）内Pi名成员平均每人的全身或某一器官所受当量剂量（Hi）和，用S表示。

S =∑Hi Pi(人·希沃特)三、核技术应用现状与发展趋势1、军事核设施2、民用核设施3、多领域应用辐射与同位素技术4、同位素与辐射技术在环境保护中的应用核武器—原子弹爆炸的蘑菇云核潜艇核动力航空母舰（小鹰号）核能原子核结构发生变化时放出的能量叫核能，也就是原子能。