第二章 辐射剂量学III

第二章 辐射计量学 主 讲 : 张 玲 玲 土木与环境工程学院

课 堂 回 顾  第二节 电磁辐射的量度单位 电场强度 E 磁场强度H 射频电磁场 其他常用的表示电磁辐射强度大小的单位 课 堂 回 顾  第三节 有关辐射的环境标准

 环境放射性防护标准  电磁辐射防护标准 课 堂 回 顾  第四节 环境放射性对人群所致的辐射剂量

 天然辐射源的正常照射  现代科学技术发展带来的天然辐射源照射的增加  消费品的辐射  核工业造成的辐射  核爆炸沉降物对人群造成的辐射  医疗照射  天然内照射  生活与辐射 表 日常生活中可能遇到的辐射 实例1： 每次身体健康检查都要照一张胸腔x-光检查片， (1)吃了x-射线游离辐射剂量，健康检查过后是否会导致辐射伤害？会不会死呀？ (2)健康检查过后，回到家时会不会将辐射带给家人？

1)胸腔健康检查的等效剂量只有0.05毫西弗，这种额外的游离辐射剂量目前的研究与论证，没有具体证据会造成急性或后显性的辐射伤害。 除此以外，胸腔健康检查的x-射线等效剂量，相当于台北-纽约往返飞航一个来回宇宙射线剂量的1/5，我们从未听闻过「空中飞人」的商务旅客及民航公司飞勤组员衍生辐射伤害的案例。 所以，只要是医嘱的健康检查，是没问题的!

2)胸腔健康检查的x-射线，从未超过MeV能量等级，远低于光核反应的阈值能量； 故接受x-射线不会活化人体，只会穿透人体而不衍生辐射射源。因此，回到家可信心满满的对亲人说：「别怕，我不是辐射源，体内没有残留射线。」

实例2： 居住在核设施(如医学中心地下室的医用回旋加速器)或核能电场附近，到底危不危险?

所有核设施，包括核能电厂及医用回旋加速器，在建造前需就游离辐射安全措施送主管机关审查，通过审查才可以兴建。 领照运转亦需执行环境辐射监测，一定需要达到主管机关的法规规范，不让游离辐射外释超过限值。 紧邻核能电厂的居民，每年遭受核能电厂外释辐射的等效剂量，只有0.01毫西弗，是x-射线胸腔健康检查剂量的1/5。 小结总结  天然辐射源的正常照射  现代科学技术发展带来的天然辐射源照射的增加  消费品的辐射  核工业造成的辐射  核爆炸沉降物对人群造成的辐射  医疗照射  内照射

第五节 辐射探测及测量技术

一、辐射放射线与物质的相互作用 1. 电离作用——由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这就称为电离作用。  当辐射通过气体时：

 使气体分子失去电子  气体中产生大量离子  电离作用下：  正、负离子总是成对出现；  由于离子能够自由移动 ， 因此电离的气体能够导电  辐射越强 所产生的离子对就越多； 气体的导电能力也越好。

2. 激发作用——如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁到高能级，则称为激发。带电粒子称为直接电离粒子，不带电粒子能使物质产生间接电离，故称为间接电离粒子。 3. 照像作用——是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。 4. 荧光作用——如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。 5. 热效应——由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，从而使物质变热。 6. 射程与穿透作用——射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前进。射线从进入物质到停止前进所经过的距离，称为该射线在该物质中的射程，以厘米为单位。如果射 线通过时，不被物质阻止前进而一直穿过物质，则称其具有穿透作用。 7. 其它——某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核反应，引起物质发生化学变化等。

二、放射性辐射探测 原理：辐射探测主要是基于射线和物质相互作用所产生的各种效应如电离、光、电或热等进行观测和测量。 常用的探测器有：电离探测器、闪烁探测器和半导体探测器等。

1、电离探测器： 原理： 如果核辐射被电离室中的气体吸收，该气体将发生电离。电离探测器即是通过收集射线在气体中产生的电离电荷进行测量的。 仪器：常用的有电离室、正比计数管、盖革—弥勒计数管（G-M管）。 2、闪烁探测器： 原理：是利用射线照射在某些闪烁体上而使它发生闪光的原理进行测量的仪器。它具有一个闪烁体，当射线进入其中时产生闪光，然后用光电倍增管将闪光讯号放大、记录下来。 特性：具有很高的分辨率，可作谱仪使用。 可鉴别放射性核素。 能定量分析几种放射性核素的混合物。 能测量照射量和吸收剂量。 3、半导体探测器： 原理：是将辐射吸收在固态半导体中，当辐射与半导体晶体相互作用时将产生电子—空穴对。由于产生电子—空穴对的能量较低，所以该种探测器具有能量分辨率高且线性范围宽等优点。 用途：可用于α、β、γ能谱测定； 半导体探测器是近年来迅速发展的一类新型核辐射探测仪器。 4、常用的几种探测器  火花计数器  扩散云室  威尔逊云室  气泡室  盖革-弥勒计数器

1）火花计数器 （spark counter）  实质：利用电离原理的探测器  用途：探测辐射射线，研究辐射的致电离能力  放射源移近金属网就会碰出火花；  火花的多少表示致电离能力的强弱。 辐射的致电离能力： >  >    辐射能产生许多火花，   辐射产生少量的火花，   辐射差不多不能产生火花。

例 1 利用电离原理的探测器 下图显示居里夫人使用过的一种辐射探测器。 试解释为什么将放射性物质放在两块导电板之间 时，检流计便探测到电流。

放射性物质产生的辐射，  电离在导电板之间的空气分子，  所产生的正离子会吸引到负极板， 而负离子则吸引到正极板，  结果电路中有电流产生。 2）扩散云室（diffusion cloud chamber）  用途：可观看辐射在扩散云室的径迹  α射线： 粒子较重，致电离能力也较强，径迹粗而直，并且长度相近。  β射线： 粒子较轻，致电离能力亦弱。径迹细而曲折。 径迹曲折是由于粒子质量小，因此与空气分子碰撞时被空气分子弹开。  γ射线：本身的径迹几乎看不见。图中的径迹是由其他粒子造成的，这些粒子

的产生涉及与  射线有关的复杂机制。  3）威尔逊云室：利用射线的电离本领

a射线在云室中的径迹：直而粗 原因：a粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿途产生的粒子多

β射线在云室中的径迹：比较细，而且常常弯曲 原因：粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少

4）气泡室-----高能物理实验的最风行的探测设备 气泡室是由一密闭容器组成，容器中盛有工作液体 用途：观察射线轨迹 气泡室原理： 1、液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾； 2、如果这时有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对； 3、这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡； 4、经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。 5、这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。 6、照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。

优点：它的空间和时间分辨率高；工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。 缺点：扫描和测量时间太长；体积有限，而且甚为昂贵

5）盖革-弥勒计数器（ Geiger-Muller counter）

 用途：研究放射性物质的穿透等能力。  它记录辐射到达某个位臵的计数或计数率。  盖革-弥勒计数器可用于研究： （1）射程：当辐射通过某种物质，例如空气和金属，会不断电离物质中的分子并渐渐失去能量，直到它的能量完全耗尽为止。 换句话说，物质会逐渐吸收辐射。 辐射在被吸收之前可以行进的距离就称为射程(range)。 辐射射线的射程 致电离能量强的辐射：射程相对很短 由于当它在物质中行进时，它会很快地耗尽能量来电离分子。 致电离能量弱的辐射：在物质中就有较长的射程

α、β、γ辐射在物质中的射程  辐射：致电离能力很强 它仅仅可以在空气中行进几厘米  辐射在空气中的射程：大约几米  辐射在空气中的射程：> 100 m 辐射在空气的射程： >  > 