辐射安全与防护知识培训精编版

辐射安全与防护知识培训主讲 阮积海2009年3月31日 一放射性基础知识二电离辐射及其生物效应三辐射安全与防护四柳钢放射源使用和管理现状五电磁辐射介绍 现代原子结构 原子半径 10 10m原子核半径 10 14m电磁力将原子核与电子结合核力将核中质子与中子结合核与电子处于不同的能量状态 能级结构 核力 电磁力 核力是短程力 只有在距离很短的时候才发生作用 核素 具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称同位素 质子数相同而中子数不同的核素 放射性衰变 原子 或分子 离子 有趋稳性 它总是力图使自己的能量状态处于基态上 处于不稳定态或被激发到高能级后的粒子 力图回到基态上去 与此同时放出激发时所吸收的能量 基态是粒子能量最平衡最稳定的状态 从高级回到低能级去的过程称为跃迁 跃迁时释放的能量即辐射 原子核自发地放射出射线后 原子核本身就从一种核素转变成另一种核素 这种过程就叫做原子核的衰变 又叫放射性衰变 放射性活度 原子核衰变 原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新核的变化过程 放射性 原子核自发地发射各种射线或粒子的现象 放射性核素 能自发地发射各种射线或粒子的核素 核素放射性的强弱用放射性活度表示 放射性核素在单位时间 dt 内发生核衰变的数目 dN 称为放射性活度 A 即A dN dt单位为贝可勒尔 简称贝可 符号Bq 1Bq等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变 1Bq 1次衰变 秒专用单位 居里1Ci 3 7 1010Bq 放射性衰变的类型 在放射性的衰变中 发生衰变的原子核叫母核 衰变后所产生的核叫子核 放射性原子核的衰变主要有三种类型 衰变 衰变 跃迁 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 衰变以后 子核的质量数比母核减少4 原子序数减少2 粒子是由高速运动的氦原子核 又称 射线 组成的 所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同 它的电离作用大 贯穿本领小 在空气中的射程只有几个厘米 衰变 原子核的 衰变有三种形式 它们是正离子衰变 负离子衰变和电子俘获 射线是高速运动的电子流 它的电离作用较小 贯穿本领较大 它在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异 一般为几米 跃迁 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 跃迁不会导致核素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改变 射线是波长很短 频率很高的电磁波 所以它在磁场中不发生偏转 它具有间接电离作用 贯穿本领很大 它在空气中的射程通常为几百米 X射线 X射线不属于原子核的衰变形式 但它跟 射线一样是波长很短的电磁波 并具有电离作用 发生机理原子核外层电子发生跃迁时会伴随发生X射线 高速运动的电子与物体碰撞时 发生能量转换 电子的运动受阻失去动能 其中一小部分 1 左右 能量转变为X射线 而绝大部分 99 左右 能量转变成热能使物体温度升高 放射性衰变规律 某种原子核在时刻t的数量与其起始时刻 t 0 的数量之间存在着指数衰减的关系 即这种原子核的数量由于衰变而按指数规律减少 这就是放射性核素指数衰减规律 N N0e t 为核素的衰变常数 即放射性核素在单位时间内发生衰变的几率 它的单位为1 秒 它只与核素的种类有关 是放射性原子核的特征量 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 放射性衰变基本规律 1 指数衰减规律N N0e tN0 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 半衰期 T1 2 定义 一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间 电离辐射及其生物效应 微观粒子间碰撞有动量和能量的传递 自由电子 正离子 射线是一种带电粒子流 射线也是一种高速带电粒子 与物质作用时 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 一带电粒子与物质的作用 射线是波长很短能量高的电磁辐射不带电 静止质量0 10 11米 keV MeV 不能直接使原子电离但同物质原子发生作用能够产生载能次级带电粒子 次级带电粒子能够对物质发生电离作用 当 光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时 将部分能量传给电子 电子获得能量后脱离原子而运动 该电子称康普顿 吴有训电子 而使物质电离 射线与物质的相互作用 2 射线对物质的作用 两步过程 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 射线 第1步初级作用 第2步次级作用 电离 就是原子受到外界的作用 如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子摆脱原子核的束缚而脱离 原子成为带一个或几个正电荷的离子 这就是正离子 如果在碰撞中原子得到了电子 则就成为负离子 电离作用 即物质中原子被电离 在粒子通过的路径上形成许多离子对 射线与物质 包括液体 气体 固体和人体等 发生作用时 微观粒子间会产生碰撞并有动量和能量的传递 导致物质发生电离作用 电离作用 常见射线的基本性质 对物质电离作用的比较 2MeV射程 m 离子对密度 mm 0 016000 2 360 10几个 1MeV的粒子穿透物质能力 1页 60页 本 铅 地下1 2米深 铅室 n 4580本 中子源 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 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 电磁辐射紫外线 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 故也称非电离辐射 eV量级移动电话800 1800MHz 0 01eV 没有电离作用 常用辐射量和单位 与辐射剂量学有关的经常使用的量主要有 比释动能 照射量吸收剂量当量剂量有效剂量 比释动能K Kerma 辐射与物质相互作用最主要的标志是给物质传递能量 这是产生辐射效应的依据 不带电粒子在物质中传递能量时首先把能量转移给一个带电粒子 接着带电粒子通过碰撞把能量消耗在介质中 产生大量的次级带电粒子 比释动能的定义 不带电电离粒子在单位质量的某一物质内释放出的全部带电电离粒子的初始动能的总和 在国际单位制 SI 中 它的单位是焦耳每千克 J kg 1 专用名称是戈 瑞 Gray 符号为Gy 其表示式是 K dEtr dm1Gy 1J kg 1 照射量X exposure 电离是电离辐射最重要的特点 根据电离电荷测量电离辐射是一种广泛应用的方法 照射量就是根据光子对空气的电离能力来度量光子辐射场的一个物理量 照射量定义指X或 射线的光子在单位质量空气中释放出的所有电子 当它们完全被阻止在空气中时 在空气中产生同一种符号离子的总电荷量 其表示式为 X dQ dm照射量的SI单位是库仑每千克 符号为C kg 1 吸收剂量D absorbeddose 吸收剂量的定义单位质量受照物质吸收的任何电离辐射的平均能量 D d dm其中dm为物质的质量 kg d 是dm物质所吸收的平均辐射能量 焦耳 吸收剂量D的SI制单位与比释动能相同 也是Gy 戈端 常用的单位有rad 吸收剂量是辐射剂量学中的一个最重要的物理量 物质吸收辐射的能量越多 辐射引起的效应越明显 吸收剂量就是对物质吸收辐射能量的定量描述 定义 组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量与辐射权重因子的乘积 当量剂量 equivalentdose HT 单位 J kg 专用名称为希 沃特 Sievert 符号为Sv1Sv 103mSv 106 Sv WR 辐射权重因子 表征射线种类 能量与生物效应关系 各种射线的辐射权重因子 WR 有效剂量 effectivedose HE 定义 各组织或器官的当量剂量 HT 与相应的组织权重因子 WT 的乘积的总和 WT 组织权重因子 表征组织或器官的辐射敏感性 组织权重因子 WT 1核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递的过程 没有能量和动量传递就没有作用 2通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用 会对物体产生一系列的影响 人体也不例外 电离辐射的生物效应 定义 电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机体后引起的机体的变化和反应 即电离辐射的能量传递给生物机体后造成的后果 一 作用机理 躯体效应 大剂量照射时 处于分裂期间的细胞核遭到破坏 导致细胞立即死亡 从而造成躯体损伤甚至个体死亡 遗传效应 受照量相对较小 没有发生细胞死亡 但在自我修复过程出现错误修复 导致细胞变异 错误信息传给后代而产生遗传效应 按照发生的个体的不同来划分 分为躯体效应和遗传效应 发生在被照射个体本身的生物效应叫躯体效应 由于生殖细胞受到损伤而体现在其后代活体上的生物效应叫遗传效应 电离辐射生物效应 随机效应 发生几率与受照剂量成正比而严重程度与剂量无关的辐射效应叫随机效应 它们主要是发生受照个体的癌症及其后代的遗传效应 一般认为 在低剂量范围内 这种效应的发生不存在剂量阈值 按照辐射引起的生物效应发生的可能性来划分 可以分为随机效应和确定性效应 确定性效应 通常情况下存在剂量阈值的一种辐射效应叫确定性效应 接受的剂量超过阈值越多 产生的效应越严重 因此只有当受照剂量达到或超过阈值时 确定性效应才会发生 阈值就是发生某种效应所需要的最低剂量值 确定性效应剂量阈值 电离辐射生物效应图解 电离辐射的应用 1 医学应用X射线摄影 CT 放射性治疗2 辐照装置食品保鲜用于灭菌 1000居里 3 工业应用工业探伤 料位计等 刀 立体定向 放射治疗装置 辐射安全与防护 放射源和射线装置分类 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不同的核素 放射源 是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材料 非密封放射性物质 是指非永久密封在包壳里或者紧密地固结在覆盖层里的放射性物质 射线装置 是指X线机 加速器 中子发生器以及含放射源的装置 放射源分类原则 参照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 类 V类源的下限活度值为该种核素的豁免活度 一 类放射源为极高危险源 没有防护情况下 接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡 二 类放射源为高危险源 没有防护情况下 接触这类源几小时至几天可致人死亡 三 类放射源为危险源 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 四 类放射源为低危险源 基本不会对人造成永久性损伤 但对长时间 近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤 五 类放射源为极低危险源 不会对人造成永久性损伤 放射源分类表 射线装置分类原则 根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害的程度 从高到低将射线装置分为 类 类 类 按照使用用途分医用射线装置和非医用射线装置 一 类为高危险射线装置 事故时可以使短时间受照射人员产生严重放射损伤 甚至死亡 或对环境造成严重影响 二 类为中危险射线装置 事故时可以使受照人员产生较严重放射损伤 大剂量照射甚至导致死亡 三 类为低危险射线装置 事故时一般不会造成受照人员的放射损伤 射线装置分类表 辐射防护的基本原则 1 实践的正当性 justificationofpractice 对一任何一项实践 只有在考虑了社会 经济 和其他有关因素之后 其对受照个人或社会所带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害时 该实践才是正当的 只有在确认某实践可以带来净利益时才能予以批准 辐射防护的基本原则 2 防护与安全的最优化 optimizationofradiationprotection 对于来自一项实践中的任一特定源的照射 应使防护与安全最优化 使得在考虑了经济和社会因素之后 个人的受照剂量大小 受照射的人数 受照射的可能性均保持在可以合理做到的尽量低的水平 这种最优化应以剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件 辐射防护的基本原则 3 剂量约