第二讲 辐射防护基础知识

有关电离辐射的几个定义
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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α粒子、β粒子、 γ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。
– 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。
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从密封放射源、放射源的定义来看，实际上，通常所说的放射源 主要是指密封放射源（密封源）； 非密封放射源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； 《中华人民共和国放射性污染防治法》中规定射线装置是指X射线 机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。
对放射源需要了解什么？
一、辐射防护的概念
辐射防护的概念与含义
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实践已证明，由于电离辐射对人体有损伤作用，过量的辐射照射会 引起对人体的危害；由于早期的历史条件和技术水平，人们在研究、应 用核能和电离辐射技术的实践中付出了一定的代价——居里夫人； • 毋庸回避，核能和核技术的广泛应用存在着潜在性的危险，因为过量 的辐射照射的确会对人体产生危害，凡应用核能与核技术和从事电离辐 射研究的单位，必须重视由此带来的辐射防护和安全问题； • 搞好辐射防护与安全工作，是核能、核技术得到广泛应用和发展的有 力保障，这就是“用”和“防”辩证统一的关系；
电离辐射的特点
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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。
电离辐射与物质的相互作用
α射线与物质的相互作用
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α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，α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）。
二、电离辐射对人类和环境的影响
放射性及放射源基础知识
辐射的来源
到处都有 辐射？
辐射无时不在，无处不在
放射性的基本概念
1.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。 2.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。
γ射线与物质的相互作用
γ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：入射光子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，而入射光子本身消失了。 此过程还伴随发射特征X射线和俄歇电子;
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康普顿效应：入射光子与外层电子发生作用，将一部分 能量转移给电子，形成反冲电子，而入射光子本身的能 量减弱，变成散射光子; 电子对效应：在原子核库仑场中入射光子转换成一对正 负电子对，入射光子本身消失。产生该效应要求入射光 子能量大于0.511MeV*2=1.022MeV。
电离辐射对人类和环境的影响
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人体受到照射的辐射源有两类： — 天然辐射源 — 人工辐射源 所有生物体都在无时无刻地受到自然界中始终存在的电离辐射的照射， 包括宇宙射线和地球环境中原始存在的放射性物质发射出的射线，通常 称为天然本底照射； 天然本底照射是迄今人类受到电离辐射照射的最主要来源； 因医疗照射及核能核技术的开发与应用、核动力生产、核试验等，产生 了不少新的放射性物质和辐射照射，这类辐射照射称为人工辐射照射；
γ衰变
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γ衰变：原子核通过放射γ射线由高能态自发地向低能态 跃迁，也叫γ跃迁; γ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变化，也称为同质异能跃迁; γ射线一般是伴随α衰变或β衰变产生的。它是波长很短 的光子，不带电，具有间接电离作用，贯穿本领很大; 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γ射线。
T1 2 = ln 2 / λ ≈ 0.693 / λ
放射性活度
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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=3.7×1010Bq 1mCi=0.001Ci=3.7×107Bq 1μCi=0.001mCi=3.7×104Bq
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国家环境保护总局于2005年12月23日发布第62号公告《放射源分 类办法》。该分类方法也适用于非密封源的分类； 国家环境保护总局于2006年5月30日发布第26号公告《射线装置分 类办法》。
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。
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辐射防护是核科学领域中的一个重要分支，专门研究防 止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科，与许多学科存 在交叉领域； 辐射防护涉及的学科包括：原子核物理、核化学、辐射 剂量学、核辐射探测技术、核电子学、放射生物学、放射 卫生学、放射生态学和辐射评价学等；
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• 辐射防护学科至今仍在发展和深化阶段，有许多新课题尚 待研究。
放射性同位素和射线装置的定义
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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。 根据《密封放射源一般要求和分级》（GB 4075-2003）的 定义，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。
N (t ) = N (0 )e − λt
放射性衰变常数
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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λ，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； 实验发现，用加压、加热、加电磁场、机械运动等物理或 化学手段都不能改变指数衰减规律，也不能改变其衰变常 数。
放射性核素的衰变规律
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对于具有同一种衰变方式的某一放射性核素来说，在单位时间 内，每个原子核发生衰变的概率相同，但衰变的时刻是各不相同 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：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ辐射防护
第二讲：辐射防护基础知识
吴宜灿 宋钢
FDS 团队
中国科学技术大学 核科学技术学院 中国科学院 等离子体物理研究所
E-mail: gang@
主要内容
1. 辐射防护的概念、目的与任务 2. 电离辐射对人类和环境的影响 3. 电离辐射对人体的作用 4. 辐射防护中常用物理量及其单位
根据射线装置对人体健康和环境造成危害的程度，从高到低 将射线装置分为I、II、III类。按照使用用途分为医用射线装置 和非医用射线装置。
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I类为极危险射线装置。事故时可以使受照人员产生 严重放射性损伤，甚至死亡，或对环境造成严重影 响。 II类为中危险射线装置。事故时可以使受照人员产 生较严重放射性损伤，大剂量照射甚至导致死亡。 III类为低危险射线装置。事故时一般不会造成受照 人员的放射性损伤。
β射线与物质的相互作用
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β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； β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%； β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； β+粒子与物质的相互作用除了与β-相同外，还会与电子发生湮没 辐射，发射γ光子。
中子与物质的相互作用
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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。
放射性同位素与射线装置
半衰期
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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。 对于放射源而言，半衰期越短，表明此放射源衰减很 快；半衰期越长，则表明此放射源衰减很慢。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。