电离辐射及防护基础知识

• 连续X射线是由于高速运动的电子撞击物体（钨靶、银靶、钼靶等），速 度猝然而止，其中一部分（<10%)能量以一个或几个X光子的形式放出， 其余(>90%)的能量则转换为热能。
• 由于释放出的X光子的能量分布是连续的（0~Emax)，因此称为连续X光。
阴极发热 产生电子
X光机原理
电子加速，撞 击和电离靶中 的核外电子。
▪ 身体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个器 官或组织，所有器官或组织也不一定受到相同当 量剂量的均匀照射， 人体不同部位受到相同当量 剂量的照射后所产生的
▪
H1 ,H 2,…,HT
▪ （为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量）
▪ 人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权 ▪ 重因子后的和
2500
n Gy/h=10-9Gy/h
剂量或者剂量率，都是与具体的受照物质相对应，如人 体的吸收剂量率、空气的吸收剂系
•
Dair (en / ) Er
A
4r 2
其中：D• air 为放射源周围某点空气吸收剂量率，单位：Gy/s；
为放射源周围某点的射线注量率，单位：光子/m2/s
不仅是铀粉具有放射性！
▪ 1898年7月和12月，居里夫 妇先后发现钋和镭也有这种 特性。
▪ 现代科学方法证明，用人工 的方法——中子活化技术， 也可以将没有放射性的物质 产生放射性，如Co-60、 Ag-110m、Am-241。
▪ 实际上，放射性物质无处不在， 只不过含量高低不同罢了。如环 境和食物就含有或多或少的天然 放射性物质和核试验残留的放射 性物质（如Cs-137和Sr-90)。
▪ 单位: Bq（贝可）。
t=0秒
t=1秒
5kg
1000个
500个
▪ 老单位：居里（Ci） 1居里(Ci)=3.7x1010Bq.
▪ 物理意义：描述物质的放射性 强弱，活度越大，表示物质的 放射性越强。
A=(1000-500) /1秒=500Bq
实际应用的放射源活度范围： 几十mCi ~ 百万Ci.
电子猝然停止和外层电子跃 迁，部分能量以连续和特征X 射线的形式放出。
靶
X射线
低 压 电 源
高压电源
射线与X射线、射线与电子束的区别
射线与X射线本质上一样，都是光子，就像可 见光，只不过能量大小不同而已，光子能量高、 X射线能量低，可见光的能量更低。
射线与电子束本质上也一样，只不过其来源 不同，前者来源于核反应，后者则由电子加速 器产生。
如：核电站放射性废水中 的Cs-137：5Bq/L.
（受照体的）吸收剂量
射线 辐射体
射线
射线
活度
辐射能量
受照体
剂量
▪ 定义：单位质量的受照体所接 受（吸收）的辐射能量。 D=E/m.
▪ 单位：(J/kg)=戈瑞(Gy）。
如: 1J/2kg=0.5Gy.
▪ 剂量这个名词在医学上指的是 人食入药物的物质量，如 2mg/天/人。而这里则是受照 体所接受（吸收）的辐射能量。
▪ 物理意义：用于描述射线对受 照体的作用效果。
它是描述电离辐射能量的量。当电离辐 射与物质作用时，其部分或全部能量可沉 积于受照介质中。
电离辐射：凡是与物质直接或间接作用时使 物质电离的一切辐射，称为电离辐射。
无论在空间，还是在介质内部，凡电离 辐射在其中通过、传播以至经由相互作用 发生能量传递的整个空间范围，称之为电 离辐射场。
测厚灵敏度可达0.01~0.001mm.
穿透后的射线强度
• 半衰减厚度
• 十分之一衰减 厚度
厚度（密度）
不同材料对X和GAMMA的半屏蔽衰减厚度（cm）
射线可以用密度大的材料加以屏蔽，如钢板、混凝土、铅等。下表列出 了不同材料对60Co源、137Cs源和226Ra源的半衰减厚度。
不 同 材 料 对 X和 GAM M A的 半 屏 蔽 衰 减 厚 度 （ c m ）
X射线
▪ 德国物理学家伦琴于1895年在研 究阴极射线的时候，发现了一种 奇特的射线，它能量高、穿透力 强、能杀死细胞和组织。由于当 时知其甚少，所以称为X射线，又 叫伦琴射线。
X射线的问世，在医学和工 业技术领域得到了广泛的 应用，如透视、成像、探 伤等），
连续X射线的产生
高压电源
电低 源压
X光 靶
当量剂量
▪ 对于不同的射线，即 使剂量相同，对受照 物体所产生的效果可 能不同，为描述不同 射线对受照体的不同 作用效果——引入剂 量当量。
▪ 当量剂量=剂量×射线
的品质因子。
▪ 单位：希福特(Sv).
射线
射线
总的能量可以相同
不同射线的品质因子
不同粒子的辐射品质因子Wr
辐射类型或射线能量 辐射品质因子Wr
222Rn
222Rn的照射是人受天然辐射照射最重要的来 源。一般情况下、室内空气中222Rn及其短寿 命子体的浓度远比室外高，因此，吸入室内 空气中222Rn及其短寿命子体是最重要的照射 途径。
土壤中的放射性特征
土壤中的天然放射性核素，决定了环境本底辐 射水平的高低 地质环境对土壤中天然放射性核素的含量起着 决定性的影响 表层土壤中氡含量与季节及温度有很大的关系 土层深度对氡含量有明显影响，2.5m深处土壤 空气中氡的浓度比表层土中高一个数量级 土壤通气性对氡浓度的影响也十分明显
氡的同位素 氡是一种放射性惰性气体，地球上三个原生 的天然放射系中，分别存在氡的3个同位素， 即222Rn(238U系)、220Rn(232Th系)和219Rn(235U 系)。 由于岩石和土壤中235U含量很低，219Rn的半衰 期又很短，因此，它对人的照射没有太大的 意义。 220Rn的半衰期很短，只有在岩石和土壤中 232Th含量高的地区，其对人的照射才有必要 加以考虑。
▪ 星体内部的核反应所 产生的射线到达地球 的过程中，与宇宙间 的物质相互作用产生 次级射线，再辐射到 地球，这些来自宇宙 间的射线就称为宇宙 射线。
宇宙射线随海拔升高而升高
高：大
100nGy/h
高山 1000米
海平面 0米
28nGy/h
~1nGy/h
宇 宙 射 线 的 强 弱 变 化
地铁 -10米
放射源或X射线 混凝土
钢铁
铅
Tc-99m
0.02
I-131
4.7
0.72
Cs-137
4.8
1.6
0.65
Ir-192
4.3
1.3
0.55
Co-60
6.2
2.1
1.2
Ra-226
7
2.2
1.66
100keVX射线
1.65
0.026
200keVX射线
2.59
0.043
宇宙射线
▪ 天文学研究发现，星 星之所以会闪闪发光， 是由于其内部不断进 行着核聚变反应。
低：小
由于宇宙射线在穿透大气层会吸收而减弱，因此宇宙射线的强弱 随着高度的增加而增加。
海平面：约28nGy/h。 拉萨：约120nGy/h。地铁：约1nGy/h。
正常地区的天然本底辐射的主要来源按 其起因可分为三类：
宇宙辐射 即来自宇宙空间的高能粒子流， 其中有质子、α粒子、电子、中子等；
宇生核素 它们主要是由宇宙射线与大气中 的原子核相互作用产生的；
26mCi放射源（137Cs）周围的空气吸收剂量率随距离的变化
1.E+09
1.E+08
1.E+07
1.E+06
1.E+05
1.E+04
距离(m)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
从图可见，放射源周围的辐射强度会随距离的增加而迅速衰减。根据辐 射防护与放射源安全标准（GB2003-18871），公众年照射剂量限值为1mSv， 如果26mCi的放射源完全裸露，一个人站在距离放射源1米处也需停留16小时 以上，可见这类放射源的危险性较小。
、、射线的穿透能力
▪ 射线：1张纸片就能阻 止它的穿透。
▪ 射线：几毫米的铜片
才能阻止它的穿透。 射线 ▪ 射线：几十厘米厚的
混凝土或几厘米厚的铅 板才能阻止它的穿透。 射线
▪ 掌握射线的这种特性， 能采取适当的措施进行
射线
有效辐射防护。
X、 射线穿透物质的衰减规律
I I O e t
I：穿透物件后的射线强度 I0：穿透物件前的射线强度 ：物质对射线的吸收系数（对同一材料为一常数） ：物件的比重 t：物件的厚度
放射性高本底地区
▪ 阳江高本底地区：东岸岭地区（北甘、亨 垌、田畔、彭村、塘围），桐油区(含横山、 上垌、下垌等地）
▪ 印度克拉拉邦 ▪ 巴西滨海高本底地区
重温——放射性基本知识
1. 放射性； 2. 射线的种类； 3. 射线的穿透能力； 4. X射线； 5. 天然辐射/宇宙射线。
活度
▪ 定义：辐射体中某种原子 核单位时间内发生的核衰 变数，A=N/t。
机器也能产生射线
1. 用物理的方法，如X光机能产生的X射线、电子加速 器能产生电子束等。回旋加速器能产生重粒子束。
2. 放射性可能由原子核衰变产生，也可以由机器（射 线装置）产生。
原子核衰变能放出、、射线和中子
▪ 经实验研究发现，镭放射 源放出的射线在磁场中会 分成三束，分别称为射线、 射线和射线。
▪ 粒子最重（4个原子质量
数）， 粒子次之，粒子
则没有静止质量。
磁铁
▪ 有些原子核衰变的时候还 会放出中子，如U-235的衰 变。
S
N 镭源 （放在铅屏蔽罐中）
放射性种类
α： 在电/磁场中偏转，与带正电荷离子流相同 β：在电/磁场中偏转，与带负电荷粒子流相同 γ： 在电/磁场中不偏转，电中性。 α ： He 原子核； β： 电子； γ ： 光子，电磁波； n: 中子，在电磁场中不偏转
所有光子
1
所有电子
1
中子<10keV
5
中子 10--100keV
10
中子100-2MeV
20
中子 2-20MeV
10
中子 >20MeV
5
质子 >2MeV
5
a 粒子
20
如人体接受射线、射线和射线照射的剂量各为1Gy，那
么总的剂量当量= 1×20+1×1+1×1=1+1+20=22（Sv）.
有效剂量 E
实验室标准源：1000~10000Bq.
放射性活度定义
活度：一个放射源，在单位时间内衰变的原子
核数目。用于衡量放射性的强弱。放射源质 量的多少不能用于衡量放射性的强弱。
强度：单位时间内放射出的某种射线的数目。
对于有些放射源，活度与射线强度相等，有 些放射源，活度不等于射线强度。
比活度：放射源单位质量的活度。用于衡量放
电离辐射
▪ 辐射是指某种物质发出的粒子或波，按其 电离能力分为电离辐射和非电离辐射。
▪ 能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称 为电离辐射，俗称放射性。
▪ 不能够引起电离的带电粒子和不带电粒子 称为非电离辐射，如电磁辐射。
电离辐射（放射性）
• 原子核自发地放射出某种粒子或射线的现 象，称为放射性。
吸收剂量率
在定义剂量时，没有考虑时间的因素，即相同的剂量可 以是1小时的照射，也可以是1天（24小时）的照射。 为描述受照体接受辐照能量的快慢，则需引入剂量率。 定义：单位时间内单位质量的受照体所接受（吸收）的 辐射能量。 D/t=E/m/t. 单位：(J/kg/h)=戈瑞/小时(Gy/h)。或者：
射源的纯度。
比活度
A和B的活度均为100Bq
A: 1kg
A的比活度：100Bq/kg
B: 10kg B的比活度：10Bq/kg
活度能够用来反映辐射体 总的放射性，但不能反映 辐射体的放射性浓度。
定义：单位质量或体积中 的放射性活度， A/m=(N/t)/m。
单位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。
• 放射性不受物理、化学等环境条件的影响， 是原子核的内在特征。
放射性的发现
▪ 1896年，Bequerel用铀粉 作实验，有一次无意的将 铀粉放在避光包装的胶片 上，第二天他惊讶的发现 胶片暴光了。
▪ 他由此断定，铀可以放出 某种射线，使胶片暴光。 人们就将物质能够放出某 种射线的现象称为放射性。
原生核素 存在于地壳中的天然放射性核素。
陆地辐射
地壳中存在着自地球形成以来就有的天然放射性 核素，称为原生放射性核素，都是长寿命的，其 半衰期可与地球年龄相比较。 就对人的外照射剂量贡献而言，主要的原生 放射性核素为K-40、Th-232 、U-238、U-235、 Rb-87 其中U-238及Th-232为两个天然放射系的母体核 素，其许多子体核素也会对人造成照射。
（en / ) 为射线在空气中的质量能量吸收系数，单位：m2/kg（例如137Cs的662keV的 射线，=2.9410-3 m2/kg）；
Er为射线的能量，单位：J（1MeV=1.610-13 J） A为放射源单位时间内向4方向发射的射线数，单位：粒子/s;
r为某点距离点源的距离，单位：m。
空气吸收剂量率(nGy/h)