电离辐射基本知识

能不
X、γ射线进入物质后，有可
经过任何相互作用而穿透出去。
照前
一旦发生了相互作用，则会按
述过程被吸收或散射。
湮没辐射
γ
正电子与负电子相遇发生湮
灭，产生两个 0.511 MeV
的 γ光子。
γ
e+ + e- → γ + γ
me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率 (100 %）
中子能量在物质中的 转移和吸收
中子不带电 它只与物质的原子核发生相互作用 作用过程有两类：
散射和吸收
散射： 弹性散射（n；n’），中子部
分动能向与其碰撞的原子核转移，自 身则改变原来的运动方向。原子核越 轻，得到的能量越多。氢核易受弹性 散射，得到的能量最多。
散射： 非弹性散射（n；γ, n’），
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
辐射基本知识
三、放射性
原子核自发地发射各种粒子(射线)的行为称为原子核的 放射性。
原子核自发地发射各种粒子而转变成另外的原子核的过 程则称为原子核衰变。(α、β-、 β+ 、γ,等)
37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
2）康普顿－吴友训效应（Compton--Wu effect)
如果入射光子的能量比原子中束缚 电子的结合能大很多，则就光子而言， 可认为原子中的束缚电子是”自由”的。
康普顿散射就是入射光子与“自由 电子”的弹性碰撞。
3)电子对生成（pair production)
当入射光子能量大于1.022MeV时，光子在原 子核的库仑电场作用下， γ射线消失，转换成一 对正负电子（二者又可结合转化为γ光子） ， 此过程称为电子对生成。电子对效应通常发生 在能量较大的光子。
镭(228Ra,224Ra)
氡（222Rn）
氡（219Rn）
氡（220Rn）
短寿命子体 (218Po,214Pb,214Bi)
短寿命子体 (216Po,212Pb,212Bi)
终止核素(206Pb)
终止核素(207Pb) 终止核素(208Pb)
辐射基本知识
人工放射性核素
加速器生产； 反应堆生产。
Example: 重核裂变产物 ：90Sr , 137Cs , 99 Mo。 反应堆: 125I, 131I, 60Co, 99Mo。 加速器: 186Re, 18F, 11C。
辐射基本知识
1.带电粒子与物质相互作用 • 电离与激发 • 辐射损失.高速运动的带电粒子 突然加速或减速时会发出具有 连续能量的电磁辐射，通常称 作韧致辐射。β • 正电子湮灭辐射：正负电子电 子相遇，产生0.511MeV的γ湮 灭辐射(方向相反). 2.射线与物质相互作用 • 光电效应 • 康普顿效应 • 电子对效应
3)电子对生成
能量≥1.02 MeV 的γ射线 与原子核作用可能产生一对 正-负电子。
能量转化成 质量
M = E /C2
M ＋ γ → M + e+ + e- → γ1 + γ2
1.02 MeV
me
me
0.511MeV 0.511MeV
基本条件： γ射线能量 Eγ 1.02 MeV
三种效应与原子序数和光子能量的关系
辐射基本知识
四、放射源强度与衰减
•放射性核素(天然/人工)都要发生衰变;
•以固定的衰变几率(λ)衰变; (λ又称衰变常数)
•表征放射性强弱的量: 活度(A)
A=λN
活度单位: 1 贝克(Bq) = 1d/s
(SI)
1 居里 (Ci) = 3.7×1010d/s = 3.7 × 1010Bq
辐射基本知识
三大发现为核能和核技术应用奠定了基础
辐射基本知识
一、辐射
辐射: 以粒子或电磁波形式传递的能量。
粒子：中子n，质子p，α、β、带电粒子等。 电磁波：普通电磁波、X射线、γ射线。
辐射之所以有健康危害,是因为其具有能量。 大体上，能量越大，辐射的危害越大。
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电离与非电离辐射
电离辐射-能量能够引起原子电离的辐射 (>10eV) 核辐射(n, p, d,T,e,X/γ,带电粒子等)都是电离辐射
D 1％
T
辐射基本知识
人类已经发现近2800多种核素， 天然核素330 多个，人工合成约2500种，天然核素中 稳定核素～ 279，放射性核素～50。
IA 1 H IIA 34 Li Bi
元素周期 表
0 2 IIIA IVA VA VIA VIIA He 5 6 7 8 9 10 B C N O F Ne
中子损 失部分能量，使原子核变成激发态，退 激时放出 γ 光子。
该过程发生存在阈值：En > 0.1MeV 且重核的截面大于轻核的截面
散射：
中子
去弹性散射（n；多个 n’），
与原子核作用后产生多个中子，核内质
子数照旧。
唯有高能中子才能有此过程。
吸收： 俘获过程，（n；γ）或（n；p）
原子核吸收中子，以发射γ光子或带电 粒子的形式释出多余能量。 如：1H （n；γ） 2H，辐射俘获
该过程中，原子吸收整个入射光子， 继而从原子壳层释放出一个电子(光电子)
1)光电效应
自由电子 原子
受激原子
作用机制
光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,
壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为
自由电子，光子本身消失了。
γ + A A* + e- （光电子）
原子
A + X 射线
11 12 Na Mg IIIB IVB VB VIB VIIB
VIIIB
13 14 15 16 17 18 IB IIB Al Si P S Cl Ar
19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
同位素(isotopes)―质子数Z相同, 中子数N不同的核素 互为同位素。234,235,238U是铀的三种天然同位素。
放射性核素(radionuclide)－ 能够自发地发射粒子(射线 )或自发裂变的核素。如60Co、137Cs等。
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H 同位素
e-
e-
e-
P
Pn
Pn n
1H
2H
3H
H 99％
非电离辐射-能量不足以引起原子电离的辐射(<10eV) 紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波
(电离: 原子失去电子) 放射性工作者主要关心电离辐射(核辐射)
辐射基本知识
辐射基本知识
• 辐射源：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。
• 放射源：辐射源中一类源的称谓。除研究堆和核动力 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。
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电离辐射源
天然辐射源
人工辐射源
宇宇原 宙生生 射放放 线射射
性性 核核 素素
•222Rn及其子体
核核核核
设技爆恐
施术
怖
应
用
•核技术医学应用
辐射基本知识 二、原子与原子核
辐射基本知识
辐射基本知识
核素 (nuclide) 处于一定能级的具有相同质子数和中子 数的同一类原子的总称。如99Tcm、99Tc等。
+-++--+-
+ -- -
-
α + 靶原子 → 正离子 + 电子 + α
4He + Ar → Ar+ + e- + 4He
激发（Excitation）： 如果上述过程中电子尚不能摆
脱 原子核的束缚，只能从低能态跃迁到 高能态，则称为 激发。
轫致辐射 （Bremsstrahlung） 物质中带电粒子受到原子核、电 子 电场的作用，运动方向发生大的偏折， 部分动能变成能量连续分布的X射线的 光子能量。
3.中子与物质相互作用 • 散射 • 俘获
电离（Ionization）： 从原子、分子或其他束缚状态
释放 一个或多个电子的过程。
在电离过程中产生的负离子和 正离
带电粒子通过物质
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
库仑作用
e- 自由电子
+
正离子
++
++ -+ -
+ ++-++-+-++--++--++--+-++----
辐射基本知识
苏州大学 公共卫生学院 曹毅
医学博士 国家注册核安全工程师 yicao@suda.edu.cn 65881552
辐射基本知识
基本内容
• 辐射概念 • 原子与原子核 • 放射性 • 活度及衰减 • 电离辐射与物质相互作用
辐射基本知识
19世纪末，人类相继发现了X射线、放射性和电子，这 三大发现揭开了近代物理的序幕，物质结构的研究开 始进入微观领域。
87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt
57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
物质中 X、γ射线能量的转移和吸收
X、γ射线与
可见光、紫外线
无线电波、红外线
一样属于电磁辐射，
二象性。
具有波粒
γ射线对物质的电离作用:两步过程
γ射线
第1 步 初级作用
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
第2 步 次级作用
电离效应
次级电子使 物质原子电离
1）光电效应 （photoelectric effect)
核素数目与活度的衰减
放射性核素衰变遵从指数衰变规律
-0.69t3
ANA0e-t A0e T12
T1/ 2
0.693
半衰期 (T 1 / 2 ): 放射性核素的数目减少至原来一半所需要的时间.
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100 80 60 40 20 0
0
No = 100 T1/2 = 5 d
5
10
15
Time (days)
14N （n；p） 14C
吸收： 散裂过程，原子核吸收中子，发出
多 个粒子。 如：12C （n；n’,3α）
14N （n；2 α ） 7Li
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美国居民受辐射构成
辐射基本知识
谢谢
13 A l 27
P 30
15
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2H e4
14 S i30
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天然放射性核素
天然放射性核素
天然放射系 238U、235U、232Th
半衰期很长 40K 天然核反应 3H、14C
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天然放射系
铀系（238U）
锕系（235U）
钍系（232Th）
镭（226Ra）
镭（223Ra）
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核素 232Th 238U 235U 137Cs 60Co 125I 131I 99Tcm 18F
半衰期 1.411010a 4.47109a 7.04108a
30.17a 5.27a 60.2d 8.04d 6.02h 1.82hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
辐射基本知识 五、电离辐射与物质相互作用
各种粒子/射线的穿透能力