辐射量及其单位

Uranium Series (4n+2)
Actinium Series ( 4n+3)
原生放射性核素(primordial nuclides)：三大放射系[铀 （U）-238系；钍（Th）-232系；（U）-235锕系+ 钾 （K）-40] [石材（装修) 、水泥等建材]


Naturally occurring radionuclides present in rocks, soils, plants, water, air, and building material Major nuclides include
218Po 214Po
54.5 s 6.28
216Po 212Po
3.92 s 6.81 6.55
215Po
三 种 氡
3.05 m 6.00
214Pb 214Bi
1.6x10-4 s 7.69
210Pb
0.158 s 6.78
212Pb 212Bi
3.0 x 10-7 s 8.78
208Pb
1.83 x 10-3 s 7.37
– Large Particles (fallout in hrs) – Smaller particles, in troposphere, behave like aerosols (days) – Final fraction, in stratosphere, deposit world-wide (months)
214Pb 214Bi
19.7 m
60.5 m 6.08
208Tl
2.16 m
26.8 m
22.3 y
10.6 h
Stable
36.1 m
6.62 6.28
207Tl
207Pb
Stable
3.1 m
4.79 m
Radiations from radon and its decay products
•Induced Radionuclides •Produced by cosmic ray interactions with atmospheric nuclei; •Includes 3H, 14C, 7Be; •Also 10Be, 22 Na, 32P, 35S, 39Cl
primary cosmic ray
53.28 d
Cosmic ray interactions with H and O
Radiocarbon Formation and Exchange
Cosmic rays
n
14N
proton
14C
14CO
2
CO2
Thorium Series (4n)
Neptunium Series (4n+1)
有足够强度的包壳 正常使用条件下不污染设备、环境 分类： 点源、线源、平面源、园柱源等（按形状） 检查源、照射源、标准源（按活度不确定度）

α放射源



常用源： 210Po、238Pu、239Pu、241Am、237Np、 235U、 238U等。 制作： 电镀法：将放射性物质沉积在金属托盘 上，表面镀薄层纯金或云母。 作业：α放射源用于烟雾探测器的原理？
n 中子 ~ 中微子； 反中微子 基本粒子
z

方向分布 单向平行束 各向同性场 各向异性场
x

d
y

d

能量分布
积分分布： E E dE
E
E
微分分布E ： 单位能量间隔的注量
d (E)
0
0
E E+dE
粒子能量
dE E~E+dE间隔内粒子注量： d (E ) E dE dE dE
– – – – Uranium (U) Thorium (Th) Radium (Ra) Radon
Half-Life /a 7.04 x 108 4.47 x 109 Typical Activity 0.72% of all natural uranium 99.2745% of all natural uranium; 0.5 to 4.7 ppm total uranium in the common rock types 1.6 to 20 ppm in the common rock types with a crustal average of 10.7 ppm soil - 1-30 pCi/g (0.037-1.1 Bq/g)
γ放射源

常用源：60Co、137Cs、192Ir等。

制作：不锈钢或铂铱合金密封壳。
用途：医疗照射、工业照射、工业照相 及辐射仪表等。

粒子加速器
加速器组成
同步回旋加速器
直线加速器
Van de Graaff Generator
回旋加速器
核反应堆 核电站

Light-Waຫໍສະໝຸດ Baiduer Reactors
以上各种天然辐射来源总和称为天然辐射本底 剂量当量：约2 mSv/a。
医疗辐射


X光透视 CT SPECT PET MRI 放疗 BNCT
2.2 辐射场

辐射场：辐射源产生的电离辐射无论在空 间还是在介质内通过、传播以至经由相互 作用发生能量传递的整个空间范围，称为 （电离）辐射场。
β放射源



常用源： 3H、14C、22Na、45Ca、55Fe、58Co、 63Ni、137Cs、85Kr、90Sr-90Y等 制作（电镀法、陶瓷法）： 金属特性的放射性核素：电镀法沉积 在金属托盘上，外加保护层密封。 Sr、Cs可以烧结在陶瓷中 H、C可以制成有机玻璃。 用途：参考源、测厚源等
– PWR – BWR

High Temperature Gas-Cooled Reactors
– U.K. - since 1950s – U.S. - Ft. St. Vrain, CO

Fast Reactors
– No moderator – Breeds Pu – Limited Coolant Selection (can’t moderate) - choice: liquid Na
Snyder,W. S., H. L. Fisher, Jr., M. R. Ford, and G. G.Warner. 1969. Estimates of absorbed fractions for monoenergetic photon sources uniformly distributed in various organs of a heterogeneous phantom. Medical Internal Radiation Dose Committee Pamphlet 5. J. Nucl. Med., suppl. 3, August.


单位截面小球 理想探测器
等效率接收各四面八方入射粒子的 粒子探测器（或计数器）。
da
单位截面小球-理想探测器示意图

粒子通量（注量） ： 辐射场中粒子进入单 位截面立体小球的数目，


dN da
通量率（注量率，强度） ：辐射场中单位时 间间隔内粒子进入单位截面立体小球的数目
d 2N da dt d dt
0 E
E
粒子通量 dE
粒子平均能量 E
习题：试写出
235 92

0
E E dE


0
dE
E


1

0
E dE
E
U 裂变中子能谱，绘出曲线，并计算平均能量。
辐射场分类：

单一场 单种粒子的辐射场（近似）

混合场
多种粒子的辐射场，如裂变n- 混合场等。



<100 kt yield - troposphere > 500 kt yield- all stratosphere Stratospheric Deposition
– circulates for years – deposited pole to pole

Key Nuclides
– 90Sr – 89Sr – 137Cs – 14C – Pu – I – Miscellaneous
第二章 辐射场及其度量
国际辐射单位与测量委员会
（International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU)

1975年 国际单位制单位(SI) 1984年 中华人民共和国法定计量单位

2.1 辐射源
同位素放射源
密封源： 正常工作状态下没有开封或破 损的可能性不会因泄漏、渗透等导 致逸出或扩散的放射源
1.39 x 1010 y
1.9 y
228Ac
7.13 x 108 y
226Ra
Alpha Decay (MeV)
228Ra
6.13 h
224Ra 223Ra
1600 y 4.78
222Rn
Beta Decay
6.7 y
3.64 d 5.68
220Rn
11.4 d 5.71 5.60
219Rn
3.825 d 5.49
天然辐射本底

核辐射无所不在，大自然（也就是我们正常赖以生存的 环境）中天然辐射(natural exposure)，即来自于天然辐射 源的电离辐射包括： 1、宇宙射线：来自于地球外层空间的高能粒子流，质子 （87%）、阿法粒子（10%）及其它重带电粒子、电子、 光子和中子等；

High energy protons and electrons streaming from solar flares hit the earth’s outer atmosphere
思考题：为什么要用小球体来定义注量？
能通量（能注量） ： 辐射场中粒子带入 单位截面立体小球的能量，

dE da
能通量率（能注量率，能通量密度）： 辐射场中单位时间间隔内粒子带入单位截 面立体小球的能量，
d E da dt
2

d dt

粒子的类型
射线，质子，重离子 射线 射线
Nuclide
235U
238U
232Th
1.41x1010
40K
1.28 x 109
3、氡（radon) 主要产生途径：镭（Ra）-226 衰变为 氡 （Rn）-222。岩石、水泥所造地下室，岩洞，常闭不通 风或通风不好的房间或场所等。
238U 232Th 228Th 235U
4.49 x 109 y
4、内照射 摄入途径：食物、饮水、呼吸 核素种类： 钾（K）-40、 碳（C）-14、铷（Rb）-87、氡子体（氡 核级联衰变链上的核素）。 标准成人体内 40K：4.11105 Bq/min (次衰变/分钟) ； 14C：1.93 105 Bq/min (次衰变/分钟)
Anterior view of principal organs in head and trunk of phantom.

Altitude dependent 海拔

Latitude dependent 纬度
2、存在于地球上的天然放射性核素：
宇生放射性核素(cosmogenic)：氚（H-3）、碳-14（C14）、铍-7（Be-7）、钠-22（Na-22）；（宇宙射线与 空气作用生成核素在环境中的空气、水、草、土壤中沉 降物）
Source: BRH. Radiological Health Handbook. Compiled and edited by the Bureau of Radiological Health and the Training Institute, Environmental Control Administration.Washington, DC: Government Printing Office. 1970.

Breeder Reactors
– None constructed in U.S. (Clinch River Halted)
核武器

Atmospheric testing caused largest environmental release of anthropogenic nuclides Radioactive debris consists of
secondary Shower
Nuclide
14C 3H
Half-Life 5730 a 12.3 a
Source
14N(n,p) 14C
Cosmic ray interactions with N and O, spallation from cosmic-rays, 6Li(n,)3H
7Be