电离辐射基础知识

射线，指的是如X射线、g射线、a射 线、b射线等，本质都是辐射粒子。 射线与物质相互作用是辐射探测的 基础，也是认识微观世界的基本手段。
这里讨论的对象为电离辐射。辐射 能量大于10eV，即可使探测介质的原子 发生电离的能量。

辐射: 带电粒子辐射 非带电粒子辐射
射线与物质相互作用的分类
带电粒子辐射
带电粒子能量损失方式之二---辐射损失 入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用， 使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随 着发射电磁辐射—轫致辐射(Bremsstrahlung)。 它是X射线的一种，具有连续的能量分布。
射程
射程(Range)的定义带电粒子沿入射方向所行 径的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程R。 入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度称作路程 (Path)。
X Z
A Z
原子序数
XN
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关 系 ，所以用符号X足以表示一个特定的核素。
中子、质子和电子的质量与电荷
质量(u) 中子
mn 1.00866492 u
电荷(e) 0
质子
电子
m p 1.00727646 u
＋1
－1
24
me (1 / 1836 )u
1u 1.66053873 10 g 19 1e 1.602176462 10 C
• 放射性活度仅仅是指单位时间内原子核 衰变的数目，而不是指在衰变过程中放 射出的粒子数目。 • 例如Cs-137有100个原子核发生衰变，放 出 1.17MeV的电子有6个； 0.512MeV的电子有94个； 并伴随0.662MeV光子94个
共放出 194 个粒子，但活度是
100贝可。
(4)、比活度 (Specific Activity)
电离辐射基础知识
江苏省辐射环境监测管理站
原子结构模型
原子核由中子和质子组成，中子不带电， 核子数 元素符号 质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分 别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子 统称为核子，数目以 A表示， A称为核子数或 质量数，核中质子数记为 Z，中子数记为 N。 常用如下形式表示一个原子核：
2).同位素（isotope）和同位素丰度
1 1
H
235 92
2 1
H
238 92
3 1
H
氢的三种同位素； 铀的二种同位素。
U
U
具有相同原子序数但质量数不同的核素 称为某元素的同位素。(即Z相同，N不同， 在元素周期表中处于同一个位置，具有基 本相同化学性质。)
表示方法:238U、U-238、铀-238
重带电粒子 快电子
不带电粒子辐射
中子
a , p, d , T , f
e
b

X射线和 g射线
带电粒子能量损失方式之一---电离损失 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库 仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或 激发。
电离——核外层电子克服束 缚成为自由电子，原子成为 正离子。
激发——使核外层电子由低能级 跃迁到高能级而使原子处于激发 状态，退激发光。
重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时， 其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其 路程相近。
g
射线与物质相互作用特点：
g光子是通过次级效应与物质的原子或原 子核外电子作用
次级效应主要的方式有三种，即光电效 应、康普顿效应和电子对效应。
1.光电效应
2.康普顿效应
2.3 电子对生成效应：
• 获得能量： • 一是重核裂变，即一个重核分裂成 两个中等质量的核，人们依靠重核 裂变的原理制造出原子反应堆与原 子弹 • 一是轻核聚变。依靠轻核聚变的原 理制造出氢弹和人们正在探索的可 控聚变反应。
核衰变
• 1896年贝可勒尔(A.H.Becquerel) 发现了铀的放射现象，这是人类第 一次在实验室里观察到原子核现象。
I0 I
dI
x dx
天然辐射
宇生放射性核素
原生放射性核素
一般场所： 天然本底为 2.3mSv/a,
多为内照射 (222Rn, 60%)
正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量
江苏省天然辐射所致居民剂量
年有效剂量当量（mSv） 辐射类型 室外 室内 合计 集体年有效剂量当量 （104人· Sv）
陆地γ 辐射
宇宙射线
定义为：单位质量放射源的放射性活度。 即：
a A/ m
单位为：Bq/g ，或 Bq/kg
比活度反映了放射源中放射性物质的
纯度。
电离辐射源
辐射主要包括:
1. 电离辐射（通常称放射性）
2. 电磁辐射（非电离辐射）
人体受到照射的辐射来源及其水平
天然辐射是人类的主要辐射来源
一、天然本底照射
宇宙射线
(2)、半衰期 T1 2
半衰期：放射性核数衰变一半所需的时 间，记为 T1 2 。
即：
N T1 2 N 0e
T1

T1
2
1 N ( 0) 2
e
2
1 2
T1 2
ln 2


0.693

量纲为：[t],如s，h，d，a
放射性的活度和单位
• 一个放射源的强弱不仅取决于放射性原 子核的数量的多少，还与这种核素的衰 变常数有关 • 一个放射源在单位时间内发生衰变的原 子核数称为它的放射性活度，通常用符 号A表示
g光子从原子核旁经过，在核的库仑场 作用下，g光子转化成为正负电子对。
1) 正负电子对的能量：
Ee Ee h 2m0c
2
所以，只有当 g 射线 能量大于 2m0c 2 1.022MeV 才可能发生电子对效应。
三种效应的相互关系
物质对g射线的吸收
窄束X、g射线的吸收P47 g为光子与吸收物质作用的截面； N为吸收物质单位体积的原子数； I0为g射线入射强度； D D为吸收物质厚度。
0.09
0.07
0.39
0.16
0.48
0.23
3.0
1.5
天然贯穿辐射 0.16
0.55
0.71
4.5
注:室内\外居留因子取0.72/0.28，屏蔽因子取楼0.8/平0.9
人工辐射源
• 人工辐射源是由于人工生产活动产生的辐 射源。人工辐射源主要有核设施、核技术 应用的辐射源和核试验落下灰等。
电离辐射与物 质的相互作用
7/2+
137Cs
β93.5%
6.5%
11/2m 2.552分 0.662
3/2+
137Ba
0
铯-137衰变纲图
131I
β1.6% 6.9% 90.4% 0.6% 11/2+ 1/2+ 3/2+
131Xe
0.723 0.637 5/2+ 0.364
0
碘-131衰变纲图
实验发现:
加压、加热、加电磁场、机 械运动等物理或化学手段不能改 变指数衰减规律，也不能改变其 衰变常数λ 。放射性衰变是由 原子类型:
辐射类型
a, b, g衰变
穿透本领
电荷数/质量
a = 氦核
b electron or positron
+2q/4mp
–q/me 或 +q/me
纸片
几毫米金属
g = 高能光子
无
几厘米铅
此外，还有中子发射、质子发射、裂变等
原子核的衰变规律
• 在无外界影响下，原子核自发地发生转 变的现象称为原子核的衰变，又叫放射 性衰变。 • 核衰变有多种形式，如α 衰变， β 衰变， γ 衰变，还有自发裂变及发射中子、质 子的蜕变过程。
某元素中各同位素天然含量的原 子数百分比称为同位素丰度。
1 1
H
2 1
H
18
99.985%、0.015%
16
O
17
O
O
99.756%、0.039%、0.205%
原子核的结合能
• 质量和能量都是物质同时具有的两个属 性，任何具有一定质量的物体必须与一 定的能量相联系
• E=mc2
• 一个原子质量单位相联系的静止质量相 应的能量为 931.494013MeV
放射性活度的单位
• 由于历史的原因，曾采用居里（Ci）为 单位。 每秒钟有3.7×1010次核衰变定义为一个居 里，即 1Ci=3.7×1010/s 有毫居里 (1mCi=10-3Ci) 微居里（1μ Ci=10-6Ci）
• SI 单位是秒的倒数（ s-1），叫贝可勒尔， 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。其表 达式如下： • lBq=1次衰变／秒 • 1Bq=1/s • 显见， • 1Ci=3.7×1010Bq
X Z N
实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关 A 系，所以用符号 X足以表示一个特定的核素。
原子核的表示
质子数
A ZA
XN
中子数
原子的表示
原子核由中子和质子组成，中子不带电， 质子带单位正电荷。中子和质子质量相当，分 化学符号 别约等于一个原子质量单位。核中中子和质子 统称为核子，数目以 A表示， A称为核子数或 质量数，核中质子数记为 Z，中子数记为 N。 常用如下形式表示一个原子核：