电离辐射防护与安全培训基础知识

6.1 α射线
α 射线： 是由 α粒子组成的粒子流， α 粒子由 2 个
质子和2个中子组成。出射速度约为光速的1％～
10％， 它的电离作用大，贯穿本领小，它在空气中的射 程只有几个厘米。
3.5MeV，产生10万离子对，路径2个厘米近乎一条直线
25
αHale Waihona Puke Baidu子
26
不能穿 透皮肤
内部损害
阿尔法 被纸屏蔽 土壤、氡、以及 人工重元素
3
2、什么是电离辐射？
电离辐射：任何具有足够能量的粒子或射线，与
原子或分子中的电子相互作用，使电子获得足够的 能量从原子或分子中脱离出来，称为电离辐射。
非电离辐射：
辐射能量较低，照射到物体上 时无法使物质发生电离的辐射。
4
5
电磁波谱
12eV
6
3、电离辐射的主要来源 —— 天然源和人工源
出来。
正电子在很多方面都与 β粒子相似，它们的主要
差别在于所带电荷的正负性。
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6.3 γ射线
γ射线：是一种从原子核发射出来的电磁辐
射，与光速相同，没有质量，不带电。
它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几
十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为
几百米。
32
γ射线
γ
33
6.4 X射线
X射线：产生于原子核外电子轨道的跃迁，类似于
不影响原子 的化学性质； 影响原子核 的稳定性
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原子的半径：R约为10-10m
原子核的半径：约为10-14～10-15m 原子质量单位u：1u=12C原子质量×1/12 =1.66×10-27kg 原子核的密度
2.84×108t/cm3
即在每立方厘米体积中有近3亿吨的物质
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15
28
β粒子
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皮肤、眼睛 和内部损害
被微薄的 塑料屏蔽
医疗、科研、 反应堆、放射尘
自然食品、 水、空气
70keV 1MeV 5mm
β射线：能够穿透皮肤；
可以损害皮肤和眼睛。
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β+射线（正电子）
β+射线：是由正电子组成的粒子流，是原子核中
的一个质子转变成一个中子和一个正电子时产生
的。 中子保留在原子核内，正电子则被高速释放
辐射安全与防护初级培训
放射性基础知识
山东城市建设职业学院
2016. 11 济南
1
张文革
主要内容
放射性基础知识
辐射防护中常用的量
放射源、射线装置的医学应用
2
第一部分
放射性基础知识
1、什么是辐射？
辐射是指以波或高速粒子的形式向周围空 间或物质发射并在其中传播的能量的统称。 如声辐射、热辐射、电磁辐射、粒子辐射等。
18 1 P O + 8 1 18 F 9
+ 10n
11
4、物质结构
4.1 原子—— 组成元素的基本单位
所有的物质都是由分子构成的
分子是由原子构成的
原子是由原子核和电子构成的
原子核由质子和中子构成的。
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当获得或释 放能量的时 候，改变运 转轨道
电子：带有一个单位的负电荷， 电子位于围绕原子核的轨道上 e = -1.6×10-19C me= 9.1×10-31kg 质子：带有一个单位的正电荷， e= +1.6×10-19C mp=1.6726×10-27kg 中子：是不带电的中性粒子 mn=1.6749×10-27kg
射线
n
组成
氦的原子核 电子 中子 高能光子
质量
4 1/1846 1 0
电荷
+2 -1或+1 不带电 不带电
空气中 射程
0.03米 3米 很大 很大
在生物组织中 射程
0.05毫米 5毫米 有可能穿透人体 有可能穿透人体
X
高能光子
0
不带电
很大
有可能穿透人体
40
不同射线的穿透能力
α、β、γ射线穿透人体皮肤情况
只释放能量不发射粒子，能量在MeV。
99 42Mo 99m Tc＋β43 99 43Tc
140keV
＋γ
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γ衰变模式示意图
光量子
50
正电子辐射（β+衰变）
放射性核素的原子核内有一个质子转变为中子放 射出正电子的过程称为β+衰变。
发射的正电子能量连续分布；如：18F，0 ~ 0.633MeV。
α射线：可以被我们的皮肤屏蔽；
它只有在我们体内时才是有害的。
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6.2 β射线
β射线：是由β粒子组成的粒子流，本质上与电子
相同，是原子核中的一个中子转变成一个质子和
一个电子时产生的。 质子保留在原子核内，电子
则以β粒子形式被发射出。
电离作用较小，穿透能力较大。它在空气中的射 程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米。
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③ 核反应
裂变：在核反应堆中发生的重核分裂成较小核子的 过程，裂变产物往往都具有放射性。如： I-131 、 Mo-99、Cs-137等。 核反应堆：就是中子源，如Co-59生产Co-60； 核反应堆的结构材料的感生放射性等。 离子轰击：被高能量的带电粒子轰击后的靶材料， 如F-18的制备。
放射性核素: 是一类不稳定的核素，能自发地
发生衰变，同时放射出射线，通过衰变形成稳定
的核素。绝大多数为人工放射性核素。
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原子核的稳定性
原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。
轻元素Z<20：稳定核素少 中部元素20<Z<83 ：稳定核素多 重元素Z>83：稳定核素少 偶偶核最稳定，奇奇核最不稳定
放射性物质的原子核处于不稳定状态，其结构会 经历自发的改变，使原子核恢复到更稳定的状态， 即衰变。 衰变过程中发射出的粒子和射线，这些辐射属于 电离辐射。最常见的有α粒子、 β粒子和γ射线。
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② 射线装置
射线装置通常是指在接通电源后能够产生X射线 或电子流、质子流等的人造装置。 射线装置包括X线机、加速器、中子发生器以及 含放射源的装置。
4.2 放射性核素
质子数 中子数 能态
核素： 是指在其原子核内具有一定数目的质子
和中子以及特定能态的一种原子核或原子。
核素的符号表示：
在实际应用中，有时只标记 核素的质量数，如14C、C-14、 碳-14。
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4.2 放射性核素
核素的分类：根据原子核的稳定性，核素分为
稳定的核素和不稳定的放射性核素。
（1）来自天然辐射源
宇宙辐射： 来自地球之外，如宇宙射线、宇生核
素C-14、H-3等；
地面辐射： 来自地壳中的天然放射性核素，如 U235、Tu-232、K-40、Rn-222等；
食品和饮料中的放射性：主要是K-40。
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3、电离辐射的主要来源 —— 天然源和人工源
（2）来自人工辐射源
① 放射性物质——即放射源
γ射线，也是一种既无质量也不带电的电磁辐射。
它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米 厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。 X 射线可以由一些衰变过程产生，但更多是由 X线
机或加速器人工产生。
硬X射线：λ在0.1~1Å，用于放疗，DSA，拍片等 软X射线：λ在1~10Å，用于乳腺等。
α衰变：放射性核素的原子核放射出α粒子而
变为另一种核素的原子核的过程称为α衰变。 α粒子能量在4 ~ 8MeV； 通常是由某些重核元素如铀、镭等发射的。
4.78MeV、 4.60MeV /0.186MeV
226 88Ra 222 4 86Rn＋ 2
226 88Ra
5.4%
α γ
222 86Rn
eε EC n
0
-1 0
0
+1 -1
0
0 -1
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质子过剩 中子源 核反应堆
7.3 放射性衰变规律
衰变规律：母体原子核的数目随时间呈指数规律
减少，遵循明确的统计规律。
N = N0e-λt
衰变常数λ：表示单位时间内每个原子发生衰变的概率
λ对于某一放射性核素是固定不变的。
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半衰期T½
定义：放射性母体原子核数目衰减至原来数目的一
居里夫妇首次发现人工放射性同位素
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5.2 什么是放射性
放射性是指原子核自发地放射出射线的现象。
这些原子核处于不稳定状态，自发地放出由粒
子或光子组成的射线，并辐射出原子核里的过
剩能量，最常见的射线有 α 、 β 、 γ 射线，其他
可能还包括正电子、X射线、中子射线等。
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6. 常见电离辐射的特征
He＋Q
94.6% 激发态
基态
44
α衰变模式示意图
45
β衰变
放射性核素的原子核内有一个中子转变为质子放
射出β粒子的过程称为β衰变。 β粒子能量连续分布直至最大值，最大值取决于特 定的放射性核素；如：32P ，0 ~ 1.71MeV，平均0.70MeV。 β-衰变发生在富中子核内。
32 P 15 32 S＋β16
半所需要的时间。 物理意义：表示核衰变快慢的物理量。 每一放射性核素都有唯一的、固定的半衰期。 T½与λ的换算关系：
λ= ln2 / T½ = 0.693／T½
核 素
226Ra 222Rn 60Co 137Cs 32P 3H 192Ir
1H(氕99.985％)、2H(氘0.015％)、 3H(氚）
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关于氚
元素氢的一种放射性同位素，半衰期为12.5年， 发射β射线而衰变成氦3 ，能量为0.019MeV，大 量吸入氚会对人体有害 。 在自然界中存在极微，从核反应制得 。
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5. 关于放射性
5.1 放射性的发现
伦琴发现X射线——1895年 贝克勒尔发现放射性——1896年 居里夫妇发现新的放射性元素 1934年，法国核物理学家约里奥-
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中子射线
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眼睛是最易 受影响的
遇到含氢的物质 减速，之后被镉 或硼吸收
少数天然 发射体
反应堆、 研究性加速器
中子：穿透力很强； 因此可以影响所有器官
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内照射的危害：
α射线 > β射线 > γ射线 > 中子射线
外照射的危害：
中子射线 > γ射线 > β射线 > α射线
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常见射线的性质
7. 放射性衰变
7.1 放射性衰变
原子核结构发生自发地改变使其更加稳定的过程。 衰变过程中产生带电粒子和射线。 每一种特定核素的衰变方式是不一样的，表现在 产生的粒子不同和射线能量不同。
238 92U 90Th 234 4 Th 钍＋ 2He 90 91Pa镤＋
234
234
e
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7.2 放射性衰变的类型
β+衰变通常只发生在质子过剩的原子核内。
18 9F 18 + O ＋ β 8
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放射性衰变模式的总结
衰变模式
衰变
符号

常见来源
重原子核
Z变化 N变化 A变化
-2 -2 -4
衰变
+ 衰变 衰变
+
中子过剩
质子过剩 能量过剩
原子核能量过剩
+1
-1 0
-1
+1 0
0
0 0
内转换
电子俘获 中子辐射
随着核内质子数和中子数的增加表现出周期性变化。
当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时特别稳定。
Z为43、61及 Z>83的元素没有稳定核素。
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4.3 同核异能素
激发态原子核称为基态原子核的同核异能素, 它们的A和Z均相同只是核能量状态不同。
99mTc表示该核素的原子核处于激发态。
射线装置只有在工作时才会发出射线，是防护
的重点。
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X射线发生器
利用高速的带电粒子轰击某
些高原子序数靶而急速放缓 时产生X射线的装置。 X线机的核心部分是X线管。 电子由加热的金属丝产生； 高压电场用来加速电子高速 靶物质一般选择钨、钼、铅 X射线输出剂量正比于X射线管的电流乘以曝光时间mA· s
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被密实的屏蔽 或大量普通物 质屏蔽
铅、铀
自然存在于 土壤和宇宙 辐射中
医疗、 工业、 放射源
γ射线和X射线: 能够穿透你的身体并在深部产生剂量
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6.5 中子射线
γ射线 X射线
中子射线：存在于原子核内，不带电，比质子
略重。中子辐射通常与核反应堆的产物或人工生
产的中子源有关。
中子辐射很少与核素的放射性衰变有关。锎-252 中子具有高度穿透性。
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β衰变模式示意图
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钴-60（Co）的衰变
60Co
T1/2=5.27a
β0.314 MeV(99.95%)
60Ni**
β1.48Mev(0.05%)
γ 1.17 MeV
60Ni*
γ 1.33 MeV
60Ni
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γ衰变
γ衰变是放射性核素的原子核释放过剩能量，
从而变得更加稳定的一种方式。
通常发生在α衰变或β衰变之后
如99mTc称为99Tc的同核异能素。
注意： 99Tc和99mTc是两种独立的核素。
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核 素 氦-4 碳-12
质子数 2 6
中子数 2 6
质量数 4 12
符号
4He 12C
碳-13
碳-14
6
6
7
8
13
14
13C
14C
20
4.4 同位素
同位素是质子数相同但中子数不同的某种元素的
各种核素。 同位素的化学性质相同，但放射性质可能不同。 自然界中许多元素具有同位素 天然存在的氢同位素有3种：