第一章 电离辐射领域中常用的量及其单位

1986年事故后的切尔诺贝利核电站
2011年日本福岛核电站事故
辐射防护的基本任务和目的
基本任务： （1）允许可能产生辐射的实践 （2）保护人员、后代、环境 目的： （1）防止有害的确定性效应； （2）限制随机性效应的发生率，把发生率控制在可 以合理做到的较低水平。
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辐射防护的基本内容
屏蔽技术
辐射分类
按与物质的作用方式，辐射又分为两类：
1、电离辐射：能够引起电离的带电粒子和不带电粒子。 *从一个原子中释放出一个价电子需要的能量:4～25eV ； *能量>10eV的光子 2、非电离辐射：<10eV光子，波长>100mm紫外线、可见光、 红外线和射频辐射。
电离：将一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多
个电子的过程。
为什么对辐射进行防护？
电离 激发
辐射 原子、分子
确定性效应 机体损伤 随机性效应
组织、器官
在第三章辐射对人体的影响和防护标准中会具体阐述
电离辐射
物质（作用对象）
生物效应
电离辐射剂量学：研究 电离辐射防护学：研究电 电离辐射能量在物质 离辐射对人体的危害、 中的转移和沉积的规 防止和减少这种危害的 律，（量的定义、测 综合性边缘科学。 量、计算等）的科学。
33
3.角分布和辐射度
角分布：描述粒子入射方向的分布。
d / d d N / dad
2
d sin d d
4

2


0
d
0 0

s in d d
辐射度：注量率的角分布
粒子辐射度p：
p= d / d d 3 N / d a d td 单位：m-2.sr-1.s-1
pE,J(r)能揭示辐射场的最详尽的内涵，是完整的描述辐 射场的一个辐射学量。
判断下表所列各辐射量与时间t、空间位臵r、辐射粒子能量E 和粒子运动方向 之间是否存在着函数关系，存在函数关系 者在表中相应位臵处划“Y”，不存在则划“N”号。
N R E (E) E t r E

(E) Y
辐射与物质 相互作用 防护与安 全评价
辐射源
辐射场
生物体
生物效应
管理体系
辐射场描述
外照射
内照射
法规标准
辐射量计算
剂量计算
随机性 效应
确定性 效应
辐射量测量
防护、监 测与评价 防护量
第一章 电离辐射领域中 常用的量和单位
第一节 描述辐射场的量
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电离辐射场：电离辐射居留的空间。 1、粒子数和辐射能 粒子数N：发射、转移或接受的粒子数目，单位是1。 粒子数密度n：n=dN/dV—表征辐射场疏 密程度，单位 是m-3。 辐射能R：发射、转移或接受的辐射粒子的能量（不包 括静止能），单位是 J。
• 原子核物理
辐射、、 、n产生的原理
• 核物理实验方法
• 辐射剂量与防护 ?
探测辐射、、 基本方法
辐射对人的影响，如何降低辐射危害
辐射定义
什么是辐射？ 从某种物质中发射出来的波或粒子。
辐射分类
辐射是一种长久以来就存在于自然界的物理现象。 按其本质可分为两类：
1.粒子辐射：是指组成物质的基本粒子，或由这些 粒子组成的原子核。粒子辐射是一些高速运动的粒子， 消耗自己的动能把能量传给被穿透的物质。粒子辐射包 括电子、质子、中子、α粒子、β粒子和带电重粒子等。 2.电磁辐射：实质是电磁波，包括无线电波、微波、 可见光、紫外线、X射线和γ 射线等。
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调查结论： 迄今为止的流行病学的调查资料证明：
(1) 在低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌。非特异性 寿命缩短末见发生。遗传危害也未见增加。 (2) 低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射，是 否会增加恶性肿瘤尚不明确。 (3) 出生前诊断性X射线的照射量，是否能增加出生后的 小儿癌症的发病率，尚有争议。 (4)高本底地区居民流行病学的调查，均末证实遗传危害 的增加或恶性肿瘤较对照群体有过多的发生。
物 质：气体 液体 固体 包括人体 等
αβ γ n
微观粒子间碰撞有动量和能量的传递
直接电离粒子：电子、
电离辐射
质子、 粒子、射线
辐射 间接电离粒子：光子、中子 非电离辐射：红外线、微波、激光
电离辐射：凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射。
2.1.1 带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质相互作用的方式 慢化过程：能量损失和角度偏转。 (a) 电离损失(电子阻止)－带电粒子与靶物质原子中核外电子的 非弹性碰撞过程。
收 获：
学习了一门专业知识； 树立了一种客观态度； 培养了一种学习习惯； 尝试了一种学习方法。
考试成绩组成：
平时作业成绩占20%， 考勤占30%， 期末笔试成绩占50%。
4
绪论
1.1 辐射剂量、防护的含义 1.2 辐射剂量、防护简史
1.3 辐射防护的基本任务和目标
1.4 辐射防护的基本内容
以前的知识
放射性的应用
工业：核电站、核供热堆、核反应堆、辐照加工、 辐射灭菌、无损探伤、厚度计、液面计、水分计、 同位素示踪等 医疗领域：X线透视、CT扫描 、伽码刀、医用加 速器、核医学与介入放射学诊治 农业：辐射育种 科研：元素分析、新药研制、示踪 考古：年代测定
电离辐射损伤效应的发现
• 1896年美国学者格鲁柏研制X射线管的实验时，在他
E (E) E p pE Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y
Y Y Y
Y Y
Y Y、粒子注量、能量注量、注量率、 能量注量率、P辐射度
40
第一章 电离辐射领域中 常用的量和单位
第二节 相互作用系数
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2.1 射线与物质的相互作用
4

2


0
Pd
0 0

P sin d d
能量辐射度r：
r d / d d R / d a d td
3
单位：w. m-2.sr -1
4

2


0
rd
0 0

r s in d d
4、能谱分布 用Q代表辐射学量，用E代表粒子的能量（不包括静止能）, 则Q(E)是Q的积分分布，它是能量为0~E的粒子对Q的贡献。
手上发生皮炎。此后，一些研究证实长期X射线、γ射 线过量照射可引起皮肤红斑、脱毛、皮肤溃疡、造血 障碍、神经衰弱等。 • 人们开始认识电离辐射的损伤效应，并进行辐射剂量
单位、辐射防护和辐射损伤防治的研究。
早期辐射损伤认识时期
特点：对辐射可能造成的损伤认识不足 损伤对象： （1）X射线球的制造者和应用X射线的技术人员； （2）从事放射性物质研究的科学家； （3）铀矿工人及用含镭夜光涂料的操作女工。 损伤特点： （1）外照射引起的急性体表损伤； （2）氡及其子体内照射引起的肺癌； （3）镭内照射引起的骨肿瘤。
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放射性事故
• 放射性同位素、射线装臵和核技术的广泛应用，在
给人类带来巨大利益的同时，也会因为某些人为的 和技术的原因，发生危及人类生命和财产的放射性
事故和核事故。
• 根据国际原子能机构（IAEA）公布的1945～1997年 间，世界范围内发生的较重大的核事故或放射事故 135起（不完全的统计），使669人受到显著照射， 87人死亡。
辐射剂量、防护简史
1895, 伦琴（ Roentgen ）发现 X 射线
伦琴
Nobel Prize in 1901
世界上第一张X射线照片
1896, 贝克勒尔（Becquerel）发现天然放射性
铀是一种能发射出射线的元素 Nobel Prize in 1903
1898, 居里夫妇发现钋（ Po）和镭（ Ra）
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近期辐射损伤认识时期
时间：1960年代～现在 特点： 早期的职业性急性辐射损伤，除事故外，巳极为罕见 了。 中期所见到的高发生率的恶性肿瘤，得以避免。 除事故外，只能用大群体的流行病学的调查方法，才能 发现辐射损伤或危害的增加 。 重点调查对象包括： (1) 职业性受照射群体的流行病学调查； (2) 放射事故受害者调查； (3) 出生前受X射线诊断照射的群体流行病学调查； (4) 高辐射本底地区居住者的流行病学调查； (5) 原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受害者跟踪调查。
QE dQ ( E ) / dE
E
Q (E )
Q
0
E
dE

Q Q ( )
Q
0
E
dE
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将Φ和Ψ代入上述式中就得到粒子注量和能量注量谱
分布的表达式。 例如：
E d ( E ) / dE
E
(E )

0
E
dE

( )

0
E
dE
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辐射度谱分布
(b) 辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。
(c) 核阻止—带电粒子与靶原子核的弹性碰撞 (d) 带电粒子与核外电子弹性碰撞
从微观上看： 碰撞机制： 与核外电子、原子核碰撞；弹性、非弹性碰撞。 碰撞后： 或入射粒子能量、方向改变后出射； 或入射粒子消失，产生新粒子。
从宏观上看： 不管作用机制如何，穿过物质的射 线强度比入射强度减小。
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2、通量、注量和注量率 （1）通量：表征辐射场中粒子或能量在时间上的频繁程度。
粒子通量 N : N dN / dt
，s-1 ，J.s-1
能量通量
R ： R dR/dt
（2）注量：表征辐射场的空间疏密程度。 特例：单向辐射场
da┴
θ
da
da┴ = dacosθ 定义： Φu=dN/ da┴ 为单向辐射场的粒子注量。
p E . j ( r ) dp j ( E , r ) / dE
E
PJ ( E .r )
p
0
E. j
(r )dE

p j ( r ) p j ( .r )
4
p
0
E. j
( r ) dE
p E . j ( r ) d N j ( t , E , , r ) / dtdE d da
典型事例： （1）X射线被发现一个月，X射线的制造者Grubbe的手发生 了“特异性皮炎” （2）1896年，Edison和助手Morton自身试验，眼部受照 数小时后，眼痛，结膜炎； （5）1911年，54名医学放射性工作者死于恶性疾病； 1922年，约100名医学放射性工作者死于恶性疾病； （6）1875～1917年，Schneegerg矿死亡的622名工人中有322 人死于癌症，其中肺癌占87％； 1921～1926年， Schneegerg矿死亡的工人中 死于肺癌 的占50％；
一般情况：各向辐射场
da
P
定义：粒子注量Φ： Φ=dN/da，m-2 能量注量Ψ：Ψ=dR/da，J.m-2
为什么定义粒子注量时，要用一个小球体？
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（3）注量率
粒子注量率υ：
υ=dΦ /dt=d2N/dadt，m-2s-1 *υ为粒子通量密度：
d da (dN / dt )
能量注量率 ψ ： ψ=dΨ/dt=d2R/dadt，J.m-2.s-1
(1)电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程
中期辐射损伤认识时期
时间：1930～1960年代 特点： 医学界把辐射看作是时髦的诊断和治疗手段，却缺乏 对辐射远期效应的认识，病人由于接受高累积剂量而 诱发过多的白血病、骨肿瘤、肝癌等恶性肿瘤。 损伤对象： 接受超剂量辐射照射的病人，较突出的例子有： (1) 1935—1954年，在英国应用X射线局部照射治疗 强直性脊椎炎的病人； (2) 1944—1951年，在德国应用镭—224注射治疗强 直性脊椎炎，关节炎及结 核病的病人； (3) 1928—1954年，在一些国家中应用钍造影剂进行 x射线造影的病人。
电离辐射剂量与防护概论
个人介绍
姓名：位楠楠 联系方式： 邮箱：weinannan0@ 办公地点：核技术学院316室
教材/参考书
教材：
《电离辐射剂量与防护概论》南华大学核科学技术学院 著
参考书：
《辐射防护基础》李星洪 著 《辐射剂量学》 田志恒 著 原子能出版社 原子能出版社
《高等电离辐射防护教程》夏益华 著 哈尔滨工程大学出版社
1898年4月 第一次引入新术语 “放射性” 7月 发现放射性元素钋（Po） 12月 发现镭（Ra)
Nobel Prize in 1903 and 1911
1898, 卢瑟福（Rutherford）
发现了α、β粒子。
法国化学家维拉尔发现 射线
1932, 查德威克（Chadwick） 发现中子。