第3章 核辐射测量单位及核辐射防护

较小的单位还有毫居(mCi)和微居(Ci)：
1Ci 103 mCi 106 Ci
Ci作为单位的缺点：会随测量的精度而改变，使用不方便。 1975年国际计量大会规定放射性活度的国际单位为Bq(贝 可勒尔—Becquerel)： Bq的定义：每秒发生1次核衰变。 1 Bq
1sec
1
原因？
对于那些半衰期极短的放射性核素（短寿核素），因其衰变 很快，并且无法将它们提取到化学纯度来供测量，此外它们的量 往往是极微小的，以致最精密的天平也无法称出其量。因此无法 用称量法来确定其量，必须采用测量其放射性衰变率等方法来度 量。
二、放射性物质的活度单位
法定单位：贝可勒尔（Bq）Becquerel(国际单位)
Ci和Bq之间的换算关系为：
1Ci 3.7 10 Bq
10
1Bq 0.27 1010 Ci
3、放射性核素的质量与放射性活度的关系
放射性物质的质量m与活度A之间的关系： 设该放射性物质的原子质量为M，阿伏加德罗常数为NA， 质量为m的该物质对应的原子个数为N，则有：
N A (个) ~ M（g） N (个) ~ m（g）
比活度反映了放射源中放射性物质的纯度。 某一核素的放射源，不大可能全部由该种核素组成，一般 都含有其它物质。其它物质相对含量大的放射源，该核素的比 活度低；反之则高。 例如： 3.7×104Bq的60Co放射源（已知T1/2=5.27a）对应的 60Co质量为8.86 ×10-10g ，假设该源全部由60Co源组成（不含任 何其它物质），则其比活度为：
A 3.7 104 Bq 13 C 4 . 18 10 Bq / g (理想情况) 10 m 8.86 10 g
实际生产的60Co源的比活度一般只有(1011~1012)Bq/g。
3.1.2 放射性物质的含量单位
1、固体物质中放射性核素的含量单位
克/克——克（放射性核素）/克（岩石） 用一克岩石中放射性核素所占的克数“克（放射性 核素）/克（岩石）”表示 。或者用： 克/100克——% 用一百克岩石中含放射性核素的克数即“百分数”表示。 例：矿石中含有1%的铀，表示100克岩石中含有1克铀。 克/吨（g/t）—ppm=10-6，1ppm=1 g/t 一吨岩石中所含有的目标元素的克数。如：岩石的铀含 量为1g/t，表示在1顿岩石中含有1克铀。
dN / da
注意：不包括发出该射线的源，指研究 空间小体积（用da围成的小球体）。
1 6.023 10 23 2.665 10 21 (个) 226
则对应的活度ARa为：
ARa Ra N Ra 1.37 1011 s 1 2.665 1021 3.7 1010 Bq 1Ci
通过计算说明：1g226Ra的放射性活度约为1Ci。 可见：一般放射源的质量很小，但却包含有大量的原子核， 足以保证衰变规律良好的统计性。 课堂练习： 求1mg碘131的放射性活度（半衰期为8.3天）？
Ai (t ) i N (t ) i N (0)e
t
i N (0)e
( 1 2 ... i ) t
i 为第i种分支衰变的衰变常数； 式中， 为该核素的总衰变常数。
注意：部分放射性活度随时间是按 e 衰减而不是按 e 衰减的。（原因：任何放射性活度随时间的衰减都是由于原子核数N的
1ppm eTh
0.77*10-10
0.3
2、液体或气体物质中放射性核素的含量单位
以体积含量表示，即单位体积中放射性物质的活度或质量：
克/升——g/L, mg/L
Bq/L, Bq/m3
1g/L = 1000mg/L
1 Bq/L = 1000Bq/m3
原用单位为：Ci/L，爱曼（ em ） 新老单位换算： 1em = 10-10Ci/L = 3.7 Bq/L = 3700Bq/m3 1 Bq/L＝0.27 em
3.1.3 放射性辐射的物理量和单位
粒子注量Φ和粒子注量率φ 能注量Ψ和能注量率ψ 照射量X和照射量率X 吸收剂量D、吸收剂量率D和剂量当量H
基本概念
• 电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电 粒子或不带电粒子组成，或者由两者混合组成的辐射。
• 辐射场：描述介质内部通过、传播以至经由相互作用发生 能量传递的整个空间范围。 • 辐射源：可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引 起辐射照射的一切物质或实体。 • 电离辐射场：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。 • 描述电离辐射场性质的量有两个：
减少，而N减少是所有分支衰变的总结果。）
t i t
• 核素的总放射性活度：
A(t ) Ai (t ) i N (0)e t N (0)e t N (t )
i i
• 衰变的分支比Ri： 第i种分支衰变的部分放射性活度与总放射性活度之比。
Ai i N (0)e i Ri t A N (0)e
dN (t ) d [ N (0)e A(t ) dt dt
t
]
N (0)e
t
N (t )
定义t=0时的放射性活度为A(0) ： A(0) N (0)
A(t ) N (0)e t
N (t ) N (0)e t A(t ) A(0)e
放射性活度与射线强度的区别： 放射性活度：指单位时间内发生衰变的原子核数目。
射线强度：放射源在单位时间内放出某种射线的个数。
• 如果某放射源一次衰变只放出一个粒子，则该源的射线 强度与放射性活度在数值上是相等的。 例：32P的一次衰变只放出一个β粒子，则32P的射线强 度与放射性活度在数值上相等。 • 对大多数放射源，一次衰变往往会放出若干个粒子，因 此其放射性活度与射线强度的数值是不相等的。 例：60Co源的一次衰变放出2个γ光子，因此60Co源的γ射 线强度值是放射性活度值的2倍。
t
Ai i A
可见：部分放射性活度在任何时候都是与总放射性 活度成正比的。
2、放射性活度单位
放射性物质的质量多少不能反映出放射性的大小：有些 放射性强的物质，其质量不一定多；而放射性弱的物质，其 质量不一定少。 衡量放射性物质的多少通常不用质量单位，而是采用放射性物 质的放射性活度（即单位时间内发生衰变的原子核数）来表征。
历史上，采用Ci(居里)作为放射性活度的单位：
Ci的定义：1Ci的氡等于和1g镭处于平衡的氡的每秒衰变 数（达到放射性平衡时两核素的活度相等），即1g镭的每秒衰变数。
早期测得1g226Ra在1秒内衰变的次数为3.7×1010次。
10 1Ci 3.7 1010 sec 1 即： 1Ci 3.7 10 次核衰变/ 秒
Ur——放射性元素含量单位：具有一个放射性元素含量单 位的地质体使仪器产生的响应（计数率）与仅含有1 g/t平衡铀的 地质体使仪器产生的响应相同。
1Ur ＝ 1 g/t平衡铀 1Ur = 1ppm eU =1g/t eU ； 其中eU—当量铀含量，即不考虑放射性平衡破坏情况。 在一定的条件下，有: 元素含量 1%K 1ppm eU 照射量率 C/(kg . h) R/h 3.78*10-10 1.5 1.55*10-10 0.6

核辐射测量的统计误差和数据处理（4学时）；
第三章
§3.1 §3.2
核辐射测量单位及核辐射防护
核辐射测量常用单位 放射源与标准模型
§3.3
核辐射防护
第一节 核辐射测量常用单位
为了度量放射性物质的量或其辐射量，需要有统一 单位，从原则上讲，完全可以用克或原子数作为单位来度 量放射性物质的量，用库仑为单位来度量辐射能。 但由于放射性物质具有衰变的特点，而且有些放射性 物质的半衰期极短，甚至在称量过程中这些放射性物质的 量也在逐渐变少，所以不能完全用克、原子数等单位来准 确地度量这些放射性物质的量。 要求引入一些专门的单位来表示放射性物质的量及其 辐射量。
m N NA M
则对应的活度A为：
m ln 2 m A N NA NA M T1/ ห้องสมุดไป่ตู้ M
例1：求解1g226Ra的活度值（查表知Ra=1.37×10-11s-1）。
解：1g226Ra对应的原子个数为：
N A (个) ~ 226 （g） N Ra (个) ~（ 1 g）
N Ra
适用对象：短寿和长寿核素。
由于放射性核素具有衰变特性，因此可以用单位时间内核素 衰变的次数来描述核素的衰变量。
1、放射性活度（ACTIVITY）定义：
在单位时间内发生衰变的原子核数目，称为放射性活度A(t)， 也称为衰变率，表征放射源的强弱。 放射性活度的精确定义——在给定时刻，处于特定能态的 一定量放射性核素在时间间隔dt内发生自发核衰变或跃迁的期 望值。
ln 2 m 0.693 10 A NA 6.023 1023 Bq T1/ 2 M 8.3 24 3600s 131
3
4、比活度
定义： 比活度是指放射源的放射性活度与其质量之比，即单位 质量放射源的放射性活度，即： A 比活度的意义：
C
m
(单位：Bq / g或Ci / g )
成都理工大学核自院
主讲教师: 杨 佳
《辐射探测技术基础》课程讲授的 主要内容
本课程的理论学时24学时，主要讲授内容包括：

放射性测量的基本知识（4学时）； 射线与物质相互作用（4学时）； 核辐射测量单位及核辐射防护（3学时）； 带电粒子测量方法（6学时）； γ射线测量方法（3学时）；
任意时刻，沿任意方向，到达辐射场任意位臵的任意类 型、任意能量的粒子数目或粒子携带的辐射能量(非随机量)。
一、粒子注量Φ和粒子注量率φ
φ的中文读音为“服艾” （大写Φ，小写φ），是 第二十一个希腊字母。
1、粒子注量（通量） （Particle Fluence）
定义：以辐射场中某点r为中心， 划出一小的球形区域，如果球体的截面 积为da，从各个方向射入该球体的粒 子总数为dN，则辐射场r点处的粒子注 量为：
• 实例：
例如137Cs，每发生100次衰变，发出的粒子数有： 最大能量为1.17MeV的 粒子5个； 最大能量为512keV的粒 子95个； 能量为662keV的粒子85 个； 能量约为662keV的内转 换电子10个； 还有特征X射线等。
7/2
137 55
0
30.17 y
Cs
11/2 661.66 2.55 m
511.6 94.6% 1173.2 5.4%
Q - =1173.20.9 keV
3/2
137 56
0
Ba(稳定)
说明：放射性活度与放射源发出的粒子数目、射线强度是完 全不同的概念（核衰变数不等于放出粒子数） ，要注意区分。
核素具有多种分支衰变的活度：
• 第i种分支衰变的部分放射性活度：
t
则：
A(t ) A(0)e t
放射性活度和放射性原 子核的数目具有同样的指数 衰减规律。
对放射性活度的理解：
A(t ) N (t )
物质中放射性核的多少并不能完全反映出放射性的强弱。 活度大必须满足N和都大。人们更关心放射性活度的大小。 放射性活度是指单位时间发生衰变的原子核数目，而不是 放射源发出的粒子数目。 放射源发出放射性粒子的多少，不仅与核衰变数有关，而 且和核衰变的具体情况直接相关。一般情况，核衰变率数不等 于发出粒子数。
3.1.1 放射性物质的重量、活度单位 3.1.2 放射性物质的含量单位 3.1.3 放射性辐射的物理量和单位 3.1.4 点源辐射照射量率的计算
3.1.1 放射性物质的重量、活度单位
一、放射性物质的重量单位
放射性物质的重量（常将重量和质量称呼一致）单位——克，千克 适用对象：长寿核素。例铀、钍等。 • 原因：长寿核素可以用称量法测量。由于它们的衰变期比较 长，用精密的天平就可以称出它们的重量。 • 注意事项：短寿核素不能用称量法定量，即无法用重量单位 来度量。