放射基本知识放射防护学.ppt
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放射防护学
2020/11/15
1
为什么要学习《放射防护学》？
➢ 放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不 可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。
➢ 当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学 和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首 先会想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线 怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能 认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人 类服务。
• 比放射性活度 (Specific activity)：指单位质量 的放射性制剂中的放射性活度，Bq/mol, Bq/g；
• 比放射性浓度(Radioactivity concentration ) ： 单位容积的放射性制剂中的放射性活度， Bq/L；
2020/11/15
37
仪器常用单位： dps: disintegration per second cps: counts per second
β射线本质：高速运 动的电子流
2020/11/15
16
-衰变：3H 3He+ -
2020/11/15
17
-衰变
2020/11/15
18
正电子衰变：11C 11B+ +
2020/11/15
19
电子俘获（electron capture）
质子变成中子
X射线
2020/11/15
核外轨道电子
20
电子俘获：7Be 7Li
➢ 在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射 性工作的管理和防护的问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关 放射防护的问题。
因此，《放射防护学》是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课
程之一。
2020/11/15
2
主要学习内容
➢ 放射基础知识
➢ 辐射源和辐射剂量单位
➢ 放射药物
• 在空气中的射程约为3-8cm，在水中或机体内为
0.06～0.16mm。
• 因其射程短，一张纸即可阻挡
• 但α粒子的电离能力很强。
2020/11/15
15
2. 衰变
发生原因——母核中子或质子过多
➢ β- 衰变
3215P → 3216S + β- + Ue + 1.71MeV
➢ β+ 衰变
137N → 136C + β+ + υ + 1.190MeV ➢ 电子俘获（electron capture）
衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在 这个过程中发射 射线，原子核能态降低。
射线是高能量的电磁辐射——光子
2020/11/15
23
衰变特点：
1、从原子核中发射出光子 2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生 3、产生的射线能量离散 4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别
• 当某生物系统中，某种指定的放射性核素的量，由 于放射性衰变和生物排出的综合作用，而近似地按 指数规律减少时，该核素的量减少一半所需时间。
Te T1/ 2 Tb T1/ 2 Tb
• 例：131I在甲状腺的Te计算， 131I物理T1/2为8.1天，设Tb为 ７天； Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。
• 放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。 • 放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原
子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但 对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规 律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。
2020/11/15
30
➢ 对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰 变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅 有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发 的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰 变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表 达式为： N=N0e-λt λ：衰变常数(decay constant) t： decay time e： base of natural logarithm
0.693
T1/ 2
T1/2=0.693/λ
2020/11/15
40
生物半衰期 (Biological half life ,Tb)
在某生物体系中，某种指定化学元素的排出 速率近似地按指数规律减少时，由于生物过 程使其在此系统中减少至一半所需时间。
2020/11/15
41
Effective half life(有效半衰期,Te)：
2020/11/15
26
各种放射线的性质比较
种类 α射线 β射线 γ射线
本 质 质量
电荷
（u） （e）
氦核
4
+2
电子 1/1840 -1
光子
0
0
速度 电离性 （c）
贯穿性
0.1 最强 最弱，纸能挡住
0.99 较强 较强，穿几mm铝板
1
最弱 最强，穿几cm铅版
2020/11/15
27
αγ β
β γα
X为元素符号 Z为质子数 N为中子数 A为质量数
6
几个概念
➢ 元素(element)——具有相同质子数的原子。化学
性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不 同，如碘元素中的131I和127I；
➢ 核素（Nuclide）——质子数相同，中子数也相同， 且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素 可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别 为3种元素的5种核素；
放射性核素的原子由于核内结构或能级调整， 自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一 种原子的过程称为放射性衰变(radioactive decay)。
2020/11/15
12
二、基本衰变类型
1. 衰变
+ +
+
++
+
+
+ +
放射性母核!!
238U → 234Th + 4He + Q
粒子得到大部分衰变能， 粒子 含2个质子，2个中子
2020/11/15
31
衰变规律
指数衰减规律
N = N0e-t N0: （t = 0）时放射性原子核
的数目
N: 经过t时间后未发生衰变的 放射性原子核数目
: 放射性原子核衰变常数大 小只与原子核本身性质有 关，与外界条件无关; 数值 越大衰变越快
2020/11/15
N = N0e-t
32
Decay constant(λ)
⑴
⑵
三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转
情况比较：
如上图⑴、⑵所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏
转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场
中偏20转20/1轨1/15迹是抛物线。
28
α 衰变 β+ 衰变
2020/11/15
β- 衰变 衰变
29
三、放射性衰变基本规律
2020/11/15
38
半衰期(half life)
放射性原子核数衰变一半所需的时间
2020/11/15
39
物理半衰期 ( Physical half life，T1/2)
• 在单一的放射性核素衰变过程中，放射 性活度降至原来一半所需的时间；
• 长者可达1010a，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
238U4He + 234Th
从母核中射出 的4He原子核
2020/11/15
13
衰变：241Am 237Np+4He
2020/11/15
14
Characteristic of alpha particle
• α粒子实质上是He原子核，
• α衰变发生在原子序数大于82的重元素核素。
• α粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s，2s绕 地球１周。
2020/11/15
4
8
第二节 放射性衰变
一、核力和放射性核素
原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核
力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带
正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之
间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内
质子数和中子数的比例有关。
Z<20 Z/N=1 Stability
Z=N
50
Neutron rich nuclei
0
50
100
150
Neutron number
Neutron-proton ratio with line nuclear stability
2020/11/15
11
原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核 素(stable nuclide);
原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能 级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素 (radionuclide);
➢ 放射性测量
➢ 放射生物效应
➢ 辐射防护的原理与措施
➢ 放射卫生管理
➢ 放射线的监测
➢ X 射线、超声的防护
2020/11/15
3
第一章
放射基础知识
2020/11/15
4
第一节 原子核结构
2020/11/15
++ +
原子结构
原子核 中子 质子 电子
5
原子核结构
2020/11/15
原子核结构:
(T1/2:8.04d)
+ +
+
++
+
+
+ +
2020/11/15
光子
－
中微子
22
137 Cs
137 Ba* （激发态）
母核 -衰变
衰变
137 Ba + 射线（661.7 keV）
子核（基态） （0.0）
光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）
射线就是高能量的光子 ：几百keV-MeV 量级
2020/11/15
42
第三节 射线与物质的相互作用
Interaction of ray and matter
物质：气体 液体 固体 包括人体 等
。。。。。。
。。。。。。
αβ γn
。。。。。。 。。。原子。。。
2020/11/15
43
➢ Interactions of charged particles with matter(α,β)
• 衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自 发衰变的几率；
• 它反映该核素衰变的速度和特性；λ值大衰变快， 小则衰变慢，不受任何影响。
• 不同的放射性核素有不同的λ。
2020/11/15
33
➢ 放射性活度（radioactivity, A)
– 定义：单位时间内发生衰变的原子核数 –1Bq=1S-1 –1Ci=3.7×1010 Bq –1Ci=1000mCi
Z>20 N/Z>1 Stability
Z>83
Unstability
2020/11/15
9
• P>83的核素，核力不能与质子间的斥力保 持平衡，故全是不稳定的放射性核素。
• P<82的核素，天然的放射性核素很少，多 由人工生产。
2020/11/15
10
Proton number
100
ProHale Waihona Puke Baiduon rich nuclei
2020/11/15
24
衰变——3He 3He
2020/11/15
25
Comparison of three decay
Mass changed Proton changed Energy changed
alpha decay yes yes yes
beta decay no yes yes
gamma decay no no yes
➢ 同质异能素（Isomer）——质子数和中子数都相同，
但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc 。
2020/11/15
7
➢ 同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数 不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位 素。 There are the same protons, but different mass number (or neutrons).
2020/11/15
21
4. 衰变
➢ γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生， 这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原 子核以放出γ-ray 释放出过剩能量
99Mo → 99mTc + β- → 99Tc + γ
(T1/2: ①66.02d; ②6.02h)
131I → 131Xe + β- +γ
A=dN/dt
2020/11/15
34
Radioactivity 放射性活度
• 一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内 发生核衰变数除以该时间间隔。
• 即单位时间的核衰变数目； A=dN/dt
• 单 位 ： s-1 ， 专 用 名 ： 贝 可 （ Becquerel ， Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为Ci, 1Ci=3.7X1010Bq
• 衍生单位：KBq、MBq、GBq(10亿)、TBq， Ci、mCi、Ci。
2020/11/15
35
➢比放射性活度：
- 定义：单位质量或体积中放射性核素的 放射性活度。
- 单位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l
2020/11/15
36
Specific activity and radioactivity concentration
2020/11/15
1
为什么要学习《放射防护学》？
➢ 放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不 可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。
➢ 当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学 和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首 先会想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线 怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能 认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人 类服务。
• 比放射性活度 (Specific activity)：指单位质量 的放射性制剂中的放射性活度，Bq/mol, Bq/g；
• 比放射性浓度(Radioactivity concentration ) ： 单位容积的放射性制剂中的放射性活度， Bq/L；
2020/11/15
37
仪器常用单位： dps: disintegration per second cps: counts per second
β射线本质：高速运 动的电子流
2020/11/15
16
-衰变：3H 3He+ -
2020/11/15
17
-衰变
2020/11/15
18
正电子衰变：11C 11B+ +
2020/11/15
19
电子俘获（electron capture）
质子变成中子
X射线
2020/11/15
核外轨道电子
20
电子俘获：7Be 7Li
➢ 在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射 性工作的管理和防护的问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关 放射防护的问题。
因此，《放射防护学》是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课
程之一。
2020/11/15
2
主要学习内容
➢ 放射基础知识
➢ 辐射源和辐射剂量单位
➢ 放射药物
• 在空气中的射程约为3-8cm，在水中或机体内为
0.06～0.16mm。
• 因其射程短，一张纸即可阻挡
• 但α粒子的电离能力很强。
2020/11/15
15
2. 衰变
发生原因——母核中子或质子过多
➢ β- 衰变
3215P → 3216S + β- + Ue + 1.71MeV
➢ β+ 衰变
137N → 136C + β+ + υ + 1.190MeV ➢ 电子俘获（electron capture）
衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在 这个过程中发射 射线，原子核能态降低。
射线是高能量的电磁辐射——光子
2020/11/15
23
衰变特点：
1、从原子核中发射出光子 2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生 3、产生的射线能量离散 4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别
• 当某生物系统中，某种指定的放射性核素的量，由 于放射性衰变和生物排出的综合作用，而近似地按 指数规律减少时，该核素的量减少一半所需时间。
Te T1/ 2 Tb T1/ 2 Tb
• 例：131I在甲状腺的Te计算， 131I物理T1/2为8.1天，设Tb为 ７天； Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。
• 放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。 • 放射性原子核并不是同时衰变的，对于某一个原
子核而言，何时衰变是各自独立没有规律的，但 对于某一种原子核的群体而言，它的衰变是有规 律的，即原子核数目随时间增长按指数规律减少。
2020/11/15
30
➢ 对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰 变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅 有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发 的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰 变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表 达式为： N=N0e-λt λ：衰变常数(decay constant) t： decay time e： base of natural logarithm
0.693
T1/ 2
T1/2=0.693/λ
2020/11/15
40
生物半衰期 (Biological half life ,Tb)
在某生物体系中，某种指定化学元素的排出 速率近似地按指数规律减少时，由于生物过 程使其在此系统中减少至一半所需时间。
2020/11/15
41
Effective half life(有效半衰期,Te)：
2020/11/15
26
各种放射线的性质比较
种类 α射线 β射线 γ射线
本 质 质量
电荷
（u） （e）
氦核
4
+2
电子 1/1840 -1
光子
0
0
速度 电离性 （c）
贯穿性
0.1 最强 最弱，纸能挡住
0.99 较强 较强，穿几mm铝板
1
最弱 最强，穿几cm铅版
2020/11/15
27
αγ β
β γα
X为元素符号 Z为质子数 N为中子数 A为质量数
6
几个概念
➢ 元素(element)——具有相同质子数的原子。化学
性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不 同，如碘元素中的131I和127I；
➢ 核素（Nuclide）——质子数相同，中子数也相同， 且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素 可有多种核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分别 为3种元素的5种核素；
放射性核素的原子由于核内结构或能级调整， 自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一 种原子的过程称为放射性衰变(radioactive decay)。
2020/11/15
12
二、基本衰变类型
1. 衰变
+ +
+
++
+
+
+ +
放射性母核!!
238U → 234Th + 4He + Q
粒子得到大部分衰变能， 粒子 含2个质子，2个中子
2020/11/15
31
衰变规律
指数衰减规律
N = N0e-t N0: （t = 0）时放射性原子核
的数目
N: 经过t时间后未发生衰变的 放射性原子核数目
: 放射性原子核衰变常数大 小只与原子核本身性质有 关，与外界条件无关; 数值 越大衰变越快
2020/11/15
N = N0e-t
32
Decay constant(λ)
⑴
⑵
三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转
情况比较：
如上图⑴、⑵所示，在匀强磁场和匀强电场中都是β比α的偏
转大，γ不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场
中偏20转20/1轨1/15迹是抛物线。
28
α 衰变 β+ 衰变
2020/11/15
β- 衰变 衰变
29
三、放射性衰变基本规律
2020/11/15
38
半衰期(half life)
放射性原子核数衰变一半所需的时间
2020/11/15
39
物理半衰期 ( Physical half life，T1/2)
• 在单一的放射性核素衰变过程中，放射 性活度降至原来一半所需的时间；
• 长者可达1010a，短者仅有10-10s。 • 半衰期<10h的核素称为短半衰期核素。
238U4He + 234Th
从母核中射出 的4He原子核
2020/11/15
13
衰变：241Am 237Np+4He
2020/11/15
14
Characteristic of alpha particle
• α粒子实质上是He原子核，
• α衰变发生在原子序数大于82的重元素核素。
• α粒子的速度约为光速的1/10，即２万km/s，2s绕 地球１周。
2020/11/15
4
8
第二节 放射性衰变
一、核力和放射性核素
原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力，核
力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带
正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之
间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内
质子数和中子数的比例有关。
Z<20 Z/N=1 Stability
Z=N
50
Neutron rich nuclei
0
50
100
150
Neutron number
Neutron-proton ratio with line nuclear stability
2020/11/15
11
原子核稳定，不会自发衰变的核素称为稳定核 素(stable nuclide);
原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能 级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素 (radionuclide);
➢ 放射性测量
➢ 放射生物效应
➢ 辐射防护的原理与措施
➢ 放射卫生管理
➢ 放射线的监测
➢ X 射线、超声的防护
2020/11/15
3
第一章
放射基础知识
2020/11/15
4
第一节 原子核结构
2020/11/15
++ +
原子结构
原子核 中子 质子 电子
5
原子核结构
2020/11/15
原子核结构:
(T1/2:8.04d)
+ +
+
++
+
+
+ +
2020/11/15
光子
－
中微子
22
137 Cs
137 Ba* （激发态）
母核 -衰变
衰变
137 Ba + 射线（661.7 keV）
子核（基态） （0.0）
光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）
射线就是高能量的光子 ：几百keV-MeV 量级
2020/11/15
42
第三节 射线与物质的相互作用
Interaction of ray and matter
物质：气体 液体 固体 包括人体 等
。。。。。。
。。。。。。
αβ γn
。。。。。。 。。。原子。。。
2020/11/15
43
➢ Interactions of charged particles with matter(α,β)
• 衰变常数：某种放射性核素的核在单位时间内自 发衰变的几率；
• 它反映该核素衰变的速度和特性；λ值大衰变快， 小则衰变慢，不受任何影响。
• 不同的放射性核素有不同的λ。
2020/11/15
33
➢ 放射性活度（radioactivity, A)
– 定义：单位时间内发生衰变的原子核数 –1Bq=1S-1 –1Ci=3.7×1010 Bq –1Ci=1000mCi
Z>20 N/Z>1 Stability
Z>83
Unstability
2020/11/15
9
• P>83的核素，核力不能与质子间的斥力保 持平衡，故全是不稳定的放射性核素。
• P<82的核素，天然的放射性核素很少，多 由人工生产。
2020/11/15
10
Proton number
100
ProHale Waihona Puke Baiduon rich nuclei
2020/11/15
24
衰变——3He 3He
2020/11/15
25
Comparison of three decay
Mass changed Proton changed Energy changed
alpha decay yes yes yes
beta decay no yes yes
gamma decay no no yes
➢ 同质异能素（Isomer）——质子数和中子数都相同，
但处于不同的核能状态原子，如99mTc、99Tc 。
2020/11/15
7
➢ 同位素——凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数 不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位 素。 There are the same protons, but different mass number (or neutrons).
2020/11/15
21
4. 衰变
➢ γ衰变往往是继发于α衰变或β衰变后发生， 这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原 子核以放出γ-ray 释放出过剩能量
99Mo → 99mTc + β- → 99Tc + γ
(T1/2: ①66.02d; ②6.02h)
131I → 131Xe + β- +γ
A=dN/dt
2020/11/15
34
Radioactivity 放射性活度
• 一定量的放射性核素在一很短的时间间隔内 发生核衰变数除以该时间间隔。
• 即单位时间的核衰变数目； A=dN/dt
• 单 位 ： s-1 ， 专 用 名 ： 贝 可 （ Becquerel ， Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为Ci, 1Ci=3.7X1010Bq
• 衍生单位：KBq、MBq、GBq(10亿)、TBq， Ci、mCi、Ci。
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➢比放射性活度：
- 定义：单位质量或体积中放射性核素的 放射性活度。
- 单位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l
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Specific activity and radioactivity concentration