辐射防护复习资料

第一讲 核辐射基础及射线与物质的作用
1. 核辐射是指在各种核衰变及核跃迁中从原子核中释放出来的辐射，包括：γ辐射、中子辐射、α和β辐射。

初级辐射：核燃料元素在裂变时和裂变后的裂变产物放出的核辐射。

次级辐射：初级辐射与物质相互作用所产生的核辐射。

2. 原子与原子结构：硬球、汤姆逊葡萄干面包模型、卢瑟福“行星”模型、玻耳原子结构模型
3. α粒子轰击金箔产生大角度散射
4. 核素就是具有给定原子序数和质量数的原子；核素之间以其不同的原子序数或不同的质量数（或两者都不同）来相互区别
5. α粒子能谱是不连续的
6.
衰变 : 与质子数相比中子数较少的核是不稳定的，这种核要放出正电子，使质子转化成中子，从而变得相对稳定一些。

如放出一个正电子，质子数由8变成7，从而转化为稳定核。

7. 粒子的能谱是连续:
在 衰变过程中放出的能量，由 粒子、中微子或反中微子以及反冲核带出。

因反冲核质量较大，反冲运动的能量很小，故放出的能量主要由 、v 及 带出。

又因它们之间可以有任意的能量分配方式，故 粒子的能谱是连续的
8. 中微子的质量接近于零，目前正在进行精确测定。

中微子的自旋量子数是1/2。

中微子的质量有一个上限。

小于250MeV 。

9. 衰变规律: 设起始时间t=0时，初始的总放射性核为N(0)，到t 时刻未衰变的核有N(t)个。

某一定时间间隔dt 的衰变率和当时所存在的原子核数N 成正比
10. 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
11. 带电粒子与物质相互作用机理:
电离辐射作用于物质，所引起的某些物理、化学变化，或作用于生物体时所产生的生物效应，几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的
12. 带电粒子与物质相互作用的主要过程: 带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的，主要过程是电离和激发，弹性散射和轫致辐射 带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量，其次是通过轫致辐射
13. 射程: 带电粒子射入物质后与物质相互作用，不断损失能量，能量损失完后不再作为自由粒子而存在的现象称为吸收。

带电粒子进入物质直到被吸收，沿入射方向所穿过的最大距离称为带电粒子在物质中的射程。

14. 射程歧离: 一组单能粒子射程的平均值称为平均射程，相同能量的粒子在同一种物质中的射程并不完全相同，这种现象称为射程歧离。

产生这种现象的原因是，每两次碰撞间粒子穿过的距离以及每次碰撞使带电粒子失去的能量不完全相同，因而相同能量的粒子的射程不是一个定值。

由于每个粒子都必须经过多次的碰撞，因此，各个粒子的射程间的相互差别并不很大。

重带电子粒子的射程涨落一般都
很小。

A 和ρ分别表示吸收物质原子的质量数和密度（单位为g/cm3）,R 的单位为cm 。

15. 激发: 如果非弹性碰撞使核外电子得到的能量不够克服原子核的束缚而脱离出来，仅使电子从能量低的壳层跃到能量较高的壳层，这就是原子的激发
16. 退激: 处于激发态的原子是不稳定的，它将自发地跃回基态，这个过程叫退激. 退激时，多余的能量常以光子形式释放出来。

17. 平均电离能: 无论是电离或是激发都会导致重带电粒子损失动能，使其速度逐渐减慢直到最后停止运动。

能使一个原子电离所需要的平均能量称为平均电离能。

平均电离能要比原子的电离电位大 原因：它包括了在带电粒子穿过物质时由于激发作用而损失了的能量。

aiv R A R ρ4102.3-⨯=t e o N t N λ-=)()(±βν
β++→+N O 157158±β
18.比电离: 带电粒子在单位路程上产生的离子对数称为比电离，比电离应包括原电离和次电离产生的离
子对带电粒子与靶原子的核外电子的非弹性碰撞导致原子的电离或激发，这种电离称为原电离，由原电离产生的电子如果具有足够的动能，它也能使原子电离，这种电离称为次电离
19.轫致辐射: 带电粒子穿过物质受到物质原子核的库仑场作用，速度大小和运动方向都发生变化，这时
就伴随产生电磁波，这种电磁辐射称为轫致辐射。

快速电子在物质中的损失一般需考虑电离损失和轫致辐射损失。

电子与原子核库仑场作用发生非弹性碰撞，产生轫致辐射，能量为几个MeV的电子在铅中的轫致辐射能量损失率接近电离损失率。

（1）辐射能量损失率和带电粒子的静止质量的平方成反比，重带电粒子的辐射能量损失率是很小的，只有电子才需要考虑辐射损失。

（2）辐射能量损失率和吸收物质原子的原子序数Z的平方成正比，所以，重物质比轻物质更易产生的轫致辐射。

在使用重物质防护电子时，必须考虑在挡住电子的同时所产生的轫致辐射。

（3）辐射能量损失率随粒子动能的增加而增加，这是与电离损失的情况不同的。

20.轫致辐射研究的意义: X射线产生装置的X射线连续谱就是快速电子在厚靶中的轫致辐射谱；放射源
的防护必须考虑具有连续能量的粒子的轫致辐射的能量分布；电子加速器的防护更必须考虑轫致辐射；
在能谱测量中必须考虑轫致辐射对标准谱和本底的影响等等。

ββ
21.射线的防护: 为了减少轫致辐射的本底干扰，在用于屏蔽宇宙射线的铅室内部宜采用原子序数
低的材料作为内壁和探测器支架。

22.为何不能用α粒子那样的平均射程的概念来说明β粒子的情况: 一束单能α粒子具有平均射程，这个
射程与α粒子能量有关，对于β射线来说，因为β粒子的能量是从零到Eβ最大连续分布，所以各个β粒子的射程差别很大。

即使是初始能量相同的一束电子，由于它们在电离过程中损失的能量涨落很大，同时还存在轫致辐射和多次散射，因而它们在同一物质中经过直线距离差别也是很大的，所以不能用α粒子那样的平均射程的概念来说明β粒子的情况。

23.γ射线与物质的相互作用: γ射线是原子核衰变放出的一种高能光子，它与X射线一样都是电磁波。

γ射线与物质的相互作用主要有三类过程，光电效应、康普顿效应和电子对效应。

24.γ射线和带电粒子与物质的相互作用不同之处: 带电粒子通过使吸收物质的原子产生电离激发以及通
过轫致辐射来损失能量，而每次碰撞所损失的能量是很小的，需经过多次碰撞才损失全部能量。

因此用能量损失率来描述带电粒子在物质中相互作用的行为。

γ射线与物质的相互作用一次就可能损失全部能量或大部分能量，而与物质未发生相互作用的射线将保持初始的能量穿过物质，因此用作用截面来描述它与物质的相互作用.
25.光电效应: 光电效应仅当光子与原子中的束缚电子作用时才能发生，这是因为光子的能量全部传给电
子的过程，若只有光子和电子参加不能同时满足能量守恒和动量守恒两个条件，必须要求第三者参加这一过程，带走一些反冲动能和动量，这第三者就是除了发射出去光电子以外的整个原子。

如果电子在原子中束缚愈紧，发生光电效应的几率就愈大。

当入射光子的能量大于K壳层的电离能时，实验和理论都表明，光电效应在K壳层发生的几率约为80%，在L层发生的几率比较小一些，在M层发生的几率更小。

26.俄歇电子: 原子的内壳层失掉一个电子
以后，就处于激发态，这种状态是不稳
定的，很快退激回到基态。

退激的方式
有两种：一种是外壳层电子向内壳层空位填补使原子回到基态，跃迁时多余的能量以特征X射线的形式释放出来；另一种是多余的激发能直接使外层电子从原子中发射出来，这样发射出来的电子称为俄歇电子。

27.作用截面: 当γ射线穿过一定厚度的物质时，发生光电效应、康普顿效应和电子对效应是以一定几率
出现的，通常用截面这个物理量来表示发生这三种作用几率的大小。

28.康普顿效应: 康普顿效应是光子与核外电子发生非弹性碰撞，光子把部分能量转给电子使其从原子内
部反冲出来，而能量降低了的光子沿着与原来运动方向不同的角度散射出去。

从原子中反冲出来的电子称康普顿电子或反冲电子。

能量变低后的光子称为散射光子，原来的光子称为入射光子。

康普顿效应中光子只是损失部分能量，运动方向发生变化，康普顿效应发生在束缚得最松的外层电子上。

29. 电子对效应:
当γ光子能量大于1.02MeV 时，γ光子有可能在原
子核的库仑场作用下，转化成为一个正电子和一个负电子，光子本
身消失，这种过程称为电子对效应，
30. 湮没辐射: 电子对产生中的正电子和电子与物质的原子又发生相互作用，负电子最终被物质吸收（物
质厚度大于该电子的射程）。

正电子在损失其绝大部分能量后和周围物质达到热平衡时与物质中的一个电子发生湮没，放出两个能量均为0.511MeV 的γ光子，这种现象称为电子对的湮没，湮没时放出的光子叫湮没辐射。

31. I 0：单位时间内入射到垂直于光子束单位面积物质上的光
子数目；I ：单位时间内穿透厚度为的物质以后垂直于原来光子方向单位面积上的光子数目；N ：物质单位体积内的原子数目；σ ：每个原子对γ光子的作用截面,这是三种效应的总截面。

32. 三种效应质量衰减系数的比较: 每个原子的三种效应截面都与γ射线能量有关，但在一定的能量区域
只有一种效应占优势，对于低能γ射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势。

对于低能γ射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势，对一种特定物质来说，存在一个γ射线能量值，具有此能量的γ射线最易穿透该物质，该能量通常称为γ射线的临界吸收能量。

33. 影响三种效应截面的因素: 三种效应的截面都与原子的原子序数Z 有关，σph 与Z5成正比，σc 与
Z 成正比，σp 与Z2成正比，所以物质的衰减系数与物质原子的原子序数有密切的关系(成正比)。

34. 活化中子：主要是一回路水（冷却剂）流经堆芯受到高能中子照射后产生17O(n,p)17N 反应（水中的
氧含有0.037%的17O),反应产物17N 经β-衰变后处于17O 的激发态，随即发射能量为0.9MeV 的中子。

17N 的半衰期为4.14s.
35. 光激中子（光中子）： 在用重水或铍作慢化剂的反应堆内，裂变产物的γ射线与氘或铍发生如下
2H(γ,n)1H 或9Be(γ,n)8Be 反应产生光中子。

光中子在压水堆中较少产生。

36. 放射性气体： 235U 裂变后以气体状态出现的产物，主要是131I ，135I*，85Kr ，133Xe ，135Xe 等。

在正常情况下，它们都被封闭在燃料元件的包壳之内不会泄漏出来。

这时堆内放射性气体主要是粘附在元件包壳外面的少量铀裂变后所形成的上述这类气体。

冷却剂中含有一定的空气，其活化生成的41Ar 也是放射性气体的主要来源。

37. 放射性气溶胶： 放射性物质的微小固体或液体粒子悬浮、于空气中称为放射性气溶胶，其粒度范围为
10-3~103μm 。

压水堆一回路系统多少总会有一些泄漏（允许范围以内），这时固体放射性物质随着冷却剂的泄漏、蒸发而形成放射性气溶胶。

气溶胶中的放射性微粒主要是14C ，51Cr ，56Mn ，60Co 和59Fe 等。

38. 核辐射探测器的种类： 常用的有三大类：气体探测器、半导体探测器和闪烁探测器。

这三类探测器都
是把核辐射转变成为电信号，再由电信号处理设备进行分析和处理。

39. 气体探测器： 由于电离室、正比计数器和G －M 计数器把核辐射转变成电信号的物理过程是在探测
器充特定气体的体积中进行的，所以称之为气体探测器。

气体探测器是一个内部充有气体、两电极间（高压极和收集极）加有电场的小室。

气体探测器是最早使用的核辐射探测器，尽管其他探测器发展很快，但是，由于它具有结构简单，使用方便等优点，至今仍被广泛使用。

常用的气体探测器有电离室、正比计数管和盖革-弥勒计数管（Geiger-Miiller ，简称G-M ）
40. 正离子鞘： 由于受激分子或原子退激可以向各个方向发射光子，因此气体放大不象正比计数管那样只
局限在初电离那一侧的局部区域发生，而是在整个G-M 计数管内发生。

不管初电离发生在管内何处，雪崩放电都会逐渐包围整个阳极丝。

在阳极丝附近的大量电子很快漂移到阳极而留下大量的正离子包围着阳极丝，形成一个“正离子鞘”。

x
N e I I σ-=0
41. 坪曲线： 探测器以脉冲方式工作时，通过电子仪器记录的脉
冲计数率随探测器所加电压的变化曲线称为探测器的坪曲线。

42. 甄别：记录核辐射产生的脉冲时，即要把所有高度不同的脉冲
记录下来，又要去掉一大批幅度很小的噪声脉冲使其不被记
录。

为同时达到这两个要求，在电子仪器上设置一个阈电平。

其作用是允许超过阈的脉冲被记录下来，这种作用称为甄别。

43. 坪区： 当工作电压加到一定数值后，核辐射产生的脉冲大部分超过阈电平的幅度，噪声也只有极少超
过阈电平，此时被记录的脉冲数目基本趋于饱和，随工作电压增加计数增加很小，这个区域称为坪区。

44. 闪烁探测器： 闪烁探测器是利用某些物质在核辐射作用下会发
光的特性探测核辐射的。

这些物质称为荧光物质或闪烁体。

光
电器件（常用光电器件为光电倍增管，射线强时用光电管）将
微弱的闪烁光转变为光电子，光电子经多次倍增放大后，输出
一个电脉冲。

这种主要由闪烁体和光电器件组成的装置叫做闪
烁探测器。

闪烁体、光电倍增管和前置放大器 1-反射层；2-闪烁体；3-硅油；4-光导；5-光电倍增管；6-前置放大器；7-高压电源；8-电子学仪器；9-暗盒
45. 小立体角法原理： 基本原理：放射源朝4π 立体角各向同性地发射α 粒子，
在探测效率已知的条件下，记录一定立体角内的α 粒子产生的计数率，就
可计算出待测样品的α 粒子发射率。

从而计算样品的活度。

这种方法即可
用于绝对测量，又可用于相对测量。

1-铅室；2-铝或塑料板；3-探测器；4-
探测器的窗；5-支架；6-准直器；7-源托板；8-放射源
46. 中子探测的4种基本方法：
第二讲 辐射测量与防护
1. 放射性活度： 各种放射源都包含着一定数量的某种放射性核素，他们的原子核每时每刻均以一定的
几率通过上述跃迁形式自发地变化着，与此同时放出各种类型的致电离粒子。

放射性活度就是描述放射性核素具有上述特征的物理量。

在指定的时刻处于特定能态下的一定量的放射性活度A 定义为dN 除以dt 而得的商 SI 单位为每秒，用符号秒-1（S-1）表示。

单位的专门名称为贝可勒尔，简称贝可，用符号Bq 表示。

1贝可（Bq ）=1秒-1（S-1）。

专用单位居里（Ci ）,它表示放射性核素在1秒钟内发生3.7×1010次核跃迁，即 1居里(Ci)=3.7×1010秒-1（S-1）=3.7×1010贝可（Bq ）。

2. 粒子注量： 粒子的注量是根据入射粒子数目来描述辐射场性质的一个辐射量，在非定向辐射场情况
下，粒子运动方向是杂乱无章的，辐射场中某一点的注量定义为：进入以该点为球心，截面积为da 方法
中子和核的作用 所用材料（辐射体） 截面 用途 核反应法
（n,d ）(n,p) 18B ，6Li ，3He ～103 热、慢中子通量密度 核反冲法
(n,n ’) H ～1 快中子通量密度 核裂变法
(n,f) 235U, 239Pu, 等 ～5×102 ～1 热中子通量密度 活化法
(n,γ) In, Au 热中子～1×102 共振中子～1×103
快中子～1 中子通量密度
的小球体内的粒子数dN除以da而得的商，粒子注量，SI单位为每平方米，用符号米-2（m-2）表示。

可见粒子的注量就是进入单位截面积小球体的粒子数。

3.粒子注量率φ：它表示单位时间内，进入单位截面积的球体内的粒子数，定义为dФ除以dt而得的
商，注量率，SI单位为每平方米·秒，用米-2·秒-1（m-2·s-1）表示。

4.吸收剂量：电离辐射与物质的相互作用，实际就是一种能量传递过程，结果是电离辐射的能量被物
质吸收，引起受照射物质的性质发生某些物理、化学变化，或作用于生物体时，还产生某些生物效应。

物质吸收的辐射能量越多，则由于辐射引起的各种效应越明显。

吸收剂量就是当电离辐射与物质相互作用时，描述单位质量的物质吸收电离辐射能量多少的物理量。

以“戈瑞”（或“拉德”）为单位的吸收剂量适用于任何电离辐射及受到照射的任何物质。

均匀物质，在均匀辐射场下，介质中任意点的吸收剂量相等；在同样照射条件下，不同种类的物质其吸收辐射剂量的多寡是不同的。

如对于低能光子，在相同的照射条件下，机体骨骼吸收剂量要比软组织高出3—4倍。

5.授与能：电离辐射以电离或激发方式授予一定体积内物质的能量，而且这些能量全部被该体积内的
物质吸收。

6.比释动能：当间接电离粒子（指不带电粒子如x、γ或中子）与物质相互作用时，其能量在物质中的
转移过程实际上是分两步进行的：第一步是间接致电离粒子将能量直接传递给直接致电离粒子；第二步是获得初始动能的直接致电离粒子，在物质中引起电离、激发，最后被物质所吸收。

吸收剂量表示了第二步的结果，而比释动能则是描述第一步的，即间接致电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传递给了直接致电离粒子。

7.照射量：照射量是根据x或γ射线与空气中的原子相互作用时，产生的次级电子对空气的电离本领
大小来度量辐射场的一个物理量。

8.照射量与吸收剂量的关系：实际工作中，常常是通过空气的吸收剂量来确定其
它介质的吸收剂量，而空气的吸收剂量是通过测得的x或γ辐射的照射量来确
定的，并且它们之间有如下关系：式中，X为照射量，以伦琴为单位。

9.剂量当量：吸收剂量D是用来说明生物物质所受照射的重要物理量。

在未加说明的情况下，吸收剂
量并不能用来预示辐射照射所产生的生物效应的有害程度。

为了统一表示各种射线对机体的危害程度，在辐射防护中，使用了剂量当量概念。

剂量当量概念只限于辐射防护中使用，而且专用于人体（高级动物），即必须是有生命的物质、动物。

10.辐射量SI单位SI单位专名专用单位
放射性活度秒-1
（s-1）
贝可勒尔（Bq）
1贝可勒尔＝1秒-1
（1Bq＝1s-1）
居里（Ci）
1居里＝3.7×1010·秒-1
（1Ci＝3.7×1010s-1）
照射量库伦·千克-1
（C·kg-1)
未定伦琴（R）
1伦＝2.58×10-4库伦·千克-1（1R
＝2.58×10-4C·kg-1）
吸收剂量焦耳·千克-1
（J·kg-1）
戈瑞（Gy）
1戈瑞＝1焦耳·千克-1＝100拉德（1Gy
＝1J·kg-1＝102rad）
拉德（rad）
1拉德＝10-2焦耳·千克-1＝100尔
格·克-1
（1rad＝10-2J·kg-1＝102erg·g-1）剂量当量焦耳·千克-1
（J·kg-1）
希沃特（Sv）
1希沃特＝1焦耳·千克-1＝100雷姆
（1Sv＝1J·kg-1＝102rem）
雷姆（rem）
1雷姆＝10-2焦耳·千克-1（1rem
＝10-2J·kg-1）
X
D
a
•
⨯
=-3
10
73
.8。