放射性基础知识 放射性同位素与射线装置安全和防护1培训课件

放射性基础知识山东省环境保护学校放射性同位素与射线装置安全和防护培训主要内容：放射性基础知识辐射量和单位放射性同位素与射线装置应用关于放射性“放射性”因其看不见、摸不着、听不到且对人的身体有害，人们常称其为“无形的杀手”。放射性是自然界存在的一种自然现象。有些物质的原子核不稳定，会自发地发生某些变化，这些不稳定的原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线，这种现象就是人们常说的放射性。“放射性”是一柄“双刃剑”，既有优点又有缺点。放射性同位素与射线装置在国民经济各个行业和人们日常生活中的应用是其它技术无法替代的，为人类造福。但是，如果对放射源管理和防护不当，会对工作人员身体健康造成危害，甚至造成环境的放射性污染。美国三哩岛核事故1979年3月28日凌晨4时，美国宾夕法尼亚州的三哩岛核电站第2组反应堆的操作室里，红灯闪亮，汽笛报警，涡轮机停转，堆心压力和温度骤然升高，2小时后，大量放射性物质溢出。6天以后，堆心温度才开始下降，蒸气泡消失——引起氢爆炸的威胁免除了。100吨铀燃料虽然没有熔化，但有60%的铀棒受到损坏，反应堆最终陷于瘫痪。事故发生后，全美震惊，核电站附近的居民惊恐不安，约20万人撤出这一地区。美国各大城市的群众和正在修建核电站的地区的居民纷纷举行集会示威，要求停建或关闭核电站。在这次事故中，主要的工程安全设施都自动投入，同时由于反应堆有几道安全屏障（燃料包壳，一回路压力边界和安全壳等），因而无一伤亡，在事故现场，只有3人受到了略高于半年的容许剂量的照射。核电厂附近80千米以内的公众，由于事故，平均每人受到的剂量不到一年内天然本底的百分之一，因此，三哩岛事故对环境的影响极小。切尔诺贝利核事故1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联切尔诺贝利核电站发生。乌克兰基辅市以北130公里的切尔诺贝利核电站的灾难性大火造成的放射性物质泄漏，污染了欧洲的大部分地区。切尔诺贝利核电站是前苏联最大的核电站，共有4台机组。4月，在按 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 对第4机组进行停机检查时，由于电站人员多次违反 操作规程 操作规程下载怎么下载操作规程眼科护理技术滚筒筛操作规程中医护理技术操作规程 ，导致反应堆能量增加。26日凌晨，反应堆熔化燃烧，引起爆炸，冲破保护壳，厂房起火，放射性物质源源泄出。1、2、3号机组暂停运转，电站周围30公里宣布为危险区，撤走居民。事故发生时当场死2人，遭辐射受伤204人。5月8日，反应堆停止燃烧，温度仍达300℃；当地辐射强度最高为每小时15毫伦琴，基辅市为0.2毫伦琴，而正常值允许量是0.01毫伦琴。瑞典检测到放射性尘埃，超过正常数的100倍。原苏联官方4个月后公布，共死亡31人，主要是抢险人员，其中包括一名少将；得放射病的203人；从危险区撤出13.5万人。1992年乌克兰官方公布，已有7000多人死亡于本事故的核污染。第一部分放射性基础知识原子和原子核的基本性质放射性放射性核素的衰变放射性强弱的表示----放射性活度辐射源辐射危害所有的物质都是由分子构成的分子是由原子构成的组成元素的基本单位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，构成原子核的质子和中子统称为核子。1.原子和原子核的基本性质原子的核式结构1911年英国物理学家欧内斯特·卢瑟福指导他的助手做了一个用钍“弹”轰击金箔1/50000英寸的实验：大部分α粒子会畅通无阻地穿过金箔，少数的发生偏转，极少数的被弹了回来。原子的核式结构：原子核位于原子的中心，带正电荷，几乎集中了原子的全部质量；带负电的电子沿一定的轨道绕原子核旋转。原子核所带的正电荷等于核外的电子数，整个原子呈电中性。1897年英国科学家汤姆孙发现了电子。原子的半径：R约为10-10m原子核的半径：约为10-14～10-15m原子核的体积只相当于整个原子体积的万亿分之一。●原子核的密度2.84×108t/cm3即在每立方厘米体积中有近3亿吨的物质玻尔的原子模型尼尔斯·亨利·戴维·玻尔于1885年出生在丹麦的首都哥本哈根。1911年他在哥本哈根大学获得博士学位。不久他前往英国剑桥，在以发现电子而闻名的科学家J·J·汤姆逊的指导下从事研究。几个月后玻尔来到曼彻斯特与在几年前发现原子核的欧内斯特·卢瑟福共同从事研究。1922年，玻尔获得诺贝尔物理奖。玻尔是世界上最受爱戴的科学家之一。而且由于他的品格和人道主义而受到喜爱和仰慕。1913年尼尔斯·玻尔对“小太阳系原子模型”进行了完善，提出了玻尔模型。1.原子核外的电子只能在一些特定的轨道上运动，运动轨道是不连续的，每个确定的轨道都具有与其相关的确定能量。电子运动轨道离原子核越远，相对应的原子的能量越高。这些不连续的能量值组成了原子的不同的“能级”。即原子是由原子核和按一定能级运行的外层电子所组成。2.原子从较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁的过程是辐射能量的过程，该能量以光子的形式（波）辐射出去，辐射的能量等于这两个能级的差值。核素及符号表示1.核素：是在其原子核内具有相同数目的质子和中子并处于同一核能态的一类原子。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。2.符号表示：X，X－核素代号Z－原子序数A－质量数A=Z+N(中子数)如：H、He、C等。在实际应用中，有时只标记核素的质量数，如14C、C-14、碳-14AZ1142146核素质子数中子数质量数符号氦-42244He碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C3.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。符号表示：如99mTc锝称为99Tc的同核异能素。99mTc表示该核素的原子核处于激发态。注意：99Tc和99mTc是两种独立的核素。同位素1.同位素：同位素是原子序数Z相同而质量数A不相同的各核素的总称。同位是指各核素在元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质，但各原子核的物理性质不同。2.自然界中许多元素具有同位素，如：天然存在的氢同位素有3种：1H(氕99.985％)、2H(重氢、氘0.015％)、3H(超重氢、氚）核素丰度：在同位素中各核素天然含量的百分比。天然存在的氧同位素有3种：16O(99.756％)17O(0.039％)、18O(0.205％)。2.1放射性的发现2.1.1伦琴发现X射线－1895年伦琴：德国物理学家。1894年任维尔茨堡大学校长，1900年任慕尼黑大学物理学教授和物理研究所主任。伦琴于1901年荣获全世界首次颁发的诺贝尔物理学奖。1923年2月10日在慕尼黑逝世，终年78岁。2.放射性X射线的发现：1895年冬，伦琴在德国维尔茨堡大学的实验室里做阴极射线管辉光实验。伦琴用高压电场轰击阴极射线管内的两个金属电极，把电子从金属原子中打出来，此即“阴极射线”。11月8日晚，为了更好地观察管子的发光现象，他用黑色硬纸板将管子周围严实地挡住，不让光线漏出来。当他关掉室内电灯时，突然发现1米以外的一条凳子上的一块涂有亚铂氰化钡磷光材料的纸板发出了绿色的荧光。只要管子通电就发光，断电荧光就消失。更令他惊讶的是，将这张涂有磷光物质的纸板拿到隔壁去，会有同样的现象。这种不知名的射线能够穿透轻物质，但金属和人的骨骼等重物质则可以挡住它的去路。伦琴认为，这不是阴极射线，而是一种新射线，因为阴极射线不可能有这样强的穿透本领。伦琴夫人的手骸骨X射线照片经过反复的研究，在对自己的发现确信无疑后，伦琴于1895年12月28日向维尔茨堡医学协会提交了《一种新的射线：初步报告》的论文，阐明了产生这种射线的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 和它的穿透性质，并正式命名它为“X射线”。由于X射线的发现，使伦琴成为世界上第一位荣获诺贝尔物理奖的人。伦琴把金钱看得很淡薄，他拒绝了有关专利权，他把得到的奖金也捐赠给维尔茨堡大学。X射线的本质X射线又叫伦琴射线，是一种波长比紫外线还短的电磁波，类似于光的辐射。伦琴用高压电场轰击阴极射线管内的两个金属电极，当接通阴极灯丝电源后，灯丝加热，发射热电子。在阳极和阴极间的电场加速下，高速电子流轰击阳极靶物质产生X射线。X射线的产生过程：一种是高速电子在靶物质的原子核附近经过时，受靶核的强库仑场作用突然受阻，而损失部分或全部的能量，转换成具有连续能谱的X射线。一种是高速电子轰击靶物质时，靶原子内壳层电子被激发和电离，当外壳层电子进入内层轨道填补空位，放出具有确定能量的特定X射线。伦琴的实验室X射线装置2.1.2贝克勒尔发现放射性－1896年亨利·贝克勒尔：法国物理学家。他一直从事铀盐的研究，1880年，他制备出一种导致发现放射性的铀和钾的复合硫酸盐－硫酸铀酰钾。同居里夫妇一起荣获了1903年度诺贝尔物理奖。放射性的发现：贝克勒尔在听伦琴发现X射线的报告时，引起了他的联想：“荧光物质在普通光照下也会发出X射线吗？”他用硫酸铀酰钾这种荧光物质做了实验：让阳光曝晒硫酸铀酰钾,在铀盐晶体下放一张用黑纸包好的照相底片，并剪了一块带花样的金属片放在底片上，发现底片上留下了黑白分明的金属片图案。他继续重复做实验，这时遇上了阴天，他将准备好的样品放进抽屉里，想等晴天后立即用阳光曝晒，可是天气连阴了好几天。使他感到意外的是，冲洗出来的底片出现了清晰的花纹。他又做了实验，把样品放入不透光的黑箱里长达15天，出现了同样的结果。经过反复实验，贝克勒尔得出一个崭新的结论：铀能放出一种新的射线，这种射线后来被称为铀射线或贝克勒尔射线。这就是具有重要意义的放射性的发现。2.1.3居里夫妇发现新的放射性元素1897～1906年，居里夫人与其丈夫、法国物理学家皮埃尔·居里对放射现象进行了长达10年的开拓性研究。他们确定：除了铀可以发出看不见的射线外，钍也可以发出看不见的射线。1898年，居里夫妇发现了一种新的具有放射性的元素，它的放射性比铀强400倍，为了纪念居里夫人当时被俄国侵占的祖国波兰，她把这种新的元素命名为“钋”。居里夫人在对沥青铀矿进行检测时，发现其放射强度确实如贝克勒尔所说，比铀强许多倍。居里夫妇在巴黎市立理化学校找到一个不避风雨的废弃厂棚，用奥地利政府免费赠送的棕色沥青铀矿残渣倒进大锅，加上化学药品和水煮沸，用铁棒连续地搅动几小时。1898～1902年，居里夫妇经过4年的艰苦努力，终于从几十吨沥青铀矿中提炼出0.1g新的放射性元素镭的氯化物晶体，发现了镭。镭的放射性强度是铀的250万倍。居里夫妇荣获了1903年度诺贝尔物理奖。1906年皮埃尔·居里逝世后，居里夫人继续进行放射性元素的研究。1911年，由于钋和镭的发现、镭的分离及其化合物的研究，又荣获本年度的诺贝尔化学奖，成为两次获得诺贝尔奖的第一人。并且是至今获得这种殊荣的唯一女性。正是由于居里夫人的忘我献身精神、严格的科学态度，和她的巨大的成就而受到世界科学技术界的广泛的崇敬，因而放射性活度的单位命名为居里。1934年，法国核物理学家约里奥-居里夫妇用钋的α射线轰击铝箔，发现当α源移去后，铝箔有放射性；其强度也随时间按指数规律下降。这种放射性是由α粒子打在铝-27上发出一个中子而形成磷-30，磷-30不稳定，又放射出正电子而形成的。实际上，他们已经发现了一种新的放射性物质磷-30.首次发现人工放射性同位素Al+HeP+n271342301510PSi+e301401这是世界上首次发现的人工放射性现象和首次合成的人工放射性同位素。约里奥-居里夫妇因此而荣获了1935年度诺贝尔化学奖。至今，人们已经通过粒子轰击原子核制得了一千多种自然界不存在的人工放射性同位素。30152.2放射性2.2.1放射性 所谓的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，在其发生核转变的过程中，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，同时本身转变成另一种核素或成为原来核素的较低能态，常见的射线有α、β、γ射线。放射性核素:是一类不稳定的核素，能自发地转变为其他原子核或自发地发生核能态变化，同时放射出射线的核素，称为放射性核素。目前已发现的放射性核素近2500种。Z>83分类：分为天然的和人工的2种，其中天然的有60多种，绝大多数为人工放射性核素。2.2.2放射性核素放射性核素的基本特性：1.它们都是不稳定的，从其原子核中不断地、自发地放出射线，而变成另一种核素。即核衰变。放出的射线有α射线、β射线、γ射线。2.每种放射性核素核衰变的速度、放出射线的种类、能量是其固有的核性质，与外界条件无关。3.放射性核素放出的射线遇到物质会产生一定的效应，使这种物质发生变化。遇到不同的物质产生的效应不同。如：使一些物质的分子产生电离，产生荧光或使胶片感光，射线遇到植物、动物和人时，会引起生理变化。2.2.3α、β、γ射线1.α、β、γ射线的发现1898年，在剑桥大学卡文迪许实验室工作的新西兰青年物理学家卢瑟福开始投入放射性的研究工作。他用强磁场使铀射线偏转，发现射线分为方向相反的两股，这表明它至少包含有两种不同的射线，一种非常容易被吸收，称为α射线；另一种具有较强的穿透力，称为β射线。贝克勒尔1899年发现β射线在磁场中偏转的方向与阴级射线相同。居里夫人证明它带负电。1900年贝克勒尔测定了它的荷质比，确认β射线就是电子流。1900年法国人维拉德观察到，镭除了上面两种射线之外，还存在着第三种射线，它不受磁场的影响，与Ｘ射线非常类似。卢瑟福并于1914年确定了它是一种波长比Ｘ射线更短的电磁波。为了揭示α射线的本质，卢瑟福作了多年的努力。1902年，他用强磁场使射线发生的偏转，证明了α射线是带正电荷的粒子流。1906年他测定了α粒子的荷质比，证明它的数量级与氢或氦离子相同，但当时的实验精度还不能分辨出它带一个还是两个电荷。1907年卢瑟福利用德国物理学家盖革发明的计数管和克鲁克斯创造的闪烁计数法，通过测量计算出每个α粒子带有两个单位电荷。卢瑟福由此推测出α粒子是带有两个正电荷的氦离子。α射线：是由α粒子（即氦原子核）组成的粒子流，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，用普通一张纸就可以挡住。β射线：是高速运动的电子流，出射速度约为光速的30％～90％，比α粒子速度大；它的电离作用较小，贯穿本领较大。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；用几毫米的铝片屏蔽就可以挡住β射线。2.α、β、γ射线的性质γ射线：是波长很短的电磁波（光子），速度与光速相同，由于不带电，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。需用几厘米厚的铅或1米厚的混凝土做屏蔽层。X射线：X射线与γ射线的基本作用或效应无本质的区别，但二者产生的机理不同，X射线由核外内层电子变动发射的连续能量辐射,γ射线则是由原子核衰变时的能量发射产生，由核内发射。射线组成质量电荷速度2质子＋2中子相对较重2＋慢电子相对较轻1－<3×108m/sn中子中等不带电不定P质子中等1＋不定高能光子无不带电3×108m/sX高能光子无不带电3×108m/s常见射线的性质3.1衰变原子核自发地放射出射线转变成另一种核素的过程叫做衰变。在衰变中电荷数和质量数都是守恒的。如：母体与子体：如果某一放射性核素A通过衰变产生B，则称A为B的母体,B为A的子体。衰变后的子核有的稳定，有的不稳定而继续进行衰变。如：3.放射性核素的衰变23490Th23491Pa镤＋e23892U23490Th钍＋42He3.2放射性核素的衰变类型－α衰变、β衰变、γ衰变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。22688Ra22286Rn＋42He＋Q22688Ra22286Rn基态激发态94.6%5.4%αγ原子序数Ｚ＞82的核素β衰变:放射性核素的原子核放射出β粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为β衰变。β衰变可以看成是母核中有一个中子转变为质子的结果。146C147N＋0e＋ν＋Qγ衰变:处于激发态的原子核（高能态）向基态（低能态）跃迁时，其能量以光子的方式释放出来，发射出射线，它是一种高能量的电磁波，波长较短。　核素的γ衰变往往是与α衰变、β衰变一起发生的。其他衰变类型：　β＋衰变；电子俘获；内转换；电子对内转换。3.3放射性衰变规律3.3.1衰变定律衰变定律：母体原子核的数目随时间呈指数规律减少，是实验测量统计规律。N=N0e-λt(自然对数的底e的值为2.718)其中：λ为一比例常数，称为衰变常量。只与原子核本身性质有关，与外界条件无关,不因物理条件和化学结构改变而变化。母体到子体衰变过程相互独立。3.3.2衰变常量λ定义：特定能态的放射性核素在dt时间内发生自发核跃迁的概率除以dt。物理意义：表示在放射性核素衰变过程中，每个原子核在单位时间内发生衰变的概率。每一种放射性核素都有其固定的衰变常量，λ值越大，表示放射性核素衰变的快。3.3.3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半所需要的时间。物理意义：表示核衰变快慢的物理量。各种放射性核素都有一定的半衰期，如Rn-222变为Po的半衰期是3.82d，Ra-226变为Rn-222的半衰期是1602a.T½与λ的换算关系：T½=(ln2)/λ=0.693/λλ=0.693／T½4.1放射性活度（放射性强度）定义：一定量的放射性核素，在单位时间内发生衰变的次数。表达式：A=dN/dt物理意义：表示放射性物质的放射性的强弱。单位：国际单位：贝克Bq非法定计量单位：居里Ci1Ci=3.7×1010Bq4.放射性活度4.2放射性活度的单位由于历史的原因，放射性活度曾采用居里（Ci）为单位。1950年，为了统一起见，国际上共同 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ：一个放射源每秒钟有3.7×1010次核衰变定义为一个居里，即1Ci=3.7×1010/s更小的单位有毫居里（1mCi=10-3Ci）和微居里（1μCi=10-6Ci）。在1975年国际剂量大会上，规定了放射性活度的SI单位为贝克，符号Bq1Bq=1/s4.3放射性活度的计算放射性活度随时间的延长呈指数规律减弱.计算公式：A=A0e-λtA0表示在t=0时的放射性活度.放射性比活度a：样品的放射性活度除以该样品的总质量（或总体积）。单位：Bq/kg，Bq/L5.1辐射辐射分为电离辐射和非电离辐射。非电离辐射：辐射能量较低，照射到物体上时，不能使物体的分子和原子发生电离（即将原子中的电子打掉，变成带电的离子），如无线电波、红外线、可见光、紫外线等。电离辐射：辐射能量较高，照射到物体上时，能使物体的分子和原子发生电离,如X射线、γ射线、α射线、β射线、β+射线及中子射线等。5.辐射源5.2辐射源辐射源指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。例如，钴-60是发射β射线和γ射线的辐射源，医用加速器是放射治疗实践中的辐射源，核电厂是核动力发电实践中的辐射源。核技术利用领域中的辐射源：放射性同位素（放射源）及射线装置。5.3放射源与射线装置分类放射源分类：1.按来源：分为天然和人工两大类。2.以潜在危害程度：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类(见附件)。3.按密封状况：密封源和非密封源。4.按射线种类：α放射源、β放射源、γ放射源、低能光子源及中子源。射线装置分类：1.按射线装置类型：X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。2.以潜在危害程度:Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类（见附件）α放射源主要用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器。常用的α放射性核素有210Po钋、238Pu钚、239Pu、241Am镅、235U、238U等。常用的α放射源，活度一般较低（104~3.7×109Bq），而且α粒子的能量一般低于7MeV,在空气中的射程小于6cm，穿不透皮肤表面的角质层，故没有外照射危险。但是绝大多数α核素属于极毒或高毒核素，即使摄入体内的量很少，也会造成严重的内照射。因此，使用α放射源必须特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗。没有使用价值的废源，应按规定处理，不能随便拆开或扔掉。β放射源：主要用作放射性测厚仪、皮肤科敷贴器和气象色谱仪的电子捕集器等。常用的放射性核素有58Co、60Co、63Ni、85Kr氪、137Cs、147Pm钜、204Tl铊等。β射线的穿透能力比同样能量α粒子约强100倍，能量超过70keV的β粒子可穿透皮肤表层。常用的β放射源的β粒子能量大于70keV，故应考虑β外照射的防护。β放射性核素衰变时，常伴随有γ辐射或其他形式的光子。β粒子穿过周围物质时产生轫致辐射（X射线），其穿透能力比β粒子强得多。因此，在使用β放射源时不能忽略γ射线的防护，即使是纯β发射体，也要减少轫致辐射（X射线）的影响。γ放射源γ放射源是使用最多的放射源，广泛应用于工业、农业、医疗和科研等部门。为了获得高剂量率的辐射场，使用强γ放射源的辐照装置，装源活度多数在3×1015~2×1016(约105~6×105Ci)范围内，也有大于3×1016Bq(约106Ci)的辐照室；活度在108~2×1012(约3mCi~60Ci)的γ放射源主要用于各种核仪表(如料位计，核子秤、厚度计，密度计等)和工业无损探伤(γ照相)，或作为γ测量仪表的刻度源和检查源，或供医疗单位进行间质治疗和腔内治疗用。γ射线的贯穿能力很强，使用γ放射源主要防止外照射。低能光子源利用发射低能γ射线和X射线的放射性核素，或利用β辐射体与靶物质产生的轫致辐射制成的源统称为低能光子源。主要用于厚度计、密度计、X射线荧光 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仪等仪表。发射低能光子的放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm锔等。低能光子比较容易屏蔽，但要注意可能存在的高能γ射线和轫致辐射的影响。中子源中子源在地质勘探、活化分析、辐射育种、湿度测量和科学研究等领域得到广泛应用。常用的中子源有镭-铍中子源、镅-铍中子源、钋-铍中子源、钚-铍中子源等。中子的贯穿能力很强，使用中子源时，应着重外照射的防护。射线装置分类X射线机是指用高速电子轰击靶物质时产生X射线的装置。它具有开机时会产生X线，关机时则消失的特点。X射线机的种类很多，如诊断X射线机、治疗X射线机、工业探伤X射线机、X射线分析仪等。X线机的核心部分是X线管。当接通阴极灯丝电源后，灯丝加热，发射热电子。在阳极和阴极间的电场加速下，高速电子流轰击阳极靶物质产生X射线。X射线机产生X射线的过程有两种，一种是高速电子在靶物质的原子核附近经过时，受靶核的强库仑场作用突然受阻，而损失部分或全部的能量，转换成具有连续能谱的轫致辐射；另一种是，高速电子轰击靶物质时，靶原子内壳层电子被激发和电离，当退激和外壳层电子进入内层轨道填补空位，放出具有确定能量的特定X射线。加速器是利用电磁场使带电粒子获得高能量的装置。加速器的种类很多，按加速粒子的能量区分，可分为高能加速器、中能加速器和低能加速器。目前所运行的加速器中绝大多数都是能量低于100MeV的低能加速器。加速器主要由产生带电粒子系统（即电子枪或离子源）、电磁场系统（粒子加速、聚集、运输）、真空系统（减少与气体分子碰撞）、粒子束引出系统（附加电场及磁场）和控制系统组成。低能加速器产生的辐射有瞬发辐射和缓发辐射。瞬发辐射只有在加速器开机时产生，停机后即消失；缓发辐射在加速器停机后仍然存在，而且随着加速器运行时间的增加而积累。中子发生器是利用直流电压，能量在1MeV以下，通过氘核引起的核反应（d,n）产生快中子的小型加速器。Nickelplated60CopelletsHighspecificactivity60CopelletsStainlesssteelspacerscustomizedtosourcevolumeDoubleencapsulationinlowcarbonstainlesssteelSpecialassemblyprocedureensuresuniformsourcedensityHeliarcwelding密封放射源Co－60放射源Nickelplated60CopelletsHighspecificactivity60CopelletsStainlesssteelspacerscustomizedtosourcevolumeDoubleencapsulationinlowcarbonstainlesssteelSpecialassemblyprocedureensuresuniformsourcedensityHeliarcwelding镭针，用于植入治疗，50mCi的Ra－226镭：已发现质量数为206～230的同位素中，除镭223、镭224、镭226、镭228是天然放射性同位素外，其余都是用人工方法合成的。镭存在于所有的铀矿中，镭有剧毒，它能取代人体内的钙并在骨骼中浓集，急性中毒时，会造成骨髓的损伤和造血组织的严重破坏，慢性中毒可引起骨瘤和白血病。镭及其衰变产物发射γ射线，能破坏人体内的恶性组织，因此镭针可治癌症。把镭盐和硫化锌荧光粉混合后，可制成永久性发光材料，涂在钟表和各种仪表上，可在暗处发光，即夜光表。工业上用镭作为γ射线源，用于探伤，对金属材料的内部裂缝和缺陷进行无损伤检验。锝－99Technetium99m常用的放射性药物非密封放射源钼锝发生器放射免疫分析药盒碘-131胶囊isproducedinareactor;碘－131Iodine131131Iodine:-isusedindiagnosticproceduresinvolvingthethyroidandalsoforthetreatmentofthyroiddisorders.canbeadministeredincapsuleorliquidsolutionform;requiresspecialprecautionstobeimplementedduringadministration.常用的放射性药物碘：碘的稳定性核素只有127I，其它同位素都为放射性，常用123I、124I、125I和131I，化学形式为NaI。123I和124I均由加速器生产,前者半衰期13.2小时,发射159keV的γ射线;后者半衰期4.2天,湮没辐射后发射511KeV的γ射线。125I和131I均由反应堆生产,前者半衰期60天,发射27～35keV的γ射线;后者半衰期8天,发射334和606keV的β、364和637keV的γ射线。123I和131I可供直接口服，用于甲状腺功能测定和甲状腺及其肿瘤SPECT显像，其中123I特别适用于儿童和孕妇，131I则还可用于治疗甲状腺功能亢进和甲状腺分化型癌。124I、123I和131I可供制备各种含碘的放射性药物,分别用于PET正电子发射计算机断层扫描和SPECT单光子发射计算机断层摄影显像、诊断和治疗。125I标记免疫活性物质后用于体外微量分析,直接用于肿瘤近距离内放疗。医用直线加速器LinearAcceleratorModernacceleratorshaveanumberoftreatmentoptions.e.g.X-raysorelectrons(dualmode)2X-rayenergies5ormoreelectronenergies钴60治疗机111TBq(JZZ)放射源钴60治疗机111TBq人类对电离辐射危害的认识经历了三个时期：☺早期辐射损伤认识时期时间：发现X射线（1895年）～1930年代特点：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。6.辐射危害损伤特点：（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。☺中期辐射损伤认识时期（又称放射线诊断、治疗损伤时期）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作为肝、脾、血管等软组织的x射线造影的病人。☺近期辐射损伤认识时期（又称流行病学调查所见的辐射损伤时期）时间：1960年代～现在特点：由于人类对辐射危害的认识逐渐深化，防护知识的增长和防护措施的进步，早期的职业性急性辐射损伤，或严重的晚发辐射效应，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。6.辐射危害放射性对人体的危害,是通过生物效应导致的。生物效应：辐射引起电离和电子激发而破坏各种分子，从而破坏人体的细胞而造成伤害，这就是辐射的生物效应。一是辐射对细胞的杀伤作用。辐射使受照射细胞死亡或受伤，细胞数目减少或功能降低，结果影响了受照射组织或器官的功能，表现为非随机性效应。受照剂量超过4戈瑞时，50％的受照者可能死亡，超过6戈瑞时，死亡可能达100％。二是辐射对细胞的诱变作用。主要表现为诱发细胞发生癌变（致癌）、还有诱发基因突变（致突），先天性畸形(致畸)，即“三致”作用。辐射是一种能引起基因突变和染色体畸变的物理诱变剂，与多环芳烃、黄曲霉素、亚硝胺等化学诱变剂一样，都是环境中的重要污染物。6.1辐射的生物效应分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应多细胞死亡导致随机性效应单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平临床症状效应6.2生物效应产生的过程和机理按辐射效应的发生与剂量之间的关系分为：确定性效应：当照射剂量达到一定水平，死亡细胞达到一定数量时必然会引起器官或组织功能的障碍，或导致机体死亡，这种效应称为确定性效应。确定效应的发生有一阈值量。即:在剂量愈大时，对人的损害愈严重。当剂量降低到一定水平后，即「剂量阈值」，这类效应就察觉不到。确定性效应的特点：●损害程度取决于吸收剂量●存在剂量阈值例如:白内障，皮肤损伤，生育能力损害等　6.3辐射生物效应的分类　确定性效应与剂量的关系确定性效应剂量阈值(戈) 效应一次吸收(戈)长期分次吸收(戈-每年)睾丸永久性不育3.5-6.02卵巢永久性不育2.5-6.0>0.2眼晶体晶体混浊白内障0.5-2.05.0>0.1>0.15骨髓造血功能障碍0.5>0.4随机效应：受照细胞未死亡，造成细胞变异，细胞的变异可以表现为细胞出现失去控制的异常增殖，转化为恶性细胞，最后形成癌症或遗传性疾病，这种现象是随机发生的。随机性效应的严重程度是不受吸收剂量的大小影响。在一定的照射条件下，效应可能出现，也可能不出现，而发生的机率则与剂量大小有关，并且不存在剂量阈值。随机效应的特点:●损害程度与吸收剂量无关●不存在剂量阈值●发生的机率与吸收剂量有关例如:辐射引致的癌病，遗传效应照射量X吸收剂量D剂量当量H有效剂量He第二部分辐射量和单位定义：X或γ射线与空气相互作用使空气电离后在单位质量的空气中所产生的同种电荷的总电荷量。物理意义：照射量是一种用来表示X或γ射线在空气中电离能力大小的物理量。单位：国际单位：C/kg旧专用单位：伦琴R1R=2.58×10-4C/kg1.照射量X照射量是描述X或γ辐射场的量，该量反映的是X、γ射线在空气中产生的电离电量，只适用于空气，不适用于其他类型的辐射和其他物质。照射量率：单位时间内的照射量。单位：C/kg·s例如：距11PBq（3×105Ci）的钴-60源，1m处的照射量率为2.8×10-2C/kg·s，人被照射几秒钟即可导致死亡。2.吸收剂量D定义：单位质量的受照射物体所吸收的辐射能量。物理意义：吸收剂量是描述辐射场内受照射物体接收的能量多少的物理量。单位：国际单位：戈瑞1Gy=1J/kg非法定计量单位：拉德rad1rad=0.01Gy吸收剂量率：表示单位时间内的吸收剂量。不同类型的辐射引起物体的损伤不同，为了考虑不同类型的辐射引起的不同生物效应，引入剂量当量的概念。定义：组织内某一点的吸收剂量D乘以品质因数Q和其他修正系数N。表达式：H=DQN其中：Q----品质因数，见第9页。N---ICRP规定的其他修正系数，N=1单位：国际单位：J/kg希沃特（Sv）旧专用单位：雷姆rem1Sv=100rem1rem=0.01Sv3.剂量当量H定义：是指用相对危险度系数（又称组织权重因子）WT加权的人体所有组织或器官的剂量当量之和。表达式：He=ΣWTHT其中：He---有效剂量当量，单位希沃特。WT---相对危险度系数（组织权重因子），具体值见第10页表2。HT－器官或组织T所接受的剂量当量。单位：国际单位：J/kg希沃特（Sv）旧专用单位：雷姆rem1Sv=100rem1rem=0.01Sv4.有效剂量当量He应用概况应用领域放射源与射线装置应用举例第三部分放射性同位素与射线装置应用3.1核应用技术的基本功能及主要应用领域核应用技术是利用同位素和电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学及生物效应，来进行应用研究与开发的技术，其基础与基本手段就是同位素和电离辐射。核应用技术的基本功能如下：(1)获取信息不同的射线与不同的物质产生的效应性质和强弱不同，因此通过射线与各种物质的相互作用，可以在工业、农业、医学、科研等领域获得各种有用的信息。如同位素示踪、过程监测、工业无损探伤、火灾预警报警、资源探测、人体脏器显像等。(2)进行物质改性与材料加工利用辐射对物质的作用，改变物质的性质，获得具有优异性能的材料，如辐射加工、辐射育种、中子掺杂、静电消除、癌症放射治疗等。(3)衰变能应用利用放射性同位素衰变释放出来的能量作为能源，如同位素电池、光源、热源等。3.2放射性同位素在医学、工业、农业上的应用1.放射性同位素在医学上的应用♣主要应用于疾病诊断和治疗、放射免疫分析等。♣使用的放射性核素主要有：99mTc、131I、125I、60Co、137Cs、192Ir、18F等。放射性药物影像诊断♣常用的诊断设备：γ相机、单光子发射计算机断层扫描装置（SPECT）99mTc、131I、正电子发射计算机断层扫描装置（PET）。18F(10mCi)放射源治疗♣密封源、加速器和χ射线机产生的辐射均可用于临床治疗，其中密封源在辐射治疗中应用最广。（1）近距离治疗（2）远距离治疗体外放射免疫分析2.放射性同位素在工业上的应用♣核仪表♣放射性测井♣探伤机♣其他应用3.放射性同位素在农业上的应用♣辐射育种♣农药、化肥示踪♣农副产品的辐照保鲜♣刺激生物体生长4.放射性同位素在食品加工中的应用主要用于灭菌保鲜3.3射线装置在医学、工业、农业上的应用1.在医学上的应用主要应用于疾病诊断和治疗X射线机X射线计算机断层扫描仪（CT）介入放射诊疗医用加速器放射治疗2.工业计算机断层扫描仪（ICT）工业辐照加速器X线机：X线在医学中的应用主要有两个方面：1、X线诊断：利用人体各器官的密度不同所吸收的X线不同，在荧光屏上或摄影胶片上引起的荧光作用的强弱就有较大的差别，因而在荧光屏上或摄影胶片上将显示出不同密度的阴影。根据阴影浓淡对比结合临床表现、化验结果和病理诊断，即可判断人体某一部分是否正常。主要的诊断方法：透视和摄影2、X线治疗：依据其生物效应，应用不同的X线对人体病灶部分的细胞进行照射时，即可使被照射的细胞组织受到破坏或抑制，从而达到对某些疾病（皮肤病）、特别是肿瘤的治疗作用。但同时，X线的负作用也是很明显的：当X线照射到生物体时，可以直接破坏机体内某些大分子结构，如蛋白分子链断裂，核糖核酸或脱氧核糖核酸的断裂，破坏一些对物质代谢有重要意义的酶等，甚至可以直接损伤细胞结构。X线对人体细胞的损伤，只限于个体本身，可导致人体脱发、皮肤烧伤、视力障碍、白血病等。X线对生殖细胞的损伤则会影响到受照个体的后代，产生遗传效应。CT：CT是用X线束对人体的某一部分按一定厚度的层面进行扫描，当X线射向人体组织时，部分射线被组织吸收，部分射线穿过人体被检测器官接收，产生信号。因为人体各种组织的疏密程度不同，X线的穿透能力不同，所以检测器接收到的射线就有了差异。将所接收的这种有差异的射线信号，转变为数字信息后由计算机进行处理，输出到显示的荧光屏上显示出图像，这种图像被称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度、分辨率高，可以观察到人体内非常小的病变，直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的相对空间位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，具有特殊的价值，但是在疾病病理性质的诊断上则存在一定的限制。介入放射诊疗介入放射诊疗是将单纯的放射诊断技术与影像引导下的导管治疗技术集于一体，为疾病诊断和治疗开拓了新的途径。它可以解决许多内科、外科解决不了的诊断难题，而且对病人的创伤小，深受患者欢迎。目前在我国已普遍开展，应用最多的是心血管疾病和肝癌。介入放射诊疗是在X射线机透视直观下进行，手术过程中病人和工作人员较长时间暴露于X射线照射下，受照计量较高。医用加速器放射治疗加速器产生的X射线、γ射线、中子、质子等照射肌体的组织细胞，使细胞的分裂和代谢遭到破坏，杀死或抑制细胞的繁殖生长，从而达到治疗的目的。这就是加速器放射治疗的原理。目前医用电子直线加速器是放射治疗的主要手段，加速器结构简单，造价低，X射线、γ射线、电子等射线容易得到。加速器能量在50MeV以下，其中大部分运行在6~35MeV之间。工业计算机断层扫描仪（ICT）工业CT是在医用CT的基础上发展起来的，是一种用于对工业产品进行探伤、无损检测的先进设备。工业CT可分为γ射线源工业CT、X射线工业CT和加速器工业CT。X射线工业CT主要利用X射线有穿透性这一特点，把待检材料置于X射线和探测器之间，检查机械零件的缺损，金属焊接的质量等。另外在机场、海关的出入口、重要会议的出入口以及车站的进站口等都安装了X射线透射机，通过荧光屏或摄影后的胶片，检查人员行李包内的枪支弹药、烟花炮竹等危险物品，在安全检查中发挥了重要的作用。加速器射线源工业CT的工作原理是：由电子直线加速器产生的电子束打钨靶产生X射线，X射线穿透物体后被探测器接收经变换后还原出物体内部的密度结构图。加速器射线源工业CT主要用于大型工业产品和工件（如锅炉、压力容器、化工设备、航空航天设备）的质量检测，获得工件中缺陷的性质、形状、位置、大小等信息，以排除隐患，保障质量，提高安全系数。工业辐照加速器加速器工业辐照，是利用加速器产生的电子束对产品进行辐照，产品受大剂量辐照后，产生生物、化学或物理效应，达到改性、灭菌、保鲜、提高产品质量、制造新材料等目的。主要应用于食品辐照保鲜，材料辐照改性，医疗用品辐照灭菌等。工业辐照加速器所获得的粒子种类多，能量范围广；加速器还可以随时启动或停机，工作安全，检查维修方便；加速器作为辐照源不像钴源那样会遇到放射性衰变而需要换源、加源和放射源退役的问题。所以，加速器在工业辐照上得到了广泛应用。3.4核技术应用在我国的发展在我国核技术应用已逐步形成产业化，不断扩大市场规模，为国民经济发展作用重要贡献。目前，我国从事辐射技术应用开发生产的企事业单位约有300家，年产值达150亿元，其中：辐射农业：40亿元辐射加工：25亿元同位素仪表：20亿元同位素及其制品：3.5亿元γ辐照产品：50亿元根据国外经验，我国辐射技术应用的市场规模约在1000亿元，有着十分广阔的发展前景。放射性同位素和射线装置应用在2004年“清查放射源，让百姓放心”专项行动统计：涉源单位12412家放射源总数107380枚在用放射源源76767枚闲置废弃源30613枚卫生部门2002年统计，我国在用的各种射线装置总数超过10万多台。放射源不同应用领域的活度分布总活度584306TBq(1350万居里)常见放射源数量所占比例辐射源应用举例大亚湾核电站大亚湾核电站秦山核电站秦山核电站γ辐照装置固定核子测量－－料位计密度测量仪DensityGauges密度测量仪（核子秤）DensityGauges传送带称重仪器Beltweighinggauge固定核子测量－－厚度测量仪钻井测量工业同位素示踪烟雾探测器伽马辐照装置湿式贮源辐照装置全景图伽马辐照装置干式贮源辐照装置全景图源不离开装置（屏蔽）I类伽马探伤装置有快门结构源通过气压装置移到曝光位置源从容器中发射出来采用遥控设备源在曝光期间无屏蔽可手动或自动操作II类伽马探伤装置（发射型伽马探伤）用于特殊的目的，如伽马管道爬行器根据应用的需要进行设计和测试伽马探伤装置管道爬行探伤装置特殊应用：陆上管道、海底管道采用外部辐射源提供走/停的信息外部控制源一般采用137Cs。管道爬行探伤装置通过探测器测量穿过被检查物质的射线量。典型采用GBq的137Cs。Thedetectormeasurestheamountofradiationpassingthroughthematerialunderexamination.Typicallyusegigabecquerelsof137Cs.密度测量仪探测器Detector物质流向MaterialFlow开关控制ShutterControl屏蔽Shielding源Source关（开）Shutter(open)密度测量仪（核子秤）DensityGauges传送带称重仪器Beltweighinggauge探测器Detector传送带上的物品Productonconveyorbelt源Source(maybeextended)通常一个或多个仪器和探测器被用作“开/关”，用来控制料箱或料斗中物料的位置等，大、厚壁容器可能使用GBq的60Co。物位测量仪LevelGauges高位探测器Highleveldetector低位探测器Lowleveldetector源Sources湿度/密度计Moisture/densitygaugesn密度测量：伽马源(137Cs)推出屏蔽室到源棒末端，并位于被测物质中进行测量。湿度测量：仪器里中子源(通常是241Am-Be)通过中子散射测定湿度。ggnng探测器Detectors射线测厚仪测厚仪9.25×1011Bq241Am测厚仪9.25×1011Bq241AmTransfercathetersarelockedintoplaceduringtreatment-greenlightindicatesthecathetersthatareinuse高剂量率近距离放射治疗装置Varian伽马远距离放射治疗伽马远距离治疗装置Sourceheadandatypicalsourcetransfermechanism介入放射学透视设备FluoroscopyequipmentforinterventionalradiologyCT诊断装置深部X射线治疗机Orthovoltage(deep)x-rayequipmentPETScanners正电子发射计算机断层扫描（显像）辐射源在核医学中的应用I类电子束辐照装置具有带联锁的、完整的屏蔽单元，操作时人员不能进入铅屏蔽Leadshield产品传输Productconveyor高压变压器Highvoltagetransformer控制台Controls单级电子束源SinglestageelectronbeamsourceII类电子束辐照装置辐照装置安装在屏蔽室内，在操作通过进入控制系统使人员不能进入辐照室扫描角Scanhorn混凝土屏蔽Concreteshield高压系统Highvoltagesystem振荡器机柜Oscillatorcabinet进入迷道Accesslabyrinth产品传送Productconveyor模拟定位机RadiotherapySimulator放射治疗的应用医用直线加速器LinearAcceleratorModernacceleratorshaveanumberoftreatmentoptions.e.g.X-raysorelectrons(dualmode)2X-rayenergies5ormoreelectronenergies医用直线加速器伽马刀GammaKnifeTheGammaKnife:-Patientpositioningcollimatorusesnumeroushighactivity60Cosourcespositionedinadevicesothattheradiationbeamsconvergeatthespecifiedpointoftreatment.isusedtotreatheadtumors伽马相机GammaCameras单光子发射断层摄影SPECTImaging钴60治疗机1.2×1024Bq(JN)钴60治疗机1.85×1010Bq(LXZL)谢谢！