1、輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識1 / 166輻射防護與環境保護研究室輻射防護與環境保護研究室 輻射防護與安全培訓班教材輻射防護與安全培訓班教材 輻射安全與輻射安全與防護基礎知識防護基礎知識清華大學工程物理系清華大學工程物理系2012.07.10輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識2 / 166目錄目錄一、輻射防護簡介一、輻射防護簡介 1. 1. 輻射防護的含義輻射防護的含義 （1 1）什么是輻射）什么是輻射 （2 2）輻射的分類）輻射的分類 2. 2. 輻射防護簡史輻射防護簡史 3. 3. 輻射防護的基本任務和輻射防護的基本任務和 目的目的 4. 4. 輻射防護的知識體系

2、輻射防護的知識體系二、輻射物理基礎二、輻射物理基礎 1. 1. 放射性現象放射性現象 （1 1）原子結構）原子結構 （2 2）核素的表敘）核素的表敘 （3 3）同位素和核素）同位素和核素 （4 4）術語）術語 2. 2. 放射性衰變及機理放射性衰變及機理 （1 1）衰變衰變 （2 2）衰變衰變 （3 3）衰變衰變 3. 3. 放射性衰變規律放射性衰變規律 （1 1）放射性衰變的規律）放射性衰變的規律 （2 2）放射性活度的衰減規律）放射性活度的衰減規律 （3 3）半衰期）半衰期T T1/21/2 （4 4）放射性活度及其單位）放射性活度及其單位 4. 4. 射線與物質相互作用射線與物質相互作用

3、 （1 1）帶電粒子與物質的相互）帶電粒子與物質的相互 作用作用 （2 2）X X、射線與物質的相射線與物質的相 互作用互作用 （3 3）中子與物質的相互作用）中子與物質的相互作用 5. 5. 幾種不同射線在穿過物質幾種不同射線在穿過物質 過程中穿透力的比較過程中穿透力的比較 6. 6. 輻射防護的基本原則和內、輻射防護的基本原則和內、外照射的防護措施外照射的防護措施 （1 1）外照射防護的一般方法）外照射防護的一般方法 （2 2）內照射防護的一般方法）內照射防護的一般方法輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識3 / 166目錄目錄三、輻射來源及其影響三、輻射來源及其影響四、輻射的健康效

4、應四、輻射的健康效應 1. 1.概述概述 2.2.電離輻射的健康效應電離輻射的健康效應 （1 1）隨機性效應）隨機性效應 （2 2）確定性效應）確定性效應 （3 3）胚胎和胎兒的輻射效應）胚胎和胎兒的輻射效應 （4 4）非癌癥疾病）非癌癥疾病 3. 3.影響輻射生物學作用的因素影響輻射生物學作用的因素 （1 1）物理因素）物理因素 （2 2）生物因素）生物因素五、輻射防護的量五、輻射防護的量 1. 1.電離輻射基本量及其單位電離輻射基本量及其單位 （1 1）放射計量學量）放射計量學量 （2 2）相互作用系數與相關量）相互作用系數與相關量 （3 3）劑量學量）劑量學量 （4 4）放射性活度）放射

5、性活度 （5 5）衰變綱圖）衰變綱圖 2. 2.常用輻射劑量學的常用輻射劑量學的（1 1）吸收劑量）吸收劑量（2 2）比釋動能）比釋動能 （3 3）照射量）照射量 （4 4）吸收劑量、比釋動能和照）吸收劑量、比釋動能和照 射量的區別射量的區別3.3.常用輻射防護的量常用輻射防護的量（1 1）與個體相關的輻射量）與個體相關的輻射量 A. A.當量劑量當量劑量 B. B.有效劑量有效劑量 C. C.待積當量劑量與待積有待積當量劑量與待積有 效劑量效劑量（2 2）與群體相關的輻射量）與群體相關的輻射量 A. A.集體當量劑量集體當量劑量 B. B.集體有效劑量集體有效劑量（3 3）用于環境和個人監測

6、的）用于環境和個人監測的 ICRU ICRU量量 A.A.周圍劑量當量周圍劑量當量 H H* *(d)(d) B. B.定向劑量當量定向劑量當量 H H (d,(d,) ) C.C.個人劑量當量個人劑量當量 Hp(d)Hp(d)輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識4 / 166（1 1）什么是輻射？什么是輻射？輻射是指以電磁波或高速粒子的形式向周圍空間或物輻射是指以電磁波或高速粒子的形式向周圍空間或物質發射并在其中傳播的能量的統稱。（熱輻射、核輻質發射并在其中傳播的能量的統稱。（熱輻射、核輻射等）射等）（2 2）輻射的分類輻射的分類1.1. 輻射防護的含義輻射防護的含義一、輻射防護簡介

7、一、輻射防護簡介非電離輻射非電離輻射：能量小于能量小于12.4eV12.4eV，如紫外線、，如紫外線、 可見光、紅外線和射頻輻射可見光、紅外線和射頻輻射電離輻射：電離輻射：能量大于能量大于12.4eV12.4eV，如，如X X射線、射線、 射線、中子、射線、中子、射線、射線、射線等射線等電離輻射粒子的能量在電離輻射粒子的能量在12.4eV12.4eV以上（相應于電磁輻射以上（相應于電磁輻射頻率在頻率在3000THz3000THz以上），這個能量下限是使空氣等典以上），這個能量下限是使空氣等典型材料發生電離所需的最低能量。型材料發生電離所需的最低能量。 移動電話移動電話 800-1800 MHz

8、 800-1800 MHz 0.01 eV0.01 eV 。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識5 / 166 與物質相互作用，能產生直接電離粒子與物質相互作用，能產生直接電離粒子的中性粒子，如中子、光子等，稱為間接電的中性粒子，如中子、光子等，稱為間接電離粒子。由間接電離粒子組成的輻射稱為間離粒子。由間接電離粒子組成的輻射稱為間接電離輻射。接電離輻射。 直接電離輻射直接電離輻射 directly ionizing radiationdirectly ionizing radiation 具有足夠動能的、碰撞時能引起電離的具有足夠動能的、碰撞時能引起電離的帶電粒子，如電子、質子、帶電粒

9、子，如電子、質子、粒子、重離子粒子、重離子等，稱為直接電離粒子。由直接電離粒子組等，稱為直接電離粒子。由直接電離粒子組成的輻射稱為直接電離輻射。成的輻射稱為直接電離輻射。 間接電離輻射間接電離輻射indirectly ionizing radiationindirectly ionizing radiation直接電離輻射與間接電離輻射直接電離輻射與間接電離輻射 輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識6 / 166輻射輻射組成組成質量質量電荷電荷速度速度 2 protons + 2 protons + 2 neutrons2 neutronsRelativelRelatively Hea

10、vyy HeavyDouble Double PositivePositiveSlowSlow electronelectronRelativelyRelativelyLightLightSingle Single NegativeNegative 3 x 10 3 x 108 8 m/sm/sn nneutronneutronMiddle Middle weightweightnonnonvariousvariousP PprotonprotonMiddle Middle weightweightpositivepositivevariousvarious High Energy High

11、Energy Electromagnetic Electromagnetic PhotonsPhotonsnonnonnonnon3 x 103 x 108 8 m/sm/sX XSame as Gamma-Same as Gamma-RaysRaysnonnonnonnon3 x 103 x 108 8 m/sm/s常見的電離輻射常見的電離輻射輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識7 / 166電電離離輻輻射射電磁輻射電磁輻射X X射線射線射線射線粒子粒子粒子粒子質子質子中子中子帶電粒子帶電粒子不帶電粒子不帶電粒子粒子輻射粒子輻射電離輻射的分類電離輻射的分類輻射安全與防護基礎知識輻射安

12、全與防護基礎知識8 / 166輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識9 / 166倫琴倫琴（ConradConrad RoentgenRoentgen 1845-1923 1845-1923）Frau RoentgenFrau Roentgens Hands Hand世界上第一張世界上第一張X X射線射線照片照片1895.12.221895.12.22Nobel Prize in 1901Nobel Prize in 1901v1895, 1895, 倫琴（倫琴（ Roentgen Roentgen ）發現）發現 X X 射線射線2.2.輻射防護簡史輻射防護簡史輻射安全與防護基礎知識輻射

13、安全與防護基礎知識10 / 166v1896,1896,貝克勒爾貝克勒爾（BecquerelBecquerel）發現鈾發現鈾（UraniumUranium）發現了天然放射性，人發現了天然放射性，人類歷史上第一次在實驗類歷史上第一次在實驗室觀測到放射性現象。室觀測到放射性現象。Nobel Prize in 1903Nobel Prize in 1903v1897, 1897, 湯姆生湯姆生(Thomson)(Thomson)發現電子打破了原子不可發現電子打破了原子不可分的觀念。分的觀念。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識11 / 166v1898, 1898, 居里夫婦發現釙居里夫婦發

14、現釙（ PoloniumPolonium） 和鐳和鐳（ RadiumRadium） 同位素的工業應用同位素的工業應用Nobel Prize in 1903 and 1911Nobel Prize in 1903 and 1911v1898, 1898, 盧瑟福（盧瑟福（RutherfordRutherford）在在“貝可勒爾射線貝可勒爾射線”中發現了中發現了、粒子粒子, ,后來證實了后來證實了射線是氦射線是氦原子核，原子核，射線是電子。射線是電子。 19081908年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識12 / 166v1932, 1932, 查德威克（查德威

15、克（ChadwickChadwick發現中子發現中子19351935年獲諾貝爾獎年獲諾貝爾獎。v1900,1900,法國化學家維拉爾德法國化學家維拉爾德在鐳源的射線中發現在鐳源的射線中發現 射線射線輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識13 / 166 重點調查對象包括：重點調查對象包括： 職業性受照射群體的流行病學調查；職業性受照射群體的流行病學調查；（1 1）放射事故受害者調查；放射事故受害者調查；（2 2）出生前受出生前受X X射線診斷照射的流行病射線診斷照射的流行病 學調查；學調查； （3 3）高輻射本底地區居住者的流行病學高輻射本底地區居住者的流行病學 調查；調查；（4 4）原

16、子彈、氫彈、切爾諾貝利事故受原子彈、氫彈、切爾諾貝利事故受 害者跟蹤調查。害者跟蹤調查。 對輻射損傷的調查對輻射損傷的調查輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識14 / 166迄今為止的流行病學的調查資料證明：迄今為止的流行病學的調查資料證明： 在在低劑量下，唯一潛在的輻射危害是致癌低劑量下，唯一潛在的輻射危害是致癌。遺傳危害未見增加。遺傳危害未見增加。 低于職業性劑量限值的輻射水平的長期慢性低于職業性劑量限值的輻射水平的長期慢性照射，是否會增加惡性腫瘤尚不明確。照射，是否會增加惡性腫瘤尚不明確。 出生前診斷性出生前診斷性X X射線的照射量，是否能增加出射線的照射量，是否能增加出生后的小

17、兒癌癥的發病率，尚有爭議。生后的小兒癌癥的發病率，尚有爭議。 高本底地區居民流行病學的調查，均末證實高本底地區居民流行病學的調查，均末證實遺傳危害的增加或惡性腫瘤較對照群體有遺傳危害的增加或惡性腫瘤較對照群體有過多的發生。過多的發生。 調查結論調查結論輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識15 / 166 從百余年來輻射對人類損傷從百余年來輻射對人類損傷簡史的回顧中可以看出，造成人簡史的回顧中可以看出，造成人類損傷和死亡的輻射事故幾乎都類損傷和死亡的輻射事故幾乎都是由于錯誤的應用以及缺少專業是由于錯誤的應用以及缺少專業知識和技術造成的。所以，系統知識和技術造成的。所以，系統學習輻射防護的

18、專業知識是非常學習輻射防護的專業知識是非常必要的。必要的。歷史告訴我們歷史告訴我們輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識16 / 166 從百余年來輻射對人類損傷簡史的回從百余年來輻射對人類損傷簡史的回顧中可以看出，造成人類損傷和死亡的輻顧中可以看出，造成人類損傷和死亡的輻射事故幾乎都是由于錯誤的應用而造成的射事故幾乎都是由于錯誤的應用而造成的。所以，系統學習輻射防護的專業知識是。所以，系統學習輻射防護的專業知識是非常必要的。非常必要的。 核科學研究和核能為造福人類的實踐核科學研究和核能為造福人類的實踐則留下安全的記錄。這是因為人們認識核則留下安全的記錄。這是因為人們認識核能的初期就意識

19、到了它的損傷作用。其后能的初期就意識到了它的損傷作用。其后投入了大量人力和物力，建立了較為完善投入了大量人力和物力，建立了較為完善的輻射防護體系和醫學監督制度。的輻射防護體系和醫學監督制度。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識17 / 166“事實上，在人類身體里就可以找事實上，在人類身體里就可以找到天然放射性核素。我們的身體平到天然放射性核素。我們的身體平均每分鐘要經歷幾十萬次的核衰均每分鐘要經歷幾十萬次的核衰變。變。”諾貝爾獎獲得者諾貝爾獎獲得者西博格西博格人與原子人與原子其實輻射也沒那么可怕！其實輻射也沒那么可怕！輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識18 / 166 輻射

20、防護的主要目的是在不對伴隨輻射照射的輻射防護的主要目的是在不對伴隨輻射照射的有益實踐造成過度限制的情況下為人類和環境有益實踐造成過度限制的情況下為人類和環境提供合適的保護。具體來講，提供合適的保護。具體來講，就是要防止有害就是要防止有害的確定性效應，并限制隨機性效應的發生率，的確定性效應，并限制隨機性效應的發生率，使之降低到可合理達到的程度。使之降低到可合理達到的程度。 基本基本任務是任務是既要保護環境，保障從事輻射工作既要保護環境，保障從事輻射工作人員和公眾成員，以及他們的后代的安全和健人員和公眾成員，以及他們的后代的安全和健康，又要允許進行那些可能產生輻射照射的必康，又要允許進行那些可能產

21、生輻射照射的必要活動要活動；提高輻射防護措施的效益，以促進核；提高輻射防護措施的效益，以促進核科學技術、核能和其它輻射應用事業的發展。科學技術、核能和其它輻射應用事業的發展。 3.3.輻射防護的基本任務和目的輻射防護的基本任務和目的輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識19 / 1664.4.輻射防護的知識體系輻射防護的知識體系輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識20 / 166 （1 1）原子結構原子結構+ +原子模型原子模型1.1.放射性現象放射性現象二、輻射物理基礎二、輻射物理基礎核子核子 中子中子 質子質子 電子電子 +輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識21 /

22、 166原子核的組成原子核的組成 原子核由質子和中子組成，中子和質子原子核由質子和中子組成，中子和質子 統稱為核子（統稱為核子（nucleonnucleon）。）。 中子不帶電。中子不帶電。 質子帶正電，電量為質子帶正電，電量為e e，與電子電量相，與電子電量相 同，符號相反。同，符號相反。 質子和中子的質量相差不大，中子質量質子和中子的質量相差不大，中子質量 略大一些。略大一些。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識22 / 166 原子核的表示符號：原子核的表示符號：A AZ ZX XN N X X為元素符號，為元素符號，A A= =N N + +Z Z 為核子數為核子數，N N為中

23、子數為中子數，Z Z為質子數，即原子序數為質子數，即原子序數。 Z ZP AP AP PN N原子質量數（原子質量數（A A）質子數（）質子數（P P）中子數（）中子數（N N）NAZX 核素符號核素符號X X與質子數與質子數Z Z具有唯一、確定的關系，具有唯一、確定的關系，當元素當元素X X確定時，這個確定時，這個X X就是就是Z Z，所以就將，所以就將簡化成簡化成XA（2 2）核素的表敘）核素的表敘（1-1-21-1-2）輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識23 / 166 同位素實際上就是同位素實際上就是Z Z相同而相同而A A不同的各核素的不同的各核素的總稱。同位素是指元素周期

24、表中處于同一個總稱。同位素是指元素周期表中處于同一個位置，它們具有相同的化學性質。例如位置，它們具有相同的化學性質。例如 （氕）、（氕）、 （氘）、（氘）、 （氚）。（氚）。H11H21H31H、11H、21H；31KKK 它們都在第一號位置，所以記作它們都在第一號位置，所以記作1 1H H，由于，由于質量數不同，在左上角表示，質量數不同，在左上角表示，氕原子核內僅有氕原子核內僅有一個質子即氫一個質子即氫 氘原子核內有一氘原子核內有一個質子一個中子個質子一個中子 氚原子核內有一氚原子核內有一個質子二個中子個質子二個中子（3 3）同位素和核素）同位素和核素簡寫成簡寫成1 1H H、2 2H H、

25、3 3H H。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識24 / 166 核素核素（nuclidenuclide） 具有一定數目的中子和質子以及特定能態的一具有一定數目的中子和質子以及特定能態的一 種原子核或原子稱為核素。種原子核或原子稱為核素。 中子數、質子數和能態只要有一個不同，就是中子數、質子數和能態只要有一個不同，就是 不同的核素。不同的核素。 A A同，同，Z Z、N N不同。不同。同量異位素。同量異位素。 N N同，同，A A、Z Z不同。不同。同中子異核素同中子異核素。 Z Z同，同，A A、N N不同。不同。同位素同位素。 A A、Z Z、N N同，能態不同。同，能態不同。同

26、質異能素同質異能素。（4 4）術語）術語12220886Tl12620882Pb529038Sr529139Y336027Co335827ComCo336027336027Co輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識25 / 166 什么是放射性？什么是放射性？ 18961896年，法國物理學家貝可勒爾年，法國物理學家貝可勒爾（A.H.BecquerelA.H.Becquerel）首次發現放射性現象。）首次發現放射性現象。當原子核內的質子和中子數失去一定比例當原子核內的質子和中子數失去一定比例時，就處于不穩定狀態，核素可以自發地時，就處于不穩定狀態，核素可以自發地發生核衰變，變成一種新的核

27、素，同時放發生核衰變，變成一種新的核素，同時放出一條或多條射線，這種特性稱為出一條或多條射線，這種特性稱為放射性放射性 (radioactivity)(radioactivity)。 這種轉變過程稱為這種轉變過程稱為放射性衰變放射性衰變。 2.2.放射性衰變及機理放射性衰變及機理 放射性現象是由原子核的變化引起的，與放射性現象是由原子核的變化引起的，與 核外電子狀態的改變關系很小。核外電子狀態的改變關系很小。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識26 / 166電場對鐳射線的分解電場對鐳射線的分解輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識27 / 166（1 1）衰變衰變 原子核自發地

28、放出原子核自發地放出粒子而變為另一種粒子而變為另一種 原子核的過程稱為原子核的過程稱為衰變。原子序數衰變。原子序數Z Z減減2 2、質量數、質量數A A減減4 4。式中，式中，X X代表衰變前的母核；代表衰變前的母核； Y Y代表衰變后的子核；代表衰變后的子核； Q Q表示衰變能。表示衰變能。QHeYXAZAZ+424-2-超鈾元素會發生超鈾元素會發生衰變。例如衰變。例如234234U U、235235U U、238238U U、238238PuPu、239239PuPu、241241AmAm等。等。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識28 / 166+從母核中射出從母核中射出的的4

29、4HeHe原子核原子核 粒子得到粒子得到大部分衰變能大部分衰變能238U 234Th + 4He 放射性母核放射性母核 衰變衰變 238238U U 234234ThTh輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識29 / 166 衰變衰變 241241AmAm 237237NpNp輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識30 / 166 衰變就是放射性核素發射出衰變就是放射性核素發射出粒子的衰變。而常粒子的衰變。而常見的見的衰變是衰變是衰變，即發射負電子（衰變，即發射負電子（e e）的衰）的衰變。負電子帶有變。負電子帶有1 1個單位的負電荷，其質量可以忽個單位的負電荷，其質量可以忽略不計

30、（為略不計（為1/18401/1840個原子質量單位）。因此，原個原子質量單位）。因此，原子核在進行子核在進行衰變之后，它的質量數（衰變之后，它的質量數（A A）保持）保持不變，原子序數（不變，原子序數（Z Z）增加）增加1 1。表示。表示衰變的式子衰變的式子即為：即為：QveYXAZAZ+1+eHn+01-1110（2 2）衰變衰變 原子核內質子相對缺少時，一個中子轉變為一個質原子核內質子相對缺少時，一個中子轉變為一個質 子，同時從核內釋放出的電子的過程。子，同時從核內釋放出的電子的過程。3 3H H、9090SrSr等都是會放出等都是會放出射線的放射性核素。射線的放射性核素。輻射安全與防護

31、基礎知識輻射安全與防護基礎知識31 / 166+發生原因發生原因母核中子或質子過多母核中子或質子過多質子轉變成中子，并且質子轉變成中子，并且帶走一個單位的正電荷帶走一個單位的正電荷中子轉變成質子，并且中子轉變成質子，并且帶走一個單位的負電荷帶走一個單位的負電荷+反中微子反中微子中微子中微子三種子體分享裂變能三種子體分享裂變能因此電子具有連續能量因此電子具有連續能量衰變衰變輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識32 / 166 衰變衰變1414C C 1414N N輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識33 / 166 衰變衰變 3 3H H 3 3HeHe輻射安全與防護基礎知識輻射

32、安全與防護基礎知識34 / 166正正 衰變衰變1111C C 1111B B輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識35 / 166 衰變時由原子核內發地出衰變時由原子核內發地出粒子，粒子，粒子的粒子的 質量與電子的質量相同，但帶有一個單位的還正電質量與電子的質量相同，但帶有一個單位的還正電 荷。可以把荷。可以把衰變看作原子核內一個質子轉變成衰變看作原子核內一個質子轉變成 一個中子時發射出一個中子時發射出粒子和中微子的過程，即粒子和中微子的過程，即QvYXAZAZ+1 -eHn011110np+衰變衰變發生發生衰變時，母核和子核的質量數相同，但子核衰變時，母核和子核的質量數相同，但子核的

33、原子序數小一個單位：的原子序數小一個單位： 原子核內中子相對缺少時，一個質子轉變為一個中原子核內中子相對缺少時，一個質子轉變為一個中 子，同時從核內釋放出的正電子子，同時從核內釋放出的正電子(positron)(positron)的過程。的過程。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識36 / 166 軌道電子俘獲（軌道電子俘獲（ECEC）為原子核俘獲一個核外電）為原子核俘獲一個核外電子的過程，其結果是核內一個質子轉變為一個中子的過程，其結果是核內一個質子轉變為一個中子和一個中微子，簡稱子和一個中微子，簡稱ECEC衰變衰變(orbital (orbital electron capture

34、) electron capture) ： P Pe ne n 軌道電子俘獲的過程可表示為：軌道電子俘獲的過程可表示為：QYeXAZAZ+1軌道電子俘獲過程釋放的能量軌道電子俘獲過程釋放的能量 ixMeVmmQ-5 .931)-(=其中其中i i為電子的軌道結合能。為電子的軌道結合能。有些放射性核素能滿足產生有些放射性核素能滿足產生衰變條件，同時也衰變條件，同時也可滿足可滿足衰變和電子俘獲條件，所以它們可以發衰變和電子俘獲條件，所以它們可以發生生、衰變和軌道電子俘獲三種過程。衰變和軌道電子俘獲三種過程。軌道電子俘獲軌道電子俘獲輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識37 / 166 質子變

35、成中子質子變成中子X X射線射線電子俘獲電子俘獲電子電子 輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識38 / 166電子俘獲電子俘獲7 7BeBe 7 7LiLi會產生特征會產生特征X X射線或俄歇電子射線或俄歇電子輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識39 / 166 有些核素在進行有些核素在進行、-、+、或或ECEC衰變時，處于激發態的子核衰變時，處于激發態的子核在向基態躍遷時，在向基態躍遷時， 多余的能量以多余的能量以光子即光子即射線的形式發射出來，即射線的形式發射出來，即為為衰變。衰變。hvXXAZAmZ+（3 3）衰變衰變輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識40 /

36、166+ 光子光子 衰變衰變99mTc 99Tc+(E 0 .140MeV)T1/ 2 =6h輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識41 / 1661 1、光子是從原子核中發射的；光子是從原子核中發射的；2 2、常常伴隨在常常伴隨在 、 衰變衰變 之后；之后；3 3、單能；單能；4 4、 射線的能量與原子核相射線的能量與原子核相 關。關。 射線特點射線特點輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識42 / 166 衰變衰變3 3HeHe 3 3HeHe輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識43 / 166有時原子核發生有時原子核發生躍遷時不發射躍遷時不發射光子，而光子，而是把多余

37、的能量交給核外繞行的電子（主要是把多余的能量交給核外繞行的電子（主要是是K K層電子），使它脫離原子核的束縛而放射層電子），使它脫離原子核的束縛而放射出來，這種現象稱為內轉換（出來，這種現象稱為內轉換（internal internal conversion conversion ），電子的能量是固定的，近似），電子的能量是固定的，近似于于光子的能量。光子的能量。內轉換電子發射后，原子的某一軌道上留下內轉換電子發射后，原子的某一軌道上留下一個空穴，這個空穴通常由外層軌道電子躍一個空穴，這個空穴通常由外層軌道電子躍遷填充，由于不同軌道上電子結合能不同，遷填充，由于不同軌道上電子結合能不同，電子躍

38、遷過程中發射特征電子躍遷過程中發射特征X X射線。由于內轉換射線。由于內轉換電子的與結合能是唯一的，且同時發射特征電子的與結合能是唯一的，且同時發射特征X X射線，故不會與射線，故不會與衰變產生的電子相混淆。衰變產生的電子相混淆。 衰變衰變內轉換內轉換輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識44 / 1663.3.放射性衰變規律放射性衰變規律輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識45 / 166 實驗結果實驗結果N N0 0為為t=0t=0時刻氡的原子核數，時刻氡的原子核數，N N 為為t t時刻的氡原子核數。時刻的氡原子核數。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識46 / 1

39、66 衰變規律：以一定的規律衰減，放衰變規律：以一定的規律衰減，放射性衰變是由原子核內部運動規律所射性衰變是由原子核內部運動規律所決定的，決定的，與物理和化學性質無關，與與物理和化學性質無關，與外界溫度、壓力、機械運動等無關；外界溫度、壓力、機械運動等無關； 統計規律：對一個特定的放射性核統計規律：對一個特定的放射性核素，衰變的精確時間是無法預測的；素，衰變的精確時間是無法預測的；但對足夠多的放射性核素的集合，服但對足夠多的放射性核素的集合，服從量子力學的統計規律；從量子力學的統計規律； 滿足質量滿足質量- -能量轉換關系能量轉換關系 滿足能量守恒、動量守恒。滿足能量守恒、動量守恒。（1 1）

40、放射性衰變的規律）放射性衰變的規律輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識47 / 166放射性衰變的統計規律放射性衰變的統計規律 由于微觀世界的統計性，不由于微觀世界的統計性，不能預測某一原子核的衰變時刻，但能預測某一原子核的衰變時刻，但可以統計得到放射源中總的放射性可以統計得到放射源中總的放射性原子核數目的減少規律；具體到每原子核數目的減少規律；具體到每個放射性原子核的衰變來說，就是個放射性原子核的衰變來說，就是服從一定規律進行衰變的一個隨機服從一定規律進行衰變的一個隨機事件事件，可以用衰變概率表示。，可以用衰變概率表示。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識48 / 166單一

41、放射性的負指數衰減規律單一放射性的負指數衰減規律222222RnRn的衰變曲線的衰變曲線 實驗發現，放射性核素實驗發現，放射性核素 放出一放出一個個 粒子，變成粒子，變成 ，而，而 的數目的數目每每4 4天減少一半。天減少一半。Rn22286Po21884Rn22286輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識49 / 166（2 2）放射性活度的衰減規律）放射性活度的衰減規律 放射性核素的核衰變服從負指數規律放射性核素的核衰變服從負指數規律。任何放。任何放射性核素，不管放射任何射線，也不管放射性衰變射性核素，不管放射任何射線，也不管放射性衰變的快慢，都服從負指數規律，這是一個普遍規律。的快

42、慢，都服從負指數規律，這是一個普遍規律。 A=A A=Ao oe e- t- t 式中：式中：A Ao o在在t t時，即原始的放射性核素時，即原始的放射性核素 的活度，的活度，Bq Bq ； A A在在t t時刻，該放射性核素經核衰變時刻，該放射性核素經核衰變 后剩余的活度，后剩余的活度，q q； 放射性核素的衰變常數，放射性核素的衰變常數，1/s 1/s ； t t經過的時間，經過的時間，s s。1Bq=1s-1規定規定 即每秒衰變即每秒衰變1 1次為次為1 1貝可。貝可。 放射性活度的國際單位（放射性活度的國際單位（SISI）是）是s s-1-1，稱為貝可勒，稱為貝可勒爾爾, ,簡稱貝可

43、簡稱貝可, ,用符號用符號BqBq表示。表示。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識50 / 166放射性活度隨時間的變化放射性活度隨時間的變化輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識51 / 16651半衰期半衰期T T1/21/2：原子核數目減少一半的：原子核數目減少一半的時間時間T693. 0=2ln=2/1衰變特性衰變特性輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識52 / 166 放射性活度是衰變數，不是發出的射放射性活度是衰變數，不是發出的射線數；（線數；（137137CsCs： 、） 歷史上曾使用過的單位：歷史上曾使用過的單位： 居里居里（CiCi）；1Ci1Ci相當于

44、相當于 1 1g g鐳的放射性活度鐳的放射性活度BqCi10107 . 3=1幾點注意幾點注意 放射性核素的放射性活度，過去也稱放射性核素的放射性活度，過去也稱放放射性強度射性強度。它是表征放射性核素特征的物。它是表征放射性核素特征的物理量之一。理量之一。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識53 / 166 （3 3）半衰期半衰期T T1/21/2 半衰期：放射性核數衰變一半所需的半衰期：放射性核數衰變一半所需的時間，記為時間，記為T T1/21/2 。即：即：( )( )0(21=0=2121NeNTNT21=21TeT693. 02ln=21量綱為：量綱為：t,t,如如s s，h

45、h，d d，a a輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識54 / 166 放射性活度放射性活度 (Activity)(Activity)即即：)(=)(=)(=00tNeNdteNddttdNAt t 定義：定義：00=NA則則：teAA-0=活度定義：一個放射源在單位時間內發活度定義：一個放射源在單位時間內發生衰變的原子核數。以生衰變的原子核數。以A A表示，表征放射表示，表征放射源的強弱。源的強弱。（4 4）放射性活度及其單位放射性活度及其單位輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識55 / 166 現今對大量的放射性原子核進行各種測量，已積累現今對大量的放射性原子核進行各種測量

46、，已積累了大量的資料。為了便于使用和查閱，已匯編成了大量的資料。為了便于使用和查閱，已匯編成“衰變綱圖衰變綱圖”。在實際工作中，可以根據衰變綱圖提。在實際工作中，可以根據衰變綱圖提供的資料，選取有用的數據。供的資料，選取有用的數據。 下面二張衰變圖分別為下面二張衰變圖分別為6060CoCo與與137137CsCs的衰變綱圖。箭的衰變綱圖。箭頭向右表示頭向右表示Z Z增加（箭頭向左表示原子序數增加（箭頭向左表示原子序數Z Z減少）減少）。箭頭線上標示了放射粒子的類型及其動能或者動。箭頭線上標示了放射粒子的類型及其動能或者動能最大值。圖中百分數代表該種衰變所占的比例（能最大值。圖中百分數代表該種衰

47、變所占的比例（又叫分支比）。粗實線的態代表原子核基態。所示又叫分支比）。粗實線的態代表原子核基態。所示年月即為年月即為T T1/21/2數值。數值。（5 5）衰變綱圖）衰變綱圖輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識56 / 1666060CoCo及及137137CsCs的衰變綱圖的衰變綱圖輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識57 / 166 帶電粒子的種類和物理性質帶電粒子的種類和物理性質 帶電粒子與物質相互作用的主要帶電粒子與物質相互作用的主要 過程過程（1 1）帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子與物質的相互作用4.4.射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用輻射安全與防護基礎知

48、識輻射安全與防護基礎知識58 / 166（1 1）帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子帶電粒子電子：核外電子電子：核外電子射線：原子核發出的高速電子射線：原子核發出的高速電子質子質子粒子粒子帶電粒子種類：帶電粒子種類： 帶電粒子的種類和物理性質帶電粒子的種類和物理性質 電離輻射作用于物質，所引起的某些電離輻射作用于物質，所引起的某些物理、化學變化，或作用于生物體時所產物理、化學變化，或作用于生物體時所產生的某些生物效應，幾乎都是通過帶電粒生的某些生物效應，幾乎都是通過帶電粒子把能量傳遞給物質所引起的。子把能量傳遞給物質所引起的。4.4.射線與物質的相互作用射線與物質的相互作

49、用輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識59 / 166主主要要過過程程電離和激發電離和激發 核反應核反應化學變化化學變化帶電粒子與物質相互作用的主要過程帶電粒子與物質相互作用的主要過程韌致輻射韌致輻射帶電粒子與物質相互作用的過程是復雜的，帶電粒子與物質相互作用的過程是復雜的，主要過程有電離和激發，彈性散射和韌致主要過程有電離和激發，彈性散射和韌致輻射。其他過程有湮沒輻射、契倫可夫輻輻射。其他過程有湮沒輻射、契倫可夫輻射、核反應以及引起物質化學變化。射、核反應以及引起物質化學變化。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識60 / 166 帶電粒子主要通過電離和激發過程損失能量，帶電粒

50、子主要通過電離和激發過程損失能量，其次是通過韌致輻射其次是通過韌致輻射。這兩種過程構成了帶電粒子在。這兩種過程構成了帶電粒子在碰撞過程中的能量損失。碰撞過程中的能量損失。 當具有一定動能的帶電粒子與原子軌道電子發當具有一定動能的帶電粒子與原子軌道電子發生庫倫作用時，把本身的部分能量傳遞給軌道電子。生庫倫作用時，把本身的部分能量傳遞給軌道電子。如果軌道電子蕕得的動能足以克服原子核的束縛，逃如果軌道電子蕕得的動能足以克服原子核的束縛，逃出原子殼層而成為自由電子，此過程稱為電離。電離出原子殼層而成為自由電子，此過程稱為電離。電離后的原子帶正電荷，它與逃出的自由電子合稱為離子后的原子帶正電荷，它與逃出

51、的自由電子合稱為離子對。如果軌道電子獲得的能量不足以擺脫原子核的束對。如果軌道電子獲得的能量不足以擺脫原子核的束縛，而是從低能級躍遷到高能級，使原子處于激發態，縛，而是從低能級躍遷到高能級，使原子處于激發態，此過程稱為激發。處于激發態的原子是不穩定的，它此過程稱為激發。處于激發態的原子是不穩定的，它將通過躍遷到高能級的電子自發地躍遷到低能級而回將通過躍遷到高能級的電子自發地躍遷到低能級而回到基態。多余的能量可以以到基態。多余的能量可以以X X射線的形式放出。此種射線的形式放出。此種X X射線的能量是不連續的，它等于電子躍遷的兩能級之射線的能量是不連續的，它等于電子躍遷的兩能級之差，稱之為標識差

52、，稱之為標識X X射線或特征射線或特征X X射線。射線。電離和激發電離和激發 輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識61 / 166帶電粒子帶電粒子軌道電子軌道電子庫侖相互作用庫侖相互作用電離電離激發激發電離和激發電離和激發 輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識62 / 166線碰撞阻止本領線碰撞阻止本領 ：帶電粒子在介：帶電粒子在介質中每單位路徑長度上電離損失的平均質中每單位路徑長度上電離損失的平均能量。能量。 coldldE質量碰撞阻止本領質量碰撞阻止本領 ：線碰撞阻止線碰撞阻止本領除以密度，消除密度的影響。本領除以密度，消除密度的影響。coldldE1碰撞阻止本領碰撞阻止本

53、領 帶電粒子在電離和激發過程中的能量損帶電粒子在電離和激發過程中的能量損失，是通過帶電粒子和軌道電子的庫倫碰撞失，是通過帶電粒子和軌道電子的庫倫碰撞產生的，這稱為碰撞過程的能量損失或電離產生的，這稱為碰撞過程的能量損失或電離損失。損失。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識63 / 166 當高速運動的帶電粒子從原當高速運動的帶電粒子從原子核附近掠過時，它會受到原子核庫侖子核附近掠過時，它會受到原子核庫侖場的作用而產生加速度。在庫侖場中受場的作用而產生加速度。在庫侖場中受到減速或加速的帶電粒子，其部分或全到減速或加速的帶電粒子，其部分或全部動能，將轉變為連續譜的電磁輻射，部動能，將轉變為

54、連續譜的電磁輻射，這就是韌致輻射，這種形式的能量損失，這就是韌致輻射，這種形式的能量損失，稱為輻射損失。稱為輻射損失。 韌致輻射韌致輻射 韌致輻射和輻射阻止本領韌致輻射和輻射阻止本領 輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識64 / 166韌致輻射韌致輻射輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識65 / 166輻射損失輻射損失 Z zZ z2 2/m/m2 2其中：其中：Z Z 物質的原子序數；物質的原子序數； z z 帶電粒子的電荷數；帶電粒子的電荷數； m m 帶電粒子的質量。帶電粒子的質量。在同一物質中，在同一物質中，粒子能量的輻射損失比能量相粒子能量的輻射損失比能量相同的電子約

55、小同的電子約小10107 7倍。因此，重帶電粒子的輻射損倍。因此，重帶電粒子的輻射損失可忽略不計，主要考慮電子的輻射損失。失可忽略不計，主要考慮電子的輻射損失。輻射損失與輻射損失與 成正比，表明物質的原子序數越成正比，表明物質的原子序數越大、帶電粒子的電荷數越多，輻射損失越大。大、帶電粒子的電荷數越多，輻射損失越大。它與帶電粒子的質量它與帶電粒子的質量 成反比，表明帶電粒子成反比，表明帶電粒子的質量越大，輻射損失越小。的質量越大，輻射損失越小。 2Zz2m在防護在防護射線時，為減少韌致輻射的產生，射線時，為減少韌致輻射的產生，必須內層用低必須內層用低Z Z材料來防護材料來防護射線，然后在射線，

56、然后在外層再用高外層再用高Z Z材料來防護韌致輻射。材料來防護韌致輻射。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識66 / 1661=dldESradcoldldEdldES1+1=E10MeVE10MeV，主要是電離損失和輻射損失：，主要是電離損失和輻射損失：重帶電粒子，輻射損失可以忽略。重帶電粒子，輻射損失可以忽略。 帶電粒子在物質中的一切能量損失，用總質帶電粒子在物質中的一切能量損失，用總質量阻止本領來表示。總質量阻止本領量阻止本領來表示。總質量阻止本領S/S/定義為定義為帶電粒子在密度為帶電粒子在密度為的介質中，穿過路程的介質中，穿過路程dldl時，時，所損失的一切能量所損失的一切能

57、量dEdE除以除以dldl而得的商。而得的商。總質量阻止本領總質量阻止本領輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識67 / 166X X、射線與物質相互作用的主要類型射線與物質相互作用的主要類型 D. D. 瑞利（相干）散射瑞利（相干）散射 E. E. 光核相互作用光核相互作用 在這些相互作用中，前三個是最重要的，在這些相互作用中，前三個是最重要的，因為這些相互作用會將能量轉移給電子，然后，因為這些相互作用會將能量轉移給電子，然后，電子沿其徑跡在許多次庫侖力（通常是很小的）電子沿其徑跡在許多次庫侖力（通常是很小的）相互作用中將該能量給予物質。相互作用中將該能量給予物質。 概述概述在在x x

58、和和射線與物質相互作用的各種類型中，有射線與物質相互作用的各種類型中，有五種相互作用類型是在放射物理中所必須考慮五種相互作用類型是在放射物理中所必須考慮的：的：A. A. 光電效應光電效應B. B. 康普頓效應康普頓效應C. C. 電子對效應電子對效應（2 2）X X、射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識68 / 166 X X、射線與物質的相互作用射線與物質的相互作用 的主要過程的主要過程A.A.光電效應光電效應光電子動能：光電子動能：Eeh Bi（ iK，L，M） 能量為能量為 hh的光子通過物質時，與原子內殼的光子通過物質時，與原子內殼層的

59、一個軌道電子相互作用，把全部能量傳遞給層的一個軌道電子相互作用，把全部能量傳遞給這個電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛成這個電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子（常稱光電子），這種效應稱光電效為自由電子（常稱光電子），這種效應稱光電效應。應。輻射安全與防護基礎知識輻射安全與防護基礎知識69 / 166 在光電吸收過程中，入射光子在與吸在光電吸收過程中，入射光子在與吸收物質原子的相互作用中完全消失，代以一收物質原子的相互作用中完全消失，代以一個有相當能量的光電子從原子某一束縛殼之個有相當能量的光電子從原子某一束縛殼之層發射出來。層發射出來。 光子是與原子整體相互作用，而不是光子是與

60、原子整體相互作用，而不是與自由電子發生相互作用。與自由電子發生相互作用。 原子吸收了光子的全部能量，其中一原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離部分消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離能，另一部分就作為光電子的動能。因此，能，另一部分就作為光電子的動能。因此，光電子的動能就是入射光子能量與該束縛電光電子的動能就是入射光子能量與該束縛電子所處電子殼層的結合能之差。對于能量足子所處電子殼層的結合能之差。對于能量足夠高的入射光子，光電子最可能來自原子中夠高的入射光子，光電子最可能來自原子中結合得最緊的結合得最緊的K K殼層。殼層。第第 I I 階段階段輻射安全與防護基礎