放射防護學2025/4/101為什么要學習《放射防護學》？放射性來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，而放射線廣泛應用于各行各業，因而引起放射性防護問題。當學生要學習影像學和其他放射學課程，當我們跨出校門，走上核醫學和其他放射學工作崗位，當病人要接受放射性診斷檢查或放射治療，首先會想到放射線究竟對人有多大害處，人會受到哪些射線照射，放射線怎樣作用于人體組織，核醫學診斷、治療有什么特點、優勢，怎樣才能認識放射線，怎樣防護放射線，怎樣才能趨利避害，讓射線更好地為人類服務。在長期的核醫學和其他放射性工作實踐中，會遇到這樣那樣的關于放射性工作的管理和防護的問題，也會遇到上述各行各業的人員來咨詢有關放射防護的問題。因此，《放射防護學》是預防醫學系、影像系及放射醫學系等的主要專業課程之一。2025/4/102主要學習內容放射基礎知識輻射源和輻射劑量單位放射藥物放射性測量放射生物效應輻射防護的原理與措施放射衛生管理放射線的監測X射線、超聲的防護2025/4/103第一章放射基礎知識2025/4/104原子結構原子核中子質子電子+++第一節原子核結構2025/4/105原子核結構:X為元素符號Z為質子數N為中子數A為質量數原子核結構2025/4/106幾個概念元素(element)——具有相同質子數的原子。化學性質相同，但其中子數可以不同，因而物理性能不同，如碘元素中的131I和127I；核素（Nuclide）——質子數相同，中子數也相同，且具有相同能態的原子，稱為一種核素。同一元素可有多種核素，如131I、127I、3H、99mTc、99Tc分別為3種元素的5種核素；同質異能素（Isomer）——質子數和中子數都相同，但處于不同的核能狀態原子，如99mTc、99Tc。2025/4/107同位素——凡同一元素的不同核素（質子數同，中子數不同）在周期表上處于相同位置，互稱為該元素的同位素。Therearethesameprotons,butdifferentmassnumber(orneutrons).42025/4/108一、核力和放射性核素

原子核的核子之間存在著很強的短程引力稱為核力，核力使原子核中的核子結合在一起，同時，原子核中又存在帶正電荷的質子之間的靜電排斥力，原子核的穩定性由核子之間的核力和質子之間的靜電排斥力的相對大小決定，與核內質子數和中子數的比例有關。

Z<20Z/N=1StabilityZ>20N/Z>1Stability

Z>83Unstability

第二節放射性衰變2025/4/109P>83的核素，核力不能與質子間的斥力保持平衡，故全是不穩定的放射性核素。P<82的核素，天然的放射性核素很少，多由人工生產。

2025/4/1010ProtonrichnucleiNeutronrichnucleiZ=N05010015050100ProtonnumberNeutronnumberNeutron-protonratiowithlinenuclearstability2025/4/1011原子核穩定，不會自發衰變的核素稱為穩定核素(stablenuclide);原子核處于不穩定狀態，需通過核內結構或能級調整才能趨于穩定的核素稱為放射性核素(radionuclide);放射性核素的原子由于核內結構或能級調整，自發地釋放出一種或一種以上的射線并轉化為另一種原子的過程稱為放射性衰變(radioactivedecay)。2025/4/1012+++++++++從母核中射出的4He原子核238U

4He+234Th放射性母核!!二、基本衰變類型1.衰變

238U→234Th+4He+Q粒子得到大部分衰變能，粒子含2個質子，2個中子2025/4/1013衰變：241Am

237Np+4He2025/4/1014Characteristicofalphaparticleα粒子實質上是He原子核，α衰變發生在原子序數大于82的重元素核素。α粒子的速度約為光速的1/10，即２萬km/s，2s繞地球１周。在空氣中的射程約為3-8cm，在水中或機體內為0.06～0.16mm。因其射程短，一張紙即可阻擋但α粒子的電離能力很強。2025/4/1015β-衰變

3215P→3216S+β-+Ue+1.71MeVβ+衰變

137N→136C+β++υ+1.190MeV電子俘獲（electroncapture）發生原因——母核中子或質子過多2.衰變β射線本質：高速運動的電子流2025/4/1016

-衰變：3H

3He+

-2025/4/1017

-衰變2025/4/1018正電子衰變：11C

11B+

+2025/4/1019質子變成中子X射線電子俘獲（electroncapture）核外軌道電子2025/4/1020電子俘獲：7Be

7Li2025/4/1021+++++++++－中微子

光子4.衰變γ衰變往往是繼發于α衰變或β衰變后發生，這些衰變后，原子核還處于較高能量狀態，原子核以放出γ-ray釋放出過剩能量99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ

(T1/2:①66.02d;②6.02h)131I→131Xe+β-

+γ

(T1/2:8.04d)2025/4/1022

137Cs137Ba*（激發態）母核-衰變衰變

137Ba+射線（661.7keV）子核（基態）（0.0）光子是什麼？（舉例說明光子的來源和分類）

射線就是高能量的光子：幾百keV-MeV量級

衰變發生由于原子核能量態高，從高能態向低能態躍遷，在這個過程中發射

射線，原子核能態降低。

射線是高能量的電磁輻射——

光子2025/4/1023衰變特點：1、從原子核中發射出光子2、常常在或衰變后核子從激發態退激時發生3、產生的射線能量離散4、可以通過測量光子能量來區分母體的核素類別2025/4/1024衰變——3He

3He2025/4/1025ComparisonofthreedecayyesyesyesEnergychangednoyesyesProtonchangednonoyesMasschangedgammadecaybetadecayalphadecay2025/4/1026各種放射線的性質比較最強，穿幾cm鉛版最弱100光子γ射線較強，穿幾mm鋁板較強0.99-11/1840電子β射線最弱，紙能擋住最強0.1+24氦核α射線貫穿性電離性速度（c）電荷（e）質量（u）本質種類2025/4/1027⑴⑵βγαα

γ

β三種射線在勻強磁場、勻強電場、正交電場和磁場中的偏轉情況比較：如上圖⑴、⑵所示，在勻強磁場和勻強電場中都是β比α的偏轉大，γ不偏轉；區別是：在磁場中偏轉軌跡是圓弧，在電場中偏轉軌跡是拋物線。2025/4/1028α

衰變β-

衰變β+

衰變

衰變2025/4/1029放射性核素是不穩定的，它要自發地發生衰變。放射性原子核并不是同時衰變的，對于某一個原子核而言，何時衰變是各自獨立沒有規律的，但對于某一種原子核的群體而言，它的衰變是有規律的，即原子核數目隨時間增長按指數規律減少。三、放射性衰變基本規律2025/4/1030對于由大量原子組成的放射源，每個原子核都可能發生衰變，但不是所有原子在同一時刻都發生衰變，某一時刻僅有極少數原子發生衰變。放射性核素衰變是隨機的、自發的按一定的速率進行，各種放射性核素都有自己特有的衰變速度。放射性核素原子隨時間而呈指數規律減少，其表達式為：N=N0e-λt

λ：衰變常數(decayconstant)t：decaytimee：baseofnaturallogarithm2025/4/1031指數衰減規律N=N0e-t

N0:（t=0）時放射性原子核的數目N:經過t時間后未發生衰變的放射性原子核數目:放射性原子核衰變常數大小只與原子核本身性質有關，與外界條件無關;數值越大衰變越快N=N0e-t衰變規律2025/4/1032Decayconstant(λ)衰變常數：某種放射性核素的核在單位時間內自發衰變的幾率；它反映該核素衰變的速度和特性；λ值大衰變快，小則衰變慢，不受任何影響。不同的放射性核素有不同的λ。2025/4/1033放射性活度（radioactivity,A)定義：單位時間內發生衰變的原子核數1Bq=1S-11Ci=3.7×1010Bq1Ci=1000mCiA=dN/dt2025/4/1034Radioactivity放射性活度一定量的放射性核素在一很短的時間間隔內發生核衰變數除以該時間間隔。即單位時間的核衰變數目；A=dN/dt單位：s-1，專用名：貝可（Becquerel，Bq）,1Bq=1S-1,舊單位為Ci,1Ci=3.7X1010Bq衍生單位：KBq、MBq、GBq(10億)、TBq，Ci、mCi、

Ci。2025/4/1035比放射性活度：定義：單位質量或體積中放射性核素的放射性活度。單位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l2025/4/1036Specificactivityandradioactivityconcentration比放射性活度(Specificactivity)：指單位質量的放射性制劑中的放射性活度，Bq/mol,Bq/g；比放射性濃度(Radioactivityconcentration)：單位容積的放射性制劑中的放射性活度，Bq/L；2025/4/1037儀器常用單位：

dps:disintegrationpersecondcps:countspersecond2025/4/1038半衰期(halflife)

放射性原子核數衰變一半所需的時間2025/4/1039物理半衰期(Physicalhalflife，T1/2)

在單一的放射性核素衰變過程中，放射性活度降至原來一半所需的時間；長者可達1010a，短者僅有10-10s。半衰期<10h的核素稱為短半衰期核素。T1/2=0.693/λ2025/4/1040生物半衰期(Biologicalhalflife

,Tb)在某生物體系中，某種指定化學元素的排出速率近似地按指數規律減少時，由于生物過程使其在此系統中減少至一半所需時間。2025/4/1041

Effectivehalflife(有效半衰期,Te)：當某生物系統中，某種指定的放射性核素的量，由于放射性衰變和生物排出的綜合作用，而近似地按指數規律減少時，該核素的量減少一半所需時間。

例：131I在甲狀腺的Te計算，131I物理T1/2為8.1天，設Tb為７天；

Te=(8.1x7)/(8.1+7)=3.75天。2025/4/1042。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物質：氣體液體固體包括人體等第三節射線與物質的相互作用Interactionofrayandmatter

2025/4/1043Interactionsofchargedparticleswithmatter(α,β)Ionization電離Excitation激發Scattering散射Bremsstrahlung軔致輻射Interactionsofγ-raywithmatterPhotoelectriceffect光電效應Comptonscattering康普頓散射Pairproduction電子對生成2025/4/10441.帶電粒子與物質相互作用2025/4/1045自由電子正離子

α+靶原子→正離子+電子+α

4He+Ar→Ar++e-+4He物質中原子被電離，在粒子通過的路徑上形成許多離子對：正離子和自由電子

+

e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-庫侖作用（1）電離2025/4/1046α、β→matter→electrons→e-leaveorbit→freeelectron；失去e-的核帶正電荷，兩者形成一對離子。自由電子還可使其它原子發生電離：次級電離。Chargedparticlee-IonpairsSecondaryionization33.85eVmatter2025/4/1047α射線與β射線電離效應比較

α射線

β射線徑跡：粗直細彎

α：電離作用強電離作用嚴重產生離子對數目多電離作用

Z1Z2/v2

Z1

入射粒子原子序數

Z2

靶粒子原子序數

v入射粒子速度實驗結果2025/4/1048α粒子徑跡是一條直線5.3MeVα粒子在空氣中的射程3.83cm電子徑跡是折線2025/4/1049電離密度（Ionizationdensity）單位路徑形成的離子對數目稱為:

ionizationdensity。表示帶電離子電離能力大小；電離密度取決于帶電粒子能量、速度與物質密度。帶電粒子能量大、速度慢、物質密度低，電離密度則大。2025/4/1050

電離輻射直接或間接使介質發生電離效應的帶電或不帶電的射線或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂變碎片

介子等

來源

1)放射性物質(人造天然）2)加速器3)反應堆4)宇宙射線5)地球環境

電離輻射和非電離輻射非電離輻射紫外線、紅外線、微波等這些粒子雖能夠同物質發生作用但都不能使物質發生電離效應～eV量級移動電話800-1800MHz﹤0.01eV(沒有電離作用）2025/4/1051

（2）激發：

αandβ→matter→orbite-andgotenergy→lowlevel→highlevel→excitationstate→deexcitation→CharacteristicX-rayandAugerelectron

Chargedparticleparticleγ(deexcitation)2025/4/1052（3）軔致輻射，Bremsstrahlung高速帶電粒子通過物質原子核電場時受到突然阻滯，運動方向發生偏轉，部分或全部動能轉化為具有連續能譜的軔致輻射；產生幾率隨帶電粒子的能量和物質原子序數增大而增大。particleX-ray2025/4/1053電子打在熒光屏上產生X射線特征:x射線能量連續

0–EMax(電子能量)

電視機高壓15kV

電子束能量15keVx射線能量0-15keV應注意玻璃含有40K、U、Th電視機顯像管2025/4/1054Scattering散射入射粒子與粒子或粒子系統碰撞而改變運動方向與能量的過程。僅改變運動方向能量不變者為彈性碰撞。α粒子的質量較大，徑跡基本呈直線，發生散射較少。β粒子輕，運動為曲線，散射明顯。particleparticle2025/4/1055

光電效應、康普頓效應、電子對生成2.γ射線與物質相互作用：2025/4/1056三種作用效應

光電效應康普頓效應電子對效應

產生次級電子電離效應次級電子使物質原子電離γ射線第1步初級作用第2步次級作用2025/4/1057自由電子作用機制：光子同(整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為自由電子，光子本身消失了。

γ+A

A*+e-

（光電子）

原子

A+X射線原子受激原子（1）光電效應

2025/4/1058XrayAugerelectronphotoelectronγKLPhotoelectriceffectElectronvacancyfilledMe-Incidentphoton2025/4/1059（2）康普頓效應（Comptoneffect）Energyrange：Severalto0.5MeVPartenergygiveorbitalelectronsResidualenergygivescatteredphotonIncidenceγComptone-scatteringγElasticcollisionKLM2025/4/1060（3）電子對生產效應（Electronpairproduction）Photonenergygreaterthan1.02MeVpassesnearthehighelectricfieldofthenucleusincidenceγγγ511keV511keV+e-

freeelectrone-e+2025/4/1061電子對效應能量≥1.02MeV的γ射線與原子核作用可能產生一對正-負電子。

M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：γ射線能量Eγ1.02MeV能量轉化成質量M=E/C22025/4/1062電子對的生成和與物質的相互作用2025/4/1063正電子湮滅正電子與負電子相遇發生湮滅，產生兩個0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-