放射性剂量防护探测基本知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一章 放射性基本知识,1.1 电离辐射来源,1.2 原子与原子核,1.3 原子核的放射性,1.3.1 放射性,1.3.2,射线种类,1.4 放射性活度,1.5 放射性衰变的种类,1.6 放射性核素衰变的规律,1.7 天然放射性核素的三个放射系,1.8 射线与物质的相互作用,1.9 裂变反应和聚变反应,1.9.1 原子核的结合能,1.9.2 裂变反应,1.9.3 聚变反应,第一章 放射性基本知识,1.1 电离辐射来源,1.1.1 天然放射性,宇宙射线,宇生放射性核素,3,H,14,C,7,Be，,22,Na 等,陆生放射性核素 3个放射系 长寿命核素,40,K 等,1.1.2 人工放射性核素,137,Cs,90,Sr,131,I，,60,Co 等,1.1.3 射线装置 X 射线机，加速器，中子发生器 等,(X 射线的产生机理：轫致辐射 特征X 射线),1.2 原子与原子核,1.2.1 原子与原子核的大小和组成：10,-10,m 10,-15,m，,质量 质量数,1.2.2 原子的汤姆逊模型和卢瑟福模型,1.3 原子核的放射性,1.3.1 放射性,原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。,能自发地放射各种射线的核素，叫放射性核素。,原子核自发地放射出射线后，原子核本身就从一种核素转变成另一种核素，这种过程就叫做原子核的衰变，又叫放射性衰变。,除了原子核的放射性和宇宙射线，现在已被广泛应用的还有射线装置，它们主要有X射线机、粒子加速器、中子发生器等的放射性。,1.3.2,射线种类,1.,射线是原子核发射的高速运动的氦原子核（又称粒子）,组成的。它的电离作用大，贯穿本领小。,2,.,射线是原子核发射的高速运动的正、负电子流，它的电离,作用较小，贯穿本领较大。,3,.,射线是原子核发射的波长很短的电磁波。它只有间接电离,作用，贯穿本领大。,此外，还有发射质子、中子、重离子等其它粒子的情况。,2.衰变,原子核的衰变有三种形式。它们是,-,衰变,+,衰变和电子俘获。其表达式分别为：,1.4),(1.5),(1.6),在衰变中，子核与母核的质量数相同，只是电荷数相差1。它们是相邻的同量异位数（连续谱和轻子数守恒）。,3.跃迁,原子核由高能态向低能态跃迁，通常放射射线，也有可能放出内转换电子。如,137,Cs的衰变就存在着内转换电子。射线一般是伴随或衰变产生的，也有同核异能态的原子核向基态退激时发射射线的情形。如,(1.7),跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化，只是原子核内部能量状态的改变。,1.6 放射性核素的衰变规律,1.指数衰减规律,放射性原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，即某种原子核在时刻t的数量与起始时刻(t=0)数量之间存在着指数衰减的关系。,在数学上可以表示为,(1.8),（1.9）,式中，dN是t时刻发生衰变的原子核数；为衰变常数，它表示原子核发生衰变的快慢。N是这类原子核在时刻t时的数量；dt是表示微小的时间间隔。,半衰期T,1/2,：某种原子核的数量减少一半所需要的时间。,(1.10),2.暂时平衡,当母体和子体都是放射性核素，且母体A的半衰期不是很长，但比子体B的半衰期要长，即 时，可以在观察时间内看出母体放射性活度的变化，且在足够长时间后子体的变化将按母体的半衰期衰减，两者的原子核数目具有固定的比例关系。由于它们的活度是一直在变化的，因此称这种平衡为暂时平衡。,3.长期平衡,当母体的半衰期比子体的长得多,即 ,且在观察的时间内，看不出母体放射性活度的变化，则在足够长的时间后，子体的放射性活度保持不变，等于母体的活度。这就叫长期平衡。,1.7 天然放射性核素的三个放射系,自然界存在三个天然放射系。它们的母体半衰期都很长，经过至少10次连续衰变，最后成为稳定的铅同位素。它们是:,1.钍系：该系从,232,Th开始，经过10次连续衰变，最后变成稳定的,208,Pb。这个系的成员，其质量数都是4的整数倍，即A=4n。母体,232,Th的半衰期为1.40510,10,a。,2.铀系：该系从,238,U开始，经过14次连续衰变，最后变成稳定核素,206,Pb。这个系的成员的质量数都是4的整数倍加2，即A=4n+2，母体,238,U的半衰期为4.46810,9,a。,3.锕系：该系从,235,U开始，经过11次连续衰变，最后变成稳定核素,207,Pb。由于,235,U俗称锕铀，因而叫作锕系。该系成员的质量数都是4的整数倍加3，即A=4n+3。母体,235,U的半衰期为7.03810,8,a。,可以想象，自然界中还应该存在,A=4n+1,系。它起源于,237,Np,，称为镎系。由于,237,Np,的半衰期只有,2.14,10,6,a,，比地球年龄小得多，在漫长的地质年代中已经衰变完了，所以至今已不复存在。,1.8 射线与物质的相互作用,1.8.1 射线和射线与物质的相互作用,射线与物质的相互作用：电离损失,射线与物质的相互作用：,电离损失,辐射损失,正电子湮灭,1.8.2 射线与物质的相互作用,光电效应,康普顿效应,电子对效应（正电子湮灭）,1.9 裂变反应和聚变反应,1.9.1 原子核的结合能,原子核的质量总是比组成它的核子的总质量小，表明由自由核子结合成原子核的时候，有能量释放出来。这种释放的能量称为原子核的结合能，用 B(Z,A)表示。它的表示式为：,B(Z,A)=ZM(,1,H)+(A-Z)Mn-M(Z,A)C,2,(1),原子核每个核子的平均结合能，又称比结合能(,),。,=B(Z,A)/A （2）,1.9.2 裂变反应,如果将很重的核（A200）分裂成两个中等重量的核，这一裂变反应将会释放出能量。对于大多数重核，则要给予一定的条件，才会发生自发裂变。其中最著名的就是,235,U的裂变反应。,一个,235,U核吸收了一个中子后，就可以发生裂变，释放出大约210 MeV的能量，同时放出2-3个中子。如果这些中子都被其它的,235,U核吸收，使之裂变，就可以放出6-9个中子。这一反应继续下去，就会在瞬间放出巨大的能量。这就是原子弹的制造原理。,如果将每次,235,U,裂变释放的多余中子吸收掉，只保留一个中子与,235,U,发生反应，则这一链式反应就长期等速维持下去，使它不断释放出能量。这就是原子能反应堆的基本原理。,1.9.3 聚变反应,当两个轻核聚合为一个稍重的原子核时，也可以放出巨大能量。例如氘核和氚核的聚合反应，每次反应约放出20 MeV的能量。,(3),这就是氢弹和热核反应的基本原理。当然要使这两个原子核结合在一起，首先必须给它们提供能量。,如果能控制聚合反应的速度，使它能持继而缓慢地释放能，就可以作为新的能源。这就是人们正在研究的受控热核反应。,对于相同重量的热核燃料，其释放的能量约是裂变反应的5倍，且不会造成严重的放射性污染。,第二章,辐射防护基本知识,2.1 辐射防护的目的,2.2 辐射剂量学的几个常用量及其单位,2.3 辐射效应的分类,2.4 辐射防护的要求,2.5 辐射防护的基本方法,第二章,辐射防护基本知识,2.1 辐射防护的目的,辐射防护的目的：防止有害的确定性效应；限制随机性效应的发生几率，使它们达到被认为可以接受的水平。,2.2 辐射剂量学的几个常用量及其单位,2.2.1 比释动能（照射量）Gy (C/kg),2.2.2 吸收剂量 Gy rad,2.2.3 当量剂量 Sv rem,2.2.4 有效剂量 Sv rem,2.2.5 集体剂量 人,Sv,人,rem,2.3 辐射效应的分类,2.3.1 躯体效应和遗传效应：按生物效应,发生的个体不同来划分。,2.3.2 随机性效应和确定性效应：按生物,效应发生的可能性来划分。,2.4 辐射防护的要求,电离辐射防护与辐射源安全基本标准,(GB18871-2002),2.4.1 实践的正当性,2.4.2 剂量限制与潜在照射危险限制,职业照射：平均 20 mSv/a,公众照射：平均 1 mSv/a,2.4.3 最优化原则-防护体系的核心与灵魂,“可合理达到的尽量低水平”（ALARA原则）,2.4.4 剂量约束与潜在照射约束,职业照射：5 mSv/a,公众照射：0.10.3 mSv/a,2.4.5 医疗照射指导水平,2.5 辐射防护的基本方法,2.5.1 外照射的防护,时间防护,距离防护,物质屏蔽：x-,射线,射线 中子慢化与吸收,2.5.2 内照射的防护,吸入：负压密闭，净化，稀释,食入：禁止饮食,体表侵入：工作衣帽鞋等,药物：减少吸收及促排,第三章 电离辐射监测,3.1 环境中的放射性,3.2 辐射探测器原理,3.3,主要的辐射监测仪,3.4 选用监测仪的原则,3.5 辐射监测,3.1,环境中的放射性,3.1.1 大气中的放射性,空气,气溶胶,沉降灰,3,H,14,C,7,Be,氡及其子体,人工放射性:,137,Cs,90,Sr,131,I,3.1.2 土壤和岩石中的放射性,三个天然衰变链及长寿命核素,40,K,3,H,14,C,7,Be,人工放射性:,137,Cs,90,Sr,3.1.3 水中的放射性,三个天然衰变链及长寿命核素,40,K,3,H,222,Rn,人工放射性:,137,Cs,90,Sr,3.1.4 生物中的放射性,三个天然衰变链及长寿命核素,40,K,3,H,14,C7,Be,人工放射性:,137,Cs,90,Sr,3.2 辐射探测器原理,辐射探测根据探测内容的不同，可以分为计,数测量、能量测量、能谱测量和径迹测量等。,3.2.1 气体电离探测器(利用射线在气体介质中产,生的电离效应）,电离室,正比计数管,GM计数管,3.2.2 闪烁探测器（利用射线在闪烁物质,中产生的发光效应）,NaI闪烁体,塑料闪烁体,ZnS闪烁体,液体闪烁体,3.2.3 半导体探测器（利用射线在半导体中,产生的电子和空穴对）,HPGe,HPSi,Si(Li),3.2.4 热释光探测器,LiF(Mg,Cu,P),CaSO,4,等,3.2.5 核反应探测法（中子探测）,BF,3：,（质子反冲测量法）,3.2.6 径迹法,径迹蚀刻,威尔逊云室,3.3 主要的辐射监测仪,X、辐射监测仪,、表面污染监测仪,热释光剂量计,谱仪,液体闪烁谱仪,、测量仪,中子监测仪,3.4 选用监测仪的原则,1.测量对象,2.量程范围,3.能量响应,4.灵敏度,5.环境特性,6.精度要求,7.应用场所(固定或便携),8.对其它辐射的响应,9.其它因素，如角相应等,3.5 辐射监测,1.环境监测,2.工作场所监测,3.个人剂量监测,4.流出物监测,5.事故监测,6.运输等其它监测,第四章 电离辐射源基础知识,4.1,密封源及其分类 5类,4,.,2 非密封源工作场所分级,按日等效最大操作量分为3级（核素毒性和操作,方式）,4,.,3 射线装置分类 3类,4,.,4 辐射工作场所分区,控制区：需要专门防护手段或安全措施的区域。,监督区：需要经常进行监督和评价的区域。,非限制区：日常活动不受限制的区域。,附录,一、,谱分析中的6种修正,1.干扰峰修正,2.样品自吸收修正,3.,样品形状（高度）修正,4.级联辐射修正,5.偶然符合相加修正,6.逃逸峰修正,二、滤膜法测定气溶胶放射性浓度,三层滤膜法,三、,7,Be含量测定的实际应用,四、对于,Beck,公式的含水量和氡逸出修正,H.L.Beck在放射性核素的含量随土壤深均匀分布,化学组成是固体介质成分占90%，H,2,O 10%，在所有衰变产物与其母体都处于放射性平衡的假定条件下，给出土壤中放射性核素在离地面1m高处空气中产生的吸收剂量率，即辐射剂量率的估算公式,1,2：,X,1,=4.27C,U1,+6.62C,Th1,+0.43C,K1,(1),X,1,=0.9(4.27C,U,+6.62C,Th1,+0.43C,K,)(2),a=0.864 b=0.737 c=0.342,五、杭州地区气溶胶中浓度的季节性变化,规律,与季节性降雨规律呈负相关,