1、苏州大学 公共卫生学院 曹毅 医学博士 国家注册核安全工程师 65881552,基本内容 辐射概念 原子与原子核 放射性 活度及衰减 电离辐射与物质相互作用,19世纪末，人类相继发现了X射线、放射性和电子，这三大发现揭开了近代物理的序幕，物质结构的研究开始进入微观领域。三大发现为核能和核技术应用奠定了基础,一、辐射,辐射: 以粒子或电磁波形式传递的能量。粒子：中子n，质子p，、带电粒子等。 电磁波：普通电磁波、X射线、射线。辐射之所以有健康危害,是因为其具有能量。 大体上，能量越大，辐射的危害越大。,电离与非电离辐射,电离辐射-能量能够引起原子电离的辐射 (10eV)核辐射(n, p, d,
2、T,e,X/,带电粒子等)都是电离辐射非电离辐射-能量不足以引起原子电离的辐射(10eV) 紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波(电离: 原子失去电子) 放射性工作者主要关心电离辐射(核辐射),辐射源：发射电离辐射或者释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或者实体。放射源：辐射源中一类源的称谓。除研究堆和核动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性物质。,电离辐射源,天然辐射源,人工辐射源,宇宙射线,宇生放射性核素,宇宙射线,原生放射性核素,核恐怖,核爆,核技术应用,核设施,222Rn及其子体,核技术医学应用,二、原子与原子核,核素 (nuclide) 处
3、于一定能级的具有相同质子数和中子数的同一类原子的总称。如99Tcm、99Tc等。同位素(isotopes)质子数Z相同, 中子数N不同的核素互为同位素。234,235,238U是铀的三种天然同位素。放射性核素(radionuclide) 能够自发地发射粒子(射线)或自发裂变的核素。如60Co、137Cs等。,e-,e-,e-,1H,2H,3H,D,T,H,99,1,P,P,n,n,n,P,H 同位素,人类已经发现近2800多种核素， 天然核素330多个，人工合成约2500种，天然核素中 稳定核素279，放射性核素50。,三、放射性,原子核自发地发射各种粒子(射线)的行为称为原子核的放射性。 原
4、子核自发地发射各种粒子而转变成另外的原子核的过程则称为原子核衰变。(、-、 + 、,等),天然放射性核素,天然放射性核素,天然放射系 238U、235U、232Th,半衰期很长 40K,天然核反应 3H、14C,天然放射系,铀系（238U）,锕系（235U）,钍系（232Th）,镭（226Ra）,镭（223Ra）,镭(228Ra,224Ra),氡（222Rn）,氡（219Rn）,氡（220Rn）,短寿命子体(218Po,214Pb,214Bi),短寿命子体(216Po,212Pb,212Bi),终止核素(206Pb),终止核素(207Pb),终止核素(208Pb),人工放射性核素,加速器生产；
5、 反应堆生产。Example: 重核裂变产物 ：90Sr , 137Cs , 99 Mo。 反应堆: 125I, 131I, 60Co, 99Mo。 加速器: 186Re, 18F, 11C。,四、放射源强度与衰减,放射性核素(天然/人工)都要发生衰变;以固定的衰变几率()衰变; (又称衰变常数)表征放射性强弱的量: 活度(A)A=N 活度单位: 1 贝克(Bq) = 1d/s (SI)1 居里 (Ci) = 3.71010d/s = 3.7 1010Bq,核素数目与活度的衰减 放射性核素衰变遵从指数衰变规律,半衰期 (T 1 / 2 ): 放射性核素的数目减少至原来一半所需要的时间.,No
6、= 100 T1/2 = 5 d,Time (days),0,20,40,60,80,100,0,5,10,15,五、电离辐射与物质相互作用,各种粒子/射线的穿透能力,1.带电粒子与物质相互作用 电离与激发 辐射损失.高速运动的带电粒子突然加速或减速时会发出具有连续能量的电磁辐射，通常称作韧致辐射。 正电子湮灭辐射：正负电子电子相遇，产生0.511MeV的湮灭辐射(方向相反). 2.射线与物质相互作用 光电效应 康普顿效应 电子对效应 3.中子与物质相互作用 散射 俘获,电离（Ionization）：从原子、分子或其他束缚状态释放 一个或多个电子的过程。在电离过程中产生的负离子和正离 子形成离
7、子对。,带电粒子通过物质,自由电子,正离子, + 靶原子 正离子 + 电子 + 4He + Ar Ar+ + e- + 4He,物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对： 正离子和自由电子,+,e-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,库仑作用,激发（Excitation）：如果上述过程中电子尚不能摆脱 原子核的束缚，只能从低能态跃迁到 高能态，则称为 激发。,轫致辐射 （Bremsstrahlung）物质中带电粒子受到原子核、电子 电场的作用，运
8、动方向发生大的偏折， 部分动能变成能量连续分布的X射线的 光子能量。,物质中 X、射线能量的转移和吸收,X、射线与可见光、紫外线无线电波、红外线一样属于电磁辐射，具有波粒二象性。,射线对物质的电离作用:两步过程,三种作用效应光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子,电离效应次级电子使 物质原子电离,射线,第 1 步 初级作用,第 2 步 次级作用,该过程中，原子吸收整个入射光子， 继而从原子壳层释放出一个电子(光电子),1）光电效应 （photoelectric effect),自由电子,作用机制 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为
9、自由电子，光子本身消失了。 + A A* + e- （光电子）原子 A + X 射线,原子,受激原子,1)光电效应,如果入射光子的能量比原子中束缚 电子的结合能大很多，则就光子而言， 可认为原子中的束缚电子是”自由”的。康普顿散射就是入射光子与“自由 电子”的弹性碰撞。,2）康普顿吴友训效应（Compton-Wu effect),当入射光子能量大于1.022MeV时，光子在原子核的库仑电场作用下， 射线消失，转换成一对正负电子（二者又可结合转化为光子） ， 此过程称为电子对生成。电子对效应通常发生在能量较大的光子。,3)电子对生成（pair production),能量1.02 MeV 的射线
10、 与原子核作用可能产生一对正-负电子。,M M + e+ + e- 1 + 2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV 基本条件： 射线能量 E 1.02 MeV,能量转化成质量 M = E /C2,3)电子对生成,三种效应与原子序数和光子能量的关系,X、射线进入物质后，有可能不 经过任何相互作用而穿透出去。一旦发生了相互作用，则会按照前 述过程被吸收或散射。,正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个 0.511 MeV的 光子。,e+ + e- + me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率 (100 %）,湮没辐射,中子能量
11、在物质中的 转移和吸收,中子不带电它只与物质的原子核发生相互作用作用过程有两类：散射和吸收,散射：弹性散射（n；n），中子部分动能向与其碰撞的原子核转移，自身则改变原来的运动方向。原子核越轻，得到的能量越多。氢核易受弹性散射，得到的能量最多。,散射：非弹性散射（n；, n），中子损 失部分能量，使原子核变成激发态，退 激时放出 光子。该过程发生存在阈值：En 0.1MeV 且重核的截面大于轻核的截面,散射：去弹性散射（n；多个 n），中子 与原子核作用后产生多个中子，核内质 子数照旧。唯有高能中子才能有此过程。,吸收：俘获过程，（n；）或（n；p） 原子核吸收中子，以发射光子或带电 粒子的形式释出多余能量。 如：1H （n；） 2H，辐射俘获14N （n；p） 14C,吸收：散裂过程，原子核吸收中子，发出多 个粒子。 如：12C （n；n,3）14N （n；2 ） 7Li,美国居民受辐射构成,谢谢,
