放射性基礎知識

2021-07-31 12:05:02 字數 4862 閱讀 6455

第一章放射源

§1-1 物質、原子和同位素

自然界中存在的各種各樣的物體,大的如宇宙中的星球,小的如肌體的細胞。都是由各種不同的物質組成的。

物質又是由無數的小顆粒所組成的。這種小顆粒叫做「原子」由幾個原子還可以組成較複雜的粒子叫分子。如水,就是由二個氫原子和乙個氧原子化合成乙個水分子。

無窮多的水分子聚在一起。就是巨集觀的水。

原子雖然很小,它仍有著複雜的結構。原子由原子核和一定數量的電子組成。原子核在中心,帶正電。

電子繞著原子核在特定的軌道上運動,帶負電。整個原子的正負電荷相等,是中性的。原子核內部的情況又是怎樣的呢?

簡單地講,原子核是由一定數量的質子和中子組成。中子數比質子數稍多一些。兩者數目具有一定的比例。

乙個原子所包含的質子數目與中子數目之和,稱為該原子的質量數。它也就是原子核的質量數。簡單歸納一下:

質子(帶正電,數目與電子相等)

原子核原子中子(不帶電,數目=質量數-原子序數)

電子(質量小,帶負電,數目與質子相等,稱為原子序數)

原子的化學性質僅僅取決於核外電子數目,也就是僅僅取決於它的原子序數。我們把原子序數相同的原子稱作元素。

有些原子,儘管它們的原子序數相同,可是中子數目不相同,這些原子的化學性質完全相同。而原子核有著不同的特性。

例如:11h、21h、31h,它們就是元素氫的三種同位素。又如:

59co和60co是元素鈷的兩種同位素。

235u和238u是元素鈾的兩種同位素

自然界中已發現107種元素,而同位素有4千餘種。

原子核裡的中子比質子稍多,確切地說,質子數與中子數應有乙個合適的比例(如輕核約為1:1,重核約為1:15)。

只有這樣的原子核才是穩定的,這種同位素就叫做穩定同位素。如果質子的數目過多或過少,也即中子數目過少或過多。原子核往往是不穩定的,它能夠自發地發生變化,同時放出射線和能量。

這種原子核就叫做放射性原子核。它組成的原子就叫做放射性同位素,如59co是穩定同位素,60co是放射性同位素。

放射性同位素分為天然和人工兩種。天然的就是自然界中容觀存在的。如鈾、釷、鐳及其子體;以及鉀、鈣等等。

人工的就是通過人為的方法製造的。如利用反應堆或加速器產生的粒子打在原子核上,發生核反應,使原子核內的質子(或中子)數目發生變化。生成放射性同位素,60co就是把59co放在反應堆裡照射。

吸收乙個中子後變成的,所以60co就是人工放射性同位素。

§1-2 放射性衰變和三種射線

放射性原子核通過自發地變化,放出射線和能量,同時自己變成乙個新的原子核。這個過程叫做放射性衰變。

絕大多數放射性原子核衰變時主要放射三種射線(或稱粒子),一種叫做α射線,它就是由2個質子和2個中子組成的氦原子核。即12he,帶有兩個單位的正電荷,質量數為4。另一種叫做β射線,它是高速運動的電子。

帶1個單位的負電荷,第三種叫γ射線,它是一種電磁波,不帶電,放出哪種射線就叫做哪種衰變。

某種放射性同位素發射什麼射線,能量是多少,可查閱衰變圖。亦可查閱「核素常用資料表」等書。我國常用的放射性同位素大部分是由原子能研究院生產的,他們編有專門的產品手冊。

給出了多種資料。

§1-3 半衰期與衰變常數

一定數量的放射性原子核,在每一秒鐘內都有一部分在發生衰變,變成了新的原子核,也就是說,放射性原子核的數目不斷減少,放射性原子核減少到原來數目的一半所經過的時間叫做半衰期,記作t。單位是時間的單位,如秒、小時、天、年等等。對每種放射性原子核來說,它是個常數。

例如:60co的半衰期t=5.3年,其意思是說,如果現在有1000個60co原子核,由於放射性衰變,5.

3年後只剩下500個了。另外500個變成了60n1原子核,再過5.3年60co原子核只剩下250個了。

依此類推,放射原子核60co的數目越來越少。

放射性原子核數目隨時間的減少服從指數規律,這是實驗得到的結果。如果我們已知某一時刻(t=0)的放射性核數為n0個,t時刻的核數為n(t)個,則有

n(t)=n0e-λt1-1)

這裡λ叫做衰變常數,單位1/秒或1/小時,1/年等:

e是自然對數的底,e=2.718……。

由此式,我們就可求出任意時刻所剩的放射性原子核數。

§1-4 放射性活度

放射性活度,以往常稱為放射性強度。為習慣起見,這裡仍用放射性強度的提法。

放射性強度的意思是,每秒鐘內有多少個原子核發生衰變,即衰變率。(不是放射性原子核的總數!)理論和實驗都證明了,放射性強度a隨時間的變化按指數規律減弱。

a(t)=a0e-λt1-2)

這裡a0是初始(t=0)的放射性強度;a(t)是t時刻的放射性強度;λ是衰變常數。

對半衰期較短的放射源,談及強度時,一定要標明時間,即放射性強度是什麼時候的強度,否則沒意義。

放射性強度的專用單位叫做居里

1居里=3.7×1010衰變/秒(bq1-3)

(國際制單位叫做貝可bq)

1貝可=1秒-1

1居里=3.7×1010貝可

即每秒發生3.7×1010次衰變,或者說,一秒鐘內有3.7×1010個核發生衰變.其放射性強度就叫做1居里。

1毫居里=1/1000居里=3.7×107衰變/秒;

1微居里=1/108居里=3.7×104衰變/秒。居里、毫居里也簡稱居、毫居。

§1-5 天然放射性和射線

放射性同位素有天然和人工的兩種。天然的放射性原子核存在於什麼地方?放射什麼射線?半衰期有多長?

天然放射性同位素,是和宇宙共生的。它們與地球年齡(約109年)相同或更長。在地球的土壤和岩石中,含有鈾、釷的多種放射性同位素及它們的一系列放射性的子體。

還有46k等等。它們的半衰期一般都很長,達108--109年。它們放出a、β、γ三種射線,這些放射性原子核在海水、地下水中也有微量存在。

在空氣中放射性的氡(222rn,220rn)氣,它們是由釷的子體衰變成的,所以只要地殼中的鈾釷衰變不完,空氣中就不斷有氡氣出現。

人體中除了含有少量上述的天然放射性同位素外,還有碳的放射性同位素14c,這是通過食物進入體內的。

從太陽和其它恆星發射的各種射線(俗稱宇宙射線)也會射到地球上來。它們雖然被大氣層吸收了一部分,也還有一部分進入人類的生活環境。

以上所說的天然放射性同位素和射線,統稱天然本底。近年來,由於原子能電站及核**的發展,核**的放射性沉降物及核反應堆排出的廢氣越來越多,它們當中的放射性物質都有一部分進入人類生活的環境,我們把這些也歸到天然本底中。

天然放射性同位素有些是有用的。如鈾,開採加工後可製成核燃料及核彈材料239u。又如通過測定鈾釷的放射性強度可確定地質年齡。利用14c可確定化石及古生物的年代等等。

第二章射線的輻射防護

放射性和電一樣,只要遵照有關的規則和標準,採取一定的安全措施,就可造福於人類,對健康沒有影響。為了使大家對放射性安全問題有乙個正確的認識,本章將介紹射線防護知識及放射源的使用注意事項等。

§2-1 射線對人體的影響

一、描寫γ射線劑量大小的物理量和單位

當γ射線照射物質時,一部分被物質吸收,另外一部分穿透物質。射線照射人體時,同樣也要被人體組織吸收掉一部分。這部分被人體吸收的射線,有可能對人體造成一定的影響。

為了建立乙個統一的尺度來衡量γ射線對人體危害的大小,沿用了醫學上表示藥量多少的「劑量」一詞。也就是說,根據人體受到的射線劑量的大小,來描寫人體可能受到的危害程度。

首先介紹描寫與射線劑量大小有關的三種物理量和單位

1.射線照射量x

γ射線照射量描寫的是空間某一點處的空氣吸收γ射線的多少。照射量x僅對空氣而言。不管放射源附近空間某一點處有無人體或其它物質存在。該點處的照射量是一確定的值。

照射量的專用單位為倫琴r 定義為:

在乙個大氣壓0℃的標準狀態下,空間某一點處的1公斤空氣中,由於射線照射總共產生了電荷量各為2.58×10-4庫侖的正負離子,則該點處的射線照射量為1倫琴。

1倫琴(r)=103毫倫(mr)=106微倫(μr)

同樣受到1倫琴的照射,有的是1年中受到的,有的是一天或1秒鐘受到的對體的影響是不同的。因此引入照射量率x,它的單位是倫琴/小時,毫倫/小時,微倫/秒等。

上面的倫琴叫做專用單位,是歷史上沿用下來的,我們國家正在推廣國際制單位。2023年以前要完成向國際制單位的過渡。照射量的國際制單位為庫侖/千克(c·kg-1)。

沒有專門的名稱和符號,兩種單位的關係為:

1倫琴r = 2.58×10-4庫侖/千克(c/kg)

2.射線的吸收劑量d

同樣的照射量下,不同的物質吸收γ射線能量是不一樣的。例如:肌肉和骨胳都受了1倫琴的照射,骨胳吸收的能量要多些。

因此,又引入了吸收劑量的概念,它表示的是某種物質吸收γ射線能量的多少。

吸收劑量的專用單位叫做拉德(rad),定義為:

1克物質從射線中吸收了100爾格的能量。則吸收劑量為1拉德。即:

1拉德(rad)=100爾格/克 (erg/g)

吸收劑量率的單位是拉德/小時,毫拉德/小時等等。

吸收劑量的國際制單位叫戈瑞(gy),定義為:

1戈瑞(gy)=1焦耳/公斤(j/kg)

兩種單位的關係為:

1拉德(rad)=0.01戈瑞(gy)

1戈瑞(gy)=100拉德(rad)

吸收劑量與照射量呈正比關係,即:d = c·x

c值隨γ射線能量及被照射物質的不同而不同,在我們所使用的60co及137cs放射源情況,對人體組織器官來說,當d以拉德為單位,x以倫琴為單位時,c≈1。

3. 劑量當量h

γ射線對人體的影響,除與吸收的能量即吸收劑量大小有關外,還與射線的種類有關,也就是說,不同種類的射線對人體的影響不同。例如:同樣是1拉德的吸收劑量,α射線對體的危害要比γ射線大得多。

為了描述射線對生物肌體危害的大小,又引入了「劑量當量」的概念。劑量當量等於吸收劑量乘上品質因數。其專用單位叫做雷姆(rem),即:

h=dqn

對γ射線,品質因數q=1,n是其它修正因子,目前指定為1。所以當生物組織受到γ射線照射時,吸收劑量為1拉德。則劑量當量就是1雷姆。

如前所述,劑量當量率的單位為雷姆/時,毫雷姆/時,微雷姆/秒等等。

放射性的基礎知識

一 放射性衰變 不穩定的原子核,能自發放出射線,轉變成穩定的原子核,這一轉變過程稱為放射性衰變。自然界存在著穩定性核素和放射性核素,放射性衰變是原子核內部的物理現象。穩定的原子核中,中子和質子數目通常保持一定的比例,當中子數或質子數過多時,原子核便不穩定,形成放射性核素。放射性核素又分為天然放射性核...

北戴河放射性實習報告

目錄第一章前言 1 第二章測區概況 2 2.1地理位置 2 2.2 地質地貌概況 2 2.3 放射性背景值 2 第三章儀器裝置 3 3.1 微機四道能譜儀 3 3.2 鐳a測氡儀 fd 3017 4 3.3 x 劑量率儀 ckl 3120 4 第四章剖面設計 5 4.1 工作任務 5 4.2 測網設...

職業性放射性疾病

1 外照射急性放射病 2 外照射亞急性放射病 3 外照射慢性放射病 4 內照射放射病 5 放射性 疾病 6 放射性腫瘤 7 放射性骨損傷 8 放射性甲狀腺疾病 9 放射性性腺疾病 10 放射復合傷 11 根據 職業性放射性疾病診斷標準 總則 可以診斷的其他放射性損傷 放射性損傷處理 急性損傷應立即脫...