放射衛生學複習資料
本課程授課內容：
第一章射線與物質的相互作用
第二章輻射源、輻射單位
第三章電離輻射的生物學作用
第四章放射衛生防護
第五章醫用射線衛生防護
第一章射線與物質的相互作用
第一節、概念
放射衛生學：研究如何保護人類及其生活環境免受輻射危害的一門應用性學科。
主要研究內容：電離輻射對機體的生物效應；放射防護標準；放射防護措施。
目的：保護放射工作人員、公眾及其後代的健康與安全，促進放射學、核醫學、原子能科學的發展。
放射衛生屬於公共衛生中「五大衛生」之一。
醫學輻射防護學
是研究輻射對人體的健康效應及其損傷機理，為輻射的使用提供防護手段與安全措施的一門邊緣學科。
2023年倫琴發現x射線
2023年貝克勒爾發現物質的放射性
2023年湯姆遜證明電子存在
2023年居里夫婦發現鐳和釙
2023年盧瑟福發現α和β射線
2023年盧瑟福發現原子核
2023年查德維克發現中子，安德森發現正電子
2023年費公尺利用中子製造放射性元素
2023年第一次核能發電在美國實現
目前全世界有核電站473座、中國7座。佔世界總發電量17%，1g 235u產生相當於2.8噸煤電量。
放射性的發現
原子結構：
1、結構：
核外電子：k、l、m、n、o、p、q殼層，離核越遠位能越高。
原子核:（核子：1-多個質子，0-多個中子）。
原子質量： a= z（質子數）+n
質子（proton，p）和中子（nertron，n）是兩種質量相近，但狀態不一樣的核子，在一定條件下可以相互轉化。
a：質量數 z：原子序數/質子數 x：元素符號
2、原子核的能級（能量狀態）:基態、激發態。
99tc 、 99mtc
原子核內的質子和中子，也和核外電子一樣分層排列，也具有不同的能級。一般情況下原子核和核外電子都處於最低能量狀態，稱為基態（ground state）。當受到高能量粒子轟擊或核內部發生結構改變，原子可暫處於高能量狀態，稱之為激發態（excited state）。
凡具有特定的質量數、原子序數、和核能態，且平均壽命長到足以被觀測的一種原子。
核素：核素、同位素、同質異能素
元素：質子數相同的一類原子。109種.
同位素(一種元素的多種型別原子)
質子數相同、中子數不同，屬於同一種元素的原子。
它們具有共同的化學性質，在元素週期表上排在同乙個位置。但物理特性可有某些差異。
z n
h-1 1 0 氕
h-2 1 1 氘
h-3 1 2 氚
z n a
120i 53 67 120
121i 53 68 121
139i 53 86 139
放射性核素
原子核的穩定性：
在原子核內，帶正電荷的質子之間存在著相互排斥的庫侖斥力，及核子（質子、中子）之間相互吸引的短程核力（萬有引力），當中子數與質子數比例恰當時，二種力處於平衡，原子核穩定。
對於z小的核素（一般為z<20）：z/n=1時，核素穩定。
當質子數較多時（z>20）：n/z＞1時，核素穩定。
（庫侖力增大，需要較多的中子數才能使二種力保持平衡）
但太大比例也不穩定。
當z>83時，核力不能與質子的斥力保持平衡（質子太多），
均為不穩定的原子。
穩定性核素：
能穩定存在，不會或不易自發地發生核內成分或核能態變化的核素。現2300種核素中只有274種。
不穩定核素－放射性核素：
能自發地轉變為另一種原子核或自發地發生核能態的變化同時放出某種射線的核素。
放射性、射線
1.核衰變（核蛻變nuclear disintegration）
不穩定的原子核自發地從原子核內部放出電磁波（γ）或帶有一定能量的粒子（α、β等），降低其能級水平，轉化為結構穩定的核的過程。
2.放射性
不穩定核素自發地放出某種粒子或自發裂變的性質。分為天然放射性，人工（核反應堆、加速器、中資源）放射性。
3、射線：指波長較短的電磁波和微小粒子的流動現象。
4、輻射（radiation）：物質向周圍發散能量的過程。
輻射電磁輻射:如x和γ射線
粒子輻射：如α、β、電子、中子、質子等
電離輻射：
非電離輻射：
如無線電波、微波、紫外線、紅外線等
能直接或間接使被作用物質產生電離作用的射線稱為電離輻射。
從乙個原子中釋放出乙個價電子需要的能量為4～25ev量級。當電子、質子、中子等基本粒子的動能大於該值時，可將其稱為電離輻射。
通常，將量子能量大於12ev的電磁輻射視為電離輻射；
而將量子能小於12ev的電磁輻射稱作非電離輻射。
直接電離作用：α、β、質子、電子等帶電粒子。
間接電離作用：x、γ、中子、不帶電粒子。
電磁輻射波譜：見幻燈片
一、射線的產生
（一）核衰變
一種核素自發地放出射線轉變為另一種核素的現象。
第二節射線與物質的相互作用
放射性衰變的種類
a射線：he核流。 帶正電荷
b射線：電子流。帶正、負電荷
γ射線：光子。 （見幻燈片）
1、α衰變：
衰變原因：z>82的重核，質子數太多。
α粒子特性：穿透能力弱，電離能力強。
√ 2、β衰變
衰變: 核電荷數1，核子數不變，即質量數不變
包括：β-衰變、β+衰變和軌道電子俘獲。
(1) β－衰變
衰變原因 ：核內中子數偏多（n/z太大）（天然穩定p為31/15）
1個中子轉變為1個質子、1個負電子。
β－粒子特點：電離能力僅α 1/100，空氣中射20m，能穿透**，軟組織中射程2cm
（2）β＋衰變
條件： 核內中子數相對不足（天然穩定f為19/9），z→n，放出乙個正電子。
β+粒子特性：空氣中射程1－2m，組織中射程1－2mm，然後發生湮滅輻射：電子質量消失轉變為二個能量為511kev的、方向相反的γ光子。
（3） 電子俘獲（ec）
中子數不足，原子核從核外殼層（k層）中俘獲乙個電子使核內的乙個質子轉變為中子，同時放出中微子的過程稱為電子俘獲。
ec衰變後可能伴隨下列各種射線產生：k層的電子空穴由外層較高能級電子填補，放出能量。
a.標識x射線 ：放出的能量以x光子形式發出。
b.俄歇電子：放出的能量傳給更外層的電子→獲能，脫離原子成為自由電子。
c.內轉換電子或放出γ射線（衰變後使原子核處於激發態）
ec以後原子核內仍具有較高能量，原子核處於激發態→放出γ射線，回到基態。或者將能量傳給軌道電子→自由電子（內轉換電子），
3、γ躍遷： 伴隨α或β衰變後發生。
例： 見幻燈片
γ特點：屬於電磁輻射。波長極短，穿透能力強 （空氣中射程數百公尺），直接電離能力弱。
核素發生器
利用衰變平衡從長壽命核素中不斷獲得短壽命核素的分離裝置。又稱母牛（cow）
原子核衰變規律：it =i0*e -λt
it —t時間後剩餘的母核數。
i0—初始時的母核數。
衰變常數。 λ越大，核衰變越快。
半衰期（t1/2） ：原子核數目減少一半所需要的時間稱作物理半衰期
t1/2=0.693/λ
（二）x射線的產生
特徵x射線（標識x射線）：原子核外電子的躍遷。
連續x射線（韌致輻射）：靶原子核的庫侖電場使高速運動電子動量改變時發射的電磁輻射。
特徵x射線
裝置見幻燈片
(1) x-射線管核心部分 (2) 低壓源 (5~10v) (3) 高壓源 (104~105v )
x 射線的產生
連續x射線的產生原理
韌致輻射高速電子進入到原子核附近的強電場區域（庫侖力），電子的速度大小和方向發生變化，以電磁波的形式向外輻射能量，即損失的能量直接轉化成x線。
由於電子與靶原子核的相對位置是任意的，電子進入靶的初動能經過多少次碰撞輻射而完全喪失也不確定，故輻射出的x線波長連續分布。
影響因素
a、與靶原子序數呈正比
b、與管電流大小呈正比
c、與管電壓n次方呈正比
特徵x射線的產生原理
（1）特徵x線的產生過程
高速電子進入靶物質後，其動能被靶原子內殼層電子獲得，成為自由電子。k層的電子空穴由外層較高能級電子填補，輻射出電磁波（x線）。
能量由兩能級差確定。 e2- e1= hf21
x光子輻射以k系為主
（2）特徵x線的激發電壓
靶原子（一般為鎢靶）的軌道電子在原子中有確定的結合能w。
當炸彈電子的動能大於內層電子結合能時，才可能使電子逸出造成空位，產生x射線。
炸彈電子的動能大小完全由管電壓確定
特徵譜線位置(頻率大小)只與物質結構有關。
指出:特徵x線只佔很少一部分。
醫用x線主要使用連續輻射部分。
物質結構的光譜分析用特徵輻射。
（三）中子射線：
如：鋂-鈹（241am-be）、
鐳-鈹（226ra-be）中子源。
用鋂、鐳產生的α粒子轟擊鈹放出中子。
快中子：10kev-10gev
中能中子：1kev-10kev
慢中子：0.5ev-1kev
熱中子：0.5ev以下。
射線的性質比較
射線為什麼對人體有害？
二.射線與物質的相互作用
（一）帶電粒子物質的相互作用
1 、 電離或激發作用
2 、 散射作用
3 、 韌致輻射
4 、 湮沒輻射
（二）γ射線、x射線與物質相互作用
1、 光電效應
2 、 康普頓—吳有訓散射
3 、 電子對效應
（三）中子與物質的相互作用
1、帶電粒子直接使物質電離、激發
電離:帶電粒子通過物質時，與核外電子發生靜電作用，電子獲得
足夠能量脫離軌道成為自由電子，失去電子的原子成為正離子。
激發：帶電粒子通過物質時，與核外電子發生靜電作用，其能量不足以使其脫離軌道，而使電子從低能級躍遷到高能級。
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