辐射防护基础及其应用11.辐射防护的基础知识辐射防护的基础知识2.核技术在工业中的应用核技术在工业中的应用2辐辐 射射手机、电脑辐射手机、电脑辐射电磁炉辐射电磁炉辐射紫外线辐射紫外线辐射稀土矿、放射源辐射稀土矿、放射源辐射核辐射核辐射3现代原子结构现代原子结构原子核中子质子电子(电子云)+ +原原子子的的直直径径约约为为1010-10-10米。米。原原子子核核在在中中心心约约原原子直径的子直径的1/100001/10000。原子的质量几乎全原子的质量几乎全集中在原子核上集中在原子核上电子的质量仅为质电子的质量仅为质子质量的子质量的1/18401/1840。一个电子所带的电一个电子所带的电荷为荷为1.61.61010-19-19库库仑（仑（C C），定义为），定义为单位电荷。单位电荷。 4二、二、有关原子核的一些术语有关原子核的一些术语 这一术语在核辐射防护中经常用到，它是指核这一术语在核辐射防护中经常用到，它是指核内具有一定数目的中子和质子，并处于同一能态的内具有一定数目的中子和质子，并处于同一能态的一类原子。核素用符号一类原子。核素用符号AZX表示，其中表示，其中X代表元素代表元素符号，符号，A为质量数，为质量数，Z为核电荷数。为核电荷数。 1、 核素：核素：5 同位素是指原子核内具有同位素是指原子核内具有相同的质子数相同的质子数和和不同的中子不同的中子数数的那些核素。的那些核素。同位同位是指该是指该同位素的各核素在元素周期同位素的各核素在元素周期表中处于表中处于同一个位置同一个位置,它们具它们具有基本有基本相同的化学性质相同的化学性质。2、同位素：、同位素：6 如：如： 238U、 235U、 234U等均为铀元素的同位素等均为铀元素的同位素,而而氢的同位素包括了氢的同位素包括了11H（氕）、（氕）、21H（氘）、（氘）、3 1H（氚）（氚）三种核素。核素和同位素是两个不同的术语，切勿混三种核素。核素和同位素是两个不同的术语，切勿混为一谈。为一谈。 7 1896年，法国科学家亨利贝可勒尔年，法国科学家亨利贝可勒尔（HBecquerel）发现用黑纸包的铀盐仍可）发现用黑纸包的铀盐仍可以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以以使照相底片感光，实验结果说明铀盐可以放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射出能透过黑纸的射线，由此发现了天然放射性。放射性。 第二节第二节 原子核与放射性关系原子核与放射性关系一、一、 放射性放射性8 在磁场中研究这种射线的性质时，证明它在磁场中研究这种射线的性质时，证明它是由三种成分组成的。是由三种成分组成的。其中一个成分在磁场其中一个成分在磁场中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向中的偏转方向与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第三个成分则不发生任何偏转，方向相同；第三个成分则不发生任何偏转，继续沿着直线方向前进。继续沿着直线方向前进。这三种射线分别叫这三种射线分别叫做做射线、射线、射线和射线和射线。射线。9 （1 1） 射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称射线是高速运动的氦原子核（又称 粒子）粒子）粒子）粒子）组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。它的它的它的它的电离作用大电离作用大电离作用大电离作用大，贯穿本领小贯穿本领小贯穿本领小贯穿本领小。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只。它在空气中的射程只有有有有几个厘米几个厘米几个厘米几个厘米。 （2 2） 射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的射线是高速运动的电子流，它的电离作用较电离作用较电离作用较电离作用较小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大小，贯穿本领较大, ,在空气中的射程因其能量的不同而在空气中的射程因其能量的不同而在空气中的射程因其能量的不同而在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为有较大差异，一般为有较大差异，一般为有较大差异，一般为几米至十几米几米至十几米几米至十几米几米至十几米。 （3 3） 射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不射线是波长很短的电磁波，所以在磁场中不发生偏转。它发生偏转。它发生偏转。它发生偏转。它具有间接电离作用具有间接电离作用具有间接电离作用具有间接电离作用，贯穿本领很大贯穿本领很大贯穿本领很大贯穿本领很大, ,在空在空在空在空气中的射程通常为气中的射程通常为气中的射程通常为气中的射程通常为几百米几百米几百米几百米。进一步的研究证明：进一步的研究证明：10二、二、 原子核衰变类型原子核衰变类型衰变、衰变、衰变、衰变、跃迁跃迁11第三节第三节 放射性衰变规律放射性衰变规律一、一、 放射性衰变规律放射性衰变规律 原子核发生衰变时，母核由于不断生成子核，因此随着时间原子核发生衰变时，母核由于不断生成子核，因此随着时间t的增加，母核数目将不断减少。通过大量的测量得出，的增加，母核数目将不断减少。通过大量的测量得出，任何一种任何一种放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律：放射性核素衰变都遵从下面的指数衰变规律： N = N0 * e-t No为起始时刻（为起始时刻（t=0）放射性原子核的数目。）放射性原子核的数目。N为为t时刻放射性原子时刻放射性原子核的数目。核的数目。12二、二、 衰变常数、半衰期衰变常数、半衰期1 衰变常数衰变常数 称之为衰变常数称之为衰变常数 的大小决定了放射性核素衰变的快慢的大小决定了放射性核素衰变的快慢 反映原子核本身的特性，不随外界条件变化反映原子核本身的特性，不随外界条件变化132半衰期半衰期 表征放射性核素自发核跃迁的另一参数是半表征放射性核素自发核跃迁的另一参数是半衰期，它衰期，它是指某种特定能态的放射性核素因发生是指某种特定能态的放射性核素因发生自发核跃迁而减少到原来原子核数一半所需的时自发核跃迁而减少到原来原子核数一半所需的时间。间。用用T1/2表示，量纲：年（表示，量纲：年（a）、天（）、天（d）、小）、小时（时（h）、分（）、分（min）和秒（）和秒（s）。）。 不同的放射性核素不同的放射性核素T1/2的差别可能很大，如：的差别可能很大，如：238U：T1/2=45108a，镭衰变产生的氡，镭衰变产生的氡-222（室（室内监测项目），内监测项目），T1/2=3.825d。14 如出厂活度为如出厂活度为100mci钴钴-60放射源，其半衰期为放射源，其半衰期为5.27年，经过若干年后的现存活度为：年，经过若干年后的现存活度为： 3.2年后年后:65.65mci; 5.27年后年后:50mci; 10.6年后年后:25mci; 15.27年后年后:13.43mci。15放射性活度放射性活度单位时间内某种原子核单位时间内某种原子核衰变的次数衰变的次数，称为该，称为该放射性物质的放射性活度，通常用放射性物质的放射性活度，通常用A表示。表示。放射性活度的国际单位为贝克（放射性活度的国际单位为贝克（Bq），常用），常用单位为居里（单位为居里（Ci）。）。16 lBq 等于放射性物质在等于放射性物质在 1 秒钟内有秒钟内有 1 个原子核发生衰变。其表达式如下：个原子核发生衰变。其表达式如下： l Bq = 1 次衰变次衰变 /秒秒 ，即，即1Bq =1/s国际上规国际上规定：一个放射源每秒钟有定：一个放射源每秒钟有 3.7 1010 次核衰变，其定义为居里。次核衰变，其定义为居里。即：即：1Ci=3.7 1010/s 显见显见 , 1Ci = 3.7 lO10 Bq17第四节第四节 辐辐 射射18射线射线射线X射线n中子中微子介子 紫外线 可见光激光红外线 电磁波（射频、公频）非电离辐射非电离辐射 e12ev 电离辐射电离辐射 e12ev 辐辐 射射 19 电离辐射作用于人体的电离辐射作用于人体的方式：方式： .内照射；内照射；.外照射；外照射； .内外混合照射。内外混合照射。20天然本底辐射天然本底辐射 人工辐射人工辐射电离辐射来源电离辐射来源21天然本底辐射天然本底辐射一般场所：一般场所： 天然本底为天然本底为 2. 4mSv/year, 多为内照射多为内照射 (222Rn, 60%)原生放射性核素原生放射性核素 宇生放射性核素宇生放射性核素宇宙射线宇宙射线天然辐射天然辐射22天然本底辐射的组成天然本底辐射的组成23类型类型剂量水平剂量水平(mSv)看电视每天看电视每天2小时小时0.01 mSv/a夜光表夜光表0.02 mSv/a乘飞机乘飞机2000km0.005mSv/h眼镜（局部）眼镜（局部）0.010.04mSv/a家用天然气（局部）家用天然气（局部）0.060.09mSv/a假牙（局部）假牙（局部）1Sv/a吸烟每天吸烟每天20支（支（“钋弹钋弹”）0.51 mSv/a诊断诊断X射线人均年有效剂量射线人均年有效剂量0.3CT人均单次有效剂量人均单次有效剂量8.6使用火力发电厂带来的照射使用火力发电厂带来的照射0.005核电站附近人均年有效剂量核电站附近人均年有效剂量0.001-0.02核设施附近人均年有效剂量核设施附近人均年有效剂量0.001-0.2人类生活方式对辐射水平的影响人类生活方式对辐射水平的影响24外照射防护的手段：外照射防护的手段：. 时间防护；时间防护；.距离防护；距离防护；.屏蔽防护屏蔽防护辐射防护的目的：辐射防护的目的：防止有害的非随机性效应，并限制随机性效应的发防止有害的非随机性效应，并限制随机性效应的发生率，使之达到被认为可以接受的水平。生率，使之达到被认为可以接受的水平。25 非随机性效应非随机性效应：也称确定性效应。有一个剂量阈值，损伤的严重：也称确定性效应。有一个剂量阈值，损伤的严重程度与剂量大小有关。例如乏力、脱发，剂量达到一定值后就会出现程度与剂量大小有关。例如乏力、脱发，剂量达到一定值后就会出现这种症状。这种症状。 随机性效应随机性效应：又称非确定性效应。发生几率与剂量大小成正比，：又称非确定性效应。发生几率与剂量大小成正比，但严重程度与剂量大小无关，没有阈值。例如癌症，它的发病几率随但严重程度与剂量大小无关，没有阈值。例如癌症，它的发病几率随剂量增加而增大，但没有一个剂量阈值，达到这个值就会发生癌症。剂量增加而增大，但没有一个剂量阈值，达到这个值就会发生癌症。26辐射应用和剂量限制制度的三原则辐射应用和剂量限制制度的三原则： 辐射实践的正当化；辐射防护的最优化；个人剂量当量辐射实践的正当化；辐射防护的最优化；个人剂量当量限值。限值。27含密封源仪表的卫生防护标准含密封源仪表的卫生防护标准GBZ125-2002对人员活动范围不限制剂量当量率对人员活动范围不限制剂量当量率H范围：范围：距离源表面距离源表面5cm处：处：H2.5Sv/h距离源表面100cm处：H0.25Sv/h28辐射标志辐射标志u当当 心心 电电 离离 辐辐 射射29复习题习题：1.1.原子是由原子是由原子核原子核和和核外电子核外电子组成。组成。2.2.辐射分为：电离辐射和非电离辐射3.3.电离辐射作用于人体的方式：电离辐射作用于人体的方式： 内照射；外照射；内外混合照射内照射；外照射；内外混合照射4.4.屏蔽屏蔽X X射线和射线和 射线的常用材料？射线的常用材料？射线的常用材料？射线的常用材料？ 铅，铁，混凝土等铅，铁，混凝土等铅，铁，混凝土等铅，铁，混凝土等305.出厂活度为出厂活度为100mCi100mCi的的6060CoCo经过经过5.275.27年的衰变后大概还有多大？（年的衰变后大概还有多大？（ 6060CoCo的半衰期是的半衰期是5.275.27年）年） 经过一个半衰期后，活度约为经过一个半衰期后，活度约为100mCi/2=50mCi100mCi/2=50mCi6.外照射辐射防护的三个基本方法？外照射辐射防护的三个基本方法？ 时间防护，距离防护，屏蔽防护时间防护，距离防护，屏蔽防护7.电离辐射有哪几种类型？电离辐射有哪几种类型？ 射线，射线，射线，射线， 射线，射线，射线，射线，X X射线，射线，射线，射线， 射线，中子等等射线，中子等等射线，中子等等射线，中子等等8.一枚一枚放射源放射源标牌显示为标牌显示为3.7 lO8 Bq，换算为居里后约为，换算为居里后约为_ mCi （已知（已知1Ci = 3.7 lO10 Bq）。）。 100 mCi 9.高炉点式放射性料位计采用的高炉点式放射性料位计采用的Co60放射源产生的是以下那种射线类型？放射源产生的是以下那种射线类型？A . 射线射线射线射线 B.B.射线射线射线射线 C.XC.X射线射线射线射线 D.D.射线射线射线射线10.10.举出两个以上放射性同位素或核技术在工业或生活中的应用。举出两个以上放射性同位素或核技术在工业或生活中的应用。举出两个以上放射性同位素或核技术在工业或生活中的应用。举出两个以上放射性同位素或核技术在工业或生活中的应用。CTCT，X X射线探伤，料位计，液位仪，密度计，灰分仪，伽马刀射线探伤，料位计，液位仪，密度计，灰分仪，伽马刀射线探伤，料位计，液位仪，密度计，灰分仪，伽马刀射线探伤，料位计，液位仪，密度计，灰分仪，伽马刀 311.辐射防护的基础知识辐射防护的基础知识2.核技术在工业中的应用核技术在工业中的应用32世界上第一张世界上第一张世界上第一张世界上第一张X X光照片光照片光照片光照片u医学医学CTCT(MCT) X射线断层扫描(XCT) 核磁共振CT(NMR-CT) 正电子发射CT(PET) 同位素单光子发射CT(SPECT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CTu工业工业CTCT(ICT) X射线CT 伽玛射线CT2)2)核成像技术核成像技术33相机34CT/PET35福来尔轿车透视图上图：水平透视图；下图：垂直透视图汽车内部结构扫描36卡车扫描图象ImagefromNewsweek,takenatthebordercrossingfromGuatemalatoMexico37安全检测安全检测u物性判别：汽油、炸弹等危险物品u例如，同是液体的水和汽油的密度分别是1.0和0.7，很容易区分。航空箱的断层图像箱中有箱中有3个塑料瓶子个塑料瓶子, 里面灌满了汽里面灌满了汽油油(左瓶左瓶)、水、水(中瓶中瓶) 或是一半汽油或是一半汽油一半水一半水(右瓶右瓶)。从图中可以清晰看。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏一在一盒黄油脂内埋藏一块肥皂块肥皂, 利用断层图像也能轻易分利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明截面。此图像充分表明CT 检测系检测系确实具备了物性判别的功能。确实具备了物性判别的功能。38核检测技术核检测技术(1)核子密度计核子密度计u用途：用途： 各各种种料料液液浓浓度度的的在在线线检检测测和和控控制制。也也可可通通过过密密度度而而间间接接测测定出料液中某种成分的含量、以及两种物料的本比等。定出料液中某种成分的含量、以及两种物料的本比等。 例例如如：选选矿矿工工艺艺中中矿矿浆浆和和浮浮选选液液浓浓度度的的在在线线检检测测和和控控制制；油油田田和和石石油油化化工工过过程程中中油油品品含含水水率率的的测测定定；选选煤煤厂厂选选煤煤液液密密度度的检测和控制；化工厂酸、的检测和控制；化工厂酸、 碱、盐的浓度以及各种成分碱、盐的浓度以及各种成分 配比的在线检测；造纸厂纸配比的在线检测；造纸厂纸 浆浓度的测定和控制；江河浆浓度的测定和控制；江河 中水流含沙量的测定。中水流含沙量的测定。39核检测技术核检测技术(1)核子密度计核子密度计u参数参数：1)1)测量范围：浓度测量范围：浓度0100。2)2)适应管径：直径适应管径：直径50500mm。3)3)精确度等级：精确度等级：0.1%1%。4)4)基本误差：量程的基本误差：量程的0.1%1%5)5)长期稳定性：长期稳定性：0.1%。4041核检测技术核检测技术(2)核子核子(皮带皮带)秤秤42核检测技术核检测技术(3)料位计及料位开料位计及料位开关关u原理：原理：检测检测射线穿透料仓或管道中射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。控制物料的输送。 放射源安装在料仓或管道的放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。一侧，探测器安装在另一侧。 43核检测技术核检测技术(4)射线测厚仪射线测厚仪射线测厚仪射线测厚仪44核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分、水份测煤质及灰分、水份测量量v煤灰份是煤的品质的重要指标。煤灰份是煤的品质的重要指标。v通用的方法是化学检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后通用的方法是化学检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后性，无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。性，无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。(1)灰分测量原理灰分测量原理 煤煤可可分分为为两两部部分分，一一是是以以碳碳为为代代表表的的低低原原子子序序数数元元素素；一一是是以以硅硅为为代代表表的的高高原原子序数元素。子序数元素。 煤煤灰灰主主要要由由煤煤中中高高原原子子序序数数元元素素的的氧氧化化物物组组成成( (硫硫除除外外) )。采采用用双双能能透透射射法法测测量量灰灰分分，即即利利用用两两种种可可放放射射不不同同能能量量射射线线的的放放射射源源来来构构成成“双双透透射射通通道道”，来来进进行行测测量。量。 45(2)用途：用途： 用用于于煤煤碳碳输输送送过过程程中中，对对原原煤煤的的灰灰分分、水水分分、纯纯碳碳量量和和发发热热量量进行在线检测、计量和控制。进行在线检测、计量和控制。(3)技术参数：技术参数： 长期稳定性：长期稳定性：0.1测量精度。测量精度。 测灰分的精度：测灰分的精度：0.5。(4)特点：特点： 采用闪烁谱自动稳峰技术，采用闪烁谱自动稳峰技术， 保证长期谱漂移保证长期谱漂移0.05%。46便携式、现场测量便携式、现场测量47核检测技术核检测技术(6)水份计水份计48核检测技术核检测技术(7)其它核检测技其它核检测技术术u铁矿石品位仪铁矿石品位仪(1)(1)原原理理：采采用用电电子子对对效效应应和和散散射射光光子子联联合合测测定定方方法法。当当铁铁原原子子和和高高能能射射线线发发生生相相互互作作用用时时，产产生生电电子子对对的的几几率率远远远远大大于于矿矿石石中中的的其其他他元元素素，对对湮湮没没辐辐射射和和散散射射光光子子的的混混合合谱谱进进行行分分析析，就就可可得得到铁的品位值。到铁的品位值。(2)(2)用途：用途：用于矿石或矿粉输送用于矿石或矿粉输送 过程中铁品位的在线连续检测。过程中铁品位的在线连续检测。 49u铁矿石品位仪铁矿石品位仪(3)(3)技术参数技术参数 测品位精度测品位精度 标定精度：标定精度：0.2。运行精度：运行精度：0.5。 射线计数率长期稳定性和测量值的重复性射线计数率长期稳定性和测量值的重复性0.1%。 主机工作环境：主机工作环境：0摄氏度摄氏度50摄氏度，相对湿度摄氏度，相对湿度95。 探测器工作环境：探测器工作环境：-40摄氏度摄氏度50摄氏度，相对湿度摄氏度，相对湿度95。(4)(4)特点：特点：用电子对效应测量铁矿石用电子对效应测量铁矿石( (或矿粉或矿粉) )中铁的品位，不中铁的品位，不受矿石的颗粒度、密度、疏松度、环境等外界因素的影响。受矿石的颗粒度、密度、疏松度、环境等外界因素的影响。 50核技术的辐射安全性核技术的辐射安全性u核检测的辐射防护与安全性能核检测的辐射防护与安全性能(以核子秤为例以核子秤为例)1)源罐屏蔽防护符合国家标准源罐屏蔽防护符合国家标准GB16368-1996，绝对安全可靠。绝对安全可靠。2)放放射射源源在在使使用用现现场场安安装装后后，源源罐罐周周围围5cm区区域域，剂剂量量率率最最大大为为0.1Gy/h，远远低低于于国国家家标标准准GB-4792-84中中所所规规定定的的限限值值(2.5Gy/h)。工作人员正常工作区域的新增工作人员正常工作区域的新增剂量接近为零。剂量接近为零。3)假假设设工工作作人人员员在在距距源源罐罐1米米处处每每天天工工作作8小小时时，连连续续工工作作一一年年，则则其其受受照照剂剂量量仅仅相相当当于于一一次次X光光透透视视剂剂量量的的几几十十分分之之一一。实实际际上上，秤秤体体部部分分无无需需人人员员操操作作，不不需需经经常常靠靠近近源源罐罐，更更不不用用停停留留那么长时间。那么长时间。4)权威部门证明：食品等被权威部门证明：食品等被射线照射后，不会造成污染，食用射线照射后，不会造成污染，食用后不会对人体健康有任何影响。后不会对人体健康有任何影响。 51 科学理解辐射科学理解辐射 理性对待辐射理性对待辐射52