核工业辐射防护知识培训教材 第一章 辐射防护基础

核辐射防护基础,培训目标, 学习辐射防护基础知识和基本理论 了解核电站的辐射风险、学习辐射监测方法 探讨控制辐射危险的技术方法和管理措施,对待核辐射两种极端心态,核辐射恐惧症 核辐射麻痹症,第一章 辐射防护基础知识,1.辐射防护概念 及本课程设置的目的,1.1 什么是辐射防护,1.1 什么是辐射防护,辐射 以波或粒子的形式发射辐射能的过程 辐射分为电离辐射和非电离辐射 非电离辐射 有些辐射如红外线、微波等，由于能量低，不能引起物质电离。 电离辐射（又称核辐射） 由于放射性物质发出的射线与物质作用，会直接地或间接地使物质的原子发生电离，因此，人们把这种能产生电离的辐射称为电离辐射。,电离作用示意图,电离辐射 直接或间接使介质发生电离 效应的带电或不带电的射线 或粒子 (能量 keV ) 、 x、 n、p、 裂变碎片等 来 源 1)放射性物质 (人造 天然） 2)加速器 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境,非电离辐射 紫外线、红外线、微波等 这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应 eV 量级 移动电话 800-1800 MHz 0.01 eV (没有电离作用）,1. 什么是辐射防护,1. 什么是辐射防护,辐射防护 是研究保护人类和其他生物种群免受或少受辐射危害的应用性学科。 主要是指对电离辐射的防护。,1.2 辐射防护课程设置的目的,凡是在核电站控制区内工作的人员（包括承包商工作人员）都必须接受辐射防护课程的培训。,1.2 辐射防护课程设置的目的,对于工作执行人员 ： - 了解辐射防护的基础理论知识； - 了解工作现场的辐射风险； - 会使用常用的辐射监测仪表； - 掌握辐射防护的基本方法和实用措施； - 熟悉和遵守核电站，特别是控制区内的辐射安全规定； - 在辐射防护安全方面具有保护自己的能力。,1.2 辐射防护课程设置的目的,对于工作负责人员 ： - 了解辐射风险及其来源； - 遵循辐射防护最优化原则（即ALARA原则），制定和实施适当的辐射防护措施； - 并能在控制区内组织和建立工作区； - 了解高辐射风险操作的安全要求和防护方法； - 熟悉事故情况下，安全撤离的措施。,2 原子、原子核及放射性,2.1 原子 原子核,（1）原子 构成物质的最基本的单位是原子 直径：10-8cm左右 质量：微小，最轻的元素氢1H1.6733× 10-24g，一个铀原子，一个铀原子 238U的质量3.951 × 10-22克,原子结构,2.1 原子 原子核,（2）原子结构 原子是由更微小的粒子组成的，这些粒子称为基本粒子，它们是质子(P)、中子（n）和电子（e）等。,原子结构,核子,2.1 原子 原子核,（2）原子结构 基本粒子质量：微小 质子的质量为1.6725×10-24克； 中子的质量为1.6747×10-24克； 电子的质量为9.1089×10-28克。 基本粒子带电： 质子带有个单位的正电荷，电子带有个单位的负电荷，而中子不带电荷 e为电子的电荷量（1e=(1.602189±0.0000046) × 10-19库仑 核外电子总带电量为Ze,原子序数和原子质量数,原子序数（Z） 质子数 原子质量数（A） 质子数中子数 通常用下列符号表示不同元素的原子核： 其中，X为元素符号， Z为原子序数， A为原子质量数。 由于每一种元素的所有原子都有确定的质子数，所以Z有时可以不标出来，只标出A，简写成A，如： 3H、16O、32、60Co、131I 、235U,2.2 同位素 核素,同位素 定义： 具有相同质子数和不同中子数的同一类元素称为同位素。 一个氢原子可能含1、2、3个中子。分别称为氕、氘、氚。 同位素在元素周期表中占据同一个位置，原子量是不同的，元素周期表的排列是根据原子序数而不是原子量。,2.2 同位素 核素,同位素性质：化学性质完全相同， 核特性完全不同， 物理性质差别较大（特别是轻同位素） 天然的同位素存在状态： 大多是以同位素混合物状态出现 目前在核能利用中最重要的元素是铀（），天然铀是三种铀同位素的混合物，这三种铀的天然同位素是234U、235U和238U,同位素的天然丰度 自然界中有许多元素含有多种核素，如16O、17O、18O；40Ca、42Ca、43Ca、44Ca、46Ca、48Ca等 一种核素在它所属的天然元素中所占的原子百分数 234U、235U和238U 在天然铀中的含量百分比分别为0.006、0.712和99.282,2.2 同位素 核素,2.2 同位素 核素,核素具有相同质子数Z、中子数N的一类原子(或原子核)，符号,2.3 放射性衰变,定义： 不稳定的核素发出射线释放能量，核素的这种性质称为放射性，这种现象称为放射性衰变，具有放射性的物质称为放射性物质。 放射性衰变的主要类型： 衰变，衰变，衰变,2.3.1 衰变: 射线: 氦核 的粒子流，质量为氢原子质量的四倍，带两个单位的正电荷 衰变通式： AZX A-4Z-2Y+ +Q AZX 母核 A-4Z-2Y 子核 出射粒子 Q 能量 例：22688Ra 22286Rn + 42He（） （镭 氡）,2.3 放射性衰变,从母核中射出 的4He原子核,粒子得到大部分衰变能,238U4He + 234Th,放射性母核!,衰变,2.3 放射性衰变,2.3.2 - 衰变： 射线: 高速飞行的电子流，称为 粒子 衰变通式： AZX AZ+1Y+-+Q 例：3215P3216S+,2.3 放射性衰变,基本衰变衰变（动画）,2.3 放射性衰变,2.3.3衰变： 射线：波长比X射线更短的电磁即光子流 衰变通式： AZXmAZX+ 例 6027Co6028Ni+ + 钴 113m49In11349In+ 铟,2.3 放射性衰变,2.3 放射性衰变, 衰变,- 衰变,+ 衰变, 衰变,中子辐射,中子辐射主要由核反应产生，而不是核衰变产生。 中子不带电，与物质相互作用与其他射线不同。,2.4 放射性衰变的规律,1) 指数衰减规律 N = N0e-t N0: （t = 0）时放射性原子 核的数目 N: 经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目 :放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关; 数值越大衰变越快,放射性核素的衰变规律,衰变常数: 意义：单位时间内每个核衰变的几率。 单位：秒-1 或 天-1 例：32P =5.6×10-7秒-1 60Co =4.169×10-9秒-1 越大，该核素越不稳定，因此，32P比60Co活跃些,2.4 放射性衰变的规律,半衰期T 母核数目衰变掉一半所需时间，或放射性活度减弱一半所需时间。T 也是放射性核素特征量，也表示放射性随时间衰减的快慢。,T与成反比,2.4 放射性衰变的规律,t=T时,N=N0/2 ,半衰期差别很大，短的不到1s，长的达到1015y,半衰期,2.4 放射性衰变的规律,衰变常量、半衰期T 之间的关系：任何一个都可以作为放射性核素的特征量。,实验表明，原子核的放射性是原子核自身性质的反映，其特征量以及所遵从的规律不受外界条件(如温度、压强和磁场等)的影响，也不会由于核是处于单质中或是处于化合物中而有所变化。,2.4 放射性衰变的规律,2.4 放射性衰变的规律,应记住 7个半衰期后，活度减为初始活度的约1， 10个半衰期后为0.1。,2.5 感生放射性,用核粒子轰击稳定的核素可以产生出人工的放射性核素。 激活或活化（反应） 通常把稳定的核素吸收一个中子后转变成放射性核素的过程 把生成的放射性核素叫做活化产物。 感生放射性 活化产物要进行、 衰变。 活化产物衰变时产生的放射性称为感生放射性。,2.5 感生放射性,用中子轰击或照射稳定同位素 59Co（钴），则可产生放射性同位素 60Co。 60Co原子再进行衰变，同时发出射线，变成稳定同位素 60Ni（镍）原子。这个过程可写成：,59Co 60Co , 60Ni ,60Co是活化产物，它们衰变产生的、 射线即为感生放射性。,2.5 感生放射性,反应堆一回路水中的稳定同位素16O（氧）吸收中子，同时发射出质子，产生出放射性核素16N（氮）， 16N原子再进行衰变，并发出射线，变成稳定的16O原子，即：,16O 16N , 16O ,16N是活化产物，它们衰变产生的、 射线即为感生放射性。,3. 辐射防护中常用的量,3.1.1 放射性活度 的定义 放射性核素在单位时间内发生核衰变的数目（即衰变率），称为放射性活度，用符号A表示。 A=dN/dt,3.1 放射性活度,3.1.2 放射性活度的单位 国际制单位贝可（Bq），1Bq = 1次衰变/秒 旧专用单位居里（Ci）， 1Ci = 3.7×1010次衰变/秒,3.1 放射性活度,3.2 吸收剂量和吸收剂量率,3.2.1 吸收剂量（D） 定义：对于任何一种电离辐射，授予某一受照物质的能量（E）除以该受照物质的质量（m），即： D = E / m 国际单位戈瑞，Gy,3.2.2 吸收剂量率（D） 定义：是指单位时间内的吸收剂量 国际单位戈瑞 · 秒-Gy/s,3.2 吸收剂量和吸收剂量率,3.3 剂量当量和剂量当量率,一般说来，某一吸收剂量产生的生物效应与射线的种类、能量及照射条件有关。 即使受到相同数量的吸收剂量的照射，因为射线种类和辐照条件不同，其所致的生物效应无论其严重程度还是其发生几率皆不相同。 为了统一表示各种射线对机体的危害程度，在辐射防护中，使用了剂量当量概念。,3.3 剂量当量和剂量当量率,3.3.1 剂量当量（H） 定义：在要研究的组织或器官中某一点处的剂量当量H为 D：吸收计量（戈）；Q：品质因数，不同辐射类型影响危害的参数； N：所有其他修正因素的乘积。它反映了吸收剂量不均匀的空间和时间分布等因素。ICRP（国际辐射防护委员会）指定：N=1（不论是内照射还是外照射）； H：剂量当量，SI单位为焦耳每千克，单位的专门名称为希弗，用符号Sv表示。,3.3 剂量当量和剂量当量率,1希弗=1焦耳/千克（J·Kg-1） 由上式可以看出，剂量当量是用适当的修正系数对吸收剂量进行加权，使得修正后的吸收剂量能更好的和辐射引起的有害效应联系起来。,3.3 剂量当量和剂量当量率,3.3.2 剂量当量率（H） 单位时间内剂量当量的增量，称之为剂量当量率。 H = H/t,3.4 有效剂量当量（HE）,有效剂量当量是考虑人体组织或器官发生的辐射效应为随机效应时，全身受到非均匀照射的情况下，人体各器官或组织所接受的平均剂量当量与相应的权重因子的乘积之总和，即 式中，H有效为有效剂量当量；HT为人体内器官或组织T所接受的平均剂量当量；,3.4 有效剂量当量（HE）,WT为相应器官或组织的权重因子，它表示器官或组织T受电离辐射照射时产生随机效应的几率与全身受到均匀照射时产生的随机效应的几率之比值。因此，是一个无量纲因子。 有效剂量当量的SI单位与剂量当量相同，即希弗（Sv)，暂时并用的专用单位为雷姆(rem)。,组织权重因子（WT）,3.4 有效剂量当量（HE）,组织权重因子（WT）,例： 甲骨表面接受0.3Sv的剂量当量，而乙骨表面受0.2Sv的照射，同时肝脏又受到0.1Sv的照射，哪个人危险更大些？,3.4 有效剂量当量（HE）,3.4 有效剂量当量（HE）,有效剂量当量是一个很重要的概念，它是一