电离辐射防护与安全培训（基础知识医疗班第175期20173）

放射性基础知识,山东城市建设职业学院 张文革 2017. 3 济南,辐射安全与防护初级培训（医学）,1,主要内容,放射性基础知识 辐射防护中常用的量 放射源、射线装置的医学应用,2,1、什么是辐射？ 辐射是指以波或高速粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量的统称。 如声辐射、热辐射、电磁辐射、粒子辐射等。,第一部分 放射性基础知识,3,电磁波 12eV,4,电离辐射：任何具有足够能量的粒子或射线，与原子或分子中的电子相互作用，使电子获得足够的能量从原子或分子中脱离出来，称为电离辐射。 非电离辐射： 辐射能量较低，照射到物体上 时无法使物质发生电离的辐射。,2、什么是电离辐射？,5,6,（1）来自天然辐射源 宇宙辐射：来自地球之外，如宇宙射线、宇生核素C-14、H-3等； 10000m以上的飞行：56µSv/h 地面辐射：来自地壳中的天然放射性核素，如U-235、Tu-232、K-40、Rn-222等； 氡和钍射气 食品和饮料中的放射性：主要是K-40。,7,3、电离辐射的主要来源 天然源和人工源,（2）来自人工辐射源 放射性物质的衰变 即放射源 放射性物质（人工方法得到的）的原子核处于不稳定状态，其结构会经历自发的改变，使原子核恢复到更稳定的状态，即衰变。 衰变过程中发射出的粒子和射线，这些辐射属于电离辐射。最常见的有粒子、 粒子和射线。,3、电离辐射的主要来源 天然源和人工源,8, 射线装置,9,射线装置通常是指在接通电源后能够产生X射线或电子流、质子流等的人造装置。 射线装置包括X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。 射线装置只有在工作时才会发出射线，是防护的重点。,裂变：在核反应堆中发生的重核分裂成较小核子的过程，裂变产物往往都具有放射性。如：I-131、Mo-99、Cs-137等。 核反应堆：就是中子源，如Co-59生产Co-60； 核反应堆的结构材料的感生放射性等。 离子轰击：被高能量的带电粒子轰击后的靶材料， 如F-18的制备。,10,188O + 11P 189F + 10n, 核反应,4.1 原子 组成元素的基本单位 所有的物质都是由分子构成的 分子是由原子构成的 原子是由原子核和电子构成的 原子核由质子和中子构成的。,4、物质结构,11,电子：带有一个单位的负电荷， 电子位于围绕原子核的轨道上 e = -1.6×10-19C me= 9.1×10-31kg 质子：带有一个单位的正电荷， e= +1.6×10-19C mp=1.6726×10-27kg 中子：是不带电的中性粒子 mn=1.6749×10-27kg,当获得或释放能量，改变运转轨道,12,影响化学性质？ 影响核稳定性？,原子的半径：R约为10-10m 原子核的半径：约为10-1410-15m 原子质量单位u：1u=12C原子质量×1/12 =1.66×10-27kg 原子核的密度 2.84×108t/cm3 即在每立方厘米体积中有近3亿吨的物质,13,14,4.2 核素及符号表示,核素：是指在其原子核内具有一定数目的质子和中子以及特定能态的一种原子核或原子。 核素的符号表示：,质子数 中子数 能 态,在实际应用中，有时只标记核素的质量数，如14C、C-14、碳-14。,15,4.3 同核异能素 激发态原子核称为基态原子核的同核异能素, 它们的A和Z均相同只是核能量状态不同。 99mTc表示该核素的原子核处于激发态。 如99mTc称为99Tc的同核异能素。 注意： 99Tc和99mTc是两种独立的核素。,16,4.4 放射性核素,核素的分类：根据原子核的稳定性，核素分为稳定的核素和放射性核素。 放射性核素: 是一类不稳定的核素，能自发地发生衰变，同时放射出射线，通过衰变形成稳定的核素。绝大多数为人工放射性核素。,17,原子核的稳定性,原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。 轻元素Z83：稳定核素少 偶偶核最稳定，奇奇核最不稳定 随着核内质子数和中子数的增加表现出周期性变化。 当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时特别稳定。,18,19,同位素是质子数相同但中子数不同的某种元素的各种核素。 同位素的化学性质相同，但放射性特征可能不同。 自然界中许多元素具有同位素 例如，天然存在的氢同位素有3种： 1H(氕99.985)、2H(氘0.015)、 3H(氚） C的同位素有15种822，C-12和C-13属稳定的,4.5 同位素,20,关于氚,元素氢的一种放射性同位素，半衰期为12.5年，发射射线而衰变成氦3 ，能量为19keV，大量吸入氚会对人体有害 。 在自然界中存在极微，从核反应制得 。,21,关于14C,元素碳的一种放射性同位素，半衰期为5730年，发射低能射线能量为156keV，其穿透力较弱。 国内外均已对尿素14C呼气试验给予豁免管理。 （1）14C的辐射能量极弱 胶囊 （2）放射性剂量0.75-1.00µCi 1小时飞机 （3）尿素14C的生物半衰期极短 48小时,22,5.1 放射性的发现 伦琴发现X射线1895年 贝克勒尔发现放射性1896年 居里夫妇发现新的放射性元素 1934年，法国核物理学家约里奥- 居里夫妇首次发现人工放射性同位素,5. 关于放射性,23,放射性是指原子核自发地放射出射线的现象。 原子核的结构决定了核素是否具有放射性。 这些原子核处于不稳定状态，自发地放出由粒子或光子组成的射线，并辐射出原子核里的过剩能量，最常见的射线有、射线，其他可能还包括正电子、X射线、中子射线等。,5.2 什么是放射性,24,6.1 射线 是由粒子组成的粒子流，粒子由2个质子和2个中子组成，与氦的原子核相同，质量数为4，带2个正电荷。出射速度约为光速的110。 它的电离作用大，贯穿本领小，它在空气中的射程只有几个厘米。,6. 常见电离辐射的特征,25,3.5MeV，产生10万离子对，路径2个厘米近乎一条直线,射线：可以被我们的皮肤屏蔽，没有外照射危害； 它只有在我们体内时才是有害的。,26,是由粒子组成的粒子流，本质上与电子相同，是原子核中的一个中子转变成一个质子和一个电子时产生的。质量很小，且带1个负电荷。 相比于粒子，粒子电离作用较小，穿透能力较大。它在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米。,6.2 射线,27,射线：能够穿透皮肤； 可以损害皮肤和眼睛。,70keV 1MeV 5mm,28,是由正电子组成的粒子流，是原子核中的一个质子转变成一个中子和一个正电子时产生的。中子保留在原子核内，正电子则被高速释放出来。 正电子在很多方面都与粒子相似，它们的主要差别在于所带电荷的正负性。,+射线（正电子）,29,是一种从原子核发射出来的电磁辐射，与光速相同，没有质量，不带电。 它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。,6.3 射线,30,射线和X射线: 能够穿透你的身体并在深部产生剂量,自然存在于 土壤和宇宙 辐射中,被密实的屏蔽 或大量普通物 质屏蔽,医疗、 工业、 放射源,铅、铀,31,类似于射线，X射线也是一种既无质量也不带电的电磁辐射。 射线的产生是伴随核跃迁从原子核内发出的，而X射线的产生一是伴随核外电子的跃迁；二是高速电子轰击靶物质原子产生的韧致辐射。 实际工作中使用的X射线更多是由X线机或加速器人工产生。,6.4 X射线,32,X射线机主要由X射线管和高压电源组成。 X射线的产生应具备3个基本条件： （1）电子源：高速电子由X射线管的灯丝提供 管电流mA （2）强电场：X射线管的电压由高压电源线路供给。管电压kVp （3）靶材料：使高速电子的动能部分转变为韧致辐射。约1%,X射线机 工作电压400keV,33,高速电子撞击金属靶时产生X射线。 X射线机可产生2种不同的X射线，韧致辐射和特征X射线。 韧致辐射：是高速电子突然遭受靶物质阻止后产生的，韧致辐射的能量是连续的。85% 特征X射线：是靶材料原子核外的电子跃迁产生的，能量是不连续的。 钨靶材料发出的X射线主要是韧致辐射； 钼靶材料发出的X射线主要是特征X射线。,X射线的成分,34,特征X射线,韧致辐射,35,X射线的输出量,准确的输出量应通过实际测量得出； 亦可援用输出量图 X射线量D由下面经验公式估算： D=k·Vn·I·t/R2 即：X射线输出量与靶材料的原子序数Z、管电压V的n次方、管电流和曝光时间的乘积成正比； （诊断时n取值1.52） 与测量点到管焦点距离R的平方成反比。,36,中子存在于原子核内，不带电，比质子略重。 中子辐射通常与核反应堆的产物或人工生产的中子源有关，很少与核素的放射性衰变有关。锎-252 中子具有高度穿透性。,6.5 中子射线,37,中子：穿透力很强； 因此可以影响所有器官,38,内照射的危害： 外照射的危害：,射线 射线 射线,中子射线 射线 射线 射线,39,常见射线的性质,40,不同射线的穿透能力,、射线穿透人体皮肤情况,7.1 放射性衰变 原子核结构发生自发地改变使其更加稳定的过程。衰变过程中产生带电粒子和射线。 每一种特定核素的衰变方式是不一样的，表现在产生的粒子不同和射线能量不同。,7. 放射性衰变,23892U 23490Th钍42He,23490Th 23491Pa镤 e,43,衰变：放射性核素的原子核自发地放射出粒子而变为另一种核素的原子核的过程称为衰变。 粒子能量在4 8MeV； 通常是由某些重核元素如铀、镭等发射的。 衰变图： 4.78MeV、 4.60MeV /0.186MeV,22688Ra,22286Rn,基态,激发态,94.6%,5.4% ,7.2 放射性衰变的类型,44,衰变模式示意图,45,22688Ra 22286Rn42 HeQ,放射性核素的原子核内有一个中子转变为质子放射出粒子的过程称为衰变。 粒子能量连续分布直至最大值，最大值取决于特定的放射性核素；如：32P ，0 1.71MeV，平均0.70MeV。 -衰变发生在富中子核内。,3215P 3216S-,衰变,46,衰变模式示意图,47,60Co, 1.17 MeV, 1.33 MeV,60Ni,0.314 MeV(99.95%),1.48Mev(0.05%),T1/2=5.27a,60Ni*,60Ni*,钴-60（Co）的衰变,48,49,锝-99和碘-131的衰变,衰变是放射性核素的原子核释放过剩能量，从而变得更加稳定的一种方式。 通常发生在衰变或衰变之后 只释放能量不发射粒子，能量在MeV。 140keV,9942Mo 99m43Tc- 9943Tc ,衰变,50,光量子,衰变模式示意图,51,放射性核素的原子核内有一个质子转变为中子放射出正电子的过程称为+衰变。 发射的正电子能量连续分布；如：18F，0 0.633MeV。 +衰变通常只发生在质子过剩的原子核内。,正电子辐射（+衰变）,52,189F 188O+,放射性衰变模式的总结,53,衰变规律：母体原子核的数目随时间呈指数规律减少，遵循明确的统计规律。 N = N0e-t 衰变常数：表示单位时间内每个原子发生衰变的概率 不论核素发生任何化学或物理变化，对于某一放射性核素是固定不变的。,7.3 放射性衰变规律,54,定义：放射性母体原子核数目衰减至原来数目的一半所需要的时间。 物理意义：表示核衰变快慢的物理量。 每一放射性核素都有唯一的、固定的半衰期。,半衰期T½,55,半衰期用来描述衰变速率。 衰变常数表示单位时间内原子发生衰变的分数。 衰变常数和半衰期T1/2之间存在确定的关系。 T½与的换算关系： = ln2