1、 山東省環保學校與培訓中心山東省環保學校與培訓中心 張文革張文革 2013. 1. 8 濟南濟南放射性同位素與射線裝置放射性同位素與射線裝置安全和防護培訓安全和防護培訓 主要內容：主要內容： 放射性基礎知識放射性基礎知識 輻射量和單位輻射量和單位 放射性同位素與射線裝置應用放射性同位素與射線裝置應用關于放射性關于放射性 “放射性放射性”因其看不見、摸不著、聽不到且對人的身體有因其看不見、摸不著、聽不到且對人的身體有害，人們常稱其為害，人們常稱其為“無形的殺手無形的殺手”。 “放射性放射性”是一柄是一柄“雙刃劍雙刃劍”，既有優點又有缺點。放，既有優點又有缺點。放射性同位素與射線裝置在國民經濟各個

2、行業和人們日常射性同位素與射線裝置在國民經濟各個行業和人們日常生活中的應用是其它技術無法替代的，為人類造福。但生活中的應用是其它技術無法替代的，為人類造福。但是，如果對放射源管理和防護不當，會對工作人員身體是，如果對放射源管理和防護不當，會對工作人員身體健康造成危害，甚至造成環境的放射性污染。健康造成危害，甚至造成環境的放射性污染。 放射性是自然界存在的一種自然現象。有些物質的放射性是自然界存在的一種自然現象。有些物質的原子原子核核不穩定，會自發地發生某些變化，這些不穩定，會自發地發生某些變化，這些不穩定的原子不穩定的原子核在發生變化的同時會發射各種各樣的射線核在發生變化的同時會發射各種各樣的

3、射線，這種現象，這種現象就是人們常說的放射性。就是人們常說的放射性。第一部分第一部分 放射性基礎知識放射性基礎知識 原子和原子核的基本性質原子和原子核的基本性質 放射性放射性 放射性核素的衰變放射性核素的衰變 放射性強弱的表示放射性強弱的表示-放射性活度放射性活度 輻射源輻射源 輻射危害輻射危害1. 原子和原子核的基本性質原子和原子核的基本性質原子的核式結構原子的核式結構原子核的結構模型原子核的結構模型原子核原子核1.1.元素：元素：質子數相同的原子稱為一種元素。原子核質子數相同的原子稱為一種元素。原子核中質子的個數稱為中質子的個數稱為原子序數原子序數，原子包含的質子數決，原子包含的質子數決定

4、了由此原子構成的物質的性質，定了由此原子構成的物質的性質，一種元素代表了一種元素代表了一種物質。一種物質。2.2.符號表示符號表示：通常通常用一個符號用一個符號來表示一種元素，如來表示一種元素，如氫元素用氫元素用H H表示。元素符號既表示了元素的名字，表示。元素符號既表示了元素的名字，同時又隱含地表示了原子序數。同時又隱含地表示了原子序數。 到目前為止，包括人工制造的不穩定元素，有到目前為止，包括人工制造的不穩定元素，有110110多種元素。多種元素。原子序數相同的原子具有相同的化學性質，但原子核的原子序數相同的原子具有相同的化學性質，但原子核的性質由質子數與中子數共同決定的。性質由質子數與中

5、子數共同決定的。1.1.核素：核素：是指在其原子核內具有一定數目的質子和中是指在其原子核內具有一定數目的質子和中子以及特定能態的一種原子核或原子。根據原子核子以及特定能態的一種原子核或原子。根據原子核的穩定性，核素分為的穩定性，核素分為穩定的核素穩定的核素和和不穩定的放射性不穩定的放射性核素核素。2.2.符號表示符號表示： X X，X X核素代號核素代號 Z Z原子序數原子序數 Z+NZ+N( (中子數中子數) ) 如：如： H H、 HeHe、 C C等。等。 在實際應用中，有時只標記核素的質量數，在實際應用中，有時只標記核素的質量數，如如1414C C、C-14C-14、碳、碳-14-14

6、A AZ Z1 11 14 42 214146 6核核 素素質子數質子數中子數中子數質量數質量數符符 號號氦氦-4-42 22 24 44 4HeHe碳碳-12-126 66 612121212C C碳碳-13-136 67 713131313C C碳碳-14-146 68 814141414C C激發態原子核稱為基態原子核的同核異能素，它們激發態原子核稱為基態原子核的同核異能素，它們的的A A和和Z Z均相同只是核能量狀態不同。均相同只是核能量狀態不同。 符號表示：如符號表示：如99m99mTcTc锝锝稱為稱為9999TcTc的同核異能素。的同核異能素。 99m99mTcTc表示該核素的原子

7、核處于激發態。表示該核素的原子核處于激發態。 1.1.同位素同位素：同位素是原子序數：同位素是原子序數Z Z相同而質量數相同而質量數A A不相同的各核素的總稱。不相同的各核素的總稱。同位同位是指各核素在元是指各核素在元素周期表中處于同一個位置，它們具有相同的素周期表中處于同一個位置，它們具有相同的化學性質，但各原子核的物理性質不同。化學性質，但各原子核的物理性質不同。 2.2.自然界中許多元素具有同位素，自然界中許多元素具有同位素，如：天然存如：天然存在的在的氫同位素氫同位素有有3 3種：種： 1 1H(H(氕氕99.98599.985) )、2 2H(H(重氫、氘重氫、氘0.0150.015

8、) )、3 3H(H(超重氫、氚）超重氫、氚）核素豐度：在同位素中各核素天然含量的百分比核素豐度：在同位素中各核素天然含量的百分比。 天然存在的天然存在的氧同位素氧同位素有有3 3種：種：1616O(99.756O(99.756) ) 1717O(0.039O(0.039) )、1818O(0.205O(0.205) )。德國物理學家。德國物理學家。18941894年任維爾茨堡大年任維爾茨堡大學校長，學校長，19001900年任慕尼黑大學物理學教授和年任慕尼黑大學物理學教授和物理研究所主任。倫琴于物理研究所主任。倫琴于19011901年榮獲全世界年榮獲全世界首次頒發的諾貝爾物理學獎。首次頒發的

9、諾貝爾物理學獎。 19231923年年2 2月月1010日在慕尼黑逝世，終年日在慕尼黑逝世，終年7878歲。歲。2.放射性放射性1895年冬，倫琴在德國維爾茨堡大學的實驗室年冬，倫琴在德國維爾茨堡大學的實驗室里做陰極射線管輝光實驗。倫琴用高壓電場轟擊陰極射線管內的里做陰極射線管輝光實驗。倫琴用高壓電場轟擊陰極射線管內的兩個金屬電極，把電子從金屬原子中打出來，此即兩個金屬電極，把電子從金屬原子中打出來，此即“陰極射線陰極射線” 。更令他驚訝的是，將這張涂有磷光物質的紙板拿到更令他驚訝的是，將這張涂有磷光物質的紙板拿到隔壁去，會有同樣的現象。這種不知名的射線能夠穿隔壁去，會有同樣的現象。這種不知名

10、的射線能夠穿透輕物質，但金屬和人的骨骼等重物質則可以擋住它透輕物質，但金屬和人的骨骼等重物質則可以擋住它的去路。的去路。倫琴認為，這不是陰極射線，而是一種新射倫琴認為，這不是陰極射線，而是一種新射線，因為陰極射線不可能有這樣強的穿透本領。線，因為陰極射線不可能有這樣強的穿透本領。倫琴夫人的手骸骨倫琴夫人的手骸骨X X射線照片射線照片F 經過反復的研究，在對自己的發現確信經過反復的研究，在對自己的發現確信無疑后，倫琴于無疑后，倫琴于18951895年年1212月月2828日向維爾日向維爾茨堡醫學協會提交了茨堡醫學協會提交了一種新的射線：一種新的射線：初步報告初步報告的論文，闡明了產生這種射的論文

11、，闡明了產生這種射線的方法和它的穿透性質，并正式命名線的方法和它的穿透性質，并正式命名它為它為“”。F 由于由于X X射線的發現，使倫琴成為世界上射線的發現，使倫琴成為世界上第一位榮獲諾貝爾物理獎的人。倫琴把第一位榮獲諾貝爾物理獎的人。倫琴把金錢看得很淡薄，他拒絕了有關專利權，金錢看得很淡薄，他拒絕了有關專利權，他把得到的獎金也捐贈給維爾茨堡大學。他把得到的獎金也捐贈給維爾茨堡大學。X X射線的本質射線的本質FX X射線射線又叫倫琴射線，是一種波長比紫外又叫倫琴射線，是一種波長比紫外線還短的電磁波，類似于光的輻射。倫琴線還短的電磁波，類似于光的輻射。倫琴用高壓電場轟擊陰極射線管內的兩個金屬用高

12、壓電場轟擊陰極射線管內的兩個金屬電極，當接通陰極燈絲電源后，燈絲加熱，電極，當接通陰極燈絲電源后，燈絲加熱，發射熱電子。在陽極和陰極間的電場加速發射熱電子。在陽極和陰極間的電場加速下，下，高速電子流轟擊陽極靶物質產生高速電子流轟擊陽極靶物質產生X X射射線。線。電磁波譜電磁波譜X X射線的產生過程射線的產生過程F 一種一種是高速電子在靶物質的原子核附近經是高速電子在靶物質的原子核附近經過時，受靶核的強庫侖場作用突然受阻，過時，受靶核的強庫侖場作用突然受阻，而損失部分或全部的能量，轉換成具有而損失部分或全部的能量，轉換成具有連連續能譜的續能譜的X X射線。射線。F 一種一種是高速電子轟擊靶物質時

13、，靶原子內是高速電子轟擊靶物質時，靶原子內殼層電子被激發和電離，當外殼層電子進殼層電子被激發和電離，當外殼層電子進入內層軌道填補空位，放出具有確定能量入內層軌道填補空位，放出具有確定能量的的特定特定X X射線射線。 倫琴的實驗室倫琴的實驗室X X射線裝置射線裝置2.1.2 貝克勒爾發現放射性貝克勒爾發現放射性18961896年年物理學家。他一物理學家。他一直從事鈾鹽的研究，直從事鈾鹽的研究，18801880年，他制備出年，他制備出一種導致發現放射性的鈾和鉀的復合硫一種導致發現放射性的鈾和鉀的復合硫酸鹽硫酸鈾酰鉀。同居里夫婦一起榮酸鹽硫酸鈾酰鉀。同居里夫婦一起榮獲了獲了19031903年度諾貝爾

14、物理獎。年度諾貝爾物理獎。硫酸鈾酰鉀這種熒光物質做了實驗：硫酸鈾酰鉀這種熒光物質做了實驗：讓陽光曝曬硫酸鈾酰鉀讓陽光曝曬硫酸鈾酰鉀, ,在鈾鹽晶體下放一張用黑紙包在鈾鹽晶體下放一張用黑紙包好的照相底片，并剪了一塊帶花樣的金屬片好的照相底片，并剪了一塊帶花樣的金屬片F放在底片上，發現底片上留下了黑白放在底片上，發現底片上留下了黑白分明的金屬片圖案。他繼續重復做實分明的金屬片圖案。他繼續重復做實驗，這時遇上了陰天，他將準備好的驗，這時遇上了陰天，他將準備好的樣品放進抽屜里，想等晴天后立即用樣品放進抽屜里，想等晴天后立即用陽光曝曬，可是天氣連陰了好幾天。陽光曝曬，可是天氣連陰了好幾天。使他感到意外的

15、是，沖洗出來的底片使他感到意外的是，沖洗出來的底片出現了清晰的花紋。他又做了實驗，出現了清晰的花紋。他又做了實驗，把樣品放入不透光的黑箱里長達把樣品放入不透光的黑箱里長達1515天，天，出現了同樣的結果。出現了同樣的結果。F經過反復實驗，貝克勒爾得出一個嶄新的結論：經過反復實驗，貝克勒爾得出一個嶄新的結論：鈾鈾能放能放出一種新的射線，這種射線后來被稱為出一種新的射線，這種射線后來被稱為鈾鈾射線或貝克勒射線或貝克勒爾射線。爾射線。這就是具有重要意義的放射性的發現。這就是具有重要意義的放射性的發現。F18971906年，居里夫人與其丈夫、法年，居里夫人與其丈夫、法國物理學家皮埃爾國物理學家皮埃爾居

16、里對放射現象進居里對放射現象進行了長達行了長達10年的開拓性研究。他們確定：年的開拓性研究。他們確定：除了除了鈾鈾可以發出看不見的射線外，可以發出看不見的射線外，釷釷也也可以發出看不見的射線。可以發出看不見的射線。F 1898年，年，F居里夫人在對居里夫人在對瀝青鈾礦瀝青鈾礦進行檢測時，進行檢測時，發現其放射強度確實如貝克勒爾所說，發現其放射強度確實如貝克勒爾所說，比鈾強許多倍。居里夫婦在巴黎市立比鈾強許多倍。居里夫婦在巴黎市立理化學校找到一個不避風雨的廢棄廠理化學校找到一個不避風雨的廢棄廠棚，用奧地利政府免費贈送的棕色瀝棚，用奧地利政府免費贈送的棕色瀝青鈾礦殘渣倒進大鍋，加上化學藥品青鈾礦殘

17、渣倒進大鍋，加上化學藥品和水煮沸，用鐵棒連續地攪動幾小時。和水煮沸，用鐵棒連續地攪動幾小時。F 18981902年，年，榮獲了榮獲了1903年度諾貝爾物理獎。年度諾貝爾物理獎。 1906年皮埃爾年皮埃爾居里逝世后，居里居里逝世后，居里夫人繼續進行放射性元素的研究。夫人繼續進行放射性元素的研究。1911年，由于釙和鐳的發現、鐳年，由于釙和鐳的發現、鐳的分離及其化合物的研究，又榮的分離及其化合物的研究，又榮獲本年度的諾貝爾化學獎，成為獲本年度的諾貝爾化學獎，成為兩次獲得諾貝爾獎的第一人。并兩次獲得諾貝爾獎的第一人。并且是至今獲得這種殊榮的唯一女且是至今獲得這種殊榮的唯一女性。性。 正是由于居里夫人

18、的忘我獻身精正是由于居里夫人的忘我獻身精神、嚴格的科學態度，和她的巨神、嚴格的科學態度，和她的巨大的成就而受到世界科學技術界大的成就而受到世界科學技術界的廣泛的崇敬，因而的廣泛的崇敬，因而放射性活度放射性活度的單位命名為居里。的單位命名為居里。F19341934年，法國核物理學家約里奧年，法國核物理學家約里奧- -居里夫婦用釙的居里夫婦用釙的射線轟擊鋁箔，射線轟擊鋁箔，發現當發現當源移去后，鋁箔有源移去后，鋁箔有放射放射性性；其強度也隨時間按指數規律；其強度也隨時間按指數規律下降下降。F這種放射性是由這種放射性是由粒子打在鋁粒子打在鋁-27-27上上發出一個中子而形成磷發出一個中子而形成磷-3

19、0-30，磷磷-30-30不不穩定穩定，又放射出正電子而形成的。實，又放射出正電子而形成的。實際上，他們已經發現了一種際上，他們已經發現了一種新的放射新的放射性物質磷性物質磷-30.-30. 首次發現人工首次發現人工放射性同位素放射性同位素 Al + He P + n 272713134 42 2303015151 10 0PSi + e303014140 01 1o這是世界上首次發現的這是世界上首次發現的人工放射性人工放射性現象和首次合成的現象和首次合成的人工放人工放射性同位素射性同位素。約里奧。約里奧- -居里夫婦因此而榮獲了居里夫婦因此而榮獲了19351935年度諾貝年度諾貝爾化學獎。至

20、今，人們已經通過粒子轟擊原子核制得了一千爾化學獎。至今，人們已經通過粒子轟擊原子核制得了一千多種自然界不存在的人工放射性同位素。多種自然界不存在的人工放射性同位素。30301515v放射性核素放射性核素: 是一類不穩定的核素，能自發是一類不穩定的核素，能自發地轉變為其他原子核或自發地發生核能態變化，地轉變為其他原子核或自發地發生核能態變化，同時放射出射線的核素，稱為放射性核素。目同時放射出射線的核素，稱為放射性核素。目前已發現的放射性核素近前已發現的放射性核素近2500種。種。Z83v分類分類 ：分為天然的和人工的分為天然的和人工的2種，其中天然的種，其中天然的有有60多種，絕大多數為人工放射

21、性核素。多種，絕大多數為人工放射性核素。v基本特性：基本特性： 1.1.它們都是不穩定的，從其原子核中不斷地、自發地它們都是不穩定的，從其原子核中不斷地、自發地放出射線，而變成另一種核素。即放出射線，而變成另一種核素。即 核衰變核衰變。放出的。放出的射線有射線有 2.2.每種放射性核素核衰變的速度、放出射線的種類、每種放射性核素核衰變的速度、放出射線的種類、能量是其固有的核性質，與外界條件無關。能量是其固有的核性質，與外界條件無關。 3.3.放射性核素放出的射線遇到物質會產生一定的效應，放射性核素放出的射線遇到物質會產生一定的效應，使這種物質發生變化。遇到不同的物質產生的效應不使這種物質發生變

22、化。遇到不同的物質產生的效應不同。如：使一些物質的分子產生同。如：使一些物質的分子產生電離電離，產生，產生熒光熒光或使或使膠片膠片感光，感光，射線遇到植物、動物和人時，會引起射線遇到植物、動物和人時，會引起生理生理變化。變化。 貝克勒爾貝克勒爾18991899年發現年發現射線在磁場射線在磁場中偏轉的方向與陰級射線相同。居中偏轉的方向與陰級射線相同。居里夫人證明它帶負電。里夫人證明它帶負電。 19001900年貝克勒爾測定了它的荷質比，年貝克勒爾測定了它的荷質比，確認確認射線就是電子流。射線就是電子流。 19001900年法國人維拉德觀察到，鐳除年法國人維拉德觀察到，鐳除了上面兩種射線之外，還存

23、在著第了上面兩種射線之外，還存在著第三種射線，它不受磁場的影響，與三種射線，它不受磁場的影響，與射線非常類似。盧瑟福射線非常類似。盧瑟福。 為了揭示為了揭示射線的本質，盧瑟福作了射線的本質，盧瑟福作了多年的努力。多年的努力。19021902年，他用強磁場使年，他用強磁場使射線發生的偏轉，證明了射線發生的偏轉，證明了射線是帶射線是帶正電荷的粒子流。正電荷的粒子流。19061906年他測定了年他測定了粒子的荷質比，證明它的數量級與氫粒子的荷質比，證明它的數量級與氫或氦離子相同，但當時的實驗精度還或氦離子相同，但當時的實驗精度還不能分辨出它帶一個還是兩個電荷。不能分辨出它帶一個還是兩個電荷。 190

24、71907年盧瑟福利用德國物理學家蓋革年盧瑟福利用德國物理學家蓋革發明的計數管和克魯克斯創造的閃爍發明的計數管和克魯克斯創造的閃爍計數法，通過測量計算出每個計數法，通過測量計算出每個粒子粒子帶有兩個單位電荷。盧瑟福由此推測帶有兩個單位電荷。盧瑟福由此推測出出粒子是帶有兩個正電荷的氦離子。粒子是帶有兩個正電荷的氦離子。射線：射線：是由是由粒子（即氦原子核）組成的粒子流，粒子（即氦原子核）組成的粒子流，出射速度約為光速的出射速度約為光速的110，它的電離作它的電離作用用大大，貫穿本領，貫穿本領小小，它在空氣中的射程只有，它在空氣中的射程只有幾幾個個厘米，用普通一張紙就可以擋住。厘米，用普通一張紙就

25、可以擋住。射線：射線：是高速運動的是高速運動的電子流電子流，出射速度約為光出射速度約為光速的速的3090，比，比粒子速度大；它的電離粒子速度大；它的電離作用較作用較小小，貫穿本領較貫穿本領較大大。它在空氣中的射程它在空氣中的射程因其能量的不同而有較大差異，一般為因其能量的不同而有較大差異，一般為幾米；幾米；用幾毫米的鋁片屏蔽就可以擋住用幾毫米的鋁片屏蔽就可以擋住射線。射線。2. 、射線的性質射線的性質 射線：射線：是波長很短的電磁波（光子），速度與光速相同，是波長很短的電磁波（光子），速度與光速相同，由于不帶電，它的電離作用由于不帶電，它的電離作用 小小，貫穿本領很，貫穿本領很大，大，能穿透能

26、穿透幾十厘米厚的鋼板。它在空氣中的射程通常為幾百米。需幾十厘米厚的鋼板。它在空氣中的射程通常為幾百米。需用幾厘米厚的鉛或用幾厘米厚的鉛或1 1米厚的混凝土做屏蔽層。米厚的混凝土做屏蔽層。射線的基本作用或射線的基本作用或效應無本質的區別，但二者產生的機理不同，效應無本質的區別，但二者產生的機理不同，由核由核外內層電子變動發射的連續能量輻射外內層電子變動發射的連續能量輻射, ,射線則是由原子射線則是由原子核衰變時的能量發射產生，由核內發射。核衰變時的能量發射產生，由核內發射。 中子的特性：中子的特性：是一種不帶電的粒子，自由中子是不穩定的，能是一種不帶電的粒子，自由中子是不穩定的，能自發地衰變為質

27、子，半衰期為自發地衰變為質子，半衰期為10.6 min10.6 min。中子的能量分布范圍很。中子的能量分布范圍很寬，工作中常常對中子的能量進行分組：寬，工作中常常對中子的能量進行分組： 射線射線組成組成質量質量電荷電荷速度速度 2 質子質子2 中子中子相對較重相對較重2慢慢 電子電子相對較輕相對較輕1 3 108 m/sn中子中子中等中等不帶電不帶電不定不定P質子質子中等中等1不定不定 高能光子高能光子無無不帶電不帶電3 108 m/sX高能光子高能光子無無不帶電不帶電3 108 m/s常見射線的性質常見射線的性質3.1衰變衰變 原子核自發地放射出射線轉變成另一種原子核自發地放射出射線轉變成

28、另一種 核素核素的過程叫做的過程叫做衰變衰變。在衰變中。在衰變中電荷數電荷數和和質量數質量數都都是守恒的。如：是守恒的。如： 3.放射性核素的衰變放射性核素的衰變23490Th 23491Pa鏷鏷 e23892U 23490Th釷釷42He3.2放射性核素的衰變類型放射性核素的衰變類型22688Ra 22286Rn42 HeQ22688Ra22286Rn基態基態激發態激發態94.6%5.4%原子序數原子序數82的核素的核素 6060CoCo的衰變綱圖的衰變綱圖6060CoCo1.17 Mev1.17 Mev 1.33 Mev1.33 Mev 6060NiNi0.314 Mev(99.95%)0

29、.314 Mev(99.95%)1.48Mev(0.05%)1.48Mev(0.05%)T T1/21/2=5.27a=5.27a6060NiNi* * *6060NiNi* *高能態高能態能態能態躍遷時，其能量以光子的方式釋放出躍遷時，其能量以光子的方式釋放出來，發射出來，發射出 射線，它是一種高能量的電磁波，射線，它是一種高能量的電磁波，波長較短。波長較短。核素的核素的3.3放射性衰變規律放射性衰變規律3.3.1衰變定律衰變定律 衰變定律：母體原子核的衰變定律：母體原子核的數目數目隨時間呈隨時間呈指數指數規律規律減減少少，是實驗測量統計規律。，是實驗測量統計規律。 N=N0e-t (自然對

30、數的底自然對數的底e的值為的值為2.718) 其中：其中：為一比例常數，稱為衰變常量。為一比例常數，稱為衰變常量。 只與原子核本身性質有關，與外界條件無關只與原子核本身性質有關，與外界條件無關,不因物不因物理條件和化學結構改變而變化。理條件和化學結構改變而變化。 母體到子體衰變過程相互獨立。母體到子體衰變過程相互獨立。3.3.2 衰變常量衰變常量 定義：特定能態的放射性核素在定義：特定能態的放射性核素在dt時間內發生自發時間內發生自發核躍遷的核躍遷的概率概率除以除以dt。 物理意義：表示在放射性核素衰變過程中，物理意義：表示在放射性核素衰變過程中，每個原每個原子核在單位時間內發生衰變的概率子核

31、在單位時間內發生衰變的概率。 每一種放射性核素都有其固定的衰變常量，每一種放射性核素都有其固定的衰變常量， 值越值越大，表示放射性核素衰變的快。大，表示放射性核素衰變的快。3.3.3 半衰期半衰期T 定義：定義：放射性母體原子核數目衰減至原來數目的放射性母體原子核數目衰減至原來數目的一半所需要的時間。一半所需要的時間。 物理意義：表示核衰變快慢的物理量。物理意義：表示核衰變快慢的物理量。 各種放射性核素都有一定的半衰期，如各種放射性核素都有一定的半衰期，如Rn-222變變為為Po的半衰期是的半衰期是3.82d，Ra-226變為變為Rn-222的半衰的半衰期是期是1602a，碘碘-131-131

32、的半衰期是的半衰期是8 8天，天，銫銫-137-137是是3030年，碳年，碳-14-14是是57305730年，年，钚钚-239-239是是2400024000年，鈾年，鈾-238-238是是4 470 000 0004 470 000 000年，年，鈷鈷-60-60的半衰期是的半衰期是5.265.26年，年，銥銥-192-192的半衰期是的半衰期是74.374.3天，天，硒硒-75-75的半衰期是的半衰期是118118天等等。天等等。 T與與的換算關系：的換算關系： T=(ln2)/=0.693/ =0.693T4.1放射性活度（放射性強度）放射性活度（放射性強度） 定義：定義：一定量的放

33、射性核素，在單位時間內發一定量的放射性核素，在單位時間內發生衰變的次數。生衰變的次數。 表達式：表達式： A=dN/dt 物理意義：表示放射性物質的放射性的強弱。物理意義：表示放射性物質的放射性的強弱。 單位：單位： 國際單位：貝克國際單位：貝克 Bq 非法定計量單位：居里非法定計量單位：居里 Ci 1Ci= 3.71010 Bq4.放射性活度放射性活度4.2 放射性活度的單位放射性活度的單位 由于歷史的原因，放射性活度曾采用居里（由于歷史的原因，放射性活度曾采用居里（CiCi）為單位。為單位。19501950年，為了統一起見，國際上共同規年，為了統一起見，國際上共同規定：定：一個放射源每秒鐘

34、有一個放射源每秒鐘有3.73.710101010次核衰變定次核衰變定義為一個居里，義為一個居里，即即 1Ci= 3.71Ci= 3.710101010 /s /s 更小的單位有毫居里（更小的單位有毫居里（1mCi=101mCi=10-3-3CiCi）和微居里）和微居里（1Ci=101Ci=10-6-6CiCi）。）。 在在19751975年國際劑量大會上，規定了放射性活度的年國際劑量大會上，規定了放射性活度的SISI單位為貝克，符號單位為貝克，符號BqBq 1Bq=1/s 1Bq=1/s 放射性活度隨時間的延長呈指數規律減放射性活度隨時間的延長呈指數規律減弱弱. . 計算公式：計算公式：A=A

35、A=A0 0e e-t-t A A0 0表示在表示在t=0t=0時的放射性活度時的放射性活度. . 放射性比活度放射性比活度a a：樣品的放射性活度除以樣品的放射性活度除以該樣品的總質量（或總體積）。該樣品的總質量（或總體積）。 單位：單位：Bq/kg，Bq/L5.1 輻射輻射 輻射是指以波或粒子的形式向周圍空間或物質發射并在輻射是指以波或粒子的形式向周圍空間或物質發射并在其中傳播的能量（如聲輻射、熱輻射、電磁輻射、粒子其中傳播的能量（如聲輻射、熱輻射、電磁輻射、粒子輻射等）的統稱。分為輻射等）的統稱。分為電離輻射電離輻射和和非電離輻射非電離輻射。 非電離輻射：非電離輻射：輻射能量較低，照射到

36、物體上時，不能使輻射能量較低，照射到物體上時，不能使物體的分子和原子發生電離（物體的分子和原子發生電離（即將原子中的電子打掉，即將原子中的電子打掉，變成帶電的離子變成帶電的離子），如無線電波、紅外線、可見光、紫），如無線電波、紅外線、可見光、紫外線等。外線等。 電離輻射：電離輻射：輻射能量較高，照射到物體上時，能使物體輻射能量較高，照射到物體上時，能使物體的分子和原子發生電離的分子和原子發生電離, ,如如X X射線、射線、射線、射線、射線、射線、射線、射線、 + +射線及中子射線等。射線及中子射線等。5. 輻射源輻射源5.2 輻射源輻射源 輻射源輻射源指可以通過發射電離輻射或釋放放射性指可以通

37、過發射電離輻射或釋放放射性物質而引起輻射照射的一切物質或實體。物質而引起輻射照射的一切物質或實體。例如，例如，鈷鈷-60-60是發射是發射射線和射線和射線的輻射源，醫用射線的輻射源，醫用加速器是放射治療實踐中的輻射源，核電廠是加速器是放射治療實踐中的輻射源，核電廠是核動力發電實踐中的輻射源。核動力發電實踐中的輻射源。 核技術利用領域中的輻射源：核技術利用領域中的輻射源：放射性同位素放射性同位素（放射源）及射線裝置。（放射源）及射線裝置。5.3 放射源的分類放射源的分類F放射源分類：放射源分類： 1.按按來源來源：分為天然和人工兩大類。：分為天然和人工兩大類。 2.以以潛在危害程度潛在危害程度：

38、類、類、類、類、類、類、類、類、類類(見見217頁頁)。 3.按按密封狀況密封狀況：密封源和非密封源。：密封源和非密封源。 4.按按射線種類射線種類： 放射源、放射源、放射源、放射源、 放射源、低能放射源、低能光子源及中子源。光子源及中子源。（1）天然輻射源）天然輻射源天然存在的輻射源稱為天然輻射源。天然輻射源主要來自天然存在的輻射源稱為天然輻射源。天然輻射源主要來自宇宙射線、宇宙射線、 宇生放射性核素和原生放射性核素。宇生放射性核素和原生放射性核素。宇宙射線宇宙射線 來自太陽和星際空間，主要由中子、質子、電子和各種介子等高速粒子來自太陽和星際空間，主要由中子、質子、電子和各種介子等高速粒子組

39、成。具有較強的貫穿能力，對人體造成外照射。強度隨海拔高度的增組成。具有較強的貫穿能力，對人體造成外照射。強度隨海拔高度的增加呈指數增加。加呈指數增加。宇生放射性核素宇生放射性核素 宇宙射線與大氣層中和地球表面氧、氮等多種元素的原子核相互作用后宇宙射線與大氣層中和地球表面氧、氮等多種元素的原子核相互作用后產生的放射性核素。約產生的放射性核素。約20種，其中種，其中3H、14C、7Be和和22Na的貢獻較大。的貢獻較大。原生放射性核素原生放射性核素 自有地球以來就存在于地殼內的放射性核素。自有地球以來就存在于地殼內的放射性核素。 分為兩類：有衰變系列的核素：鈾系、錒鈾系、釷系。分為兩類：有衰變系列

40、的核素：鈾系、錒鈾系、釷系。 無衰變系列的長壽命核素：無衰變系列的長壽命核素：40K、87Rb。（2）人工輻射源）人工輻射源 人工輻射源是用人工方法產生的輻射源。人工輻射人工輻射源是用人工方法產生的輻射源。人工輻射源主要有源主要有核設施、核技術應用的輻射源和核試驗落核設施、核技術應用的輻射源和核試驗落下灰等。下灰等。 核設施指核動力廠和其他反應堆（研究堆、實驗堆、核設施指核動力廠和其他反應堆（研究堆、實驗堆、臨界裝置等）；核燃料循環設施（包括核燃料生產、臨界裝置等）；核燃料循環設施（包括核燃料生產、加工、儲存和后處理設施等）；放射性廢物的處理加工、儲存和后處理設施等）；放射性廢物的處理和處置設

41、施等。和處置設施等。 核技術應用是指核技術應用是指密封放射源密封放射源、非密封放射源非密封放射源和和射線射線裝置裝置在醫療、工業、農業、地質調查、科學研究和在醫療、工業、農業、地質調查、科學研究和教學等領域中的使用。教學等領域中的使用。 密封源：密封源：是密封在包殼里的或緊密的固結在覆蓋層是密封在包殼里的或緊密的固結在覆蓋層里并呈固體形態的放射性物質。密封源的包殼或里并呈固體形態的放射性物質。密封源的包殼或覆蓋層應具有足夠的強度，使源在設計使用條件覆蓋層應具有足夠的強度，使源在設計使用條件和磨損條件下，以及在預計的事件條件下，均能和磨損條件下，以及在預計的事件條件下，均能保持密封性能，不會有放

42、射性物質泄露出來。保持密封性能，不會有放射性物質泄露出來。 非密封源：非密封源：也稱開放源或開放型放射源。這種放射也稱開放源或開放型放射源。這種放射源通常沒有被容器密封起來，有的不用時是密封源通常沒有被容器密封起來，有的不用時是密封的，使用時就得打開它的密封容器，使放射性物的，使用時就得打開它的密封容器，使放射性物質直接與周圍的介質接觸。質直接與周圍的介質接觸。使用這種放射源的工使用這種放射源的工作場所稱為非密封源工作場所。作場所稱為非密封源工作場所。 密封源與非密封源密封源與非密封源放射源放射源 主要用于主要用于煙霧報警器煙霧報警器、靜電消除器靜電消除器和和放射性避雷器放射性避雷器等的離子發

43、生器。常用的等的離子發生器。常用的放射性核素有放射性核素有210Po釙釙、238Pu钚钚、239Pu、241Am镅镅、235U、238U等。等。 常用的常用的放射源，活度一般較低（放射源，活度一般較低（1043.7109 Bq），），而且而且粒子的能量一般低于粒子的能量一般低于7MeV,在空氣中的射程小在空氣中的射程小于于6cm，穿不透皮膚表面的角質層，故沒有外照射穿不透皮膚表面的角質層，故沒有外照射危險。危險。但是絕大多數但是絕大多數核素屬于極毒或高毒核素，核素屬于極毒或高毒核素，即使攝入體內的量很少，也會造成嚴重的內照射。即使攝入體內的量很少，也會造成嚴重的內照射。因此，使用因此，使用放射

44、源必須特別注意保護源的密封性放射源必須特別注意保護源的密封性能，防止將源丟失或被盜。沒有使用價值的廢源，能，防止將源丟失或被盜。沒有使用價值的廢源，應按規定處理，不能隨便拆開或扔掉。應按規定處理，不能隨便拆開或扔掉。放射源：放射源： 主要用作放射性測厚儀、主要用作放射性測厚儀、皮膚科敷貼器皮膚科敷貼器和氣象色譜儀的和氣象色譜儀的電子捕集器等。常用的放射性核素有電子捕集器等。常用的放射性核素有58Co、60Co、63Ni、85Kr氪氪、137Cs、147Pm鉅鉅、204Tl鉈鉈等。等。 射線的穿透能力比同樣能量射線的穿透能力比同樣能量粒子約強粒子約強100倍，能量超過倍，能量超過70keV的的粒

45、子可穿透皮膚表層。常用的粒子可穿透皮膚表層。常用的放射源的放射源的粒子粒子能量大于能量大于70keV，故應考慮故應考慮外照射的防護。外照射的防護。 放射性核素衰變時，常伴隨有放射性核素衰變時，常伴隨有輻射或其他形式的光子。輻射或其他形式的光子。粒子穿過周圍物質時產生粒子穿過周圍物質時產生軔致輻射（軔致輻射（X射線），射線），其穿透其穿透能力比能力比粒子強得多。因此，在使用粒子強得多。因此，在使用放射源時不能忽略放射源時不能忽略射線射線的防護，即使是純的防護，即使是純發射體，也要減少軔致輻射發射體，也要減少軔致輻射（X射線）射線）的影響。的影響。低能光子源低能光子源 利用發射低能利用發射低能射線

46、和射線和X射線的放射性核素，射線的放射性核素，或利用或利用輻射體與靶物質產生的軔致輻射制成輻射體與靶物質產生的軔致輻射制成的源統稱為低能光子源。主要用于厚度計、的源統稱為低能光子源。主要用于厚度計、密度計、密度計、X射線熒光分析儀等儀表。發射低能射線熒光分析儀等儀表。發射低能光子的放射性核素有光子的放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm鋦鋦等。等。 低能光子比較容易屏蔽，但要注意可能存在低能光子比較容易屏蔽，但要注意可能存在的高能的高能射線和軔致輻射的影響。射線和軔致輻射的影響。放射源放射源 放射源是使用最多的放射源，廣泛應用于工業、農業、醫放射源是使用最

47、多的放射源，廣泛應用于工業、農業、醫療和科研等部門。為了獲得高劑量率的輻射場，使用強療和科研等部門。為了獲得高劑量率的輻射場，使用強放放射源的輻照裝置，裝源活度多數在射源的輻照裝置，裝源活度多數在3101521016(約約1056105Ci)范圍內，也有大于范圍內，也有大于31016Bq(約約106Ci)的輻照室；的輻照室；活度在活度在10821012(約約3mCi 60Ci)的的放射源主要用于各種核放射源主要用于各種核儀表儀表(如料位計，核子秤、厚度計，密度計等如料位計，核子秤、厚度計，密度計等)和工業無損探和工業無損探傷傷(照相照相)，或作為，或作為測量儀表的刻度源和檢查源，或供醫療測量儀

48、表的刻度源和檢查源，或供醫療單位進行間質治療和腔內治療用。單位進行間質治療和腔內治療用。 射線的貫穿能力很強，使用射線的貫穿能力很強，使用放射源主要防止外照射。放射源主要防止外照射。 中子源中子源 中子源在地質勘探、活化分析、輻射育種、濕中子源在地質勘探、活化分析、輻射育種、濕度測量和科學研究等領域得到廣泛應用。常用度測量和科學研究等領域得到廣泛應用。常用的中子源有鐳的中子源有鐳-鈹中子源、鈹中子源、镅镅-鈹中子源、鈹中子源、釙釙-鈹鈹中子源、钚中子源、钚-鈹中子源等。鈹中子源等。 中子的貫穿能力很強，使用中子源時，應著重中子的貫穿能力很強，使用中子源時，應著重外照射的防護。外照射的防護。 輻

49、射源及其產生的人均劑量（輻射源及其產生的人均劑量（UNSCEAR2000UNSCEAR2000年報告）年報告） 2.82.8合計合計 0.40.40.50.50.30.31.21.2 0.40.40.0050.0050.0020.0020.0002 0.0002 天然輻射源天然輻射源 宇宙輻射宇宙輻射 陸生輻射陸生輻射 體內源體內源 氡及其子體氡及其子體人工輻射源人工輻射源 醫療照射醫療照射 大氣核試驗大氣核試驗 切爾諾貝利切爾諾貝利 核能核能 劑量，劑量，mSvmSv輻射源輻射源輻射源或活動輻射源或活動每年的平均劑量每年的平均劑量一次一次5 5小時噴氣飛機飛行小時噴氣飛機飛行30 30 Sv

50、Sv建筑材料建筑材料40 40 SvSv宇宙射線宇宙射線300 300 SvSv土壤土壤350 350 SvSv體內源（體內源（K-40)K-40)400 400 SvSv氡氣氡氣1.2 mSv1.2 mSv一次胸部一次胸部X X射線照相射線照相400-1500 400-1500 GyGy一次一次CTCT25 25 50 mGy 50 mGy腫瘤放射治療腫瘤放射治療50 Sv50 Sv核電站正常運行核電站正常運行0.2 0.2 SvSv一些常見放射源或活動所造成的輻射劑量一些常見放射源或活動所造成的輻射劑量5.4 射線裝置的分類射線裝置的分類F射線裝置分類射線裝置分類： 1. 按射線裝置按射線

51、裝置類型類型：X線機、加速器、中子線機、加速器、中子發生器以及含放射源的裝置。發生器以及含放射源的裝置。 2. 以以潛在危害程度潛在危害程度: 類、類、類、類、類（見類（見220頁）頁）射線裝置分類射線裝置分類X X射線機射線機 是指用高速電子轟擊靶物質時產生是指用高速電子轟擊靶物質時產生X X射線的裝置。射線的裝置。它具有它具有開機時會產生開機時會產生X X線，關機時則消失的特點。線，關機時則消失的特點。X X射線機的種射線機的種類很多，如診斷類很多，如診斷X X射線機、治療射線機、治療X X射線機、工業探傷射線機、工業探傷X X射線射線機、機、X X射線分析儀等。射線分析儀等。 X X線機

52、的核心部分是線機的核心部分是X X線管。線管。當接通陰極燈絲電源后，燈當接通陰極燈絲電源后，燈絲加熱，發射熱電子。在陽極和陰極間的電場加速下，絲加熱，發射熱電子。在陽極和陰極間的電場加速下，高速電子流轟擊陽極靶物質產生高速電子流轟擊陽極靶物質產生X X射線。射線。 X X射線機產生射線機產生X X射線的過程有兩種，射線的過程有兩種，一種是高速電子在靶一種是高速電子在靶物質的原子核附近經過時，受靶核的強庫侖場作用突然物質的原子核附近經過時，受靶核的強庫侖場作用突然受阻，而損失部分或全部的能量，轉換成具有連續能譜受阻，而損失部分或全部的能量，轉換成具有連續能譜的的軔致輻射軔致輻射；另一種是，高速電

53、子轟擊靶物質時，靶原；另一種是，高速電子轟擊靶物質時，靶原子內殼層電子被激發和電離，當退激和外殼層電子進入子內殼層電子被激發和電離，當退激和外殼層電子進入內層軌道填補空位，放出具有確定能量的內層軌道填補空位，放出具有確定能量的特定特定X X射線射線。加速器加速器 是利用電磁場使帶電粒子獲得高能量的裝置。加速器的是利用電磁場使帶電粒子獲得高能量的裝置。加速器的種類很多，按加速粒子的能量區分，可分為種類很多，按加速粒子的能量區分，可分為高能加速器、高能加速器、中能加速器和低能加速器。中能加速器和低能加速器。目前所運行的加速器中絕大目前所運行的加速器中絕大多數都是能量低于多數都是能量低于100MeV

54、的低能加速器。的低能加速器。 低能加速器產生的輻射有低能加速器產生的輻射有瞬發輻射和緩發輻射。瞬發輻射和緩發輻射。瞬發輻瞬發輻射射包括包括初級輻射初級輻射（加速的帶電粒子）和（加速的帶電粒子）和次級輻射次級輻射（加速（加速粒子與物質相互作用產生的粒子與物質相互作用產生的X 、射線和中子等），只有射線和中子等），只有在加速器開機時產生，停機后即消失；在加速器開機時產生，停機后即消失；緩發輻射緩發輻射是由瞬是由瞬發輻射與周圍物質相互作用產生的發輻射與周圍物質相互作用產生的感生放射性材料感生放射性材料放出放出的的射線和射線和射線射線等，加速器的等，加速器的結構材料、冷卻水及加速結構材料、冷卻水及加速

55、廳和輻射廳內的空氣廳和輻射廳內的空氣受中子照射會產生感生放射性，受中子照射會產生感生放射性，在在加速器停機后仍然存在，而且隨著加速器運行時間的增加速器停機后仍然存在，而且隨著加速器運行時間的增加而積累。加而積累。 中子發生器中子發生器 是利用直流電壓，能量在是利用直流電壓，能量在1MeV1MeV以下，以下，通過氘核引起的核反應（通過氘核引起的核反應（d,nd,n）產生快）產生快中子的小型加速器。中子的小型加速器。Nickel plated 60Co pelletsHigh specific activity 60Co pelletsStainless steel spacers customi

56、zed to source volumeDouble encapsulation in low carbon stainless steelSpecial assembly procedure ensures uniform source densityHeliarc welding密封放射源密封放射源Co60 放射源放射源Nickel plated 60Co pelletsHigh specific activity 60Co pelletsStainless steel spacers customized to source volumeDouble encapsulation in l

57、ow carbon stainless steelSpecial assembly procedure ensures uniform source densityHeliarc welding鐳針，用于植入治療，鐳針，用于植入治療，50mCi50mCi的的RaRa226226鐳：鐳：已發現質量數為已發現質量數為 206206230230的同位素中，除鐳的同位素中，除鐳223 223 、鐳鐳224 224 、鐳、鐳226 226 、鐳、鐳228228是天然放射性同位素外，其余都是天然放射性同位素外，其余都是用人工方法合成的。鐳存在于所有的鈾礦中，鐳有劇毒，是用人工方法合成的。鐳存在于所有的鈾礦

58、中，鐳有劇毒，它能取代人體內的鈣并在骨骼中濃集，急性中毒時，會造它能取代人體內的鈣并在骨骼中濃集，急性中毒時，會造成骨髓的損傷和造血組織的嚴重破壞，慢性中毒可引起骨成骨髓的損傷和造血組織的嚴重破壞，慢性中毒可引起骨瘤和白血病。瘤和白血病。 鐳及其衰變產物發射鐳及其衰變產物發射射線，能破壞人體內的惡性射線，能破壞人體內的惡性組織，因此鐳針可治癌癥。把鐳鹽和硫化鋅熒光粉混合后，組織，因此鐳針可治癌癥。把鐳鹽和硫化鋅熒光粉混合后，可制成永久性發光材料，涂在鐘表和各種儀表上，可在暗可制成永久性發光材料，涂在鐘表和各種儀表上，可在暗處發光，即夜光表。工業上用鐳作為處發光，即夜光表。工業上用鐳作為射線源，

59、用于探傷，射線源，用于探傷，對金屬材料的內部裂縫和缺陷進行無損傷檢驗。對金屬材料的內部裂縫和缺陷進行無損傷檢驗。锝锝99 Technetium 99m常用的放射性藥物常用的放射性藥物非密封放射源非密封放射源鉬锝發生器鉬锝發生器 放射免疫分析藥盒放射免疫分析藥盒碘碘-131-131膠囊膠囊is produced in a reactor; 碘碘131 Iodine 131131Iodine:- is used in diagnostic procedures involving the thyroid and also for the treatment of thyroid disorders

60、.can be administered in capsule or liquid solution form; requires special precautions to be implemented during administration.常用的放射性藥物常用的放射性藥物碘：碘碘：碘的穩定性核素只有的穩定性核素只有127I，其它同位素都為放射性，常用，其它同位素都為放射性，常用123I、124I、125I和和131I，化學形式為，化學形式為NaI。123I和和124I均由加速器生產均由加速器生產,前者前者半衰期半衰期13.2小時小時,發射發射159keV的的射線射線;后者半衰期后者