Chapte8环境中放射性污染监测 教学目的 1.放射性基础知识 2.环境中的放射性 3.放射性辐射防护标准 4放射性测量实验室和检测仪器 5放射性监测 教学重点 1环境中的放射性 2.放射性辐射防护标准 3.放射性监测 教学方法 课内安排2个学时 必读教材和参考书页码 教材:369-392多媒体课件: 讲授提纲 81基础知识 8.1.1放射性 有些原子核不稳定,能自发地有规律地改变其结构转变为另一种原子核,这种现象称为核衰 变。在核衰变过程中会放出具有一定动能的带电或不带电粒子,即a、β和γ射线,这种性 质称为放射性。放射性物质放出的粒子或光子会对周围介质产生电离作用,造成放射性污 染和损伤 放射性衰变的类型
1 Chapter8 环境中放射性污染监测 教学目的 1. 放射性基础知识 2. 环境中的放射性 3. 放射性辐射防护标准 4.放射性测量实验室和检测仪器 5.放射性监测 教学重点 1 环境中的放射性 2. 放射性辐射防护标准 3.放射性监测 教学方法 课内安排 2 个学时。 必读教材和参考书页码 教材：369-392 多媒体课件： 讲授提纲 8.1 基础知识 8.1.1 放射性 有些原子核不稳定，能自发地有规律地改变其结构转变为另一种原子核，这种现象称为核衰 变。在核衰变过程中会放出具有一定动能的带电或不带电粒子，即α、β和γ射线，这种性 质称为放射性。 放射性物质放出的粒子或光子会对周围介质产生电离作用，造成放射性污 染和损伤。 放射性衰变的类型
衰变衰变不稳定重核(一般原子序大于82)自发放出He核(a粒子)的过程。如2Ra的 衰变可写成: Rn++He 不同核素所放出的a粒子的动能不等,一般在2-8MeV范围内。:22Rn、218Po、2Po 等核素在衰变时放出单能α射线;23Pa、22Ra、212Bi等核素在衰变时放出几种能量不同 的a射线和能量较低的γ射线。 22kRa衰变有两种方式(分枝衰变): 第一种方式是22Ra放射出477NeV的a粒子后变成基态的2Rn,这种方式的几率占 94.3% 另一种方式是2Ra放射出4589MeV的a粒子后变成激发态的2Rn,然后很快地跃迁 至基态22Rn,并放射出0.188MeV的Y射线,这种衰变方式的几率占57%。 粒子的质量大,速度小,照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发,但穿透力小, 只能穿过皮肤的角质层 衰变是放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程,它是原子核内质子和中子发生互变 的结果。β衰变可分为负β衰变、正β衰变和电子俘获三种类型。 (1)β衰变:β衰变是核素中的中子转变为质子并放出一个β粒子和中微子的过程。 β粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。许多β衰变的放射性核素只发射β粒子,不伴 随其他的射线,如16C、321sP、9xCs等,但更多β衰变的核素常常伴有y射线,如6Co 衰变时,除放射出γ粒外,还放射两种y射线 β射线的电子速度比α射线高10倍以上,其穿透能力较强,在空气中能穿透几米至几十 米才被吸收;与物质作用时可使其原子电离,也能灼伤皮肤。 (2)β+衰变:核素中质子转变为中子并发射正电子和中微子的过程。电子俘获的含义: 不稳定的原子核俘获一个核外电子,使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。因 靠近原子核的K层电子被俘获的几率远大于其他壳层电子,故这种衰变又称K电子俘获。 例如:56Fe(K俘获)→525Mn 当K壳层电子被俘获后,该壳层产生空位;则更高能级的电子可来填充空位同时放射 特征引线。 (3).y衰变 同质异能跃迁的概念: γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。这种跃迁对 2
2 .衰变 衰变不稳定重核(一般原子序 大于 82)自发放出 4He 核(α 粒子)的过程。如 226Ra 的。 衰变可写成： 226Ra → 222Rn + 4He 不同核素所放出的α粒子的动能不等，一般在 2--8MeV 范围内。：222Rn、218Po、210Po 等核素在衰变时放出单能 α 射线； 231Pa 、226Ra、212Bi 等核素在衰变时放出几种能量不同 的 α 射线和能量较低的 γ 射线。 226Ra 衰变有两种方式（分枝衰变)： 第一种方式是 226Ra 放射出 4.777MeV 的 α 粒子后变成基态的 222Rn，这种方式的几率占 94.3％； 另一种方式是 226Ra 放射出 4.589MeV 的 α 粒子后变成激发态的 222Rn，然后很快地跃迁 至基态 222Rn , 并放射出 0.188MeV 的 γ 射线，这种衰变方式的几率占 5.7％。 α粒子的质量大，速度小，照射物质时易使其原子、分子发生电离或激发，但穿透力小， 只能穿过皮肤的角质层。 衰变 是放射性核素放射β粒子(即快速电子)的过程，它是原子核内质子和中子发生互变 的结果。β衰变可分为负β衰变、正β衰变和电子俘获三种类型。 (1) β- 衰变：β- 衰变是核素中的中子转变为质子并放出一个β- 粒子和中微子的过程。 β-粒子实际上是带一个单位负电荷的电子。许多β衰变的放射性核素只发射β粒子，不伴 随其他的射线，如 146C、3215P、9038Cs 等，但更多 β 衰变的核素常常伴有 γ 射线，如 60Co 衰变时，除放射出 γ 粒外，还放射两种 γ 射线。 β射线的电子速度比α射线高 10 倍以上，其穿透能力较强，在空气中能穿透几米至几十 米才被吸收；与物质作用时可使其原子电离，也能灼伤皮肤。 (2) β+ 衰变：核素中质子转变为中子并发射正电子和中微子的过程。 电子俘获的含义： 不稳定的原子核俘获一个核外电子，使核中的质子转变成中子并放出一个中微子的过程。因 靠近原子核的 K 层电子被俘获的几率远大于其他壳层电子，故这种衰变又称 K 电子俘获。 例如： 5526Fe (K 俘获) → 5525 Mn 当 K 壳层电子被俘获后，该壳层产生空位；则更高能级的电子可来填充空位同时放射 特征引线。 (3)．γ 衰变 同质异能跃迁的概念： γ射线是原子核从较高能级跃迁到较低能级或者基态时所放射的电磁辐射。这种跃迁对
原子核的原子序和原子质量数都没影响,所以称为同质异能跃迁。某些不稳定的核素经过 或小变后仍处于高能状态,很快(约1013秒)再发射出γ射线而达稳定态 γ射线是一种波长很短的电磁波(约为0007-0.1nm),故穿透能力极强,它与物质作用 产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等。 放射性活度和半衰期 放射性活度(强度) 放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。可表示为; a=-dn /dt= N 式中:A—放射性活度(s。活度单位的专门名称为贝可,用符号Bq表示。1Bq=ls。 N一谋时刻的核素数 时间(s) A 衰变常数,表示放射性核素在单位时间内的衰变几率 半衰期 当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期(Tm)。衰变常数 与半衰期有下列关系: T1n=0.693/A 半衰期是放射性核素的基本特性之一,不同核索T/2不同。如212g4Po的Tn=3.0*107 年,而238gxU的Tn=45*109年。因为放射性核素每一十核的衰变并非同时发生,而是有先 有后,所以对一些T长的核素,一旦发生核污染,要通过衰变令其自行消失,需时是十分 长久的 例如,Sr的T1n=29年,一定质量的sr衰变掉999%所需时间可由下式算出: A=0.693/T1/2 a=-dn /dt=N 或N=Ne lgNo/N=*t/2.303 t=2.303*(1/2.39*102)*(lg1/0.001)=289(a)
3 原子核的原子序和原子质量数都没影响，所以称为同质异能跃迁。某些不稳定的核素经过。 或小变后仍处于高能状态，很快(约 10-13 秒)再发射出 γ 射线而达稳定态。 γ射线是一种波长很短的电磁波(约为 0.007 - 0.1nm)，故穿透能力极强，它与物质作用 产生光电效应、康普顿效应、电子对生成效应等。 放射性活度和半衰期 放射性活度(强度) 放射性活度系指单位时间内发生核衰变的数目。可表示为； A = — dN / d t = λN 式中：A —— 放射性活度(s-)。活度单位的专门名称为贝可，用符号 Bq 表示。1Bq= 1s - 。 N —— 谋时刻的核素数； t —— 时间(s)； A —— 衰变常数，表示放射性核素在单位时间内的衰变几率。 半衰期 当放射性的核素因衰变而减少到原来的一半时所需的时间称为半衰期(T1/2)。衰变常数 与半衰期有下列关系： T1/2 = 0.693 / λ 半衰期是放射性核素的基本特性之一，不同核索 T1／2 不同。如 21284Po 的 T1/2 = 3.0*10-7 年，而 23892U 的 T1/2 = 4.5*109 年。因为放射性核素每一十核的衰变并非同时发生，而是有先 有后，所以对一些 T1/2 长的核素，一旦发生核污染，要通过衰变令其自行消失，需时是十分 长久的。 例如，Sr 的 T1/2 = 29 年，一定质量的 90Sr 衰变掉 99.9％所需时间可由下式算出： λ= 0.693 / T1/2 A = — dN / d t = λN 或 N ＝ No e -λt lg N0 / N = λ*t / 2.303 t ＝ 2.303 * (1/2.39*10-2 )* (lg 1/0.001) ＝ 289(a)
核反应 核反应的含义:指用快速粒子打击靶核而给出新核(核产物)和另一粒子的过程 进行核反应的方法主要有:用快速中子轰击发生核反应;吸收慢中子的核反应:用带 电粒子轰击发生核反应:用高能光子照射发生核反应等。其中,最重要的是重核裂变反应 如可作为裂变材料的235U、239Pu、232U被装载在反应堆或原子弹中,经热中子轰击后释放 出大量原子能,其本身同时裂成各种碎片(13HI、osr、lCs等)。 8.1.2照射量和剂量 照射量和剂量都是表征放射性粒子与物质作用后产生的效应及其量度的术语。 照射量被定义为: X= do/dm 式中:dQy或x射线在空气中完全被阻止时,引起质量为dm的某一体积元的空气电离 所产生的带电粒子(正的或负的的总电量值(C)。 照射量,它的SI单位为C/kg,与它暂时井用的专用单位是伦琴(R),简称伦 1R=2.58*104c/kg 伦琴单位的定义是凡1伦琴γ或x射线照射lcm3标准状况下(0℃和101.325kPa)的空气, 能引起空气电离而产生1静电单位正电荷和1静电单位负电荷的带电粒子。这一单位仅适用 于γ或x射线透过空气介质的情况,不能用于其他类型的辐射和介质 吸收剂量 它用于表示在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量大小 物理量。其定义用下式表示 D=d Ep/dm 式中:D—吸收剂量 dED——电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量 吸收剂量的SI单位为J/kg,单位的专门名称为戈瑞,简称戈,用符号Gy表示 1 J/ke 与戈瑞暂时并用的专用单位是拉德(rad)
4 核反应 核反应的含义：指用快速粒子打击靶核而给出新核(核产物)和另一粒子的过程。 进行核反应的方法主要有： 用快速中子轰击发生核反应； 吸收慢中子的核反应： 用带 电粒子轰击发生核反应； 用高能光子照射发生核反应等。 其中，最重要的是重核裂变反应， 如可作为裂变材料的 235U、239Pu、232 U 被装载在反应堆或原子弹中，经热中子轰击后释放 出大量原子能，其本身同时裂成各种碎片( 131I、 90Sr、137Cs 等)。 8.1.2 照射量和剂量 照射量和剂量都是表征放射性粒子与物质作用后产生的效应及其量度的术语。 照射量被定义为： X = dQ / dm 式中：dQ—— γ 或 x 射线在空气中完全被阻止时，引起质量为 dm 的某一体积元的空气电离 所产生的带电粒子(正的或负的)的总电量值(C)。 X —— 照射量，它的 SI 单位为 C／kg，与它暂时井用的专用单位是伦琴(R)，简称伦。 1R = 2.58 * 10-4C／kg 伦琴单位的定义是凡 l 伦琴 γ 或 x 射线照射 1cm3 标准状况下(0℃和 101.325kPa)的空气， 能引起空气电离而产生 1 静电单位正电荷和 1 静电单位负电荷的带电粒子。这一单位仅适用 于γ 或 x 射线透过空气介质的情况，不能用于其他类型的辐射和介质。 吸收剂量 它用于表示在电离辐射与物质发生相互作用时单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的 物 理量。其定义用下式表示； D = d ED / dm 式中；D —— 吸收剂量； d ED —— 电离辐射给予质量为 dm 的物质的平均能量。 吸收剂量的 SI 单位为 J／kg，单位的专门名称为戈瑞，简称戈，用符号 Gy 表示。 1 Gy ＝ 1 J／kg 与戈瑞暂时并用的专用单位是拉德(rad) ； l rad = l 0-2Gy
吸收剂量单位可适用于内照射和外照射。现已广泛应用于放射生物学、辐射化学、辐射防护 等科 吸收剂量有时用吸收剂量率(P)来表示。它定义为单位时间内的吸收剂量,即 P= dd/ dt 其单位为Gy/s或rad/sa 8.2.3剂量当量 剂量当量(H)定义为:在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和 有修正因素的乘积,即 H= DQN 式中:D——吸收剂量(Gy) Q——品质因素,其值决定于导致电离粒子的初始动能、种类及照射类型等; N—所有其他修正因素的乘积 品质因素与外照射、内照射和射线种类的关系: 外照射是指宇宙射线及地面上天然放射性核素发射的β和y射线对人体的照射 内照射是指通过呼吸和消化系统进入人体内部的放射性核素造成的照射。 剂量当量(H)的SI单位为J/kg;单位的专门名称为希沃特(Sv ISv =1J/kg 与希沃特暂时并用的专用单位是雷姆(rem) 应用剂量当量来描述人体所受各种电离辐射的危害程度,可以表达不同种类的射线在不 同 能量及不同照射条件下所引起生物效应的差异。在计算剂量当量时,就必须预先指定这些 条件 对B和y射线来说,以雷姆为单位的剂量当量和以拉德为单位的剂量在数值上是相等
5 吸收剂量单位可适用于内照射和外照射。现已广泛应用于放射生物学、辐射化学、辐射防护 等科。 吸收剂量有时用吸收剂量率(P)来表示。它定义为单位时间内的吸收剂量，即 P = dD / dt 其单位为 Gy／s 或 rad／s。 8．2．3 剂量当量 剂量当量(H)定义为：在生物机体组织内所考虑的一个体积单元上吸收剂量、品质因数和 有修正因素的乘积，即 H = DQN 式中：D —— 吸收剂量(Gy)； Q —— 品质因素，其值决定于导致电离粒子的初始动能、种类及照射类型等； N —— 所有其他修正因素的乘积。 品质因素与外照射、内照射和射线种类的关系： 外照射是指宇宙射线及地面上天然放射性核素发射的β和γ射线对人体的照射 内照射是指通过呼吸和消化系统进入人体内部的放射性核素造成的照射。 剂量当量(H)的 SI 单位为 J／kg；单位的专门名称为希沃特(Sv)。 1Sv = 1 J／kg 与希沃特暂时并用的专用单位是雷姆(rem) l rem ＝ 10-2 Sv 应用剂量当量来描述人体所受各种电离辐射的危害程度，可以表达不同种类的射线在不 同 能量及不同照射条件下所引起生物效应的差异。 在计算剂量当量时，就必须预先指定这些 条件。 对β和γ射线来说，以雷姆为单位的剂量当量和以拉德为单位的剂量在数值上是相等 的