放射基本知识放射防护学.ppt

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1、放射防护学放射防护学2022/11/71为什么要学习放射防护学？为什么要学习放射防护学？放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不可放射性来源于天然的放射性和人工放射性。天然放射性即本底照射是不可避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。避免的，而放射线广泛应用于各行各业，因而引起放射性防护问题。当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学和当学生要学习影像学和其他放射学课程，当我们跨出校门，走上核医学和其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首先会其他放射学工作岗位，当病人要接受放射性诊断检查或放射治疗，首先会想到放射

2、线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线怎样作想到放射线究竟对人有多大害处，人会受到哪些射线照射，放射线怎样作用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能认识放射用于人体组织，核医学诊断、治疗有什么特点、优势，怎样才能认识放射线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人类服务。线，怎样防护放射线，怎样才能趋利避害，让射线更好地为人类服务。在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射性在长期的核医学和其他放射性工作实践中，会遇到这样那样的关于放射性工作的管理和防护的问题，也会遇到上述各行各业的人员来咨询有关放射工作的管理和防护的问题，也会遇到上述

3、各行各业的人员来咨询有关放射防护的问题。防护的问题。因此，因此，放射防护学放射防护学是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课是预防医学系、影像系及放射医学系等的主要专业课程之一。程之一。2022/11/72主要学习内容主要学习内容放射基础知识放射基础知识辐射源和辐射剂量单位辐射源和辐射剂量单位放射药物放射药物放射性测量放射性测量放射生物效应放射生物效应辐射防护的原理与措施辐射防护的原理与措施放射卫生管理放射卫生管理放射线的监测放射线的监测X 射线、超声的防护射线、超声的防护2022/11/73第一章第一章放射基础知识放射基础知识2022/11/74原子结构原子结构原子核中子质子电子+第一

4、节第一节 原子核结构原子核结构2022/11/75原子核结构:X为元素符号Z为质子数N为中子数A为质量数原子核结构原子核结构2022/11/76几个概念几个概念元素元素(element)具有相同质子数的原子。化学具有相同质子数的原子。化学性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不性质相同，但其中子数可以不同，因而物理性能不同，如碘元素中的同，如碘元素中的131131I I和和127127I I；核素（核素（Nuclide）质子数相同，中子数也相同，质子数相同，中子数也相同，且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素且具有相同能态的原子，称为一种核素。同一元素可有多种核素，如可有多种核素，如

5、131131I I、127127I I、3 3H H、99m99mTcTc、9999TcTc分别为分别为3 3种元素的种元素的5 5种核素；种核素；同质异能素（同质异能素（Isomer）质子数和中子数都相同，质子数和中子数都相同，但处于不同的核能状态原子，但处于不同的核能状态原子，如如99m99mTcTc、9999TcTc。2022/11/77同位素同位素凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数凡同一元素的不同核素（质子数同，中子数不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位不同）在周期表上处于相同位置，互称为该元素的同位素素。There are the same protons,but d

6、ifferent mass number(or neutrons).42022/11/78一、核力和放射性核素一、核力和放射性核素 原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为原子核的核子之间存在着很强的短程引力称为核力核力，核，核力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带力使原子核中的核子结合在一起，同时，原子核中又存在带正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之正电荷的质子之间的静电排斥力，原子核的稳定性由核子之间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内间的核力和质子之间的静电排斥力的相对大小决定，与核内质子数和中子数的比例有关。质子数和中子数的比例有关。Z20

7、N/Z1 Stability Z83 Unstability 第二节第二节 放射性衰变放射性衰变2022/11/79P83的核素，核力不能与质子间的斥力保持平衡，故全是不稳定的放射性核素。P82的核素，天然的放射性核素很少，多由人工生产。2022/11/710Proton rich nucleiNeutron rich nucleiZ=N05010015050100Proton numberNeutron numberNeutron-proton ratio with line nuclear stability2022/11/711 原子核稳定，不会自发衰变的核素称为原子核稳定，不会自发衰变

8、的核素称为稳定核稳定核素素(stable nuclide);(stable nuclide);原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能原子核处于不稳定状态，需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定的核素称为级调整才能趋于稳定的核素称为放射性核素放射性核素(radionuclide);(radionuclide);放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，放射性核素的原子由于核内结构或能级调整，自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一自发地释放出一种或一种以上的射线并转化为另一种原子的过程称为种原子的过程称为放射性衰变放射性衰变(radioactive decay)。2022/11/712+从母核

9、中射出的4He原子核238U4He+234Th放射性母核!二、基本衰变类型二、基本衰变类型1.衰变衰变 238U 234Th+4He+Q粒子得到大部分衰变能，粒子含2个质子，2个中子2022/11/713 衰变：衰变：241241AmAm 237237Np+Np+4 4HeHe2022/11/714Characteristic of alpha particle粒子实质上是粒子实质上是HeHe原子核，原子核，衰变发生在原子序数大于衰变发生在原子序数大于8282的重元素核素。的重元素核素。粒子的速度约为光速的粒子的速度约为光速的1/101/10，即万，即万km/skm/s，2s2s绕绕地球周。地

10、球周。在空气中的射程约为在空气中的射程约为3-8cm3-8cm，在水中或机体内为，在水中或机体内为0.060.060.16mm0.16mm。因其射程短，一张纸即可阻挡因其射程短，一张纸即可阻挡但但粒子的电离能力很强。粒子的电离能力很强。2022/11/715-衰变衰变 3215P 3216S+-+Ue+1.71MeV+衰变衰变 137N 136C+1.190MeV电子俘获（电子俘获（电子俘获（电子俘获（electron capture）发生原因发生原因母核中子或质子过多母核中子或质子过多2.衰变衰变射线本质：高速运射线本质：高速运动的电子流动的电子流2022/11/716-衰变衰变：3 3H

11、H 3 3He+He+-2022/11/717-衰变衰变2022/11/718正电子衰变正电子衰变：1111C C 1111B+B+2022/11/719质子变成中子质子变成中子X射线电子俘获（电子俘获（electron capture）核外轨道电子核外轨道电子2022/11/720电子俘获电子俘获：7 7BeBe 7 7Li Li2022/11/721+中微子 光子4.衰变衰变衰变衰变往往是继发于往往是继发于衰变或衰变或衰变后发生，衰变后发生，这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原这些衰变后，原子核还处于较高能量状态，原子核以放出子核以放出-ray-ray 释放出过剩能量释放出过剩能量99

12、Mo 99mTc+-99Tc+(T T1/21/2:66.02d;6.02h):66.02d;6.02h)131I 131Xe+-+(T(T1/21/2:8.04d):8.04d)2022/11/722 137 137 Cs Cs 137 137 Ba*Ba*（激发态）（激发态）母核母核 -衰变衰变 衰变衰变 137 137 Ba+Ba+射线（射线（661.7 keV661.7 keV）子核（基态）子核（基态）（0.00.0）光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）光子是什麽？（举例说明光子的来源和分类）射线就是高能量的光子射线就是高能量的光子 ：几百：几百keV-MeV keV-MeV 量级

13、量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁，在这个过程中发射这个过程中发射 射线，原子核能态降低。射线，原子核能态降低。射线是高能量的电磁辐射射线是高能量的电磁辐射 光子光子2022/11/723衰变特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态退激时发生3、产生的射线能量离散4、可以通过测量光子能量来区分母体的核素类别2022/11/724 衰变衰变3 3HeHe 3 3HeHe2022/11/725Comparison of three decayyesyesyesEnergy changednoyesyes

14、Proton changednonoyesMass changedgamma decaybeta decayalpha decay2022/11/726各种放射线的性质比较各种放射线的性质比较最强，穿几最强，穿几cm铅版铅版最弱最弱100光子光子射线射线较强，穿几较强，穿几mm铝板铝板较强较强0.99-11/1840电子电子射线射线最弱，纸能挡住最弱，纸能挡住最强最强0.1+24氦核氦核射线射线贯穿性贯穿性电离性电离性速度速度（c）电荷电荷（e）质量质量（u）本本 质质种种 类类2022/11/727 三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和磁场中的偏转三种射线在匀强磁场、匀强电场、正交电场和

15、磁场中的偏转情况比较：情况比较：如上图如上图、所示，在匀强磁场和匀强电场中都是所示，在匀强磁场和匀强电场中都是比比的偏的偏转大，转大，不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中不偏转；区别是：在磁场中偏转轨迹是圆弧，在电场中偏转轨迹是抛物线。偏转轨迹是抛物线。2022/11/728 衰变衰变-衰变衰变+衰变衰变 衰变衰变2022/11/729放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。放射性核素是不稳定的，它要自发地发生衰变。放放射射性性原原子子核核并并不不是是同同时时衰衰变变的的，对对于于某某一一个个原原子子核核而而言言，何何时时衰衰变变是是各各自自独独立立没没有有规规律律的的，但但对对

16、于于某某一一种种原原子子核核的的群群体体而而言言，它它的的衰衰变变是是有有规规律律的的，即即原子核数目随时间增长按指数规律减少。原子核数目随时间增长按指数规律减少。三、放射性衰变基本规律三、放射性衰变基本规律2022/11/730对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，对于由大量原子组成的放射源，每个原子核都可能发生衰变，但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少但不是所有原子在同一时刻都发生衰变，某一时刻仅有极少数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定数原子发生衰变。放射性核素衰变是随机的、自发的按一定的速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放的

17、速率进行，各种放射性核素都有自己特有的衰变速度。放射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：射性核素原子随时间而呈指数规律减少，其表达式为：N=N0e-t：衰变常数：衰变常数(decay constant)t：decay time e：base of natural logarithm2022/11/731指数衰减规律指数衰减规律 N=N0e-t N0:（t=0）时放射性原子核）时放射性原子核的数目的数目N:经过经过t时间后未发生衰变的时间后未发生衰变的放射性原子核数目放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有小只与原子核本身性质有关，与外界条件

18、无关关，与外界条件无关;数值数值越大衰变越快越大衰变越快N=NN=N0 0e e-t t衰变规律衰变规律2022/11/732Decay constant()衰衰变变常常数数：某某种种放放射射性性核核素素的的核核在在单单位位时时间间内内自自发衰变的几率；发衰变的几率；它它反反映映该该核核素素衰衰变变的的速速度度和和特特性性；值值大大衰衰变变快快，小则衰变慢，不受任何影响。小则衰变慢，不受任何影响。不同的放射性核素有不同的不同的放射性核素有不同的。2022/11/733放射性活度放射性活度放射性活度放射性活度（radioactivity,A)定义：单位时间内发生衰变的原子核数1 1Bq=1SBq

19、=1S-1-11Ci=3.7101Ci=3.71010 10 BqBq1Ci=1000mCi1Ci=1000mCiA=dN/dt2022/11/734Radioactivity 放射性活度放射性活度一一定定量量的的放放射射性性核核素素在在一一很很短短的的时时间间间间隔隔内内发生核衰变数除以该时间间隔。发生核衰变数除以该时间间隔。即单位时间的核衰变数目；即单位时间的核衰变数目；A=dN/dt单单 位位：s-1，专专 用用 名名：贝贝 可可（Becquerel，Bq）,1Bq=1S-1,旧单位为旧单位为Ci,1Ci=3.7X1010Bq衍衍生生单单位位：KBq、MBq、GBq(10亿亿)、TBq，

20、Ci、mCi、Ci。2022/11/735比放射性活度：比放射性活度：-定义：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。-单位：单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l2022/11/736Specific activity and radioactivity concentration比放射性活度(Specific activity)：指单位质量的放射性制剂中的放射性活度，Bq/mol,Bq/g；比放射性浓度(Radioactivity concentration)：单位容积的放射性制剂中的放射性活度，Bq/L；2022/11/737仪器常用单位：仪器常用单位：dps:disintegra

21、tion per second cps:counts per second2022/11/738半衰期半衰期(half life)放射性原子核数衰变一半所需的时间2022/11/739物理半衰期物理半衰期(Physical half life，T1/2)在在单单一一的的放放射射性性核核素素衰衰变变过过程程中中，放放射射性性活度降至原来一半所需的时间；活度降至原来一半所需的时间；长者可达长者可达1010a，短者仅有，短者仅有10-10s。半衰期半衰期1.022 MeVNuclear fieldPair productionCompton electron,scattered photonSeve

22、ral keV to several MeVOuter electron shellsComptonPhotoelectrons,characteristic x raySeveral keV to 0.5 MeVInner electron shellsPhotoelectricSecondary effectsEnergy rangeInteraction siteInteraction2022/11/765中子不带电不能直接使原子电离中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应同原子核发生作用引起核反应1 1）与）与 H H 原子核

23、的弹性碰撞原子核的弹性碰撞 传递能量传递能量 质子跑出来质子跑出来 中子被慢化中子被慢化 n+H n +p n+H n +p 第一步第一步 打出质子（载能）打出质子（载能）第二步第二步 质子引起物质电离质子引起物质电离 慢化剂慢化剂:轻水轻水(1 1H H2 2O)O)重水重水(2 2D D2 2O)O)nHnnp电离电离3.3.中子与物质的作用中子与物质的作用：2022/11/766 2 2）中子核反应中子核反应 例如例如(n,p)(n,p)反应反应 n +n +1414N N 1414C +p C +p 第一步第一步 核反应产生质子核反应产生质子 第二步第二步 质子对物质产生质子对物质产生 电离作用电离作用 n p电离电离1414N N1414C C 人体有大量人体有大量 H H 和和 N N 原子原子 中子对人体电离效应严重中子对人体电离效应严重 伤害也严重伤害也严重122022/11/767思考题核素、同位素、同质异能素的定义核衰变及其类型半衰期与放射性活度的定义射线与物质的相互作用2022/11/768谢谢 谢谢2022/11/769