放射性及放射源基础知识

主要内容原子核基本知识放射性基本知识射线与物质的相互作用放射源和射线装置基本知识放射源和射线装置分类放射源身份管理制度当前第1页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识1.1原子结构

质子（每个质子带一个单位正电荷）

原子核

原子

中子（不带电）

电子（每个电子带一个单位负电荷）当前第2页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识原子结构原子核中子质子电子(电子云)+++当前第3页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识1.2原子核结构原子核由质子和中子组成，中子和质子统称为核子。中子不带电。质子带正电，电量为e。电荷数为Z的原子核含有Z个质子。

当前第4页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识质子静止质量中子表示符号带电量不带电当前第5页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识原子核的表示核子数质子数中子数元素符号例如：也可表示为：当前第6页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识1.3几个概念1).核素（nuclide）具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。

同量异位素，A同，Z、N不同。同中异核素，N同，A、Z不同。同质异能素，A、Z同，能态不同。

同位素，Z同，A、N不同。当前第7页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识2).同位素（Isotope）相同质子数，核子数不同。铀的三种同位素。氢的三种同位素；当前第8页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识3).稳定同位素和放射性同位素同位素分为稳定同位素和放射性同位素。稳定的同位素，如

5626Fe、12753I等。放射性同位素，如

5926Fe(β-,γ)、13153I(β-,γ)、6027Co(β-,γ)等。当前第9页\共有68页\编于星期三\5点1.原子核基础知识4).天然放射性同位素和人工放射性同位素天然存在的如40K，238U系，232Th系等反应堆，加速器等方法生产出来的，如60Co，131I，198Au，32P等当前第10页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识2.1放射性现象在磁场中，一个成分与带正电的离子流的偏转方向相同；另一个成分与带负电的离子流的偏转方向相同；第三个成分不发生任何偏转。这三种成分的射线分别叫做α、β和γ射线。对放射性核素加温、加压或加磁场，都不能抑制或显著地改变射线的发射。当前第11页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识2.2原子核的衰变种类名称组成电量(e)质量(u)出射速度贯穿本领电离能力感光作用α+240.1C空气（~几cm）

很强很强βe-1≈C几mm铝片

较弱较弱γ光子0无C几mm~cm铅

很弱很弱当前第12页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识α衰变原子核自发地放出α粒子（氦核）而变为另一种原子核的过程称为α衰变。当前第13页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识式中：X代表衰变前的母核，Y代表衰变后的子核。Q表示衰变能。例：衰变表达式：当前第14页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识β衰变原子核自发地放射出电子。e衰变（丰中子核发生）e+衰变（欠中子核发生）EC--轨道电子俘获（欠中子核发生）当前第15页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识β-衰变相当于原子核的一个中子变成了质子；β+衰变相当于原子核的一个质子变成了中子；轨道电子俘获相当于原子核的一个质子变成了中子。能发生

＋衰变的原子核总可以发生轨道电子俘获，反过来不成立。EC衰变的后续过程：特征X射线；俄歇电子。当前第16页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识γ跃迁处于激发态的原子核要向基态跃迁。

99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ

(T1/2:①66.02h;②6.02h)

131I→131Xe+β-+γ(T1/2:8.04d)当前第17页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识

跃迁的基本特点：该过程核电荷数不变、核子数不变。包括跃迁和内转换电子两种形式。发射射线粒子能量在几KeV～十几MeV半衰期范围为，10-16s～10-4s伴随在、衰变之后。当前第18页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识137Cs137Ba*(激发态)母核β-衰变γ衰变137Ba+γ射线(661.7keV)子核(基态)

(0.0)γ跃迁：当前第19页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识2.3放射性衰变的基本规律统计规律随机事件指数衰减规律N=N0e-

λtN0:（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当前第20页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识实验结果：222Rn的衰变曲线当前第21页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识放射性原子核的特征量（1）衰变常数λ原子核单位时间衰变的几率，单位：s-1（2）衰变率单位时间内原子核发生衰变的核数目表达式：-dN/dt当前第22页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识（3）半衰期T1/2放射性原子核数衰减到原来数目的一半所需的时间表达式：（4）平均寿命τ指放射性原子核平均生存的时间表达式：当前第23页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识2.3.4天然放射性核素的三个放射系地球年龄为10亿年(即109年)第一个核素的半衰期很长。

钍系的,半衰期为1.41×1010年；

铀系的，半衰期为4.47×109年；

锕-铀系的，半衰期为7.04×108年。最终的产物都是铅当前第24页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识钍系（4n系）质量数都是4的整数倍当前第25页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识铀系(4n＋2系)质量数都是4的整数倍加2当前第26页\共有68页\编于星期三\5点2放射性基本知识锕系(4n＋3系)质量数都是4的整数倍加3当前第27页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用3.1带电粒子与物质的相互作用重带电粒子：α、d、p、T等电子电离：核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子激发：使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光弹性散射:韧致辐射：与原子核的库仑场发生作用，带电粒子的速度和方向发生变化，带电粒子的一部分能量转换为连续能量的电磁辐射(X射线)。当前第28页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(1)能量损失率入射带电粒子在物质中经过单位路程上损失的能量，又称阻止本领S=-(dE/dx)当前第29页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(2)

粒子在空气中的射程

R0=0.56Eα（cm）Eα<4MeV4<Eα<7MeV对210Po放射源发射的α粒子，Eα=5.304MeV在空气中的射程R0=3.88（cm）在肌肉内的射程R0=24.8（μm）当前第30页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(3)高速电子射程单能电子在吸收介质中的射程Rm(mg/cm2)与其能量E(MeV)之间的关系：经验公式：例90Sr：射程：当前第31页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(4)正电子的湮没正电子：电离损失和辐射损失、正电子湮没

正电子+电子湮灭光子e++e-Υ（0.511MeV）+Υ（0.511MeV）

当前第32页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用当前第33页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用3.3γ射线与物质的相互作用(1)光电效应光电子能量：当前第34页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(2)康普顿效应反冲电子能量：Ee呈连续能量分布

当前第35页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(3)电子对效应正负电子对的能量：只有当γ射线能量大于才可能发生电子对效应当前第36页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(4)综合效应当前第37页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用(5)γ射线的强度衰减窄束射线强度的衰减规律宽束射线强度的衰减规律当前第38页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用3.4中子与物质的相互作用中子的分类及性质1)

慢中子热中子2)中能中子3)快中子4)特快中子当前第39页\共有68页\编于星期三\5点3射线与物质的相互作用3.4中子与物质的相互作用与原子核发生作用弹性散射

(n,n)非弹性散射(n,n’)辐射俘获

(n,)发射带电粒子(n,)，(n,p)裂变反应(n,f)多粒子发射(n,2n)，(n,np)(8～10MeV以上特快中子)当前第40页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识4.1基本概念通常意义上讲放射源：用放射性物质制成的能产生辐射照射的物质或实体。法规定义放射源：除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性物质。射线装置：是指X射线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。当前第41页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识2010年：全省共有核技术利用单位2266家，其中：放射源使用单位473家；

在用放射源2006枚；射线装置使用单位1793家；

射线装置3410台（套）。建材、医疗、科研院校、化工、矿山、冶金、机械、制造、煤炭、辐照加工等。主要核素137Cs、60Co、241Am、238Pu、90Sr、192Ir、63Ni等。当前第42页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识4.2放射源的种类按辐射类型α源，β源，γ源，低能光子源，中子源等。按结构

分为密封源、非密封源。按应用

分为工业用源，医用源，实验室用源，同位素仪表用测厚源，离子感烟探测器用火警源，穆斯堡尔效应测量用穆斯堡尔源，X射线荧光分析用低能光子源，γ照相探伤源，静电消除源和同位素热源等。当前第43页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识I-125密封源Φ0.8mm×4.5mm当前第44页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识密封源容器当前第45页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识常用α源同位素半衰期主要α粒子能量，MeV比活度，Bq·g-1210Po138.4d5.30(100%)1.67×1014234Th1.91a5.43(71%),5.34(28%)3.03×1013235U7.04×108a4.40(57%),4.37(18%)7.99×104238U4.51×109a4.20(77%),4.15(23%)1.24×104239Pu2.44×104a5.15(88%),5.11(11%)2.27×109238Pu87.75a5.5(72%),5.46(28%)6.36×1011241Am433a5.48(85%),5.44(13%)1.27×1011243Cm32a5.79(73%),5.74(11%)1.82×1012当前第46页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识β常用源同位素粒子最大能量Mev半衰期3H0.01812.35a14C0.1585730a147Pm0.2552.623a90Sr0.55429.12a90Y2.27464.1h32P1.70914.29d65Ni0.0671.29×109a204Tl0.7633.78a22Na0.5472.60a24Na1.3915.0h106Rh3.5430.0s当前第47页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识γ常用放射源用途核素活度范围，Bq辐照装置60Co、137Cs>1014测量仪表60Co、137Cs、192Ir、170Tm、152Eu、154Eu、241Am108～2×1012探伤60Co、137Cs、192Ir、170Tm等109～1013医疗照射60Co、137Cs、192Ir、226Ra等108～6×1014刻度/检验源60Co、137Cs、192Ir、226Ra、241Am等106～1014当前第48页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识4.4射线装置

体部γ刀X射线行包安检装置当前第49页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识医用加速器

中子发生器

当前第50页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识4.5放射性同位素和射线装置的应用射线应用1、工业应用2、农业应用探伤仪在线测量辐射加工消除静电测井治疗恶性肿瘤同位素示踪诊断仪器刻度3、医疗应用4、其它应用辐射育种分析仪器当前第51页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识密度测量仪探测器Detector物质流向MaterialFlow开关控制ShutterControl屏蔽Shielding源Source关（开）Shutter(open)当前第52页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识测厚仪射线测厚装置金属板当前第53页\共有68页\编于星期三\5点4放射源和射线装置基本知识示踪当前第54页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类5.1放射源分类依据：2005年第62号《放射源分类办法》。原则：国际原子能机构。分类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类。当前第55页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类Ⅰ类放射源：极高危险源。Ⅱ类放射源：高危险源。Ⅲ类放射源：危险源。Ⅳ类放射源：低危险源。Ⅴ类放射源：极低危险源。当前第56页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类非密封源分类非密封源工作场所按放射性核素日等效最大操作量分为甲、乙、丙三级。甲级：Ⅰ类放射源。乙级和丙级：Ⅱ、Ⅲ类放射源。当前第57页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类非密封源工作场所的分级级别日等效最大操作量/Bq甲>4×109乙2×107～4×109丙豁免活度值以上～2×107当前第58页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类5.2射线装置分类依据：2005年第62号《射线装置分类办法》。分类：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类。Ⅰ类：高危险射线装置；Ⅱ类：中危险射线装置；Ⅲ类：低危险射线装置。当前第59页\共有68页\编于星期三\5点5放射源和射线装置分类射线装置分类表装置类别医用射线装置非医用射线装置Ⅰ射线装置能量大于100兆电子伏的生产放射性同位素的加速器（不含制备PET用放射性药物的加速器）医用加速器能量大于100兆电子伏的加速器Ⅱ类射线装置放射治疗用X射线、电子束加速器工业探伤加速器重离子治疗加速器安全检查用加速器质子治疗装置辐照装置用加速器制备正电子发射计算机断层显像装置（PET）用放射性药物的加速器其它非医用加速器其他医用加速器中子发生器X射线深部治疗机工业用X射线CT机数字减影血管造影装置X射线探伤机Ⅲ类射线装置医用X射线CT机X射线行李包检查装置放射诊断用普通X射线机X射线衍射仪X射线摄影装置兽医用X射线机牙科X射线机

乳腺X射线机

放射治疗模拟定位机

其它高于豁免水平的X射线机当前第60页\共有68页\编于星期三\5点6放射源身份管理制度是放射源安全监管体系的有效组成部分之一；具有唯一性编码；类似于居民身份证；生产的国家和单位、放射源核素、该核素的原子质量、源生产年份、源生产的序列号或批次号以及放射源类型等。当前第61页\共有68页\编于星期三\5点6放射源身份管理制度6.1放射源编码格式第1－2位：生产单位。第3－4位：出厂年份。第5－6位：核素代码。第7－11位：产品序列号。第12位：出厂时放射源类别。123456789101112当前第62页\共有68页\编于星期三\5点6放射源身份管理制度例：1.中国原子能科学研究院2005年生产的Cs－137放射源，产品序列号为00001，出厂时为3类放射源，则其编码为：

0405CS000013；2.2003年从美国进口的Co－60放射源，在北京使用，分配的序列号为00001，出厂时为4类放射源，则其编码为：

US03CO000014;当前第63页\共有68页\编于星期三\5点6放射源身份管理制度掌握事项：指密封放射源，不包括植入人体种子源。半衰期≥60天。编码不得重复使用。当前第64页\共有68页\编于星期三\5点6放射源身份管理制度6.3放射源编码卡格式核素名称出厂活度

贝可出厂日期年月日