化學(xué)實驗室安全(放射性、輻射防護與放射源基本知識 )

1、 放射性、輻射防護與放射源基本知識放射性、輻射防護與放射源基本知識 1896年，年，Bequerel用鈾粉作用鈾粉作實驗，有一次無意的將鈾粉放在實驗，有一次無意的將鈾粉放在避光包裝的膠片上，第二天他驚避光包裝的膠片上，第二天他驚訝的發(fā)現(xiàn)膠片暴光了。訝的發(fā)現(xiàn)膠片暴光了。 他由此斷定，鈾可以放出某他由此斷定，鈾可以放出某種射線，使膠片暴光。種射線，使膠片暴光。人們就將人們就將物質(zhì)能夠放出某種射線的現(xiàn)象稱物質(zhì)能夠放出某種射線的現(xiàn)象稱為放射性。為放射性。 實際上，放射性物質(zhì)無處不在，只不實際上，放射性物質(zhì)無處不在，只不過含量高低不同罷了。如環(huán)境和食物就含過含量高低不同罷了。如環(huán)境和食物就含有或多或少的

2、天然放射性物質(zhì)和核試驗殘有或多或少的天然放射性物質(zhì)和核試驗殘留的放射性物質(zhì)（如留的放射性物質(zhì)（如Cs-137和和Sr-90)。1. 用物理的方法，如用物理的方法，如X光機能產(chǎn)生的光機能產(chǎn)生的X射線射線、電電子加速器能產(chǎn)生子加速器能產(chǎn)生電子束等電子束等?；匦铀倨髂墚a(chǎn)。回旋加速器能產(chǎn)生重粒子束。生重粒子束。2. 放射性可能由原子核衰變產(chǎn)生，也可以由機放射性可能由原子核衰變產(chǎn)生，也可以由機器（射線裝置）產(chǎn)生。器（射線裝置）產(chǎn)生。NS磁鐵鐳 源（放在鉛屏蔽罐中） 經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，鐳放射源放出經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，鐳放射源放出的射線在磁場中會分成三束，分的射線在磁場中會分成三束，分別稱為別稱為 射線射線、

3、射線和射線和 射線。射線。 粒子最重（粒子最重（4個原子質(zhì)量數(shù)），個原子質(zhì)量數(shù)）， 粒子次之，粒子次之， 粒子則沒有靜止質(zhì)粒子則沒有靜止質(zhì)量。量。 有些原子核衰變的時候還會放出有些原子核衰變的時候還會放出中子，如中子，如U-235的衰變。的衰變。原子核衰變能放出原子核衰變能放出 、 、 射線和射線和中子中子X射線射線 X射線的問世，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)射線的問世，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如透視、成像、探傷等）如透視、成像、探傷等）.德國德國物理學(xué)家物理學(xué)家倫琴倫琴于于1895年在研究年在研究陰極射線的時候，發(fā)現(xiàn)了一種奇特陰極射線的時候，發(fā)現(xiàn)了一種奇特的射線，它能

4、量高、穿透力強、能的射線，它能量高、穿透力強、能殺死細(xì)胞和組織。由于當(dāng)時知其甚殺死細(xì)胞和組織。由于當(dāng)時知其甚少，所以稱為少，所以稱為X射線，又叫倫琴射射線，又叫倫琴射線。線。連續(xù)連續(xù)X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 連續(xù)連續(xù)X射線是由于高速運動的電子撞擊物體（鎢靶、銀靶、鉬靶等），速射線是由于高速運動的電子撞擊物體（鎢靶、銀靶、鉬靶等），速度猝然而止，其中一部分（度猝然而止，其中一部分（90%)的能量則轉(zhuǎn)換為熱能。的能量則轉(zhuǎn)換為熱能。 由于釋放出的由于釋放出的X光子的能量分布是連續(xù)的（光子的能量分布是連續(xù)的（0Emax)，因此稱為連續(xù)，因此稱為連續(xù)X光。光。X光機原理光機原理高壓電源高壓電源低壓電源靶靶

5、陰極發(fā)熱產(chǎn)陰極發(fā)熱產(chǎn)生電子生電子電子猝然停止和外層電子躍遷，電子猝然停止和外層電子躍遷，部分能量以連續(xù)和特征部分能量以連續(xù)和特征X射線的形射線的形式放出。式放出。電子加速，撞擊和電子加速，撞擊和電離靶中的核外電電離靶中的核外電子。子。X射線射線 射線射線與與X射線、射線、 射線射線與與電子束電子束的區(qū)別的區(qū)別 射線射線與與X射線射線 射線射線與與電子束電子束 、 、 射線的穿透能力射線的穿透能力 射線：射線：1張紙片就能阻止它的張紙片就能阻止它的穿透。穿透。 射線：射線：幾毫米的銅片才能阻幾毫米的銅片才能阻止它的穿透。止它的穿透。 射線：射線：幾十厘米厚的混凝土幾十厘米厚的混凝土或幾厘米厚的鉛

6、板才能阻止它的或幾厘米厚的鉛板才能阻止它的穿透。穿透。 掌握射線的這種特性，能采取掌握射線的這種特性，能采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M行有效輻射防護。適當(dāng)?shù)拇胧┻M行有效輻射防護。 射線射線 射線射線X、 射線穿透物質(zhì)的衰減規(guī)律射線穿透物質(zhì)的衰減規(guī)律tIIe0I：穿透物件后的射線強度：穿透物件后的射線強度I0：穿透物件前的射線強度穿透物件前的射線強度 ：物質(zhì)對射線的吸收系數(shù)（對同一材料：物質(zhì)對射線的吸收系數(shù)（對同一材料為一常數(shù)）為一常數(shù)） ：物件的比重：物件的比重t：物件的厚度：物件的厚度 測厚靈敏度可達測厚靈敏度可達0.010.001mm. 半衰減厚度半衰減厚度 十分之一衰減十分之一衰減厚度厚度厚度（密度）

7、厚度（密度）穿透后的射線強度穿透后的射線強度不同材料對不同材料對X和和GAMMA的半屏蔽衰減厚度（的半屏蔽衰減厚度（cm）射線可以用密度大的材料加以屏蔽，如鋼板、混凝土、鉛等。下表列出射線可以用密度大的材料加以屏蔽，如鋼板、混凝土、鉛等。下表列出了不同材料對了不同材料對60Co源、源、137Cs源和源和226Ra源的半衰減厚度。源的半衰減厚度。 放射源或X射線混凝土鋼鐵鉛Tc-99m0.02I-1314.70.72Cs-1374.81.60.65Ir-1924.31.30.55Co-60 6.22.11.2Ra-22672.21.66100keVX射線1.650.026200keVX射線2.5

8、90.043不同材料對不同材料對X和和GAMMA的半屏蔽衰減厚度（cm）的半屏蔽衰減厚度（cm）宇宙射線宇宙射線 天文學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，星星之所以會閃天文學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，星星之所以會閃閃發(fā)光，是由于其內(nèi)部不斷進行著核閃發(fā)光，是由于其內(nèi)部不斷進行著核聚變反應(yīng)。聚變反應(yīng)。 星體內(nèi)部的核反應(yīng)所產(chǎn)生的射線到星體內(nèi)部的核反應(yīng)所產(chǎn)生的射線到達地球的過程中，與宇宙間的物質(zhì)相達地球的過程中，與宇宙間的物質(zhì)相互作用產(chǎn)生次級射線，再輻射到地球，互作用產(chǎn)生次級射線，再輻射到地球，這些來自宇宙間的射線就稱為宇宙射這些來自宇宙間的射線就稱為宇宙射線。線。宇宙射線隨海拔升高而升高宇宙射線隨海拔升高而升高高：大低：小宇宙射線的強弱變

9、化地鐵-10米高山1000米海平面0米100nGy/h28nGy/h1nGy/h 由于宇宙射線在穿透大氣層會吸收而減弱，因此宇宙射線的強弱隨著由于宇宙射線在穿透大氣層會吸收而減弱，因此宇宙射線的強弱隨著高度的增加而增加。高度的增加而增加。 海平面：約海平面：約28nGy/h。 拉薩：約拉薩：約120nGy/h。地鐵：約。地鐵：約1nGy/h。小結(jié)小結(jié)放射性基本知識放射性基本知識1. 放射性放射性2. 射線的種類射線的種類3. 射線的穿透能力射線的穿透能力4. X射線射線5. 宇宙射線宇宙射線活度活度 定義：輻射體中某種原子核單定義：輻射體中某種原子核單位時間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)，位時間內(nèi)發(fā)生的核衰

10、變數(shù)，A= N/ t。 單位單位: Bq（貝可）。（貝可）。 老單位：居里（老單位：居里（Ci） 1居里居里(Ci)=3.7x1010Bq. 物理意義：描述物質(zhì)的放射性物理意義：描述物質(zhì)的放射性強弱，活度越大，表示物質(zhì)的強弱，活度越大，表示物質(zhì)的放射性越強放射性越強。t = 0 秒t = 1 秒1000個500個A=(1000-500) /1秒=500Bq5kg實際應(yīng)用的放射源活度范圍：實際應(yīng)用的放射源活度范圍： 幾十幾十mCi 百萬百萬Ci實驗室標(biāo)準(zhǔn)源：實驗室標(biāo)準(zhǔn)源：100010000Bq。比活度比活度 活度能夠用來反映輻射體總的活度能夠用來反映輻射體總的放射性，但放射性，但不能反映輻射體的

11、不能反映輻射體的放射性濃度放射性濃度。 定義：單位質(zhì)量或體積中的放定義：單位質(zhì)量或體積中的放射性活度，射性活度，A/m=( N/ t)/m。 單位單位:Bq/kg、Bq/L、Bq/m3。如：核電站放射性廢水中的如：核電站放射性廢水中的Cs-137：5Bq/L。A和和B的活度均為的活度均為100Bq（受照體的）吸收劑量（受照體的）吸收劑量 定義：定義：單位質(zhì)量的受照體所接受單位質(zhì)量的受照體所接受（吸收）的輻射能量。（吸收）的輻射能量。 D = E/m。 單位：單位：(J/kg) = 戈瑞戈瑞(Gy）。）。 如如: 1J/2kg = 0.5Gy。 劑量這個名詞在醫(yī)學(xué)上指的是人劑量這個名詞在醫(yī)學(xué)上指

12、的是人食入藥物的物質(zhì)量，如食入藥物的物質(zhì)量，如2mg/天天/人。而這里則是受照體所接受人。而這里則是受照體所接受（吸收）的輻射能量。（吸收）的輻射能量。 物理意義：用于描述射線對受照物理意義：用于描述射線對受照體的作用效果。體的作用效果。輻射體受照體 射線 射線 射線輻 射 能 量劑量劑量吸收劑量率吸收劑量率 在定義劑量時，沒有考慮時間的因素，即相同的劑量可以是在定義劑量時，沒有考慮時間的因素，即相同的劑量可以是1小時的照射，也可以是小時的照射，也可以是1天（天（24小時）的照射。為描述受小時）的照射。為描述受照體接受輻照能量的快慢，則需引入劑量率。照體接受輻照能量的快慢，則需引入劑量率。 定

13、義：定義：單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的受照體所接受（吸收）的輻射單位質(zhì)量的受照體所接受（吸收）的輻射能量。能量。 D/t=E/m/t. 單位：單位：(J/kg/h)=戈瑞戈瑞/小時小時(Gy/h)。或者：?；蛘撸?n Gy/h=10-9Gy/h 劑量或者劑量率，都是與具體的受照物質(zhì)相對應(yīng)，如人體的劑量或者劑量率，都是與具體的受照物質(zhì)相對應(yīng)，如人體的吸收劑量率、空氣的吸收劑量率等。吸收劑量率、空氣的吸收劑量率等。renairED)/(24rA其中：其中： 為放射源周圍某點空氣為放射源周圍某點空氣 吸收劑量率，單位：吸收劑量率，單位：Gy/s； 為放射源周圍某點的為放射源周圍某點的 射線注量率，

14、單位：光子射線注量率，單位：光子/m2/s 為為 射線在空氣中的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，單位：射線在空氣中的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，單位：m2/kg（例如（例如137Cs的的662keV的的 射線，射線，=2.94 10-3 m2/kg）；）；Er為為 射線的能量，單位：射線的能量，單位：J（1MeV=1.6 10-13 J）A為放射源單位時間內(nèi)向為放射源單位時間內(nèi)向4 方向發(fā)射的方向發(fā)射的 射線數(shù)，單位：粒子射線數(shù)，單位：粒子/s;r為某點距離點源的距離，單位：為某點距離點源的距離，單位：m。 airD)/en（放射源的活度與周圍輻射劑量率的關(guān)系放射源的活度與周圍輻射劑量率的關(guān)系1.E+041.E+05

15、1.E+061.E+071.E+081.E+090.00.51.01.52.02.5距離(m)距離(m)空氣吸收劑量率(nGy/h)空氣吸收劑量率(nGy/h)26mCi放射源（放射源（137Cs）周圍的空氣吸收劑量率隨距離的變化）周圍的空氣吸收劑量率隨距離的變化 從圖可見，放射源周圍的輻射強度會歲距離的增加而迅速衰減。根據(jù)輻從圖可見，放射源周圍的輻射強度會歲距離的增加而迅速衰減。根據(jù)輻射防護與放射源安全標(biāo)準(zhǔn)射防護與放射源安全標(biāo)準(zhǔn)（GB2003-1882），公眾年照射劑量限值為，公眾年照射劑量限值為1mSv，如果如果26mCi的放射源完全裸露，一個人站在距離放射源的放射源完全裸露，一個人站在距

16、離放射源1米處也需停留米處也需停留16小時小時以上，可見這類放射源的危險性較小。以上，可見這類放射源的危險性較小。 劑量當(dāng)量劑量當(dāng)量 對于不同的射線，即使對于不同的射線，即使劑量相同，對受照物劑量相同，對受照物體所產(chǎn)生的效果可能體所產(chǎn)生的效果可能不同，為描述不同射不同，為描述不同射線對受照體的不同作線對受照體的不同作用效果用效果引入劑量引入劑量當(dāng)量。當(dāng)量。 劑量當(dāng)量劑量當(dāng)量=劑量劑量射線射線的品質(zhì)因子。的品質(zhì)因子。 單位：希福特單位：希福特(Sv)。 輻射類型或射線能量輻射品質(zhì)因子Wr所有光子1所有電子1中子20MeV5質(zhì)子 2MeV5a 粒子20不同粒子的輻射品質(zhì)因子W r不同射線的品質(zhì)因子

17、不同射線的品質(zhì)因子如人體接受如人體接受 射線射線、 射線射線和和 射線射線照射的劑量各為照射的劑量各為1Gy，那么總，那么總的劑量當(dāng)量的劑量當(dāng)量= 120+11+11=1+1+20=22（Sv）。）。 放射性原子核衰變時放射性原子核衰變時，它從一種核素變?yōu)?，它從一種核素變?yōu)榱硗庖环N核素，這樣另外一種核素，這樣原來的原子核數(shù)不斷原來的原子核數(shù)不斷減少。減少。 放射性原子核的數(shù)量放射性原子核的數(shù)量No衰變到原來的一半衰變到原來的一半時所經(jīng)歷的時間時所經(jīng)歷的時間半衰期（半衰期（T1/2）。）。0 0500500100010001500150020002000250025000 05 510101515202025253030 60Co衰變曲線年原子數(shù)半衰期半衰期核素元素符號半衰期鏑-152152Dy10-9秒碘-131131I8.04天銫-137137Cs30.17年镅-241241Am432.2年鈾-238238U4.5x109年不同放射性核素的半衰期不同放射性核素的半衰期 放射性原子核的衰變不受一般的物理、化學(xué)變化的影響，放射性原子核的衰變不受一般的物理、化學(xué)變化的影響，只有核反應(yīng)才起作用。因此企圖用火燒、壓打、酸溶、堿泡只有核反應(yīng)才起作用。因此企圖用火燒、壓打、酸溶、堿泡等的方法來消減放射性是不科學(xué)、也是不可能的。等的方法來消減放射性是