輻射知識介紹

1、輻射知識介紹產(chǎn)品發(fā)展部By Jedi Huang技術(shù)專題報告上海 Shanghai 蘇州 Suzhou 東莞 Dongguan 天津 Tianjin技鼎機電1目錄輻射是什么X-ray 輻射測量及計量單位輻射的影響輻射防護輻射監(jiān)測個人劑量監(jiān)測法律法規(guī)2原子物理背景原子主要是有三種基本微粒子所構(gòu)成電子、質(zhì)子和中子。同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素。例如：11H 、21H 、31H原子核中的質(zhì)子數(shù)目決定一個原子的性質(zhì)；同一種元素的原子，其質(zhì)子數(shù)必相同；元素不同，質(zhì)子數(shù)就不同，其性質(zhì)也相異。放射性同位素：有放射性的同位素 例如：U-235、U-236、U-238 由于原子核內(nèi)的中子數(shù)多或少而不穩(wěn)定

2、。3輻射是什么？自然界中的一切物體,只要溫度在絕對溫度零度以上,都以電磁波的形式時刻不停地向外傳送能量,這種傳送能量的方式稱為輻射。物體通過輻射所放出的能量，稱為輻射能，簡稱輻射。天然輻射 來源于太陽，宇宙射線和在地殼中存在的放射性核素。例如，自然界中存在的天然核素鐳，氡，鈾，釷。這些放射性的原子為了變得更穩(wěn)定，原子核會釋放出電子、質(zhì)子和能量化的光量子。這個過程稱為放射性衰變。在衰變過程中，輻射的主要產(chǎn)物有、和射線。電離輻射 有足夠能量使電子離開原子所產(chǎn)生的輻射。4放射線的發(fā)現(xiàn) 1895年，洛侖茲(H.A.Lorentz,18531928)發(fā)表電磁場對運動電荷作用力的公式、倫琴(W.K.Ron

3、tgen 18451923)發(fā)現(xiàn)X射線。 1896年，貝克勒爾(A.H.Becquerel,18521908)發(fā)現(xiàn)放射性。 1897年，J.J.湯姆生(J.J.Thomson,18561940)從陰極射線證實電子的存在，又進一步從實驗確證電子存在的普遍性，并直接測量電子電荷。 1898年，盧瑟福(E.Rutherford,18711937)揭示鈾輻射組成復雜，他把“軟”的成分稱為射線，“硬”的成分稱為射線。居里夫婦(P.Curie與M.S.Curie,18671934)發(fā)現(xiàn)放射性元素鐳和釙。 1900年維拉爾德(P.Villard,18601934)發(fā)現(xiàn)射線。5放射性元素的半衰期放射性元素的衰

4、變有一定的速率。放射強度每減少一半所需要的時間，稱為半衰期。各種元素的半衰期不同。 放射性核素放射線半衰期Polonium-213alpha4.3 microsecondsNitrogen-16gamma7.1 secondsSodium-24gamma15 hoursPhosphorus-32beta14.3 daysCalifornium-242alpha163 daysCobalt-60gamma5.25 yearsCarbon-14beta5760 years6射線射線是氦原子核(2個質(zhì)子和2個中子)，帶有2個正的電子電荷，通常由一些重原子(例如鈾，鐳)衰變釋放出的粒子。射線在介質(zhì)中運

5、行時迅速失去能量，不能穿透很遠。射線能被一張薄紙阻擋。射線可被人體外層壞死肌膚完全吸收。Alpha Particle7射線射線是一種高速運行的帶1個負電荷，從原子核內(nèi)衰變中釋放出的電子。來源于自然界中氚、C14等射線的照射。射線比射線更具有穿透力，但在穿過同樣距離，其引起的損傷更小。射線能被體外衣服消減，阻擋或一張幾毫米厚的鋁箔完全阻擋。 Beta Particle8射線射線是一種光量子(電磁輻射) ，同可見光一樣 。在放射性元素衰變過程中射線伴隨 著、射線一同釋放出。天然核素K-40及人工核素Pu239和Cs137是環(huán)境中射線主要來源。 射線既不帶電荷，又無質(zhì)量，具有很強穿透力。射線能輕易穿

6、透人的身體，對人體造成傷害。幾英尺厚的混凝土能阻擋射線。9射線射線射線紙鋁箔混凝土或鉛板 射線比較名 稱產(chǎn) 生本 質(zhì)電離作用穿透能力射線衰變放出氦原子核強很弱射線衰變放出電子較弱很強射線伴隨衰變或衰變產(chǎn)生高能光子很弱極強10X射線X射線與射線都是光量子(電磁輻射)，但它們產(chǎn)生原理不同。 X射線由原子核外電子引起，而射線由原子內(nèi)部的核衰變引起。X射線是由高能量的帶電粒子與金屬物質(zhì)相互撞擊而產(chǎn)生的。X射線比射線能量低，因此穿透力小于射線。由于X射線在工業(yè)、醫(yī)學的廣泛運用，是人造輻射的最大來源。厚的鉛板能夠阻擋住X射線。11X射線的產(chǎn)生原理12電子束流量控制原理13X-ray 標識輻射charact

7、eristic radiationWavelengthRelative Energy14X-ray 軔致輻射WavelengthRelative Energybraking radiation15軔致輻射標識輻射X射線的兩種類型WavelengthRelative Energy16X射線管Beryllium windowTarget detail5um Tungsten platingTarget (Anode)Open Tube DesignFilament(Cathode)Electron BeamVacuum PumpsControl GridHigh voltage connectio

8、n17Tungsten Target With Beryllium WidowHigh Voltage GeneratorControl GridFilament and CathodeAnodeX/Y Centring CoilsFocus CoilVVI0-160kV+-+IIIITBeam ControlIris-IC0-600V0-6A0 to 0.5A0 to 0.5A0-2A電子束流向示意圖18電子的能量電子伏特是用來描述能量的一個能量單位，等于一個電子在差別為一伏特的兩個電位點間移動時所獲得的能量。 1 keV = 1000eV電能、機械能和熱能的國際單位是焦耳(J) 1eV =

9、 1.6 x 10-19 J 或 1 J = 6.24 x1018 eV.19電磁波頻譜Red light: 1.5eV energyViolet light: 3eV energy Ionizing radiation: 12eV20能量電磁波類型波長 (m)能量 (eV)LowRadio Waves10-3 to 1050.001 to 0.000 000 000 01LowInfra red10-6 to 10-31 to 0.001LowVisible4x10-7 to 10-63 to 1HighUltra violet10-8 to 4x10-712 to 3HighX and R

10、ays (50keV )2.5x10-1150 000HighX and Rays (1MeV)1.2x10-121 000 000電磁波E = h = h c /21輻射測量及計量單位輻射照射體外照射 接近放射源而對人體外部的輻射照射體內(nèi)照射 進入體內(nèi)的放射性物質(zhì)對各器官進行的輻射照射 輻射劑量吸收劑量 D 有效劑量 HT 由于不同的放射線對生物有不同的影響， 用WR 品質(zhì)因數(shù)進行修正 HT = WR x D WR ：品質(zhì)因數(shù)22輻射計量單位 量 國際單位 SI放射性強度 貝可 becquerel (Bq) (1 disintegration / s)吸收劑量 戈瑞 gray (Gy) (1

11、J / Kg)當量劑量 西弗特 sievert (Sv) (Gy x Wr)射線類型 品質(zhì)因數(shù) WrX-rays, -rays, particles1Neutrons and Protons5 - 20 Particles2023常用輻射計量單位 Roentgen(R) 倫琴倫琴是空氣中x或電離輻射的計量單位相當于零攝氏度時在標準大氣壓下，一平方厘米的干燥空氣中產(chǎn)生電流的一個靜電單位的致電離輻射量。 Rad 拉德電離輻射吸收的能量的單位等于受照射物質(zhì)100ergs/g 或 0.01joule/kg Rem 雷姆雷姆度量被生物吸收的輻射數(shù)量單位相當于一倫琴的X光射線或伽碼射線 Curie 居里放

12、射強度單位等于3.71010衰變/秒1gray = 100 Rad1Sv = 100 Rem1curie = 3.71010 Bq24有效劑量Effective Dose (E)E = ET (WT x HT)EEffective Dose 有效劑量當量WTWeighting Factor for Tissue T 組織或器官（）的相對危險度權(quán)重因子HTEquivalent Dose received for a Tissue T 組織或器官（）有效劑量TissueWTGonads (Ovaries or Testes)0.20Colon0.12Lung0.12Stomach0.12Bladd

13、er0.05Breast0.05Liver0.05Oesophagus0.05Thyroid0.05Skin0.01Bone Surface0.01Remainder *0.05Sum of all Tissue1.00一般細胞轉(zhuǎn)化越快,對輻射的敏感性越大.淋巴細胞最敏感,其他依次為性腺,增殖的骨髓細胞,腸上皮細胞,表皮,肝細胞,肺泡和膽道上皮細胞,腎上皮細胞,內(nèi)皮細胞(胸膜和腹膜),神經(jīng)細胞,骨細胞和肌肉及結(jié)締組織。25輻射的影響輻射是一種電磁波（能量） 通過金屬物質(zhì)時釋放其能量輻射對生物的影響 例如：5Sv的輻射照射已對生物有生命危險 其中 99%的照射轉(zhuǎn)化為熱能， 使體內(nèi)溫度升高1/10

14、00 1%的照射導致器官組織性質(zhì)改變26輻射對組織細胞的影響輻射會對器官組織的細胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA等分子造成損傷，根據(jù)損傷程度生物修復系統(tǒng)能不能修復？輻射照射的影響因素： 1 照射的劑量 2 劑量率 3 照射時間的長短照射對個別器官組織細胞產(chǎn)生損害的三種程度： 1 嚴重損傷 10Sv 2 中度損傷 0.5Sv10Sv 3 輕微損傷 0.5Sv組織細胞被殺死或已不能正常運行組織細胞不能進行分裂,其它功能正常短期內(nèi)組織細胞無明顯影響27輻射照射的效應確定效應 1Sv 在幾天或數(shù)周內(nèi)出現(xiàn)的癥狀，如： 皮膚紅斑 頭發(fā)脫毛 惡心嘔吐 血液數(shù)量變化 隨機效應 發(fā)生癥狀的幾率與受到照射的劑量成正比，有： 誘

15、發(fā)癌癥 遺傳基因缺陷 28DETERMINISTIC EFFECTSWhole body exposureDetectable chromosome damageabove 0.1SvDetectable blood count changeabove 1 SvRadiation Sicknessabove 1 SvPossible Deathabove 3 SvCertain Deathabove 10 SvLocalised exposureErythematicabove 5 SvDepilation (hair loss) temporary4 SvPermanent7 SvDesqu

16、amation (death/loss of epidermisskin)above 20 SvApproximate whole body dose 29一次劑量(Sv)可能效應0 0.25不可察覺的傷害0.25 0.50血球可能起變化，但無嚴重損害0.50 1.00血細胞起變化,稍有損害，可復原1.00 2.00損害，可能傷殘、疲倦、惡心、嘔吐2.00 4.00必定受損害，食欲不振、虛弱、喉痛、腹瀉，可能死亡4.00 6.00約半數(shù)人在26周內(nèi)死亡6.00以上腹瀉、嘔吐、口喉發(fā)炎、發(fā)燒、很快消瘦、兩周后全部死亡30Circumstance/EffectApproximate whole b

17、ody doseBackground (UK)2.3mSv y-1World maximum50mSv y-1Average Radiation Worker1.5mSv y-1Annual Dose Limit20mSv y-1Aircraft Crew Annual Exposure2mSvTypical Chest X-ray0.02mSvAverage annual dose from medical exposure0.3mSv y-1Typical fluoroscopic examination (barium meal)3mSv31天然輻射來源宇宙射線 是從外層空間進入大氣層的

18、高能粒子流，包括質(zhì)子、種子、電子、光子等，宇宙射線對人群的照射劑量率與海拔高度有關(guān)。宇生放射性同位素 是宇宙射線與高層大氣中的原子相互作用的產(chǎn)物，主要有3H、7Be、14C和22Na等原生放射性同位素 主要包括存在于地球上巖石、土壤、大氣和水中的鈾、釷和錒三個放射系所屬的核素（例如：氡等）及40K和87Rb。根據(jù)聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會(UNSCEAR)1988年報告，天然游離輻射對世界所有人口的年有效劑量當量平均約為2.4mSv，外照射為0.8mSv，內(nèi)照射為1.6mSv，其中氡的內(nèi)照射劑量為1.1mSv。 32人工輻射來源污染環(huán)境的人工輻射源核武器試驗產(chǎn)生的放射性落塵，可造成全球性或局

19、部地區(qū)的放射性污染核動力或生產(chǎn)和使用放射性同位素的工業(yè)部門排放的放射性“三廢”（廢水、廢氣和固體廢物）不污染環(huán)境的人工輻射源醫(yī)學、工農(nóng)業(yè)及科研部門使用的各種類型的游離輻射裝置，如光機、計算機斷層攝影機(CT)、離子加速器等封閉型輻射源，指放射性同位素被包被在金屬或其它物質(zhì)的外殼中，在正常情況下不向環(huán)境擴散的游離輻射源，如60Co源、60Co治療機、中子發(fā)生器、探傷機、測厚儀等 日常生活中使用的電視機、夜光表等3334危險的比較Health RiskEst. life expectancy lostSmoking 20 cigs a day 6 yearsOverweight (15%)2 ye

20、arsAlcohol (US Ave)1 yearAll Accidents207 daysAll Natural Hazards7 daysOccupational dose (300 mrem/yr)15 daysOccupational dose (1 rem/yr) 51 days35Procedure Effective Dose (Sv) Effective Dose (mrem) Risk of Fatal Cancer Equivalent to Number of Cigarettes Smoked Equivalent to Number of Highway Miles

21、Driven Chest Radiograph 3.2 x 10-5 3.2 1.3 x 10-6 9 23 Skull Exam 1.5 x 10-4 15 6 x 10-6 44104Barium Enema 5.4 x 10-4 54 2 x 10-5 148357Bone Scan 4.4 x 10-3 440 1.8 x 10-4 13003200Adapted from information in Radiobiology for the Radiologist, Forth Edition; Eric Hall 1994, J.B. Lippincott Company 36輻

22、射防護放射性強度 X-ray Tube Voltage & Filament Current (ALARA)時間 體外照射累積劑量與照射時間呈正比。距離 點狀放射源（當與放射源的距離超過射源本身大小倍時，可視為點狀放射源）在周圍空間所產(chǎn)生的劑量率，與距離平方成反比。當距離增大一倍，劑量率則減到原來的四分之一。屏蔽 借助物體對射線的吸收減少人體受照劑量。根據(jù)射線種類和能量可選用不同防護材料。37安全使用措施 區(qū)域劃分 輻射作業(yè)區(qū) 電離輻射標志 非管制區(qū)：綠區(qū) 管制區(qū)：黃區(qū)或紅區(qū) 非輻射作業(yè)區(qū) 定期輻射偵測 教育訓練（操作規(guī)程） 意外事故處理計劃 建立健康檔案38輻射監(jiān)測監(jiān)測的兩個主要原因：直接對

23、輻射環(huán)境進行信息反饋相關(guān)法律法規(guī)的要求輻射偵測儀的基本組成：探測器 將接收的輻射轉(zhuǎn)變成電信號放大器信號處理器顯示裝置39輻射監(jiān)測方式 依據(jù)輻射源的特點和操作方式，常規(guī)監(jiān)測應采用合適的方式對工作場所進行監(jiān)測。輻射水平（劑量率或劑量）表面沾污水平空氣中放射性核素的濃度 由于輻射類型和能量范圍的不相同， 任何一種偵測儀不可能適用于所有的檢測環(huán)境。 使用的輻射探測器的類型也不相同。40A Geiger-Muller tube consists of a central anode at a high voltage (500V) in a tube filled with a noble gas, h

24、elium, neon, argon. Incoming radiation generates ion pairs, which are accelerated in the field to produce further ionisations. The initial signal is therefore greatly amplified and fed to the electronic circuitry.Geiger Muller Tube41Solid State Scintillation DetectorRadiation causes ionisation and e

25、xcitation in a scintillating medium such as sodium iodide or zinc sulphide. As the energy is dissipated and ion pairs recombine light pulse are emitted. These light pulses are detected and amplified by a photomultiplier tube before being processed by the electronics.42輻射偵測儀的檢驗檢定輻射偵測儀的日常檢查定期進行測試檢驗每年定

26、期的計量校準檢定必要的不定期檢驗43個人劑量監(jiān)測佩帶個人的輻射劑量計輻射劑量計的有效使用范圍 mSvSv選用合適的輻射劑量計 (X-ray or else?)輻射工作人員應進行個人劑量監(jiān)測和醫(yī)學觀察，結(jié)果記入個人劑量和健康檔案。長期的健康監(jiān)測44個人的劑量限值 放射衛(wèi)生防護基本標準(GB4792-84)中規(guī)定：公眾個人受到的年劑量當量應低于下列限值：全身 5mSv (0.5rem) 任何單個組織或器官 50mSv (5rem) 為了限制隨機性效應，輻射工作人員受到全身均勻照射時的年劑量當量不應超過50mSv (5rem)為了防止有害的非隨機效應，輻射工作人員任一器官或組織所受的年劑量當量不得超過下列限值。眼晶體150mSv (15rem) 其他單個器官或組織 500mSv (50rem)不包