放射性及放射源基礎知識課件

放射性及放射源基礎知識優(yōu)選放射性及放射源基礎知識1.原子核基礎知識1.1原子結構

質子（每個質子帶一個單位正電荷）

原子核

原子

中子（不帶電）

電子（每個電子帶一個單位負電荷）1.原子核基礎知識原子結構原子核中子質子電子(電子云)+++1.原子核基礎知識1.2原子核結構原子核由質子和中子組成，中子和質子統(tǒng)稱為核子。中子不帶電。質子帶正電，電量為e。電荷數(shù)為Z的原子核含有Z個質子。

1.原子核基礎知識質子靜止質量中子表示符號帶電量不帶電1.原子核基礎知識原子核的表示核子數(shù)質子數(shù)中子數(shù)元素符號例如：也可表示為：原則：國際原子能機構。優(yōu)選放射性及放射源基礎知識發(fā)射射線粒子能量在幾KeV～十幾MeV發(fā)射帶電粒子(n,)，(n,p)具有一定數(shù)目的中子和質子以及特定能態(tài)的一種原子核或原子稱為核素。4放射源和射線裝置基本知識137Cs137Ba*(激發(fā)態(tài))在空氣中的射程R0=3.放射治療用X射線、電子束加速器3射線與物質的相互作用原子中子（不帶電）Ⅳ類放射源：低危險源。4放射源和射線裝置基本知識(T1/2:①66.質子帶正電，電量為e。半衰期范圍為，10-16s～10-4s激發(fā)：使核外層電子由低能級躍遷到高能級而使原子處于激發(fā)狀態(tài)，退激發(fā)光6放射源身份管理制度99Mo→99mTc+β-→99Tc+γN:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目1.原子核基礎知識1.3幾個概念1).核素（nuclide）具有一定數(shù)目的中子和質子以及特定能態(tài)的一種原子核或原子稱為核素。

同量異位素，A同，Z、N不同。同中異核素，N同，A、Z不同。同質異能素，A、Z同，能態(tài)不同。

同位素，Z同，A、N不同。1.原子核基礎知識2).同位素（Isotope）相同質子數(shù)，核子數(shù)不同。鈾的三種同位素。氫的三種同位素；1.原子核基礎知識3).穩(wěn)定同位素和放射性同位素同位素分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素。穩(wěn)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。1.原子核基礎知識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系等反應堆，加速器等方法生產出來的，如60Co，131I，198Au，32P等2放射性基本知識2.1放射性現(xiàn)象在磁場中，一個成分與帶正電的離子流的偏轉方向相同；另一個成分與帶負電的離子流的偏轉方向相同；第三個成分不發(fā)生任何偏轉。這三種成分的射線分別叫做α、β和γ射線。對放射性核素加溫、加壓或加磁場，都不能抑制或顯著地改變射線的發(fā)射。2放射性基本知識2.2原子核的衰變種類名稱組成電量(e)質量(u)出射速度貫穿本領電離能力感光作用α+240.1C空氣（~幾cm）

很強很強βe-1≈C幾mm鋁片

較弱較弱γ光子0無C幾mm~cm鉛

很弱很弱2放射性基本知識α衰變原子核自發(fā)地放出α粒子（氦核）而變?yōu)榱硪环N原子核的過程稱為α衰變。2放射性基本知識式中：X代表衰變前的母核，Y代表衰變后的子核。Q表示衰變能。例：衰變表達式：2放射性基本知識β衰變原子核自發(fā)地放射出電子。e衰變（豐中子核發(fā)生）e+衰變（欠中子核發(fā)生）EC--軌道電子俘獲（欠中子核發(fā)生）2放射性基本知識β-衰變相當于原子核的一個中子變成了質子；β+衰變相當于原子核的一個質子變成了中子；軌道電子俘獲相當于原子核的一個質子變成了中子。能發(fā)生＋衰變的原子核總可以發(fā)生軌道電子俘獲，反過來不成立。EC衰變的后續(xù)過程：特征X射線；俄歇電子。2放射性基本知識γ躍遷處于激發(fā)態(tài)的原子核要向基態(tài)躍遷。

99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ

(T1/2:①66.02h;②6.02h)

131I→131Xe+β-+γ(T1/2:8.04d)2放射性基本知識躍遷的基本特點：該過程核電荷數(shù)不變、核子數(shù)不變。包括躍遷和內轉換電子兩種形式。發(fā)射射線粒子能量在幾KeV～十幾MeV半衰期范圍為，10-16s～10-4s伴隨在、衰變之后。2放射性基本知識137Cs137Ba*(激發(fā)態(tài))母核β-衰變γ衰變137Ba+γ射線(661.7keV)子核(基態(tài))

(0.0)γ躍遷：2放射性基本知識2.3放射性衰變的基本規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律隨機事件指數(shù)衰減規(guī)律N=N0e-

λtN0:（t=0）時放射性原子核的數(shù)目N:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目能量大于100兆電子伏的加速器4<Eα<7MeV6放射源身份管理制度質子（每個質子帶一個單位正電荷）3射線與物質的相互作用N:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目式中：X代表衰變前的母核，Y代表衰變后的子核。其中：放射源使用單位473家；同量異位素，A同，Z、N不同。3射線與物質的相互作用子核(基態(tài))(0.其中：放射源使用單位473家；優(yōu)選放射性及放射源基礎知識在空氣中的射程R0=3.在空氣中的射程R0=3.第3－4位：出廠年份。射線裝置使用單位1793家；半衰期范圍為，10-16s～10-4s探測器DetectorⅡ類：中危險射線裝置；地球年齡為10億年(即109年)2放射性基本知識實驗結果：222Rn的衰變曲線2放射性基本知識放射性原子核的特征量（1）衰變常數(shù)λ原子核單位時間衰變的幾率，單位：s-1（2）衰變率單位時間內原子核發(fā)生衰變的核數(shù)目表達式：-dN/dt2放射性基本知識（3）半衰期T1/2放射性原子核數(shù)衰減到原來數(shù)目的一半所需的時間表達式：（4）平均壽命τ指放射性原子核平均生存的時間表達式：2放射性基本知識天然放射性核素的三個放射系地球年齡為10億年(即109年)第一個核素的半衰期很長。

釷系的,半衰期為1.41×1010年；

鈾系的，半衰期為4.47×109年；

錒-鈾系的，半衰期為7.04×108年。最終的產物都是鉛2放射性基本知識釷系（4n系）質量數(shù)都是4的整數(shù)倍2放射性基本知識鈾系(4n＋2系)質量數(shù)都是4的整數(shù)倍加22放射性基本知識錒系(4n＋3系)質量數(shù)都是4的整數(shù)倍加3對210Po放射源發(fā)射的α粒子，Eα=5.核素（nuclide）4放射源和射線裝置基本知識天然存在的如40K，238U系，232Th系等5放射源和射線裝置分類4<Eα<7MeV質子（每個質子帶一個單位正電荷）5放射源和射線裝置分類3射線與物質的相互作用N:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目反應堆，加速器等方法生產出來的，如60Co，131I，198Au，32P等編碼卡材料要適合存檔和長期保存，建議使用金屬或PVC磁卡材質。能發(fā)生＋衰變的原子核總可以發(fā)生軌道電子俘獲，反過來不成立。鈾系的，半衰期為4.N:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目Ⅲ類：低危險射線裝置。在空氣中的射程R0=3.5放射性同位素和射線裝置的應用重帶電粒子：α、d、p、T等原子核由質子和中子組成，中子和質子統(tǒng)稱為核子。3射線與物質的相互作用3.1帶電粒子與物質的相互作用重帶電粒子：α、d、p、T等電子電離：核外層電子克服束縛成為自由電子，原子成為正離子激發(fā)：使核外層電子由低能級躍遷到高能級而使原子處于激發(fā)狀態(tài)，退激發(fā)光彈性散射:韌致輻射：與原子核的庫侖場發(fā)生作用，帶電粒子的速度和方向發(fā)生變化，帶電粒子的一部分能量轉換為連續(xù)能量的電磁輻射(X射線)。3射線與物質的相互作用(1)能量損失率入射帶電粒子在物質中經過單位路程上損失的能量，又稱阻止本領S=-(dE/dx)3射線與物質的相互作用(2)粒子在空氣中的射程

R0=0.56Eα（cm）Eα<4MeV4<Eα<7MeV對210Po放射源發(fā)射的α粒子，Eα=5.304MeV在空氣中的射程R0=3.88（cm）在肌肉內的射程R0=24.8（μm）3射線與物質的相互作用(3)高速電子射程單能電子在吸收介質中的射程Rm(mg/cm2)與其能量E(MeV)之間的關系：經驗公式：例90Sr：射程：3射線與物質的相互作用(4)正電子的湮沒正電子：電離損失和輻射損失、正電子湮沒

正電子+電子湮滅光子e++e-Υ（0.511MeV）+Υ（0.511MeV）

3射線與物質的相互作用依據(jù)：2005年第62號《射線裝置分類辦法》。能量大于100兆電子伏的加速器地球年齡為10億年(即109年)單位時間內原子核發(fā)生衰變的核數(shù)目核素（nuclide）具有一定數(shù)目的中子和質子以及特定能態(tài)的一種原子核或原子稱為核素。體部γ刀物質流向Material4放射源和射線裝置基本知識(5)γ射線的強度衰減5放射源和射線裝置分類具有一定數(shù)目的中子和質子以及特定能態(tài)的一種原子核或原子稱為核素。能量大于100兆電子伏的加速器Ⅲ類：低危險射線裝置。5放射源和射線裝置分類5放射源和射線裝置分類單位時間內原子核發(fā)生衰變的核數(shù)目質子帶正電，電量為e。同量異位素，A同，Z、N不同。原子核單位時間衰變的幾率，單位：s-13射線與物質的相互作用3.3γ射線與物質的相互作用(1)光電效應光電子能量：3射線與物質的相互作用(2)康普頓效應反沖電子能量：Ee呈連續(xù)能量分布

3射線與物質的相互作用(3)電子對效應正負電子對的能量：只有當γ射線能量大于才可能發(fā)生電子對效應3射線與物質的相互作用(4)綜合效應3射線與物質的相互作用(5)γ射線的強度衰減窄束射線強度的衰減規(guī)律寬束射線強度的衰減規(guī)律3射線與物質的相互作用3.4中子與物質的相互作用中子的分類及性質1)

慢中子熱中子2)中能中子3)快中子4)特快中子3射線與物質的相互作用3.4中子與物質的相互作用與原子核發(fā)生作用彈性散射

(n,n)非彈性散射(n,n’)輻射俘獲(n,)發(fā)射帶電粒子(n,)，(n,p)裂變反應(n,f)多粒子發(fā)射(n,2n)，(n,np)(8～10MeV以上特快中子)4放射源和射線裝置基本知識4.1基本概念通常意義上講放射源：用放射性物質制成的能產生輻射照射的物質或實體。法規(guī)定義放射源：除研究堆和動力堆核燃料循環(huán)范疇的材料以外，永久密封在容器中或者有嚴密包層并呈固態(tài)的放射性物質。射線裝置：是指X射線機、加速器、中子發(fā)生器以及含放射源的裝置。4放射源和射線裝置基本知識2010年：全省共有核技術利用單位2266家，其中：放射源使用單位473家；

在用放射源2006枚；射線裝置使用單位1793家；

射線裝置3410臺（套）。建材、醫(yī)療、科研院校、化工、礦山、冶金、機械、制造、煤炭、輻照加工等。主要核素137Cs、60Co、241Am、238Pu、90Sr、192Ir、63Ni等。4放射源和射線裝置基本知識4.2放射源的種類按輻射類型α源，β源，γ源，低能光子源，中子源等。按結構分為密封源、非密封源。按應用分為工業(yè)用源，醫(yī)用源，實驗室用源，同位素儀表用測厚源，離子感煙探測器用火警源，穆斯堡爾效應測量用穆斯堡爾源，X射線熒光分析用低能光子源，γ照相探傷源，靜電消除源和同位素熱源等。4放射源和射線裝置基本知識原子核單位時間衰變的幾率，單位：s-1入射帶電粒子在物質中經過單位路程上損失的能量，又稱阻止本領3射線與物質的相互作用地球年齡為10億年(即109年)非密封源工作場所按放射性核素日等效最大操作量分為甲、乙、丙三級。5放射源和射線裝置分類半衰期范圍為，10-16s～10-4s非彈性散射(n,n’)第一個核素的半衰期很長。N:經過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目2原子核的衰變種類6放射源身份管理制度Ⅰ類：高危險射線裝置；99Mo→99mTc+β-→99Tc+γ天然存在的如40K，238U系，232Th系等4放射源和射線裝置基本知識3射線與物質的相互作用母核β-衰變γ衰變4放射源和射線裝置基本知識4放射源和射線裝置基本知識I-125密封源Φ0.8mm×4.5mm4放射源和射線裝置基本知識密封源容器4放射源和射線裝置基本知識常用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%)1.82×10124放射源和射線裝置基本知識β常用源同位素粒子最大能量Mev半衰期3H0.01812.35a14C0.1585730a147Pm0.2552.623a90Sr0.55429.12a90Y2.27464.1h32P1.70914.29d65Ni0.0671.29×109a204Tl0.7633.78a22Na0.5472.60a24Na1.3915.0h106Rh3.5430.0s4放射源和射線裝置基本知識γ常用放射源用途核素活度范圍，Bq輻照裝置60Co、137Cs>1014測量儀表60Co、137Cs、192Ir、170Tm、152Eu、154Eu、241Am108～2×1012探傷60Co、137Cs、192Ir、170Tm等109～1013醫(yī)療照射60Co、137Cs、192Ir、226Ra等108～6×1014刻度/檢驗源60Co、137Cs、192Ir、226Ra、241Am等106～10144放射源和射線裝置基本知識4.4射線裝置

體部γ刀X射線行包安檢裝置4放射源和射線裝置基本知識醫(yī)用加速器

中子發(fā)生器

4放射源和射線裝置基本知識4.5放射性同位素和射線裝置的應用射線應用1、工業(yè)應用2、農業(yè)應用探傷儀在線測量輻射加工消除靜電測井治療惡性腫瘤同位素示蹤診斷儀器刻度3、醫(yī)療應用4、其它應用輻射育種分析儀器4放射源和射線裝置基本知識密度測量儀探測器Detector物質流向MaterialFlow開關控制ShutterControl屏蔽Shielding源Source關（開）Shutter(open)4放射源和射線裝置基本知識測厚儀射線測厚裝置金屬板4放射源和射線裝置基本知識示蹤5放射源和射線裝置分類5.1放射源分類依據(jù)：2005年第62號《放射源分類辦法》。原則：國際原子能機構。分類：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類。5放射源和射線裝置分類Ⅰ類放射源：極高危險源。Ⅱ類放射源：高危險源。Ⅲ類放射源：危險源。Ⅳ類放射源：低危險源。Ⅴ類放射源：極低危險源。5放射源和射線裝置分類非密封源分類非密封源工作場所按放射性核素日等效最大操作量分為甲、乙、丙三級。甲級：Ⅰ類放射源。乙級和丙級：Ⅱ、Ⅲ類放射源。5放射源和射線裝置分類非密封源工作場所的分級級別日等效最大操作量/Bq甲>4×109乙2×107～4×109丙豁免活度值以上～2×1075放射源和射線裝置分類5.2射線裝置分類依據(jù)：2005年第62號《射線裝置分類辦法》。分類：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類。Ⅰ類：高危險射線裝置；Ⅱ類：中危險射線裝置；Ⅲ類：低危險射線裝置。5放射源和射線裝置分類射線裝置分類表裝置類別醫(yī)用射線裝置非醫(yī)用射線裝置Ⅰ射線裝置能量大于100兆電子伏的生產放射性同位素的加速器（不含制備PET用放射性藥物的加速器）醫(yī)用加速器能量大于100兆電子伏的加速器Ⅱ類射線裝置放射治療用X射線、電子束加速器工業(yè)探傷加速器重離子治療加速器安全檢查用加速器質子治療裝置輻照裝置用加速器制備正電子發(fā)射計算機斷層顯像裝置（PET）用放射性藥物的加速器其它非醫(yī)用加速器其他醫(yī)用加速器中子發(fā)生器X射線深部治療機工業(yè)用X射線CT機數(shù)字減影血管造影裝置X射線探傷機Ⅲ類射線裝置醫(yī)用X射線CT機X射線行李包檢查裝置放射診斷用普通X射線機X射線衍射儀X射線攝影裝置獸醫(yī)用X射線機牙科X射線機

乳腺X射線機

放射治療模擬定位機

其它高于豁免水平的X射線機6放射源身份管理制度是放射源安全監(jiān)管體系的有效組成部分之一；具有唯一性編碼；類似于居民身份證；生產的國家和單位、放射源核素、該核素的原子質量、源生產年份、源生產的序列號或批次號以及放射源類型等。Ⅲ類：低危險射