辐射安全与防护基础知识.docx
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辐射安全与防护基础知识
辐射安全与防护基础知识
广西壮族自治区辐射环境监督管理站杨名生
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*****************.cn
一、核技术发展历程回顾
二、放射性基础知识
三、核技术应用现状与发展趋势
四、电离辐射防护与辐射源安全
基本标准
五、核技术应用对环境的影响
六、辐射监测
一、核技术发展历程回顾
1895年，德国科学家伦琴（W.C.Roentgen）发现X射线
1901年，居里夫人（MarieCurie）发现了镭，之后又发现了钋
1951年人类第一次实现了核能发电
二、放射性基础知识
（一）核物理基础知识
（二）重要概念和量
原子、电子、原子核、质子、中子（放射性的产生）
⏹原子由非常小、带正电的原子核，及带负电的电子高速环绕运动组成。
原子不带电。
⏹原子大小~10-10m，原子核大小~5x10-15m，后者只有前者的二千分之一，但占有原子99.9%的质量。
⏹原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，质子和中子的质量几乎相等。
⏹质子和中子是靠核力结合在一起的。
核力比静电力和万有引力强得多，但只有在距离小于x10-15m才起作用。
元素、同位素
原子核内的质子数相同的原子—元素（112种）；
原子质量（A）=质子质量（Z）+中子质量（N）。
元素、同位素
凡是原子序数相同而质量数不同的一组核素，即同属一种元素的一组核素，在元素周期表中占据同一位置，称为该元素的同位素。
如2815P、2915P、3015P、3115P、3215P、3315P、3415P都是磷的同位素。
一般每种元素都有一种以上的同位素，多的可有数十种，其中多数是放射性同位素，少数是稳定的。
从84Po开始，以后的各个元素的同位素都具有放射性。
92号铀以后的元素称为超铀元素。
至今已知的同位素有2000多种，其中放射性核素约1800种，稳定同位素约300种。
天然同位素大多是以同位素混合物状态存在，如天然铀中，234U丰度为0.0056%、235U为0.72%、238U为99.27%。
核素与放射性核素
核素
核素是具有特定特征的某种原子的统称。
如氕（11H）、氘（21H）、氚（31H）为元素氢的3种核素。
放射性核素
能自发地放出各种射线的核素统称为放射性核素，也叫不稳定核素。
如氚（31H）、23592U、23892U等。
放射性核素有天然放射性核素和人工放射性核素。
天然放射性核素又分为原生和次生两类。
原生天然放射性核素是与地球形成过程中同时产生的，如238U、232Th等放射系的母体和40K等单个核素。
次生天然放射性核素是指天然放射系的衰变子体和由天然核反应所产生的天然放射性核素如氚（31H）、14C等。
天然、人工和宇生放射性核素
放射性与射线类型
放射性
放射性是指原子核自发地放射各种射线的现象。
射线类型
原子核放出的射线有：
α、β、γ和中子射线。
这些都是天然存在的。
还有一种人工产生的射线——χ射线
α射线、β射线、γ射线
⏹1899年，Rutherford用不同的材料对射线的穿透能力进行测试，发现射线可以分为3种。
⏹α射线：
1张纸片就能阻止它的穿透。
⏹β射线：
几毫米的铜片才能阻止它的穿透。
⏹γ射线：
几厘米的铅片才能阻止它的穿透。
α射线、β射线、γ射线
⏹如果让射线穿过磁场，则α射线、β射线会往两个相反的方向偏转，而γ射线则保持其原方向运动，可见α射线、β射线分别带正、负电，γ射线不带电。
⏹α射线：
氦核（4He），质量数4，电荷量+2。
1个质量数=1823Me=1.66x10-27kg
⏹β射线：
高速运动的电子，电荷量-1，质量9.1x10-31kg.
⏹γ射线：
光子，也是电磁波，无静止质量，能量ε=hν。
⏹比较几种射线，α射线是重粒子流，就单个粒子而言，其作用效果最大。
α、β、γ射线特征
ɑ射线是高速运动的氦原子核或氦离子（2+2He），带两个正电荷。
由于其质量大，在空气中的射程很短，在固体或生物组织中只有30~130微米。
它的电离能力大，穿透能力很弱。
α、β、γ射线特征
β射线是高速运动的电子流。
其质量是ɑ粒子的万分之几，在空气中的射程最大可达10余米，在生物组织中达数毫米。
它的电离能力较小，穿透能力较大。
γ射线是波长很短的电磁波。
它不带电荷，其穿透能力很强，电离能力小。
原子核衰变
放射性和原子核衰变密切相关。
所谓原子核衰变是指原子核自发地放出ɑ或β等粒子而发生的转变。
ɑ放射性与ɑ衰变相联系。
β放射性与β衰变相联系。
γ放射性与γ跃迁相联系，也与ɑ衰变或β衰变相联系。
γ射线的自发发射一般伴随ɑ或β射线产生
原子核放射性衰变规律
N=N0e-λt=No⋅e-0.693⋅t/T
N0----起始原子核数
N----经过时间t剩余的原子核数
λ----核素的衰变常数
T----核素的半衰期
衰变常数与半衰期
衰变常数是在单位时间内每个原子核的衰变几率。
半衰期（T1/2）：
是放射性核素的原子核数衰减到原来的数目的一半所需的时间。
如镭-226的半衰期是1602年，铀-238为45亿年。
半衰期（T1/2）
⏹原子核数No衰变到剩下一半时所经历的时间—半衰期（T1/2）
N=N0e-λt=No⋅e-0.693⋅t/T
能谱
⏹对特定的放射性核素，其放出的α射线、γ射线的能量是一定的，这种核素与其射线能量的一一对应的关系称为放射性核素的能谱，它是后来放射性谱仪测量技术的理论基础。
⏹而β射线则没有特定的能量，但有最大值，它的能量范围0~Emax。
Cs-137和Co-60能谱
核反应类型
裂变核反应
聚变核反应
裂变核反应
⏹一个原子核，分裂成两个轻核的核反应—裂变。
⏹裂变放出大量的能量，物质量相当的裂变反应比普通的化学反应所放出的能量大百万倍（E=△MC2）。
裂变核反应
⏹威力强大的原子弹就是利用了裂变核反应所放出的能量。
聚变核反应
⏹两个轻核结合，生成另一种新核的核反应—聚变。
⏹聚变放出大量的能量，甚至比原子弹的威力还大（E=△MC2）。
⏹聚变对轻核容易发生，但不能在常规下发生。
因为对带正电的原子核来说，要想使其靠近并结合在一块需要有强大的外力。
聚变核反应
⏹威力更加强大的氢弹就是利用聚变核反应所放出的能量（原子弹引爆）。
⏹不象裂变核反应那样，聚变核反应目前还处于不可控状态，因此暂时还不能和平利用。
聚变核反应
⏹光芒四射的太阳的能量来自太阳内部的核聚变反应。
宇宙射线
⏹来自宇宙间的射线—宇宙射线
⏹宇宙射线随着高度的增加而增加，
⏹海平面：
30nGy/h
拉萨：
~120nGy/h
电离辐射
⏹某种射线（如α射线、β射线、γ射线或其次级射线）作用到原子的外层电子，使电子脱离原有的轨道的现象—电离辐射。
（能量大于12.4eV）
⏹一般电磁辐射由于其单个光子的能量低，因此无法使原子发生电离。
放射系
放射性核素的递次衰变系列通称放射系。
自然界中存在铀系、钍系、锕系三个天然放射系。
它们的母体半衰期都很长，和地球年龄相近或更长。
它们的成员大多具有ɑ放射性，少数具有β—放射性，一般都伴随有γ辐射，但没有一个具有β+衰变或轨道电子浮获的。
人工放射系只有镎系。
1、钍系
从232Th开始，经过10次连续衰变，最后到稳定核素208Pb。
这个系的成员，质量数都是4的整倍数。
母体232Th的半衰期为141亿年；子体半衰期最长的是228Ra为5.76年，所以，钍系建立起长期平衡，需要几十年时间。
2、铀系
从238U开始，经过14次连续衰变，最后到稳定核素206Pb。
该系成员的质量数都是整倍数加2。
母体238U的半衰期为45亿年，子体半衰期最长的234U为24.5万年。
所以，铀系建立起长期平衡需要几百万年时间。
3、锕系
从235U开始，经过11次连续衰变，最后到稳定核数207Pb。
该系成员的质量数都是4的整倍数加3。
母体235U的半衰期为7.04亿年，子体半衰期最长的231Pa为3.3万年，所以，锕系建立起长期平衡需要几十万年时间。
4、镎系
把238U放在反应堆照射，连续浮获3个中子变成241U，它经过2次β—衰变变成了具有较长寿命的241Pu（14.4年）。
241Pu经过13次衰变，最后到稳定核素209Bi。
但在这个衰变系列中，237Np的半衰期最长（2.14百万年）。
当时间足够长以后，241Pu和241Am几乎衰变完了，237Np还会存在，并与其子体建立起平衡。
所以这个系叫镎系。
该系成员的质量数都是4的整倍数加1。
（二）、重要的概念和量
1、放射性活度
放射性活度表示放射性核素的核转变率。
它是指处于特定状态下的一定量放射性核素在单位时间内发生自然衰变的数目。
放射性活度的SI单位为贝可勒尔，简称贝可（Bq）。
1贝可表示每秒钟发生1次衰变。
过去使用的单位是居里（Ci），1居里＝3.7×1010贝可。
放射性比活度是指单位质量或单位体积的放射性活度。
2、照射量
照射量是指X或γ射线在单位质量空气中释出的所有次级电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量。
照射量的SI单位，按定义为“库伦/千克”（C/kg）。
过去使用的单位名称是伦琴（R），它们的关系式如下：
1R=2.58×10-4C/kg
照射量率是单位时间内照射量的増量。
其SI单位为库仑/（千克·秒）[C/（kg·s）],过去使用的单位为伦琴/秒（R/s）,。
3、吸收剂量（D）
吸收剂量就是电离辐射给予单位质量物质的平均授予能。
吸收剂量的SI单位是戈瑞（Gy）,其量纲是焦尔/千克（J/kg）。
过去使用的单位是拉德（rad）。
1Gy=1J/kg
1Gy=100rad
吸收剂量率是单位时间内吸收剂量的增量，其SI单位是“Gy/h”,过去使用的单位是“rad/h”。
4、当量剂量（H）
当量剂量为被研究组织内某一点上的吸收剂量与品质因数（Q）和其他修正因素（N）的乘积。
其SI制单位为希沃特（Sv），量纲为焦耳/千克（J/kg），1Sv＝1J/kg,过去使用的单位为雷姆（rem）。
H=D·Q·N
1Sv=1J/kg
1Sv=100rem
当量剂量率表示单位时间内当量剂量的增量，其SI制单位为Sv/h等，过去使用的单位是rem/h等。
5、有效剂量（He）
有效剂量为人体各个器官或组织受照射的当量剂量，用以评价人体所受总的损伤。
设Ht为T器官（或组织）所受当量剂量，Wt为T器官（或组织）的权重因子（表示相对危险度），则有效当量剂量HE可用下式计算：
HE=∑HtWt（希沃特）
放射性度量新旧单位对照表
6、集体当量剂量（S）
集体当量剂量用于评价人群受到照射所付出的危害代价。
为受照射之群体某组（i）内Pi名成员平均每人的全身或某一器官所受当量剂量（Hi）和，用S表示。
S=∑HiPi（人·希沃特）
三、核技术应用现状与发展趋势
1、军事核设施
2、民用核设施
3、多领域应用辐射与同位素技术
4、同位素与辐射技术在环境保护中的应用
核武器—原子弹爆炸的蘑菇云
核潜艇
核动力航空母舰（小鹰号）
核能
原子核结构发生变化时放出的能量叫核能，也就是原子能。
物质所具有的原子能是非常大的，它要比化学能大几百万倍甚至千万倍。
原子能的大小
一座100万千瓦的火电厂，每年要烧掉约330万吨煤，而同样容量的核电站一年只用30吨燃料。
核电站
什么是核电站：
核电站就是利用一座或若干座动力反应堆所产生的热能来发电的动力设施。
核电站工作原理：
核电站用的燃料是铀。
用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。
核电站类型
目前世界上核电站根据使用的慢化剂分类常见的反应堆有轻水堆（压水堆、沸水堆）、重水堆、石墨堆和快堆等。
所以核电站是以反应堆类型来分类。
主要有：
压水堆核电站
沸水堆核电站
重水堆核电站
石墨堆核电站
快堆核电站
第二代核电站的工作原理（沸水堆）
第三代核电站工作原理（压水堆）
重水堆核电站工作原理
世界核电发展现状与趋势
1、核电现状
据国际原子能机构统计，目前全世界运行的核电站为444座，建设中的近40座
2、核电发展的区域特征
核电主要集中在欧洲、北美洲和远东地区，其中西欧134座、北美121座、远东91座、东欧70座
新建的核电站主要集中在亚洲和东欧，中国计划在2020年发展到40座，印度也在大量建设核电站
世界核电发展现状与趋势
目前世界上有33个国家和地区有核电厂，核发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国家和地区核电发电量超过总发电量的四分之一，有的国家超过70％。
美国：
108座发电量超过30%
法国：
59座发电量超过80%
日本：
53座发电量超过40%
中国：
13座发电量不到1.5%
我国核电现状与发展趋势
1、我国核电现状
我国自行设计建造的30万千瓦压水堆核电站——秦山核电站，于1985年开工建设，1991年12月15日首次并网发电，1994年投入商业运行，已有近二十多年安全运行的良好业绩。
现在我国能够自主设计、制造60万千瓦压水堆核电站。
目前，我国有4座核电站13台机组运行。
分别是秦山核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站、田湾核电站。
另外台湾还有庆山和国盛等3座核电站6台机组，装机容量488.4万千瓦、发电量374亿千瓦时（占22％）。
我国核电现状与发展趋势
2、我国核电发展趋势
根据《2006~2020年我国核电中长期发展规划》，目前国家已批准在建的核电机组有32座。
到2020年我国运行核电机组将超过40座，总装机容量达到4000万千瓦，达到法国的发展水平。
3、辐射与同位素技术
（1）辐照保鲜，如大蒜、土豆
（2）辐照杀菌、杀虫，如中成药、卫生用品、腊肉制品、稻谷等
（3）品种改良
（4）工业探伤、材料改性
（5）仪器仪表自动化控制：
料位计、液位计、核子称、测厚仪、火灾报警器等
（6）地质钻探测井
（7）医疗卫生：
肿瘤照射、甲亢治疗、放免分析等
辐照加工
工业探伤——伽玛探伤机
自动化控制——料位计
自动计量系统——核子秤（水泥）
自动化控制——料位计（有色金属）
自动化控制——料位计（人造板热磨机）
自动化控制——液位计（造纸）
自动计量系统——核子秤（制糖）
自动计量系统——核子秤（选矿）
自动计量系统——核子秤（烟草）
分析测量系统——湿度/密度仪（烟草）
自动测量系统——测厚仪
分析测量系统——气相色谱仪
分析测量系统——湿度/密度仪（建筑施工）
分析测量系统——钙铁煤分析仪
医疗卫生——肿瘤照射（Co）
医疗卫生——肿瘤照射（头部伽玛刀）
医疗卫生——肿瘤照射（体部伽玛刀）
治疗甲亢——碘-131胶囊
4、同位素与辐射技术在环境保护中的应用
（1）烟道气净化，SO2、NOx的去除率达到90%以上
（2）有机废水辐照处理，有较好的解毒、降解、脱色、去污效果
（3）放射性示踪技术应用
研究地表水、地下水的运动规律
研究污染物在生物链中的转移规律
跟踪农药、化学污染物在生态系统中的施加、吸收、降解、转和积累的全过程
（4）中子活化分析环境样品中的痕量化学元素含量或浓度
核技术应用发展趋势
1、核电作为清洁能源得到快速发展
2、多领域广泛应用同位素与辐射技术
部分国家核技术应用情况
四、电离辐射防护与辐射源安全
基本标准
电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB18871－2002
⏹
（1）范围
⏹
（2）一般要求
⏹（3）对实践的主要要求
⏹（4）对干预的主要要求
⏹（5）职业照射的控制
⏹（6）医疗照射的控制
⏹（7）公众照射的控制
⏹（8）潜在照射的控制——源的安全
⏹（9）应急照射情况的干预
⏹（10）持续照射情况的干预
1、辐射防护的主要目的
2、辐射防护的基本任务
既要保护环境，保障从事辐射工作人员和公众成员，以及他们的后代的安全和健康，又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动；提高辐射防护措施的效益，以促进核科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。
3、辐射防护体系
ICRP把人类活动分为实践和干预。
辐射防护体系包括：
实践、干预
实践：
有些人类活动增加了总的辐射照射。
ICRP称这种人类活动为实践。
如核能利用。
干预：
有些人类活动旨在降低总的照射。
ICRP称这种人类活动为干预。
实践的辐射防护体系（原则）
⏹实践的正当性
⏹剂量限制和危险限制
⏹防护与安全的最优化
⏹剂量约束与危险约束
⏹医疗照射指导水平
实践的正当性
实践的正当性：
在进行任何伴有辐射的实践时，所得到的利益必须大于付出的包括健康损害在内的代价。
即利要大于弊。
剂量限制和潜在照射危险限制
剂量约束和潜在照射危险约束
（1）应对个人受到的正常照射加以限制，以保证由来自各项获准实践的综合照射所致的个人总有效剂量和有关器官或组织的总当量剂量不超过标准中规定的相应剂量限值。
（2）应对个人所受到的潜在照射危险加以限制，使来自各项获准实践的所有潜在照射所致的个人危险与正常照射剂量限值所相应的健康危险处于同一数量级水平。
剂量限制和潜在照射危险限制
剂量约束和潜在照射危险约束
（3）对于一项实践中的任一特定的源，其剂量约束和潜在照射危险约束应不大于审管部门对这类源规定或认可的值，使其不大可能导致超过剂量限值和潜在照射危险限值的值。
（4）对任何可能向环境释放放射性物质的源，剂量约束还应确保对该源历年释放的累积效应加以限制，使得在考虑了所有其他有关实践和源可能造成的释放累积和照射之后，任何公众成员（包括其后代）在任何一年里所受到的有效剂量均不超过相应的剂量限值。
以上实践都不包括医疗照射。
GB18871-2002中有关当量剂量的规定
防护与安全的最优化
对于来自一项实践中的任一特定源的照射，应使防护与安全最优化，使得在考虑了经济和社会因素之后，个人受照剂量的大小、受照射的人数以及受照射的可能性均保持在可合理达到的尽量低水底；这种最优化应以该源所致个人剂量和潜在照射危险分别低于剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件。
辐射防护的最优化
ALARA原则：
AsLowAsReasonablyAchievable
由于利益和代价在群体分布的不一致性，因此，在满足了正当化和最优化后，还必须对个人当量剂量进行限制。
概念理解：
⏹剂量限值应当只适用于实践的控制；
⏹超出剂量限值将使指定的实践带来附加的危险，而这种危险可以合理地描述为正常情况下“不可接受”的；
⏹实际的剂量－效应关系不存在一个阈值；
⏹剂量限值不是“安全”与“危险”的分界线；
⏹不能作为防护体系严格程度的唯一度量。
4、辐射防护体系的几个重要概念
职业照射、医疗照射和公众照射
辐射防护体系的几个重要概念
（1）职业照射：
除了国家有关法规和标准所排除的照射，以及根据国家有关法规和标准予以豁免的实践或源所产生的照射以外，工作人员在其工作过程中所受的所有照射。
为了给出一些实用的引导，国际放射防护委员会建议只对以下情况才要求把天然辐射源的照射也包括在职业照射之内
⏹（a）审管机构已宣布应注意氡气并已指明有关的工作场所的那些工作场所内的操作。
⏹（b）操作与贮存通常并不视为放射性物质，但含有显著的痕量天然放射性核素，并经审管机构认定的那些物料。
⏹（c）运行喷气飞机。
⏹（d）宇航。
（3）医疗照射：
患者（包括不一定患病的受检者）因自身医学诊断或治疗所受的照射、知情但自愿帮助和安慰患者的人员（不包括施行诊断或治疗的执业医师和医技人员）所受的照射，以及生物医学研究计划中的志愿者所受的照射。
关于辐射防护的几个规定
⏹不得以工作待遇代替安全与防护
⏹孕妇工作的条件
⏹未成年人的工作条件
⏹工作岗位的调换
工作待遇
不得以
•特殊补偿
•缩短工作时间
•休假、退休金
•或特种保险
等方面的优待安排代替本标准要求采取的安全与防护措施
孕妇工作的条件
⏹女性工作人员发觉自己怀孕后要及时通知用人单位，以便必要时改善其工作条件。
孕妇和授乳妇女应避免受到内照射。
⏹用人单位有责任改善怀孕女性工作人员的工作条件，以保证为胚胎和胎儿提供与公众成员相同的防护水平。
⏹未孕妇女的职业照射控制与男性相同。
未成年人的工作条件
⏹年龄小于16周岁的人员不得接受职业照射
⏹年龄小于18周岁的人员，除非为了培训并且受到监督，否则不得在控制区工作
工作岗位的调换
审管部门或健康监护机构认定某一工作人员由于健康原因不再适于从事涉及职业照射的工作时，用人单位应该为该工作人员调换合适的工作岗位。
五、核技术应用对环境的影响
（一）环境中的电离辐射源
（二）放射性污染的来源
（三）放射性污染的特点
（四）放射性废物管理
（五）电离辐射对人体的影响
（六）核技术发展对环境的影响
（一）环境中的电离辐射源
电离辐射——是指能引起物质电离的辐射。
电离辐射源：
包括放射性核素、宇宙射线和射线装置。
环境中的放射性核素：
天然放射性核素、人工放射性核素
天然放射性核素：
自然存在于地球环境中的放射性核素。
如铀—238、铀—235、铀—234、钍—232、镭—226、氚—3、碳—14、钾—40等。
人工放射性核素：
由人工制造的放射性核素。
如：
碘—131、铯—137、钴—60等。
辐射的来源
室内氡的来源
人体受到照射的辐射来源及其水平
全球平均接受的辐射剂量约2.8mSv/年。
其中：
天然辐射：
约2.4mSv/年，天然辐射是人类的主要辐射来源，其中氡及其子体是最大的天然辐射照射，每年约1.25mSv，形式主要是内照射。
人工辐射：
约0.4mSv/年，医疗辐射是最大的人工辐射来源；各种人工放射性核素中大约80％用于医学目的。
广西各地市天然贯穿辐射剂量率
人类部分生活方式接受的辐射剂量
（二）放射性污染的来源
放射性污染：
指由于人类活动造成物料、人体、场所、环境介质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或者射线。
核技术应用对环境的放射性污染主要有：
1、核武器试验
2、核设施事故造成放射性物质泄漏
3、核工业产生的放射性废物
4、放射性同位素应用于工业、农业、医疗等产生的废物
5、其它活动产生的放射性废物
1、核武器试验
有大气层试验、水下试验、地下核试验等多种形式。
近地表的大气层核试验对环境的污染最严重，至今仍残留的污染核素有137Cs、90Sr等；
2、核设施事故造成放射性物质泄漏
切尔诺贝利核事故
1986年4月26日当地时间1点24分，苏联的乌克兰共和国切尔诺贝利核能发电厂发生严重泄漏及爆炸事故。
事故导致31人当场死亡，上万人由于放射性物质远期
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