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      技術文章

      輻射防護常用知識

      2006/3/14 16:34:00

      一、原子核與原子(核)能

          自然界的物質由各種各樣的元素組成,比如,水由氫元素和氧元素組成,食鹽由鈉元素和氯元素組成。元素通常被叫做原子(嚴格地說,把核電荷數相同的一類原子叫做一種元素),所以,可以說,物質是由各種各樣的原子組成的。

           原子由原子核與電子組成。原子核位于“中心”地位,幾乎集中了原子全部質量,帶正電荷;電子帶負電荷,圍繞“核心”運動。原子的質量數取決于原子核,其電子質量數忽略不計。每種原子都有一個“原子核心”和多個電子,電子一圈一圈“守規矩”排列并且運動。不同的原子其電子數也不同,比如,炭原子6個電子,氫原子1個電子。不同原子,其原子核具有的正電荷數目就不同;原子核的正電荷數目,正是它在元素周期表中排列的序號。

          原子核由質子和中子組成,“姐妹”倆統稱“核子”。不過,中子不帶電荷。只有質子帶正電荷,與對應的電子(負電荷)形成“穩定局面”。比如,原子序號都為1的氫有3種,“正宗”的氫只有1個質子,即帶1個正電荷,另兩種分別叫重氫和超重氫。重氫又叫氘(音“刀”),其原子核中有1個質子,還有1個中子;超重氫又叫氚(音“川”),1個質子,2個中子。它們的質量分別是“正宗”氫的2倍和3倍。氫、氘、氚具有相同的化學性質,原子序數都是1,科學家把它們叫做“氫的3種同位素”,也可以叫做3種不同的核素,分別寫作11H、12D、13T 。左下角數字表示“原子序數”,左上角數字表示其質量數。

          原子核中的質子帶有的正電荷數目,同電子(帶負電荷)數目是相等的,正是它在元素周期表中排列的序號,科學家稱之為“原子序數”。又比如氦原子,寫作 24 He,原子序數為2,其質量數是4,顯然,其原子核中有2個質子和2個中子。

          質子和中子之間,中子和中子之間,質子和質子之間,總而言之,核子之間,存在著很強的吸引力——核力,或者說結合能、原子能。在一般情況下,核力使所有核子結合成一個緊密的穩定結構。要想分裂一個原子核,就必須從外部供給能量,克服這種結合能。

          研究表明,質量不同的原子核,其結合能是不同的。中等質量的原子核,其結合能較大;“重量級”質量的原子核,其結合能較小。當“重量級”原子核分裂成中等質量的原子核時,要放出能量,這就叫“核裂變能”。

          又知道,“輕量級”原子核的結合能也比中等級質量的原子核結合能要小,兩個“輕量級”原子核聚合成一個中等級質量的原子核時,也有能量放出,這就是“核聚變能”。

          它們都叫核能。核電站就是利用“核裂變能”原理進行發電。

          二、放射性

          1、 放射性現象的發現

          1896年,法國物理學家貝可勒爾在研究物質的熒光時發現,某些鈾鹽可以放射一種人的眼睛看不見的射線,這種射線能穿過黑紙、玻璃、金屬箔使照像底片感光;而且還觀測到,靠近鈾鹽的空氣被“電離”了,驗電器可以檢驗出來。

          1898年,居里夫人和施密特各自觀測到,釷的化合物也能放出類似的射線。居里夫人把這種“原子現象”稱為放射性。不久,她又發現了放射性更強的鐳。鉛可以有效地阻擋射線。

          1899年,有科學家將鐳源放入鉛制造的容器中,容器開有一小孔,讓鐳的射線射出。然后在射線的垂直方向施以磁場力,奇跡出現了,射線在磁場力作用下,分解為3束,科學家把它們分別命名為α、β、γ射線。后來證明,偏轉角度不大的α射線或者說α粒子就是氦原子核(帶正電荷);偏轉角度大的那束命名β,是電子束(帶負電荷);中間不偏轉的命名γ,是電磁波,無電荷。

          2、 放射性核素

          核素可以分為兩大類,一類是穩定的,另一類是不穩定的。不穩定核素可以自發地蛻變為另外元素的核素,這個過程叫做放射性衰變。在放射性衰變過程中,會從核內放出 α 粒子、β粒子 、γ光子以及其它射線。這種不穩定核素放出射線的特性叫放射性。例如,考古鑒定文物年代使用的碳-14(寫作14C),它就衰變成氮-14(寫作 14N)。氮-14是穩定核素,F在已經知道的107種元素的1900多種同位素中,大約有300種是穩定核素;其余1600種是放射性核素,其中的大約60種是天然放射性核素,其它是人工制造的。放射性核素又叫放射源。

          3、 放射性活度和單位

          據《中國環境報》權威資料,全國現有放射源用戶上萬家,“密封放射源”大約5萬枚,總活度約1350萬居里。那么,什么叫放射性活度?所謂放射性活度是指一定量的放射性核素在單位時間內的衰變數;單位是“貝可勒爾”,簡稱貝可,符號為Bq ;1Bq =1個衰變/秒。所謂居里(符號Ci ),是以前用的或者說習慣用的單位,居里與貝可的關系是:1居里=3.7×1010貝可。

          4、 電離輻射

          α粒子、β粒子、質子等帶電荷,可以直接引起物質電離;X射線、γ光子和中子等不帶電荷,但是在與物質作用時產生“次級粒子”從而使物質電離。所有這些現象,統稱電離輻射,習慣簡稱輻射。另外,紅外線、紫外線、微波、激光等也稱輻射,但不是“電離輻射”。

          5、 電離輻射劑量和單位

          電離輻射作用于人體,會引起人體的某些變化。人們為了研究這種影響,借用了醫藥中“劑量”一詞,稱電離輻射劑量,用以度量電離輻射的程度。隨著輻射防護科學的發展,“劑量”一詞的含義語來愈豐富。這里介紹幾種常用的概念。

          1)、照射(劑)量,指X射線 、γ射線在空氣中產生電離作用的能力大小。以前的或者說人們習慣的專用單位是倫琴,簡稱倫,符號為R 。

          2)、照射(劑)量率,是指單位時間里的照射(劑)量,常常以倫/小時、微倫/秒表示,符號分別為R/h 與 μR/S,或者寫作Rh-1 與μRS–1 。

          現在現場使用的測量“照射量率”的儀表,其單位是 μGy h-1 讀作“微戈瑞每小時”。

          照射(劑)量率通常是指場所X射線 、γ射線的輻射強度,而不是人體受照射劑量。

          3)、吸收劑量,這可以指人體受到電離輻射后吸收了多少能量。其專用單位是“戈瑞”,簡稱戈,符號為Gy;或毫戈瑞、微戈瑞。

          4)、當量劑量。人體吸收劑量產生的效應,除了與劑量多少有關外,還與其它因素(比如輻射類型、射線能量大小和照射條件)有關,因此要根據其它因素進行修正,修正后的吸收劑量叫“當量劑量”。

          5)、有效劑量。人體受到照射時,常常是多個器官受到照射。器官不同,產生的效應也不同,所以,要進一步細化為“有效劑量”。當量劑量和有效劑量的單位都叫“希沃特”,簡稱希,符號為Sv,常常用毫希:mSv。

          6)、待積當量劑量和待積有效劑量。這是為了計算放射性物質進入人體內后長時間(一般地說,成人取50年,兒童取70年)對人體組織和器官造成的當量劑量和有效劑量。

          三、電離輻射對人體的效應

          電離輻射對人體的作用,是一個非常復雜的過程。它通過直接的或間接的電離作用,使人體的分子發生電離或者激發。對人體的水分子,會使其產生多種自由基和活化分子;嚴重的,導致細胞或機體損傷甚至死亡。

          當然,電離輻射對人體的作用過程是“可逆轉”的,人體自身具有修復功能,這種修復能力的大小與個體素質的差異有關,與原始損傷程度有關。所以,一定要控制人所受劑量的大小。

          1、 外照射

          對X射線 、γ射線,吸收劑量在0.25戈瑞以下時,人體一般不會有明顯效應;但是,劑量再增加,就可能出現損傷。當達到幾個戈瑞時,就可能使部分人死亡。接受同樣數量的“吸收劑量”,受照射時間越短,損傷越大;反之,則輕。吸收同樣數量劑量,分幾次照射,比一次照射損傷要輕。

          α粒子穿透能力弱(一張紙就可以阻擋),不會引起外照射損傷。β粒子穿透能力也較弱,外照射時只能引起皮膚損傷。γ射線穿透能力強,人體局部受到它照射,吸收2~3戈瑞劑量時不會出現全身癥狀,即使有人出現也很輕微。但是,全身照射就可能會引起放射病。

          不同組織和器官對電離輻射敏感性也不同。

          2、 內照射

          不同放射性核素進入人體內,沉積在不同的器官,叫做內照射,對人體產生不同程度的影響。例如,鐳和钚都是親骨性核素,但鐳大多沉積在骨的無機質中,而钚主要沉積在骨小梁中,會照射骨髓細胞而出現很強的輻射毒性。

          內照射主要是α粒子和β粒子。α 粒子能量大,對人體細胞損傷較為嚴重。

          四、 輻射防護

          1、外照射輻射防護。X射線 、γ射線和中子等在人體外對人照射時,其防護措施有:1)、保持距離,距放射源愈遠,人體吸收劑量就愈少。2)、減少受照射時間。3)、用屏蔽物質防護。射線通過與物質接觸,能量被減弱,所以,在放射源與人體之間加裝屏蔽物就能起到防護作用。鉛的屏蔽作用最好,水、鐵、水泥、磚、石頭、鉛玻璃也常用。

          2、內照射防護。戴口罩防止經呼吸道吸入α粒子和β粒子。食物、水被懷疑受到污染時,應當檢測,不合要求不飲用。穿戴工作服防止皮膚吸收,尤其要注意防止通過傷口進入人體內。

          五、 密封放射源

          放射性核素已經在工業、農業、醫學、考古、國防和科學研究等領域得到越來越廣泛的應用。把放射性核素(即放射源)制成密封好的“東西”(簡稱密封源),使用方便。

          密封源是被密封在特殊的包殼里的,或者用特殊方法覆蓋的。包殼有足夠的強度,能夠使人不受放射性照射或污染。

          密封源種類很多,按射線類別分,有α源、β源、γ源、中子源、低能光子源等;按幾何形狀分,可以分為點源、線源、平面源、圓柱源、圓環源等;按活度的不確定度分,可以分為檢查源、工作源、參考源、標準源等;按用途分,可以分為醫療用、工業照相用、輻射式儀表用、離子發生器用、γ輻照用、放射性測井用、放射性測量和儀表刻度用等等。

          工業、農業、醫療、科研等部門大量使用強γ放射源,如鈷-60,而且活度大多數在1×105~6×105居里之間。工農業生產中經輻照過的物品沒有放射性。

          六、X射線

          高速電子轟擊靶物資時,會產生X射線。利用此原理,人們制造了X光機。X光機種類好多,如診斷用、治療用、探傷用光機,X線定向儀,測厚儀等。

          X光機的核心部分是X線管,通常由安裝在真空玻璃殼內的陰極和陽極組成。陰極為鎢絲,陽極則根據不同需要由不同材料制成多種形狀。

          也就是說,X光機里沒有“密封源”。

          現代科學儀器,有許多利用高速電子流的設備或器件,例如電子顯微鏡、電子轟擊爐、陰極射線管、高壓整流管、真空開關、高頻發射管、電視顯像管等等,都會產生X射線。

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