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(zhì)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(shù)相同的一類原子叫做一種元素），所以，可以說，物質(zhì)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(zhì)量，帶正電荷；電子帶負電荷，圍繞“核心”運動。原子的質(zhì)量數(shù)取決于原子核，其電子質(zhì)量數(shù)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(guī)矩”排列并且運動。不同的原子其電子數(shù)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(shù)目就不同；原子核的正電荷數(shù)目，正是它在元素周期表中排列的序號。

    原子核由質(zhì)子和中子組成，“姐妹”倆統(tǒng)稱“核子”。不過，中子不帶電荷。只有質(zhì)子帶正電荷，與對應的電子（負電荷）形成“穩(wěn)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(zhì)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(zhì)子，還有1個中子；超重氫又叫氚（音“川”），1個質(zhì)子，2個中子。它們的質(zhì)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(zhì)，原子序數(shù)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(shù)字表示“原子序數(shù)”，左上角數(shù)字表示其質(zhì)量數(shù)。

    原子核中的質(zhì)子帶有的正電荷數(shù)目，同電子（帶負電荷）數(shù)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(shù)”。又比如氦原子，寫作 24 He，原子序數(shù)為2，其質(zhì)量數(shù)是4，顯然，其原子核中有2個質(zhì)子和2個中子。

    質(zhì)子和中子之間，中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)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(jié)合能、原子能。在一般情況下，核力使所有核子結(jié)合成一個緊密的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。要想分裂一個原子核，就必須從外部供給能量，克服這種結(jié)合能。

    研究表明，質(zhì)量不同的原子核，其結(jié)合能是不同的。中等質(zhì)量的原子核，其結(jié)合能較大；“重量級”質(zhì)量的原子核，其結(jié)合能較小。當“重量級”原子核分裂成中等質(zhì)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(jié)合能也比中等級質(zhì)量的原子核結(jié)合能要小，兩個“輕量級”原子核聚合成一個中等級質(zhì)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(fā)電。

    二、放射性

    1、 放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

    1896年，法國物理學家貝可勒爾在研究物質(zhì)的熒光時發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)象”稱為放射性。不久，她又發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)角度大的那束命名β，是電子束（帶負電荷）；中間不偏轉(zhuǎn)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(wěn)定的，另一類是不穩(wěn)定的。不穩(wěn)定核素可以自發(fā)地蛻變?yōu)榱硗庠�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(nèi)放出 α 粒子、β粒子 、γ光子以及其它射線。這種不穩(wěn)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(wěn)定核素。現(xiàn)在已經(jīng)知道的107種元素的1900多種同位素中，大約有300種是穩(wěn)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(jù)《中國環(huán)境報》權(quán)威資料，全國現(xiàn)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(nèi)的衰變數(shù)；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(guān)系是：1居里=3.7×10¹⁰貝可。

    4、 電離輻射

    α粒子、β粒子、質(zhì)子等帶電荷，可以直接引起物質(zhì)電離；X射線、γ光子和中子等不帶電荷，但是在與物質(zhì)作用時產(chǎn)生“次級粒子”從而使物質(zhì)電離。所有這些現(xiàn)象，統(tǒng)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?yōu)榱搜芯窟@種影響，借用了醫(yī)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(fā)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(chǎn)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(xiàn)在現(xiàn)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(chǎn)生的效應，除了與劑量多少有關(guān)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(guān)，因此要根據(jù)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(chǎn)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(zhì)進入人體內(nèi)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(fā)生電離或者激發(fā)。對人體的水分子，會使其產(chǎn)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(zhuǎn)”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(zhì)的差異有關(guān)，與原始損傷程度有關(guān)。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(xiàn)損傷。當達到幾個戈瑞時，就可能使部分人死亡。接受同樣數(shù)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(shù)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(xiàn)全身癥狀，即使有人出現(xiàn)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(nèi)照射

    不同放射性核素進入人體內(nèi)，沉積在不同的器官，叫做內(nèi)照射，對人體產(chǎn)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(zhì)中，而钚主要沉積在骨小梁中，會照射骨髓細胞而出現(xiàn)很強的輻射毒性。

    內(nèi)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(zhì)防護。射線通過與物質(zhì)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(nèi)照射防護。戴口罩防止經(jīng)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(nèi)。

    五、 密封放射源

    放射性核素已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學、考古、國防和科學研究等領(lǐng)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(huán)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(yī)療用、工業(yè)照相用、輻射式儀表用、離子發(fā)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(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)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(shù)在1×10⁵～6×10⁵居里之間。工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)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(chǎn)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(nèi)的陰極和陽極組成。陰極為鎢絲，陽極則根據(jù)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(xiàn)代科學儀器，有許多利用高速電子流的設(shè)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(guān)、高頻發(fā)射管、電視顯像管等等，都會產(chǎn)生X射線。