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(shuō)，把核電荷數相同的一類(lèi)原子叫做一種元素），所以，可以說(shuō)，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(dòng)。原子的質(zhì)量數取決于原子核，其電子質(zhì)量數忽略不計。每種原子都有一個(gè)“原子核心”和多個(gè)電子，電子一圈一圈“守規矩”排列并且運動(dòng)。不同的原子其電子數也不同，比如，炭原子6個(gè)電子，氫原子1個(gè)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(zhì)子和中子組成，“姐妹”倆統稱(chēng)“核子”。不過(guò)，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(gè)質(zhì)子，即帶1個(gè)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(gè)質(zhì)子，還有1個(gè)中子；超重氫又叫氚（音“川”），1個(gè)質(zhì)子，2個(gè)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(xué)性質(zhì)，原子序數都是1，科學(xué)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(xiě)作11H、12D、13T 。左下角數字表示“原子序數”，左上角數字表示其質(zhì)量數。

    原子核中的質(zhì)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(xué)家稱(chēng)之為“原子序數”。又比如氦原子，寫(xiě)作 24 He，原子序數為2，其質(zhì)量數是4，顯然，其原子核中有2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)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(zhù)很強的吸引力——核力，或者說(shuō)結合能、原子能。在一般情況下，核力使所有核子結合成一個(gè)緊密的穩定結構。要想分裂一個(gè)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(zhì)量不同的原子核，其結合能是不同的。中等質(zhì)量的原子核，其結合能較大；“重量級”質(zhì)量的原子核，其結合能較小。當“重量級”原子核分裂成中等質(zhì)量的原子核時(shí)，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(zhì)量的原子核結合能要小，兩個(gè)“輕量級”原子核聚合成一個(gè)中等級質(zhì)量的原子核時(shí)，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(jìn)行發(fā)電。

    二、放射性

    1、 放射性現象的發(fā)現

    1896年，法國物理學(xué)家貝可勒爾在研究物質(zhì)的熒光時(shí)發(fā)現，某些鈾鹽可以放射一種人的眼睛看不見(jiàn)的射線(xiàn)，這種射線(xiàn)能穿過(guò)黑紙、玻璃、金屬箔使照像底片感光；而且還觀(guān)測到，靠近鈾鹽的空氣被“電離”了，驗電器可以檢驗出來(lái)。

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

    1899年，有科學(xué)家將鐳源放入鉛制造的容器中，容器開(kāi)有一小孔，讓鐳的射線(xiàn)射出。然后在射線(xiàn)的垂直方向施以磁場(chǎng)力，奇跡出現了，射線(xiàn)在磁場(chǎng)力作用下，分解為3束，科學(xué)家把它們分別命名為α、β、γ射線(xiàn)。后來(lái)證明，偏轉角度不大的α射線(xiàn)或者說(shuō)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(wú)電荷。

    2、 放射性核素

    核素可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是穩定的，另一類(lèi)是不穩定的。不穩定核素可以自發(fā)地蛻變?yōu)榱硗庠�素的核��，這個(gè)過(guò)程叫做放射性衰變。在放射性衰變過(guò)程中，會(huì )從核內放出 α 粒子、β粒子 、γ光子以及其它射線(xiàn)。這種不穩定核素放出射線(xiàn)的特性叫放射性。例如，考古鑒定文物年代使用的碳-14（寫(xiě)作14C），它就衰變成氮-14（寫(xiě)作 14N）。氮-14是穩定核素�，F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(huán)境報》權威資料，全國現有放射源用戶(hù)上萬(wàn)家，“密封放射源”大約5萬(wàn)枚，總活度約1350萬(wàn)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(shí)間內的衰變數；單位是“貝可勒爾”，簡(jiǎn)稱(chēng)貝可，符號為Bq ；1Bq =1個(gè)衰變/秒。所謂居里（符號Ci ），是以前用的或者說(shuō)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(xiàn)、γ光子和中子等不帶電荷，但是在與物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生“次級粒子”從而使物質(zhì)電離。所有這些現象，統稱(chēng)電離輻射，習慣簡(jiǎn)稱(chēng)輻射。另外，紅外線(xiàn)、紫外線(xiàn)、微波、激光等也稱(chēng)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(huì )引起人體的某些變化。人們?yōu)榱搜芯窟@種影響，借用了醫藥中“劑量”一詞，稱(chēng)電離輻射劑量，用以度量電離輻射的程度。隨著(zhù)輻射防護科學(xué)的發(fā)展，“劑量”一詞的含義語(yǔ)來(lái)愈豐富。這里介紹幾種常用的概念。

    1）、照射（劑）量，指X射線(xiàn) 、γ射線(xiàn)在空氣中產(chǎn)生電離作用的能力大小。以前的或者說(shuō)人們習慣的專(zhuān)用單位是倫琴，簡(jiǎn)稱(chēng)倫，符號為R 。

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

    現在現場(chǎng)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(shí)”。

    照射（劑）量率通常是指場(chǎng)所X射線(xiàn) 、γ射線(xiàn)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(zhuān)用單位是“戈瑞”，簡(jiǎn)稱(chēng)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(lèi)型、射線(xiàn)能量大小和照射條件）有關(guān)，因此要根據其它因素進(jìn)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(shí)，常常是多個(gè)器官受到照射。器官不同，產(chǎn)生的效應也不同，所以，要進(jìn)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(jiǎn)稱(chēng)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(jìn)入人體內后長(cháng)時(shí)間（一般地說(shuō)，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(gè)非常復雜的過(guò)程。它通過(guò)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(huì )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(guò)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(gè)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(xiàn) 、γ射線(xiàn)，吸收劑量在0.25戈瑞以下時(shí)，人體一般不會(huì )有明顯效應；但是，劑量再增加，就可能出現損傷。當達到幾個(gè)戈瑞時(shí)，就可能使部分人死亡。接受同樣數量的“吸收劑量”，受照射時(shí)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(huì )引起外照射損傷。β粒子穿透能力也較弱，外照射時(shí)只能引起皮膚損傷。γ射線(xiàn)穿透能力強，人體局部受到它照射，吸收2～3戈瑞劑量時(shí)不會(huì )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(huì )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(jìn)入人體內，沉積在不同的器官，叫做內照射，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(wú)機質(zhì)中，而钚主要沉積在骨小梁中，會(huì )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(xiàn) 、γ射線(xiàn)和中子等在人體外對人照射時(shí)，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(shí)間。3）、用屏蔽物質(zhì)防護。射線(xiàn)通過(guò)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(shí)，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(guò)傷口進(jìn)入人體內。

    五、 密封放射源

    放射性核素已經(jīng)在工業(yè)、農業(yè)、醫學(xué)、考古、國防和科學(xué)研究等領(lǐng)域得到越來(lái)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(jiǎn)稱(chēng)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(lèi)很多，按射線(xiàn)類(lèi)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(diǎn)源、線(xiàn)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)、農業(yè)、醫療、科研等部門(mén)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(yè)生產(chǎn)中經(jīng)輻照過(guò)的物品沒(méi)有放射性。

    六、X射線(xiàn)

    高速電子轟擊靶物資時(shí)，會(huì )產(chǎn)生X射線(xiàn)。利用此原理，人們制造了X光機。X光機種類(lèi)好多，如診斷用、治療用、探傷用光機，X線(xiàn)定向儀，測厚儀等。

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

    也就是說(shuō)，X光機里沒(méi)有“密封源”。

    現代科學(xué)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(xiàn)管、高壓整流管、真空開(kāi)關(guān)、高頻發(fā)射管、電視顯像管等等，都會(huì )產(chǎn)生X射線(xiàn)。