輻射防護(hù)常用知識(shí)

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(yán)格地說(shuō)，把核電荷數(shù)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(fù)電荷，圍繞“核心”運(yùn)動(dòng)。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(jì)。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(guī)矩”排列并且運(yùn)動(dòng)。不同的原子其電子數(shù)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(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(hào)。

    原子核由質(zhì)子和中子組成，“姐妹”倆統(tǒng)稱(chēng)“核子”。不過(guò)，中子不帶電荷。只有質(zhì)子帶正電荷，與對(duì)應(yīng)的電子（負(fù)電荷）形成“穩(wěn)定局面”。比如，原子序號(hào)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(shù)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(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(fù)電荷）數(shù)目是相等的，正是它在元素周期表中排列的序號(hào)，科學(xué)家稱(chēng)之為“原子序數(shù)”。又比如氦原子，寫(xiě)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(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，存在著很強(qiáng)的吸引力——核力，或者說(shuō)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(gè)緊密的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。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(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(jí)”質(zhì)量的原子核，其結(jié)合能較小。當(dāng)“重量級(jí)”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(jí)”原子核的結(jié)合能也比中等級(jí)質(zhì)量的原子核結(jié)合能要小，兩個(gè)“輕量級(jí)”原子核聚合成一個(gè)中等級(jí)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(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

    1896年，法國(guó)物理學(xué)家貝可勒爾在研究物質(zhì)的熒光時(shí)發(fā)現(xiàn)，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(cè)到，靠近鈾鹽的空氣被“電離”了，驗(yàn)電器可以檢驗(yàn)出來(lái)。

    1898年，居里夫人和施密特各自觀(guān)測(cè)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(xiàn)象”稱(chēng)為放射性。不久，她又發(fā)現(xiàn)了放射性更強(qiáng)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(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)角度大的那束命名β，是電子束（帶負(fù)電荷）；中間不偏轉(zhuǎn)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(wěn)定的，另一類(lèi)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(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(nèi)放出 α 粒子、β粒子 、γ光子以及其它射線(xiàn)。這種不穩(wěn)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(wěn)定核素�，F(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(guó)環(huán)境報(bào)》權(quán)威資料，全國(guó)現(xiàn)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(nèi)的衰變數(shù)；單位是“貝可勒爾”，簡(jiǎn)稱(chēng)貝可，符號(hào)為Bq ；1Bq =1個(gè)衰變/秒。所謂居里（符號(hào)Ci ），是以前用的或者說(shuō)習(xí)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(jí)粒子”從而使物質(zhì)電離。所有這些現(xiàn)象，統(tǒng)稱(chēng)電離輻射，習(xí)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(yī)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。隨著輻射防護(hù)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(xí)慣的專(zhuān)用單位是倫琴，簡(jiǎn)稱(chēng)倫，符號(hào)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(hào)分別為R/h 與 μR/S，或者寫(xiě)作Rh^-1 與μRS^–1 。

    現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)使用的測(cè)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(qiáng)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(hào)為Gy；或毫戈瑞、微戈瑞。

    4）、當(dāng)量劑量。人體吸收劑量產(chǎn)生的效應(yīng)，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(jù)其它因素進(jìn)行修正，修正后的吸收劑量叫“當(dāng)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(yīng)也不同，所以，要進(jìn)一步細(xì)化為“有效劑量”。當(dāng)量劑量和有效劑量的單位都叫“希沃特”，簡(jiǎn)稱(chēng)希，符號(hào)為Sv，常常用毫希：mSv。

    6）、待積當(dāng)量劑量和待積有效劑量。這是為了計(jì)算放射性物質(zhì)進(jìn)入人體內(nèi)后長(zhǎng)時(shí)間（一般地說(shuō)，成人取50年，兒童取70年）對(duì)人體組織和器官造成的當(dāng)量劑量和有效劑量。

    三、電離輻射對(duì)人體的效應(yīng)

    電離輻射對(duì)人體的作用，是一個(gè)非常復(fù)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(duì)人體的水分子，會(huì)使其產(chǎn)生多種自由基和活化分子；嚴(yán)重的，導(dǎo)致細(xì)胞或機(jī)體損傷甚至死亡。

    當(dāng)然，電離輻射對(duì)人體的作用過(guò)程是“可逆轉(zhuǎn)”的，人體自身具有修復(fù)功能，這種修復(fù)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(duì)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(yīng)；但是，劑量再增加，就可能出現(xiàn)損傷。當(dāng)達(dá)到幾個(gè)戈瑞時(shí)，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(shí)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(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(qiáng)，人體局部受到它照射，吸收2～3戈瑞劑量時(shí)不會(huì)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(huì)引起放射病。

    不同組織和器官對(duì)電離輻射敏感性也不同。

    2、 內(nèi)照射

    不同放射性核素進(jìn)入人體內(nèi)，沉積在不同的器官，叫做內(nèi)照射，對(duì)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(jī)質(zhì)中，而钚主要沉積在骨小梁中，會(huì)照射骨髓細(xì)胞而出現(xiàn)很強(qiáng)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(duì)人體細(xì)胞損傷較為嚴(yán)重。

    四、 輻射防護(hù)

    1、外照射輻射防護(hù)。X射線(xiàn) 、γ射線(xiàn)和中子等在人體外對(duì)人照射時(shí)，其防護(hù)措施有：1）、保持距離，距放射源愈遠(yuǎn)，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(hù)。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(hù)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(hù)。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(yīng)當(dāng)檢測(cè)，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(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(xué)、考古、國(guó)防和科學(xué)研究等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)井用、放射性測(cè)量和儀表刻度用等等。

    工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研等部門(mén)大量使用強(qiáng)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(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(jī)。X光機(jī)種類(lèi)好多，如診斷用、治療用、探傷用光機(jī)，X線(xiàn)定向儀，測(cè)厚儀等。

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

    也就是說(shuō)，X光機(jī)里沒(méi)有“密封源”。

    現(xiàn)代科學(xué)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(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)。