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如 59CO 是稳定同位素

时间:2019-07-16 18:53 来源:未知 作者:admin

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  龙口玉龙纸业有限公司 放射性基本知识及其安全防护培训 (2015) 龙口玉龙纸业有限公司安全科 目录 第一章 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 放射源 物质、原子和同位素 放射性衰变和三种射线 半衰期与衰变常数 放射性活度 天然放射性和射线 第二章Υ 射线 射线对人体的影响 射线防护的原则、标准和措施 第一章 1-1 物质、原子和同位素 放射源 自然界中存在的各种各样的物体,大的如宇宙中的星球,小的如肌体的细胞。都是由各种 不同的物质组成的。 物质又是由无数的小颗粒所组成的。这种小颗粒叫做“原子”由几个原子还可以组成较复 杂的粒子叫分子。如水,就是由二个氢原子和一个氧原子化合成一个水分子。无穷多的水分子 聚在一起。就是宏观的水。 原子虽然很小,它仍有着复杂的结构。原子由原子核和一定数量的电子组成。原子核在中 心,带正电。电子绕着原子核在特定的轨道上运动,带负电。整个原子的正负电荷相等,是中 性的。原子核内部的情况又是怎样的呢?简单地讲,原子核是由一定数量的质子和中子组成。 中子数比质子数稍多一些。两者数目具有一定的比例。 一个原子所包含的质子数目与中子数目之和,称为该原子的质量数。它也就是原子核的质 量数。简单归纳一下: 质子(带正电,数目与电子相等) 原子核 原子 电 中子(不带电,数目=质量数-原子序数) 子 (质量小,带负电,数目与质子相等,称为原子序数) 原子的化学性质仅仅取决于核外电子数目,也就是仅仅取决于它的原子序数。我们把原子 序数相同的原子称作元素。 有些原子,尽管它们的原子序数相同,可是中子数目不相同,这些原子的化学性质完全相 同。而原子核有着不同的特性。例如:11H、21H、31H,它们就是元素氢的三种同位素。又如: 59 CO 和 60CO 是元素钴的两种同位素。 U 和 238U 是元素铀的两种同位素 235 自然界中已发现 107 种元素,而同位素有 4 千余种。 原子核里的中子比质子稍多,确切地说,质子数与中子数应有一个合适的比例(如轻核约 为 1:1,重核约为 1:15) 。只有这样的原子核才是稳定的,这种同位素就叫做稳定同位素。 如果质子的数目过多或过少,也即中子数目过少或过多。原子核往往是不稳定的,它能够自发 地发生变化,同时放出射线和能量。这种原子核就叫做放射性原子核。它组成的原子就叫做放 射性同位素,如 59CO 是稳定同位素,60CO 是放射性同位素。 放射性同位素分为天然和人工两种。天然的就是自然界中容观存在的。如铀、钍、镭及其 子体;以及钾、钙等等。人工的就是通过人为的方法制造的。如利用反应堆或加速器产生的粒 子打在原子核上,发生核反应,使原子核内的质子(或中子)数目发生变化。生成放射性同位 素,60CO 就是把 59CO 放在反应堆里照射。吸收一个中子后变成的,所以 60CO 就是人工放射性同 位素。 1-2 放射性衰变和三种射线 放射性原子核通过自发地变化,放出射线和能量,同时自己变成一个新的原子核。这个过 程叫做放射性衰变。 绝大多数放射性原子核衰变时主要放射三种射线(或称粒子) ,一种叫做α 射线 个中子组成的氦原子核。即 12He,带有两个单位的正电荷,质量数为 4。另一种 叫做β 射线, 它是高速运动的电子。 带 1 个单位的负电荷, 第三种叫Υ 射线, 它是一种电磁波, 不带电,放出哪种射线就叫做哪种衰变。 某种放射性同位素发射什么射线,能量是多少,可查阅衰变图。亦可查阅“核素常用数据 表”等书。我国常用的放射性同位素大部分是由原子能研究院生产的,他们编有专门的产品手 册。给出了多种数据。 1-3 半衰期与衰变常数 一定数量的放射性原子核,在每一秒钟内都有一部分在发生衰变,变成了新的原子核,也 就是说, 放射性原子核的数目不断减少,放射性原子核减少到原来数目的一半所经过的时间叫 做半衰期,记作 T?。单位是时间的单位,如秒、小时、天、年等等。对每种放射性原子核来 说,它是个常数。例如:60CO 的半衰期 T?=5.3 年,其意思是说,如果现在有 1000 个 60CO 原子 核,由于放射性衰变,5.3 年后只剩下 500 个了。另外 500 个变成了 60N1 原子核,再过 5.3 年 60 CO 原子核只剩下 250 个了。依此类推,放射原子核 60CO 的数目越来越少。 放射性原子核数目随时间的减少服从指数规律,这是实验得到的结果。如果我们已知某一 时刻(t=0)的放射性核数为 N0 个,t 时刻的核数为 N(t)个,则有 N(t)=N0e-λ t (1-1) 这里λ 叫做衰变常数,单位 1/秒或 1/小时,1/年等: e 是自然对数的底,e=2.718……。 由此式,我们就可求出任意时刻所剩的放射性原子核数。 1-4 放射性活度 放射性活度,以往常称为放射性强度。为习惯起见,这里仍用放射性强度的提法。 放射性强度的意思是,每秒钟内有多少个原子核发生衰变,即衰变率。 (不是放射性原子 核的总数! )理论和实验都证明了,放射性强度 A 随时间的变化按指数规律减弱。 A(t)=Aoe-λ t 这里 A0 是初始(t=0)的放射性强度; A(t)是 t 时刻的放射性强度; λ 是衰变常数。 对半衰期较短的放射源,谈及强度时,一定要标明时间,即放射性强度是什么时候的强度,否 则没意义。 放射性强度的专用单位叫做居里。 1 居里=3.7×1010 衰变/秒 (国际制单位叫做贝可) 1 贝可=1 秒-1 1 居里=3.7×1010 贝可 即每秒发生 3.7×1010 次衰变,或者说,一秒钟内有 3.7×1010 个核发生衰变.其放射性强度就叫 做 1 居里。 1 毫居里=1/1000 居里=3.7×107 衰变/秒; 1 微居里=1/108 居里=3.7×104 衰变/秒。 居里、毫居里也简称居、毫居。 1-5 天然放射性和射线 放射性同位素有天然和人工的两种。天然的放射性原子核存在于什么地方?放射什么射 线?半衰期有多长? 天然放射性同位素,是和宇宙共生的。它们与地球年龄(约 109 年)相同或更长。在地球 的土壤和岩石中,含有铀、钍的多种放射性同位素及它们的一系列放射性的子体。还有 K 等 等。它们的半衰期一般都很长,达 108--109 年。它们放出a、β 、Υ 三种射线,这些放射性原 子核在海水、地下水中也有微量存在。 在空气中放射性的氡(222Rn,220Rn)气,它们是由钍的子体衰变成的,所以只要地壳中的铀钍 衰变不完,空气中就不断有氡气出现。 人体中除了含有少量上述的天然放射性同位素外,还有碳的放射性同位素 14 46 (1-2) (1-3) C,这是通过 食物进入体内的。 从太阳和其它恒星发射的各种射线(俗称宇宙射线)也会射到地球上来。它们虽然被大气 层吸收了一部分,也还有一部分进入人类的生活环境。 以上所说的天然放射性同位素和射线,统称天然本底。近年来,由于原子能电站及核武器 的发展, 核爆炸的放射性沉降物及核反应堆排出的废气越来越多,它们当中的放射性物质都有 一部分进入人类生活的环境,我们把这些也归到天然本底中。 天然放射性同位素有些是有用的。如铀,开采加工后可制成核燃料及核弹材料 239 U。又如 通过测定铀钍的放射性强度可确定地质年龄。利用 14C 可确定化石及古生物的年代等等。 第二章 Υ 射线的防护 Υ 射线仪表是一种投资小见效快效益高的工业监控仪表。然而,正如任何事物都有二重性 一样,这种仪表要用放射源,要处理好射线的安全防护问题。由于核科学知识不普及,很多人 一听到放射源,就想到,想到电视剧“血疑” ,产生恐惧感。这是一种及大的误解。放 射性和电一样,只要遵照有关的规则和标准,采取一定的安全措施,就可造福于人类,对健康 没有影响。 为了使大家对放射性安全问题有一个正确的认识,本章将介绍射线防护知识及放射 源的使用注意事项等。 2-1 射线对人体的影响 一、描写Υ 射线剂量大小的物理量和单位 当Υ 射线照射物质时,一部分被物质吸收,另外一部分穿透物质。Υ 射线照射人体时,同 样也要被人体组织吸收掉一部分。 这部分被人体吸收的Υ 射线, 有可能对人体造成一定的影响。 为了建立一个统一的尺度来衡量Υ 射线对人体危害的大小,沿用了医学上表示药量多少的“剂 量”一词。也就是说,根据人体受到的Υ 射线剂量的大小,来描写人体可能受到的危害程度。 为了后面讨论方便,首先介绍描写与Υ 射线剂量大小有关的三种物理量和单位。 (一) Υ 射线照射量 X Υ 射线照射量描写的是空间某一点处的空气吸收的Υ 射线的多少。照射量 X 仅对空气而 言。不管放射源附近空间某一点处有无人体或其它物质存在。该点处的照射量是一确定的值。 照射量的专用单位为伦琴(R) 。定义为:在一个大气压 0℃的标准状态下,空间某一点处的 1 公斤空气中,由于Υ 射线照射总共产生了电荷量各为 2.58×10-4 库仑的正负离子,则该点处的 Υ 射线 微伦 同样受到 1 伦琴的照射, 有的是 1 年中受到的,有的是一天或 1 秒钟受到的对体的影响是 不同的。因此引入照射量率 X,它的单位是伦琴/小时,毫伦/小时,微伦/秒等。 上面的伦琴叫做专用单位,是历史上沿用下来的,我们国家正在推广国际制单位。 1990 年以前要完成向国际制单位的过渡。照射量的国际制单位为库仑/千克(C·Kg-1) 。没有专门的 名称和符号,两种单位的关系为: 1 伦琴(R)=2.58×10-4 库仑/千克 (C·kg) 1c·kg-1=3.877×103 伦琴(R) (二)Υ 射线的吸收剂量 D 同样的照射量下,不同的物质吸收的Υ 射线能量是不一样的。例如:肌肉和骨胳都受了 1 伦琴的照射,骨胳吸收的能量要多些。因此,又引入了吸收剂量的概念,它表示的是某种物质 吸收Υ 射线能量的多少。 吸收剂量的专用单位叫做拉德 (rad) 。 1 克物质从Υ 射线 尔格的能量。则吸收剂量为 1 拉德。即: 1 拉德=100 尔格/克 吸收剂量率的单位是拉德/小时,毫拉德/小时等等。 吸收剂量的国际制单位叫戈瑞,符号是 GY,其大小为 1 戈瑞=1 焦耳/公斤(J·Kg-1)。两种 单位的关系为: 1 拉德(rad)=10-2 戈瑞(GY) 1 戈瑞(GY)=102(rad) 吸收剂量与照射量呈正比关系,即: D=C·X C 值随Υ 射线能量及被照射物质的不同而不同,在我们所使用的 60CO 及 137CS 放射源情况, 对人体组织器官来说,当 D 以拉德为单位,X 以伦琴为单位时,C≈1。 (三)剂量当量 H 射线对人体的影响,除与吸收的能量即吸收剂量大小有关外,还与射线的种类有关,也就 是说,不同种类的射线对人体的影响不同。例如:同样是 1 拉德的吸收剂量,a射线对体的危 害要比Υ 射线大得多。为了描述射线对生物肌体危害的大小,又引入了“剂量当量”的概念。 剂量当量等于吸收剂量乘上品质因数。其专用单位叫做雷姆(rem) 。即: H=DQN 对Υ 射线,N 是其它修正因子,目前指定为 1。所以当生物组织受到Υ 射线照射 时,吸收剂量为 1 拉德。则剂量当量就是 1 雷姆。如前所述,剂量当量率的单位为雷姆/时, 毫雷姆/时,微雷姆/秒等等。 剂量当量的国际制单位为希沃特(SV) 1 希沃特(SV)=1 焦耳/公斤(Jkg) 两种单位之间的关系为: 1 雷沃(rem)=10-2 希沃特(SV) 1 希沃特(SV)=102 雷沃(rem) 上面讲了三种与Υ 剂量大小有关的物理量和单位,比较难记,但有一个简单而重要的结论, 应该记住,对Υ 射线照渐人体组织而言,当照射量为 1 伦琴时,吸收剂量近似为 1 拉德。剂量当 量近似为 1 雷姆。也就是说,三个量的单位不同,但数值大致相等。这对剂量计算来说,是很 方便的。 二、日常生活中受到的照射 一个人不管是否接触放射源, 在日常生活中都不断受到射线的照射。首先是天然本底的照 射,所谓天然本底照射,指的是来自宇宙线以及土壤、建筑物、大气、水、食物中所含的放射 性核素造成的照射。世界上各地区天然本底是不同的。例如,北京地区的天然本底照射约为 200 毫雷姆/年,我国南方高本底地区可达 370 毫雷姆/年。印度喀拉拉邦的独居石矿区附近的 本底为 13 雷姆/年。 人类在这样的循环长期繁衍下来, 既使在高本底地区, 也未发现健康异常。 所以人类肌体具有耐受一定剂量的能力。 除天然本底照射外,日常生活中还要受到其他一些照射,如带夜光表、照透视、看电视、 乘飞机等(参看表 3-1) 。如果用放射线治疗疾病(治癌) ,区部会受到相当大剂量的照射。可 见,几乎每个人都在和射线打交道。只是过去不太了解罢了。这也再次说明射线并不那么神秘 可怕。 三、射线对人体的危害 射线可以破坏肌体组织的细胞结构,从而引起病变。受到 100 雷姆以下的剂量时绝大多数 人无临床反应,少数有反应,经过休养治疗,肌体组织可以通过新陈代谢自行恢复。大剂量照 射。如一次受到 200-600 雷姆的剂量。就会得白血病(即“血疑”中的情况) ,一次受到 1000 雷姆以上的剂量,几天之内就会死亡。这正是、氢弹等核武器的杀伤力的一个方面。 射线对人体的危害有两种,一种发生在受照人体本身,一种发生在后代身上,这两种危害 分为随机效应和非随机效应两类。所谓随机效应,就是说发生的几率与剂量大小有关,受到剂 量越大,发生的几率越高,但没有一个确定的值。低于它就不发生,高于它就发生。像癌以及 遗传性疾病就属此类。所谓非随机效应,指其严重程度与剂量有关,而且可能存在着剂量的阈 值。即只有所受的剂量超过阈值,才能发生这种效应。如白内障,不育症等,就属此类。小剂 量照射,非随机效应不可能发生,但不能完全排除发生随机效应的可能性。 2-2 射线防护的原则、标准和措施 一、射线防护的基本原则 防护的目的在于防止有害的非随机效应, 并把随机效应的发生几率限制在一个可接受的水 平上,为达到这个目的,国际上和我国“放射卫生防护基本标准” (即国家标准)都采用了以 下基本原则。 (一)放射实践的正当化,放射性对健康有妨碍,为什么还要用放射性仪表呢?关键的原 因是采用它可以带来巨大的效益, 只有某一项放射实践带来年利益比付出的各种代价(对人群 和环境的危害等)大得多时,才认为这项放射实践是正当的。 (二)放射防护的最优化,为了避免不必要的照射,要花费一定的代价,采取防护措施,照 射水平越低, 花费就越大, 因此要把放射实践带来的利益及花费的代价和达到的剂量水平综合 起来考虑。求得一个最优方案,也即利益最大。花费的代价最小,又能把剂量降到合理低的水 平,并不是剂量水平越低越好。如果盲目地降低剂量,将得不偿失。 (三)个人剂量当量限值 在实施正当化、最优化两项原则时,要同时保证个人所受的剂量不超过规定的限值。 二、剂量当量限制 对剂量当量限值,我国“放射卫生防护基本标准”做了如下规定: 对放射工作人员, 为了防止有害的非随机效应,任一器官或组织所受的年剂量当量不得超 过下限值: 眼晶体 150 毫希(15 雷姆) 500 毫希(50 雷姆) 其他单个器官和组织 为了奶制随机效应, 放射工作人员受到全身均匀照射时的年剂量当量不超过 50 毫希 (5 雷姆) 。 当受到不均匀照射时,有效剂量当量应满足下列不等式: Σ WTHT<50 毫希(5 雷姆) T 式中: HT —─ 组织或器官 T 的年剂量当量,毫希(雷姆) ;T WT —─ 组织或器官 T 的危险度权重因子(见表 3-2) ; Σ WTHT —─ 称有效剂量当量,用 HE 表示,毫希(雷姆) 表 2-2 各种组织和器官的放射效应的 危险度和权重因子 组织或器官 生殖腺 效应 遗传效应 (最初二代) 危险度因数 S-1 V 0.4×10-2 权重因子 W T 0.25 乳腺 红骨髓 肺 甲状腺 骨 其余组织 乳腺癌 白血病 肺癌 甲状腺癌 骨肉瘤 其它癌 0.25×10-2 0.2×10-2 0.2×10-2 0.05×10-2 0.05×10-2 0.5×10-2 0.15 0.12 0.12 0.03 0.03 0.03 对公众中的个人,年剂量当量限值为: 全身 5 毫希(0.5 雷姆) 50 毫希(5 雷姆) 任何单个组织和器官 长期持续受到照射时,公众中个人一生中每年的全身剂量当量限值应不高于 1 毫希(0.1 雷 姆) 以上的限值都不包括天然本底照射及医疗照射. 根据年剂量当量限值,再根据一年中接触放射性的时间 ,就可求出任意时间里的剂量当量 限值。例如:放射工作人员全身照射的年限值为 5 雷姆,每年工作时间按 50 周计,每周的限 值为 5/50=0.1 雷姆,每周工作时间按 40 小时计,每小时的限值为 2.5 毫雷姆。也可称为剂量 当量率的限值为 2.5 毫雷姆/小时。 实际上,工作中可能不是每时每刻受到的照射都是一样的, 因工作需要,在一定的时间里可能受到较大的照射,为了防止短期内或一次受到过高的剂量, 国家标准中规定, 在一般情况下, 连续三个月内一次或多次接受的总剂量当量不要超大型过年 剂量当量限值的一半。 基本限值是根据什么确定的呢?是根据危险度的大小确定的,所谓危险度,就是发生致死 性损害的几率。每种行业都有一定的危险度,也就是说,每种行业的工作人员都有发生致死性 损害的可能性。平均每个人每年发生致死性损害的几率,就叫做危险度,各类及各行业危险度 见表 3-3。 国际上公认的比较安全的行业,危险度为 10-4,而 10-6 至 10-5 范围内的危险度可以被公众 中的任何人接受。 放射性行业的危险度, 就是单位剂量当量照射引起的某种随机性伤害的发生几率。前面表 3-2 中,已经列出了各种组织和器官的危险度,国家标准中放射工作人员全身照射的基本限值 为每年 50 毫希(5 雷姆) ,经国际和国内大量调查和计算,相当于职业危险度是 5×10-4,并不 优于安全水平较高的行业。然而,经过大量的统计证明,我国放射工作人员的 80-90%,实际 每年受到的剂量当量在 0-0.5 雷姆之间。 因而把放射工作人员的年剂量当量控制在 0.5 雷姆以 内是可行的,这样职业危险度就变成了 5×10-5,从而使放射工业的安全性就优于其它行业。 国家标准中对公众的年限值规定为 0.5 雷姆,就是说由于放射照射增加了 5×10-5 的危险 度。这对很多行业本身的危险来说是微不足道的。比如,建材行业的危险度是 2×10-4,要远 远大于放射造成的危险度 5×10-5,所以若能把放射剂量控制在每年 0.5 雷姆以内,就可认为 是安全的,为了说明这一点。表 3-4 给出了各种危险度相当的年剂量当量值。 表 2-4 类别 安全工业年事故死亡率 交通年事故死亡率 农业年事故死亡率 自然灾害(旋风、洪水) 天然辐射(正常) 各种危险度相当的年剂量当量 危险度 1×10 -4 相当于年剂量当量 10mSv=1rem 10mSv=1rem 1mSv=0.1rem 1mSv=0.1rem 1mSv=0.1rem 1×10-4 1×10-5 10-5~10-6 1×10-6 如果长期在小剂量照射下工作, 也就是说, 在国家规定的个人剂量当量限值以下长期工作。 根据目前国内外得到的资料,对工作人员健康的影响现代医学手段检查不出来,可不予考虑。 三、防护措施 为了减少射线的照射, 防止各种有害效应的发生,把剂量当量严格控制在国家规定的限值 以内,可采取以下三种措施: (一) 时间防护 尽量减少接触射线的时间, 操作维修放射性仪表动作要快,这样既使在短时间内受到的剂 量当量较大,但由于接触时间短,仍可使全年所受的剂量当量很小。 (二)距离防护 尽量远离放射源,因射线沿球面传播,注量率和距离平方成反比,距离越大,受到的照射 越小。 (三)屏蔽防护 在放射源周围加上屏蔽材料,减少射线的泄漏,装源的铅罐,就是很好的屏蔽体。屏蔽Υ 射线,要选用重材料,如混凝土、铁、铅等。 放射性基本知识及其安全防护培训签到表 培训单位:安全科 培训时间: 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 姓名(签字) 课程名称 放射性基本知识及其安全防护培训 放射性基本知识及其安全防护培训 放射性基本知识及其安全防护培训 放射性基本知识及其安全防护培训 放射性基本知识及其安全防护培训 学时 4 4 4 4 4 备注

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