电离辐射与物质的相互作用
哈尔滨工程大学 核专业考研科目
5.掌握积累因子的概念及确定 屏蔽层厚度的简单方法。
6.掌握中子在屏蔽层中的减弱原理。
7.掌握内照射次级限值和导出限值的概念。
考试总分：150分考试时间：3小时考试方式：笔试
考试题型：简答题（100分）计算题（30分）综合题（20分）
参考书目（包括书名、作者、出版社、出版时间）：
1．金属腐蚀的类型和机理
2．压水堆核动力装置的腐蚀特点
五、核动力装置热力分析
1、压水堆核动力装置的热力循环，蒸汽初、终参数对循环效率的影响
2．废汽回热循环与抽汽回热循环
3．核动力装置的能量平衡计算方法
4． 的概念， 分析方法，核动力装置 分析
六、核动力装置运行与控制
1．核动力装置运行工况
2．核动力装置运行方案
考试总分：150分考试时间：3小时考试方式：笔试
考试题型：简答题（80分）计算题及证明题（50分）综合题（20分）
参考书目（包括书名、作者、出版社、出版时间）：
主要参考书：核反应堆物理分析，谢仲生等著，西安交通大学出版社，原子能出版社，2004
考试科目名称:核动力装置
考查要点：
一、核动力装置的特点及主要技术指标
1．蒸汽系统的设计要求、布置形式及其特点
2．蒸汽排放系统的功能及特点
3．凝水-给水系统的功能及设计要求
4．给水除氧的原理、热力除氧的基本原则
5．循环水冷却系统的功能，自流式、泵流式循环冷却水系统的特点
6．润滑系统的功能、设计要求
7．海水淡化的方式，蒸发法造水的工作原理，造水比的表达式
四、水质监督和水处理
1．核动力装置的含义、组成及特点
2．核动力装置的船用条件、主要技术指标
电离辐射防护第一章(第一节)
第一章 电离辐射与物质的相互作用
第一讲 电离辐射场
一、电离辐射
电离（ ）：从一个原子 电离（Ionization）：从一个原子、分子或其他束缚态中释 ）：从一个原子、 放出一个或多个电子的过程。 放出一个或多个电子的过程。 电离辐射（ ）：能够引起电离的带电 电离辐射（Ionization Radiation）：能够引起电离的带电 ）： 粒子和不带电粒子。 粒子和不带电粒子。 *从一个原子中释放出一个价电子需要的能量 ～25eV ； 从一个原子中释放出一个价电子需要的能量:4～ 从一个原子中释放出一个价电子需要的能量 *能量 能量>10eV的光子 能量 的光子
例如： 例如：
点处, 时刻的粒子注量率φ ) 辐射场 r 点处,t 时刻的粒子注量率φ(t) :
( 当 Δt → 0 时)
(t)/Δ φ(t)=ΔΦ(t)/Δt
dΦ(t)/dt
ΔΦ (t) = Φ (t +Δt)–Φ (t) +Δt)–
Φ (t)
da
dN进入小球体的粒子数。 进入小球体的粒子数。 da 小球体截面积，单位m 小球体截面积，单位 2。
P
Φ 粒子注量，单位 -2。 粒子注量，单位m
Energy fluence（能量注量）Ψ： Ψ（T，r） （能量注量） ： （ ， ）
T时间内，进入以 r 点为球心的单位截面积小球的辐射能。 时间内， 点为球心的单位截面积小球的辐射能。 时间内
常见的电离辐射
辐射 α β n P γ X 2 protons + electron neutron proton High Energy Electromagnetic Photons Same as Gamma-Rays 组成 2 neutrons 质量 Relatively Heavy Relatively Light Middle weight Middle weight non non 电荷 Double Positive Single Negative non positive non non Slow < 3×108m/s × various various 3×108m/s × 3×108m/s × 速度
3射线与物质的相互作用-2(硕)
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三种射线穿透性的比较
射线具有穿透物质的特殊能力。不同的射线种类 穿透能力是不一样的。其中，、穿透力很小， 射线一张纸就可以隔离，射线一层金属薄板也 可以隔离，穿透力最强，必须非常厚的混凝土 或铅块才能阻挡。
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质能吸收系数(mass energy-absorption coefficient)
质能吸收系数：某物质对不带电粒子的质量能量 吸收系数μen/ρ，是质量能量转移系数μtr/ρ和 (1-g)的乘积 en tr 1 g
它表示γ射线在物质中穿过单位质量厚度后，其 能量被物质吸收的份额。
对一种特定物质来说，存在一个γ射线能量值， 具有此能量的γ射线最易穿透该物质，该能量通 常称为γ射线的临界吸收能量 临界吸收能量：电子对效应截面的升高速度等于 光电效应截面和康普顿效应截面的降低速度时的 能量。
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影响三种效应截面的因素
三种效应的截面都与原子序数Z有关，σph与Z5成 正比，σc与Z成正比，σp与Z2成正比，所以物质 的衰减系数与物质原子的原子序数有密切的关系， 也与γ射线的能量有关 三种效应的相对重要性与Z及能量hv的关系
电离辐射与物质相互作用
上海交通大学
王德忠 教授 2013年3月20日
物质对射线的吸收
射线窄束衰减(narrow-beam attenuation)规律
γ 射线通过物质时，如果发生几种效应中间的一 种效应，γ 光子就从光子束中分离出来（在康普 顿散射时，认为散射γ 光子不能算在原来γ 光子 入射束内），这种情况称为γ 射线窄束衰减情况
电离辐射的生物效应
2）核工业、核动力对环境的污染
主要是排放放射性“三废”和由事故释 放出的放射性核素所造成的局部污染。据联 合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR ）报1956—1990年由核工业产生的累积集体 剂量也仅为世界居民一年内所受天然辐射产 生的集体剂量的1/10 。虽然给人类造成的附 加剂量负担很小，但必须防止较大放射事故 的发生。
3）医疗照射和日常生活中接触的放源
医疗照射 是指接受治疗或诊断时患者或
被检查者所受的照射。医学中所应用的辐射 种类越来越多有：医用诊断X线 ，牙科X线， 核医学，放射治疗，介入放射，CT扫描，皮 科敷贴等等，几乎医学各科都离不开辐射的 诊治。医疗照射给人类造成的剂量负担人均 年有效剂量为0.4—1.0mSv，约为天然辐射的 1/4。随着人类生活水平和医疗水平的提高， 其应用频率呈增长趋势。
质子质量为1，带一个正电荷。 反冲核，是中子与物质的
原子核碰撞时把能量传给被 碰撞的原子核，带有能量的 原子核脱出原子而成为反冲核。
（2） ，X 射线 射线又称 光子，是放射性核素
核衰变时由核释放出的，它不带电， 穿透力强，运动速度同光子。
X 射线是高速带电粒子通过原子核 附近时，受到原子核库仑电场的作用 而急剧减速，一部分能量以光子的形 式辐射出来，称X 射线。其物理性质 同 射线。
1. 作用于人体的电离辐射源
（1）天然辐射源
1）宇宙射线（cosmic rays） 是从宇宙 空间发射而来的高能粒子流，由初级宇宙射 线和次级宇宙射线组成。地球上每个人受到 来自宇宙射线照射的平均剂量率约为： 0.38mSv ·a -1
2) 环境介质中的天然放射性核素
地球上存在的天然放射性核素有两大 类，一类是具有衰变系列的放射性核素 ，即铀系、钍系、பைடு நூலகம்系，每一个系都可 连续衰变十几次，才变为稳定性核素的 子体,母元素均为 原子序数大于83的重 的天然放射性核素,半衰期都在1010年以 上；第二类是无衰变系列的天然放射性 核素，如40K 、87Rb等。
辐照加工简介
接受度有限
由于消费者对辐照加工的认知不足，以及 对食品和医疗用品安全的担忧，导致辐照 加工的应用受到一定限制。
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辐照加工的未来发展
技术创新与改进
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高效能辐射源
研发更强大、更稳定的辐 射源，提高辐照加工的效 率和均匀性。
智能化控制
利用物联网、大数据和人 工智能技术，实现辐照加 工过程的智能监控和自动 控制。
需要专业的设备和操作人员，且γ射线的稳定性有待提高。
X射线辐照技术
定义
X射线辐照技术是一种利 用高能X射线对物质进行 照射，引发物质分子或原 子激发或电离，从而实现 对物质加工处理的技术。
应用领域
广泛应用于医疗、工业检 测等领域，如医学影像、 无损检测等。
优点
具有高穿透力、高分辨率 和高加工效率等优点，且 加工过程中不会产生有害 物质。
辐照加工的原理
辐射与物质的相互作用
辐射与物质相互作用时，会产生各种物理、化学效应，如电离、激发、化学键 断裂等，这些效应会对材料产生影响。
辐射剂量与效应的关系
辐射剂量是影响辐照加工效果的关键因素，不同剂量下，材料会表现出不同的 性质变化。
辐照加工的应用领域
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食品工业
辐照加工可用于延长食品保质 期、杀菌消毒等，如脱水蔬菜
详细描述
通过辐照技术对医疗用品进行消毒，可以杀死各种微生物，包括细菌、病毒、真 菌和寄生虫等，且处理时间短，无化学残留，对医疗用品无损伤。
食品的辐照保鲜与杀菌
总结词
延长保质期，减少防腐剂使用。
详细描述
通过辐照技术对食品进行保鲜与杀菌，可以有效延长食品的保质期，并减少防腐剂的使用量。处理后的食品在贮 存期间品质稳定，营养成分损失少。
辐射防护基本知识 (1)
口 鼻 伤口
体
内
内照射的防护方法
环境控制：
（1）隔离污染源，尽量减少污染物的扩散； （2）保持工作场所的通风，降低放射性污染物的浓度； （3）保持工作环境、工作台面的清洁； （4）做好经常性的环境监测，及时处理污染物。
个人防护：
（1）进入工作场所，应穿戴防护用品、用具； （2）离开工作场所，应更衣、洗手、淋浴； （3）禁止在工作场所吸烟、饮水、存放食品； （4）保护好伤口； （5）保持个人良好的卫生习惯。
辐射防护三原则（3）—最优化
在维护正当化原则的前提下，所有辐射照射都必 须保持可以合理达到的、尽可能低的水平。
（1）不是满足剂量限值的要求就可以了，还应该尽可 能的低。
（2）但是，降低剂量应该合理，以维护正当化的原则。
（4）剂量约束和潜在照射危险约束
为了确保剂量限制和潜在照射危 险限制的遵守，应该对任一特定源 的剂量和潜在照射危险进行约束， 使之不大于审管部门对这类源的规 定和认可值。
（1）可能不等于一定； （2）可能性的大小与剂量大小成正比； （3）不存在安全剂量，危险总是存在。
随机效应的危险度与剂量大小的关系
一年内人体接受电离辐射照射单位当量剂量所致的恶性病
的死亡率或严重遗传疾病的发生率。
危险度的估算资料主要来自三类人员的流行病学调查结果：
（1）职业照射人员；（2）居住在高本底辐射照射地区的居民； （3）长崎、广岛原子弹爆炸的幸存者。
辐射防护三原则（2）—剂量限值
对职业性照射个人和公众所规定的年剂量限值。
照射人员类别 职业照射个人 公众照射个人
全身均匀照射 20mSv/a 1mSv/a
剂量限值的确定原则
对职业人员：将辐射照射对职业人员所产生的危险度降低到
辐射安全与防护3
对于60Co, 137Cs和192"三种放射性核素，他们的半衰期由短至长排列顺序为（A.60Co, 137Cs 和192|rB.192lr, 6OC0 和137CsC.137Cs, 60Co 和192|rD.192lrt 137Cs 和60Co答案：B电离辐射与物质的相互作用过程是（）A.一种化学变化B.一种生物变化C.电离辐射与物质之间能量转移的过程D.物质把能量转移给电离辐射的过程答案：C电子对效应是描述（）。
A.X线与原子的内层电子的相互作用B.X线与原子的外层电子的相互作用C.X线与原子的内层电子和外层电子的相互作用D.X线与原子的原子核的相互作用答案：D当年圣诞前夕，（）抱摄了一张手部的X光照片，这是人类第一张X光片。
A.贝克勒尔B.伦琴C.威廉康拉徳D.居里夫人答案：B 当入射X射线光子和原子内一个轨逍电子发生相互作用时，光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能疑而脱离原子，这个过程称为康普顿效应。
损失能量后的X射线光子称为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。
入射光子被散射时波长的改变，错误的是（）A.波长变长B.与电子的静止质量有关C.与散射角有关D.与入射光子的波长有关答案：D 当量剂呈单位的专用名称为A.KevB.GyC.BqD.Sv答案：D当量剂量是用吸收剂量乘以（）。
A.反映物质性质的参数一密度B.反映组织对射线敏感性的因子一组织权重因子C.反映射线照射于组织引起随机效应的几率一危险度D.反映射线种类和能量的因子一辐射权重因子答案：D 当Y光子通过物质的原子核附近时，与原子核的核外电子相互作用，光子将其全部能戢传递给一个轨道电子，使其发射出去成为自由电子，同时光子消失，这个过程称为A.光电效应B.电子对相应C.康普顿效应D.湮火答案：A当辐射源为点源时，剂量率与距离成关系。
A.剂量率与距离成反比B.剂量率与距离的平方成反比C.剂量率与距离的平方成正比D.剂量率与距离成正比答案：B 穿透能力从强到弱依次排序正确的是A.中子、丫射线、u粒子、B粒子B.丫射线、中子、B粒子、a粒子C.中子、丫射线、B粒子、a粒子D.Y射线、B粒子、a粒子、中子答案：C«X射线计算机断层摄影放射要求》（GBZ1 65-2012 ）规立CT机房的墙壁应有足够的防护厚度，距离机房外表而0.3m处的空气比释动能率应不大于（）USv/hoA.0.5B. 2.5C.3D. 1.5答案：B定期岀版关于电离辐射防护的推荐书。
辐射与物质的相互作用
照射量下降百分数(%)
0 22 47 80
使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害.而厚 度滤过技术对受检者降低剂量有重要意义.
4. X (γ)射线在物质中的衰减
B、连续X线在物质中的衰减规律
楔形或 梯形滤 过板
4. X (γ)射线在物质中的衰减
I I 01e
光 子 数
1 x
I 02e
2 x
I 0 ne
n x
单能X线 连续X线
水模厚度
影响因素
4. X (γ)射线在物质中的衰减
B、连续X线在物质中的衰减规律 (2)、X线的滤过
低能X线不能透过人体(吸收)，对形成X线 影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照 射量。为减少无用低能光子对皮肤和浅表组 织的伤害，需采用适当的滤过措施，在管口 放置一定均匀厚度的金属，吸掉低能部分， 使平均能量增高。
表5 人体不同组织的线衰减系数μ(m-1)
管电压(kV) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 脂肪(×102) 0.3393 0.2653 0.2196 0.2009 0.1905 0.1832 0.1801 0.1774 0.1755 0.1742 0.1732 0.1724 肌肉(×102) 0.4012 0.2933 0.2455 0.2213 0.2076 0.1994 0.1942 0.1906 0.1882 0.1864 0.1852 0.1842 骨骼(×102) 2.4434 1.4179 0.9677 0.7342 0.6047 0.5408 0.4865 0.4530 0.4298 0.4132 0.4010 0.3918
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电离辐射与物质的相互作用
电离辐射是指能够使原子或分子中的电子从原子或分子中脱离并形成
带电离子的辐射。
通常包括电磁辐射（如X射线和γ射线）和粒子辐射（如α粒子和β粒子）。
电离辐射与物质的相互作用是一个复杂的过程，涉及辐射的性质以及物质的成分和结构等因素。
电离辐射与物质的相互作用主要包括电离、激发和散射等过程。
在原
子或分子中，辐射与物质相互作用时，如果能量足够高，就能够将物质中
的电子从其原子或分子中脱离出来，形成带电离子。
这个过程称为电离。
实际上，辐射在与物质相互作用时不仅能够将电子从物质中脱离，还能够
激发物质中的电子，使其跃迁到更高的能级。
这个过程称为激发。
此外，
辐射还会与物质中的原子或分子进行散射。
散射过程中，原子或分子的运
动方向和能量都会发生变化。
这些相互作用过程的发生与辐射的性质有关。
例如，对于电磁辐射而言，能量越高，电离和激发的概率就越大。
因此，γ射线的电离和激发
能力要比X射线强。
而对于粒子辐射而言，电离和激发的能力与所带电荷
数和质量相关。
例如，α粒子由于带有2个正电荷，其电离和激发能力
要比β粒子强。
物质的成分和结构也会影响电离辐射与物质的相互作用。
不同的物质
由于其不同的成分和结构，对电离辐射的吸收和散射能力有所不同。
一般
来说，密度越大、原子或分子数越多的物质对电离辐射的吸收能力越强。
同时，原子或分子之间的相互作用力也会影响电离辐射与物质的相互作用。
例如，对于固体而言，原子或分子之间的束缚力比较强，因此固体对电离
辐射的吸收和散射能力要比气体大。
电离辐射与物质的相互作用不仅在核能技术、医学诊断和治疗等领域起着重要作用，还对环境和人体健康产生一定的影响。
高剂量的电离辐射对生物体可以造成显著的伤害，包括细胞的损伤和遗传物质的变异等。
因此，对于电离辐射的安全使用和防护问题，有必要进行深入的研究。
总之，电离辐射与物质的相互作用是一个复杂而重要的研究领域。
通过研究电离辐射与物质的相互作用过程，可以更好地理解辐射的基本性质以及其在各个领域的应用和影响。
同时，还可以指导相关技术的开发和辐射防护的改进，以保护环境和人类的健康。