輻射防護(hù)工培訓(xùn)講義(修訂稿)

1、<p>　　輻射防護(hù)工(高級(jí))培訓(xùn)講義</p><p><b>　　八二一廠</b></p><p><b>　　二零零四年四月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　射線與物質(zhì)的相互作用………………………3</p>&l

2、t;p>　　輻射防護(hù)中的常用量和單位…………………14</p><p>　　第三章 放射性測(cè)量中的誤差和數(shù)據(jù)處理…………20</p><p>　　第一節(jié)誤差的基本概念……………………………20</p><p>　　第二節(jié)誤差理論基礎(chǔ)………………………………23</p><p>　　第三節(jié)放射性測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差……………………24</

3、p><p>　　核輻射探測(cè)原理……………………………28</p><p>　　常用核輻射測(cè)量方法…………………………36</p><p>　　個(gè)人劑量的測(cè)量…………………………36</p><p>　　工作場(chǎng)所的外照射測(cè)量…………………42</p><p>　　放射性表面污染的監(jiān)測(cè)…………………46</p>

4、<p>　　放射性氣溶膠的監(jiān)測(cè)……………………54</p><p>　　水中放射性的監(jiān)測(cè)………………………61</p><p>　　中子監(jiān)測(cè)和放化分析簡(jiǎn)介………………68</p><p><b>　　電離輻射的防護(hù)</b></p><p>　　第一節(jié) 輻射防護(hù)概述……………………………70</p>

5、<p>　　第二節(jié) 外照射的防護(hù)……………………………71</p><p>　　第三節(jié) 內(nèi)照射的防護(hù)……………………………82</p><p>　　電離輻射的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)…………………………88</p><p>　　第一節(jié)我國(guó)輻射防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展概況介紹…88</p><p>　　第二節(jié)新標(biāo)準(zhǔn)介紹…………………………………91

6、</p><p>　　放射性廢物的安全管理………………………103</p><p>　　核應(yīng)急計(jì)劃與輻射防護(hù)評(píng)價(jià)…………………116</p><p>　　輻射儀表的維護(hù)保養(yǎng)…………………………119</p><p>　　射線與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　第一節(jié) 原子及原子核</p><p&g

7、t;　　人類一直對(duì)自己身處的世界充滿好奇與疑問，從沒有停下過思考和探素的腳步。對(duì)于物質(zhì)世界，有兩種思考的大方向，一種是物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)，另一種是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。原子及原子核是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微小單元，但還不是最小的單元。</p><p><b>　　原子的基本狀況</b></p><p>　　古代哲學(xué)家對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有過很多設(shè)想。原始的原子學(xué)說認(rèn)為物質(zhì)是由簡(jiǎn)單的不可分割的基本單

8、元所謂“原子”構(gòu)成的。建立在科學(xué)基礎(chǔ)上的原子學(xué)說是到了近兩三百年內(nèi)才建立和發(fā)展起來的?；瘜W(xué)已經(jīng)闡明各種物體是元素構(gòu)成的（元素：核電荷數(shù)相同的一類原子）。</p><p>　　原子是元素的最小單元。各種元素的原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)是有差異的。這就是說，有不同類型的原子，例如碳和鐵都是元素，它們的最小單元就是碳原子和鐵原子，這兩種原子有各自的結(jié)構(gòu)和特性。各種原子的成分是相同的，只是幾種基本粒子。</p><

9、;p><b>　　原子的質(zhì)量和大小</b></p><p>　　原子的質(zhì)量是非常小的，且各種原子的質(zhì)量不同?；瘜W(xué)和物理中常用它們質(zhì)量的相對(duì)值。現(xiàn)在把碳在自然界中最豐富的一種同位素的質(zhì)量定為12.000個(gè)單位作為原子量的標(biāo)準(zhǔn)，其他原子的質(zhì)量同碳12比較，定出質(zhì)量值，稱為原子量（原子質(zhì)量單位：1ｕ＝1.992678／12　E－26＝1.060566　E－27KG；與此相應(yīng)的阿伏伽德羅常數(shù)Ｎ

10、Ａ為＝6.022　E＋23）。</p><p>　　各種原子的半徑也是不同的，但數(shù)量級(jí)是相同的，都是10—10米。</p><p>　　1.1.2 原子的核式結(jié)構(gòu)和電子的殼層結(jié)構(gòu)</p><p>　　元素的性質(zhì)決定于原子的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為原子是由原子核和核外電子兩大部分組成。原子核的半徑在10—15米到10—14米之間，帶正電。原子核外邊散布著帶負(fù)電的不同狀態(tài)的電

11、子，處于不同的殼層和次殼層中。在每一殼層中，可以容納的最多電子數(shù)是2n2（n為殼層序數(shù)）。</p><p>　　1.2 原子核的基本性質(zhì)</p><p>　　原子核是原子的中心體，其基本性質(zhì)，通常是指原子核作為整體所具有的靜態(tài)性質(zhì)。這里主要介紹其電荷、質(zhì)量、半徑、組成和結(jié)合能。</p><p>　　原子核帶的正電荷為基電荷e[e=1.602 E –19 C（庫侖）]

12、的整數(shù)倍，習(xí)慣上用Ze表示，Z稱為核電荷數(shù)（或原子序數(shù)）。</p><p>　　原子核的半徑在10—15米到10—14米之間，和原子的半徑相比非常小。原子核的質(zhì)量也是非常小，但卻占原子質(zhì)量的絕大部分。一般以各核素的質(zhì)量數(shù)A來表示它們的原子核的質(zhì)量。</p><p>　　原子核由質(zhì)子（Ｐ）、中子（Ｎ）兩種粒子組成。質(zhì)子數(shù)等于核電荷數(shù)（原子序數(shù)）Z。由于這兩種粒子的質(zhì)量數(shù)都是1，所以原子核的質(zhì)

13、量數(shù)A也代表構(gòu)成這個(gè)原子核的質(zhì)子和中子的總數(shù)，即Ａ＝Ｎ＋Ｚ。質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子。</p><p>　　我們把質(zhì)子（Ｐ）數(shù)、中子（Ｎ）數(shù)都相同的一類原子定義為一種核素。核素用符號(hào)表示，Ｘ為元素符號(hào)。把質(zhì)子（Ｐ）數(shù)相同而中子（Ｎ）數(shù)不相同的一類原子稱為同位素。同一類原子可以處在不同的能量狀態(tài)；能量最小的狀態(tài)稱為基態(tài)；能量較高的狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。我們把處于不同能量狀態(tài)的同一類原子稱為同質(zhì)異能素。</p>&

14、lt;p><b>　　原子核的結(jié)合能</b></p><p>　　我們先來談一下核物理中的能量單位。在核物理中常用電子伏特（ｅＶ）作為能量單位（１ｅＶ＝１.６０２２　Ｅ －１９Ｊ（焦耳）），實(shí)際中常用的有千電子伏（ＫｅＶ）、兆電子伏（ＭｅＶ）。</p><p>　　原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量之和，而存在著質(zhì)量虧損。所有原子核的質(zhì)量虧損都大于零。&

15、lt;/p><p>　　按照相對(duì)論原理，質(zhì)量與能量相聯(lián)系，即</p><p><b>　　Ｅ＝ｍｃ２</b></p><p><b>　?。牛健鳎恚悖?lt;/b></p><p>　　質(zhì)量減少說明核子結(jié)合成原子核時(shí)有能量放出，這稱為原子核的結(jié)合能。1質(zhì)量單位的質(zhì)量按照上式計(jì)算，相當(dāng)于９３１.５ＭｅＶ的能量。

16、</p><p>　　平均結(jié)合能（ε）：ε＝Ｅｂ／Ａ；它表示把原子核拆成單個(gè)核子時(shí)，外界對(duì)每個(gè)核子所做的功的最小平均值。或者說該核子結(jié)合成原子核時(shí)，平均每個(gè)核子所釋放出來的能量。</p><p>　　在輕核區(qū)，平均結(jié)合能為極大的核素，其質(zhì)量數(shù)Ａ為４的整數(shù)倍，且Ｎ和Ｚ相等，均為偶數(shù)。質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為偶數(shù)的核稱為偶－偶核。平均結(jié)合能為極小的核素，Ｎ和Ｚ也相等，但為奇數(shù)。質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為奇數(shù)

17、的核稱為奇－奇核。在輕核區(qū)，若將平均結(jié)合能小的核素聚變成平均結(jié)合能大的核素，會(huì)釋放出很大的能量。</p><p>　　質(zhì)量數(shù)Ａ＝４０——１２０的中等質(zhì)量的原子核的平均結(jié)合能最高，幾乎接近一個(gè)常數(shù)（ε８.６ＭｅＶ）。重核的平均結(jié)合能比中等核的低。重核裂變會(huì)釋放出很大的能量。</p><p>　　第二節(jié) 放射性核素的衰變規(guī)律</p><p>　　原子序數(shù)很高的那些重元素

18、，如鈾、釷、钚、鐳等，它們的核很不穩(wěn)定，自發(fā)的放出射線，變?yōu)榱硪环N元素的原子核。這種現(xiàn)象稱為放射衰變。還有一些人工產(chǎn)生的某些元素的同位素，也具有放射性。</p><p>　　2.1 放射性的核衰變類型</p><p>　　α衰變:原子核自發(fā)地發(fā)射出α粒子（）而發(fā)生的核轉(zhuǎn)變。天然α放射性核素的原子序數(shù)一般大于82，低于82的只有少數(shù)幾種。α粒子的能量大多在4—9ＭｅＶ（約占衰變能的98％）范

19、圍內(nèi)，且是分立的。</p><p>　　β衰變：原子核自發(fā)地發(fā)射出β粒子或俘獲一個(gè)軌道電子而發(fā)生的核轉(zhuǎn)變。β-衰變，即原子核自發(fā)地發(fā)射出一個(gè)電子[X（Z，A）—→Y（Z+1，A）]是β衰變的一種重要方式。</p><p>　　γ衰變: α衰變和β衰變所形成子體核往往處于激發(fā)態(tài)，核反應(yīng)所形成的原子核也是如此；處于激發(fā)態(tài)的核體要退激到基態(tài)，這稱為γ躍遷。由于不同的原子核具有不同的激發(fā)能級(jí)，因而

20、不同原子核發(fā)生γ躍遷時(shí)就放射出不同能量的γ射線。</p><p>　　還有其它核衰變類型，如自發(fā)裂變、緩發(fā)質(zhì)子、緩發(fā)中子等，這里就不具體敘述了。</p><p>　　2.2 放射性核素衰變的規(guī)律</p><p>　　2.2.1 基本規(guī)律</p><p>　　總的說來，一定量的某種放射性核素在衰變時(shí)，對(duì)于具體的原子核是有先有后的；衰變總數(shù)目隨時(shí)

21、間減少并呈指數(shù)衰減規(guī)律，即：</p><p>　　N=N0e-λt （1.1）</p><p>　　式中N0是時(shí)間t=0時(shí)的原子核數(shù)目，N是經(jīng)過t時(shí)后還存留的原子核數(shù)目。</p><p>　　此式是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在足夠多的原子核中，每一個(gè)核在什麼時(shí)候發(fā)生放射變化是不能預(yù)知的，但是在短時(shí)間dt內(nèi)，有dN個(gè)核改變，它們存在著以

22、下關(guān)系，即：</p><p>　　-dN/dt=-λN，亦即 dN/N=-λdt，</p><p>　　λ是比例常數(shù)，是放射物衰變快慢的標(biāo)志，稱為衰變常數(shù)。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，我們經(jīng)常談起半衰期。半衰期是指放射性原子核數(shù)目減少到原來的一半所需的時(shí)間，常用符號(hào)T1／2表示。</p><p>　　N=0.5N0＝N0e-λT1／2

23、</p><p>　　T1／2＝0.693／λ</p><p>　　2.2.2 放射性活度</p><p>　　在實(shí)際工作中，某個(gè)時(shí)刻放射源中還存在多少個(gè)原子核沒有衰變并不重要，重要的是單位時(shí)間內(nèi)有多少個(gè)核發(fā)生衰變。在給定時(shí)刻t，一定量的放射性核素在一個(gè)很短的時(shí)間間隔dt內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)除以dt的商，稱為放射性活度，用A表示：</p><p>

24、;　　A=-dN/dt=λN =λN0e-λt</p><p>　　=A0 e-λt （1.2）</p><p>　　式中A0=λN0是t=0時(shí)的放射性活度。</p><p>　　放射性活度的國(guó)際單位制單位是“貝可勒爾”，符號(hào)為“Bq”。1 Bq為1次衰變每秒。以前慣用的單位“居里（Ci）”與貝可之間的關(guān)系為1Ci=3.7 E + 10 Bq

25、。</p><p>　　第三節(jié) 射線與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　了解核輻射粒子與物質(zhì)的相互作用機(jī)制和它們穿過物質(zhì)時(shí)發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象，對(duì)于更好的理解核輻射探測(cè)、輻射生物效應(yīng)和輻射防護(hù)是十分必要的。本節(jié)就射線與物質(zhì)的相互作用只作簡(jiǎn)要的敘述。</p><p>　　3.1 帶電粒子與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　帶電粒子與物質(zhì)的相互作用

26、從微觀來看，其實(shí)就是帶電粒子與構(gòu)成物質(zhì)的基本單元——原子發(fā)生相互作用?？偟恼f來，帶電粒子與原子的相互作用主要有以下幾種方式：</p><p>　　1）電離和激發(fā)。帶電粒子與核外電子之間存在庫侖相互作用，發(fā)生非彈性碰狀，導(dǎo)致帶電粒子損失能量，被撞物質(zhì)的原子被激發(fā)或電離（電離損失），從而產(chǎn)生自由電子和正離子。這是帶電粒子與物質(zhì)相互作用的主要方式。絕大多數(shù)探測(cè)器都是利用這種電離和激發(fā)效應(yīng)來探測(cè)入射粒子的。</p&

27、gt;<p>　　2） 非彈性碰狀。帶電粒子與物質(zhì)原子核之間存在庫侖相互作用，發(fā)生非彈性碰狀，使入射帶電粒子的速度和運(yùn)動(dòng)方向改變、能量減弱，從而產(chǎn)生電磁輻射。通過電磁輻射可以探測(cè)β粒子等輕帶電粒子。</p><p>　　3）與原子核發(fā)生彈性碰狀。帶電粒子與物質(zhì)原子核之間存在庫侖相互作用，發(fā)生彈性碰狀（即彈性散射），致使入射帶電粒子的速度和運(yùn)動(dòng)方向改變、能量減弱，但不輻射光子，也不激發(fā)原子核，而是原子

28、核受到反沖而獲得能量，使原子晶格發(fā)生位移，形成缺陷，即造成物質(zhì)輻射損傷。有的固體逕跡探測(cè)器就是利用輻射損傷形成的逕跡來探測(cè)重帶電粒子的。</p><p>　　入射帶電粒子通過多次非彈性碰狀和彈性碰狀后，帶電粒子被物質(zhì)吸收而停留在物質(zhì)中。</p><p>　　下面我們就具體的粒子來描述一下帶電粒子與物質(zhì)的相互作用和發(fā)生的有關(guān)現(xiàn)象。</p><p>　　3.2 重帶電粒

29、子與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　重帶電粒子主要有質(zhì)子、α粒子，它們的質(zhì)量比較大。重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用形式主要是電離和激發(fā)。入射初始時(shí)，重帶電粒子能量大、速度快，比電離較小；在中間過程，重帶電粒子的能量和速度適宜，比電離較大；峰值過后，重帶電粒子能量過小，比電離也急劇減?。恢貛щ娏Ｗ幽芰亢谋M后就被物質(zhì)吸收。在入射和作用過程中，重帶電粒子幾乎不改變方向，徑跡長(zhǎng)度與射程近似相等。</p>&

30、lt;p>　　3.3 輕帶電粒子與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　輕帶電粒子通常指電子（β+、β-），它們的質(zhì)量比較小。它們與物質(zhì)的相互作用主要有：電離、激發(fā)；軔致輻射；核散射（電子幾乎不損失能量）。低能電子一般導(dǎo)致電離損失；高能電子一般導(dǎo)致軔致輻射。</p><p>　　β射線的吸收和射程?？焖匐娮优c物質(zhì)的作用有以下特點(diǎn)：</p><p>　　——能量損

31、失率低，穿透能力強(qiáng)；例如：4MeV的電子在空氣中的射程達(dá)15m，而4MeV的α粒子在空氣中的射程僅為2.5cm；</p><p>　　——由于多次散射，徑跡曲折，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于射程；</p><p>　　——即使能量完全相同的電子，在同一物質(zhì)中的射程也差別很大。</p><p>　　3.4 γ射線與物質(zhì)的相互作用</p><p>　　γ射線入射

32、到物質(zhì)后，在物質(zhì)中沒有直接的電離和激發(fā)效應(yīng)，不能直接被探測(cè)到。γ射線與物質(zhì)發(fā)生三種相互作用：1）光電效應(yīng)； 2 ）康普頓散射；3）電子對(duì)效應(yīng)。從而產(chǎn)生次級(jí)電子，致使物質(zhì)原子電離或激發(fā)。</p><p><b>　　光電效應(yīng)</b></p><p>　　光子（γ射線）通過物質(zhì)時(shí)和物質(zhì)原子相互作用，光子把能量全部轉(zhuǎn)移給原子，光子消失，原子放射出一個(gè)電子。這種現(xiàn)象稱為光電效

33、應(yīng)。</p><p><b>　　康普頓散射</b></p><p>　　康普頓散射發(fā)生在入射光子與原子核外的軌道電子之間。入射光子與軌道電子發(fā)生彈性碰撞，而偏離它原來的運(yùn)動(dòng)方向。散射情況因入射光子的能量不同而不同。</p><p><b>　　電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)</b></p><p>　　當(dāng)入射光子

34、的能量大于兩個(gè)電子的靜質(zhì)量能——1.02Mev時(shí)，光子經(jīng)過原子核附近時(shí)，與原子核發(fā)生電磁相互作用，光子消失而產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì)，這就是電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)。</p><p>　　三種效應(yīng)與光子能量和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)的變化關(guān)系：</p><p>　　——對(duì)于高能光子和高原子序數(shù)的吸收物質(zhì)來說，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；</p><p>　　——對(duì)于中能光子和低原子序數(shù)的吸收物質(zhì)來說，

35、康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)；</p><p>　　——對(duì)于低能光子和高原子序數(shù)的吸收物質(zhì)來說，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　第四節(jié) 輻射生物效應(yīng)</p><p>　　當(dāng)射線通過物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)發(fā)生相互作用，逐步損失能量，最終被物質(zhì)吸收；而物質(zhì)發(fā)生一系列的物理、化學(xué)和生物變化。我們?cè)诶梅派湫缘倪^程中，人類不免受到射線的照射，而受到危害。研究電離輻射的生物效應(yīng)，其目的是保

36、護(hù)人類及其它物種免受電離輻射的有害影響，同時(shí)在應(yīng)用中最大限度地獲取利益。本節(jié)只簡(jiǎn)要描述一下與輻射防護(hù)有關(guān)的生物效應(yīng)。</p><p>　　4.1生物結(jié)構(gòu)及輻射損傷</p><p>　　有生命機(jī)體的基本單元是細(xì)胞。細(xì)胞包括DNA（核）（提供細(xì)胞增殖和蛋白質(zhì)合成的遺傳信息）和細(xì)胞器（生產(chǎn)部門）。</p><p>　　對(duì)于人體來說，細(xì)胞構(gòu)成組織，組織再構(gòu)成器官，形成系統(tǒng)，

37、再組織成為一個(gè)有機(jī)的身體。</p><p>　　當(dāng)人體接受電離輻射后，從微觀來說主要是DNA和大分子的要害部位受到損傷，致使發(fā)生各種變化。DNA損傷的結(jié)果是染色體畸變； 通過一定的手段可以測(cè)量出，從而反映吸收劑量的大小。DNA受損傷后，能進(jìn)行自身修復(fù)，DNA的無差錯(cuò)修復(fù)導(dǎo)致細(xì)胞的正常增殖；錯(cuò)誤修復(fù)導(dǎo)致穩(wěn)定的遺傳變化。組織、器官也各有自己的修復(fù)系統(tǒng)。</p><p>　　雖然人體接受電離輻射

38、后，對(duì)于單個(gè)細(xì)胞來說，輻射損傷是隨機(jī)的，但是細(xì)胞被殺死的比例和劑量成線性關(guān)系。當(dāng)組織或器官中足夠多的細(xì)胞被殺死時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致器官功能受損。</p><p>　　當(dāng)受損體細(xì)胞錯(cuò)誤修復(fù)導(dǎo)致變異，形成癌前細(xì)胞（潛在無限增殖）后，可能被各種內(nèi)源性因素和外源性因素刺激、轉(zhuǎn)化，變成惡性細(xì)胞，最終成為腫瘤。癌變通常有潛伏期，它和癌的種類及受照年齡、個(gè)體差別相關(guān)。</p><p>　　當(dāng)受損生殖細(xì)胞錯(cuò)誤修復(fù)

39、導(dǎo)致變異，就有可能構(gòu)成遺傳損害，通過遺傳導(dǎo)致后裔的遺傳疾患。</p><p>　　4.2 隨機(jī)性和確定性效應(yīng)</p><p>　　人體所受輻射效應(yīng)與轉(zhuǎn)移能（吸收劑量）和能量的微觀分布（輻射類型）有關(guān)?？偟恼f來，輻射效應(yīng)有兩種，即：確定性效應(yīng)和隨機(jī)性效應(yīng)。</p><p>　　4.2.1隨機(jī)性效應(yīng)</p><p>　　電離輻射的能量沉積是一個(gè)隨

40、機(jī)過程，因此即使在劑量很小的情況下，導(dǎo)致細(xì)胞變異甚至死亡均是可能的，從而引起遺傳變化和導(dǎo)致惡性腫瘤的轉(zhuǎn)化。這兩種效應(yīng)稱為隨機(jī)性效應(yīng)。一般說來，隨機(jī)性效應(yīng)不存在劑量閾值，小劑量存有發(fā)生概率、單一細(xì)胞的變異可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果；劑量越大，發(fā)生概率增加，但產(chǎn)生變化的嚴(yán)重程度不一定增加。</p><p>　　一般說來，遷延和分次照射的誘發(fā)概率小于單次的誘發(fā)概率；小劑量率照射的誘發(fā)概率小于大劑量率照射的誘發(fā)概率；身體局部照射的

41、誘發(fā)概率小于全身照射的誘發(fā)概率。</p><p>　　致癌效應(yīng)的潛伏期有長(zhǎng)有短，一般受照2——10年后，可能查出癌癥。并且影響癌癥誘發(fā)的生物學(xué)因素很多，如：年齡、性別、敏感亞群和其他因素（紫外線對(duì)皮膚、吸煙對(duì)肺）。</p><p>　　4.2.2確定性效應(yīng)</p><p>　　在較大劑量情況下，全部組織或局部組織相當(dāng)數(shù)量細(xì)胞被殺死，而活細(xì)胞的增殖補(bǔ)償不足，直接導(dǎo)致組

42、織器官功能損傷，間接導(dǎo)致另外（其他）組織、器官功能損傷，產(chǎn)生可檢查到的組織變化和功能性損傷。這種效應(yīng)稱為確定性效應(yīng)?？偟恼f來，個(gè)別細(xì)胞的被殺死是隨機(jī)的，但綜合效應(yīng)是確定的；確定性效應(yīng)有閾值；劑量越低,殺死細(xì)胞的作用越弱。</p><p>　　組織對(duì)電離輻射的響應(yīng)各不相同。卵巢、睪丸、骨髓、眼晶體最敏感；效應(yīng)頻率、嚴(yán)重程度隨劑量的增加而增加；分次或多次照射時(shí)，閾值會(huì)升高；組織構(gòu)成不同，輻射損傷的產(chǎn)生方式也不同。&l

43、t;/p><p><b>　　以皮膚為例：</b></p><p>　　發(fā)生紅斑、干性脫屑的閾劑量約為3-5Gy，3周后出現(xiàn)；發(fā)生濕性脫屑、皰疹的閾劑量約為20Gy，4周后出現(xiàn)；發(fā)生表皮及真皮層細(xì)胞死亡的閾劑量約為50Gy，3周后出現(xiàn)。</p><p><b>　　當(dāng)發(fā)生急性照射時(shí)：</b></p><p&

44、gt;　　1Gy——15%癥狀發(fā)生</p><p>　　2Gy——100%癥狀發(fā)生</p><p>　　4～5Gy——50%死亡</p><p>　　8～10Gy——100%死亡</p><p><b>　　5 皮膚效應(yīng)</b></p><p>　　皮膚效應(yīng)的確定性皮膚效應(yīng)和隨機(jī)性皮膚效應(yīng) ，在輻

45、射防護(hù)中均要考慮。</p><p>　　確定性皮膚效應(yīng)關(guān)心的是β粒子和低能γ。未發(fā)現(xiàn)有α粒子導(dǎo)致的確定性皮膚效應(yīng)。急性確定性皮膚效應(yīng)：脫屑；潰瘍；上皮壞死。</p><p>　　大面積急性照射的閾值為20Gy，小于0.4Gy·h-1時(shí)，觀察不到急性效應(yīng)。</p><p>　　晚發(fā)確定性皮膚效應(yīng)：皮膚萎縮；血管損傷。</p><p>

46、　　隨機(jī)性皮膚效應(yīng) 導(dǎo)致皮膚癌。</p><p>　　第二章 輻射防護(hù)中的常用量和單位</p><p><b>　　1.活度：</b></p><p>　　1.1定義：在給定時(shí)刻處于一定能態(tài)的一定量的某種放射性核素的活度A定義為：A＝dN/dt式中：dN—在時(shí)間間隔內(nèi)該核素從該能態(tài)發(fā)生自發(fā)核躍遷數(shù)目的期望值。</p><p

47、>　　1.2活度的單位：活度的SI單位是秒的倒數(shù)（S-1），稱作貝可勒爾，簡(jiǎn)稱“貝可”符號(hào)為“Bq”。過去常用單位是“居里”（Ci）。</p><p>　　1Ci=3.7×1010Bq (1Bq=2.703×10-11Ci)</p><p>　　1.3放射性核素的質(zhì)量（g）與放射性活度（Bq）的關(guān)系</p><p>　　A=QK(

48、MT)-1 (2.1)</p><p>　　式中 A—質(zhì)量為Q克的放射性核素的放射性活度（Bq）;</p><p>　　K—與半衰期所取的時(shí)間單位有關(guān)的一個(gè)系數(shù)。</p><p>　　M—放射性核素的原子量；</p><p>　　T—放射性核素的半衰期。</p><p>　　1.4、比活度：是指單位質(zhì)量

49、或單位體積（面積）中的放射性活度。輻射防護(hù)中常用的有：Bq·m-3、Bq·L-1（氣體、液體）Bq·Kg-1(固體廢物分類)Bq·㎝-2（表面沾污）</p><p><b>　　2.照射量X：</b></p><p>　　2.1.定義：X=dQ/dm </p><p>　　式中

50、：X—為光子（X或γ射線）的照射量；</p><p>　　dQ—是光子在質(zhì)量為dm的空氣中釋放的全部電子（包括正、負(fù)電子）完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中所產(chǎn)生的一種符號(hào)離子總電荷的絕對(duì)值。</p><p>　　2.2、單位：照射量的SI單位庫侖每千克，符號(hào)為“C·Kg-1”，沒有名稱。過去常用單位是倫琴，符號(hào)“R”。</p><p>　　1R=2.58

51、5;10-4C·Kg-1</p><p>　　1C·Kg-1=3.887×103R</p><p>　　2.3、照射量率： =dX/dt</p><p>　　的SI單位是C·Kg-1·S-1(或min.h等)。過去常用R·S-1、R·h-1、mR·h-1、μR·S-1等，我們最

52、常用為μR·S-1。</p><p><b>　　3.吸收劑量D：</b></p><p>　　3.1、定義 D= dε/ dm</p><p>　　式中dε-電離輻射授與某一體積之中的物質(zhì)的平均能量；</p><p>　　dm—在這個(gè)體積之中的物質(zhì)的質(zhì)量。</p><p>　　3.2

53、、單位：吸收劑量的SI單位是焦耳每千克（J·Kg-1），稱為戈（瑞）記為GY。過去常用單位是拉德（rad）</p><p>　　1rad=10-2GY 1GY=100rad</p><p>　　3.3、吸收劑量率=dD/dt</p><p>　　的SI單位是戈瑞或其十進(jìn)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位除以適當(dāng)時(shí)間單位的商。如GY·S-1、GY·

54、;h-1、mGY·min-1、μGY·h-1等。</p><p>　　3.4、X或γ射線的X和D的換算關(guān)系</p><p>　　因?yàn)榭諝庵械奈談┝緿與同一點(diǎn)上照射量X有如下關(guān)系：</p><p>　　D=8.73×10-3·X (GY)</p><p>　　式中X—照射量，單位為侖琴（R）。

55、</p><p>　　即1R=8.73×10-3GY</p><p>　　1μR=8.73×10-9GY</p><p>　　所以1μR·S-1=8.73×10-3μGY·S-1</p><p>　　=31.428μGY·h-1</p><p>　　=30μG

56、Y·h-1</p><p>　　4.當(dāng)量劑量HT·R=DT·R·WR</p><p>　　式中DT·R—輻射R在器管或組織T內(nèi)產(chǎn)生的平均吸收劑量；</p><p>　　WR—輻射R的輻射權(quán)重因素。</p><p>　　當(dāng)輻射場(chǎng)是由具有不同的WR值的不同關(guān)型的輻射所組成時(shí)，當(dāng)量劑量為：HT=∑

57、WR·DT·R</p><p>　　當(dāng)量劑量的單位是焦耳每千克J·Kg-1，稱為希[沃特]（SV）。</p><p>　　5.輻射權(quán)重因素WR：</p><p>　　為輻射防護(hù)的目的，對(duì)吸收劑量乘以的因素。用以考慮不同類型輻射的相對(duì)危害效應(yīng)（包括對(duì)健康的危害效應(yīng)）。常見輻射的WR如下：</p><p>　　光子（

58、所有能量）1 中子5—20 質(zhì)子＞2Mev 20</p><p>　　電子及介子（所有能量）1 α粒子、重核20</p><p>　　6.有效劑量 E= </p><p>　　式中：HT—組織或器管T所受的當(dāng)量劑量；</p><p>　　WT—組織或器管T的組織權(quán)重因素。</p><p>　　由當(dāng)量劑量

59、的定義，可以得到</p><p><b>　　E= </b></p><p>　　有效劑量的單位是焦耳每千克J·Kg-1，稱為希[沃特]（SV）。過去的常用單位是雷姆（rem），</p><p>　　1rem=10-2SV 1SV=102rem。</p><p>　　7.組織權(quán)重因素WT：</p>

60、;<p>　　為輻射防護(hù)的目的，器管或組織的當(dāng)量劑量所乘以的因素。乘以該因素是為了考慮不同器管或組織對(duì)發(fā)生輻射隨機(jī)性效應(yīng)的不同敏感性。常用WT值如下：</p><p>　　性腺0.20 ，骨髓、結(jié)腸、肺、胃0.12，皮膚、骨表面0.01，膀胱、乳腺、肝、食道、甲狀腺0.05，其他0.05，ΣWT=1.00</p><p>　　對(duì)于我們常說的γ照射個(gè)人劑量而言，由于WR=1，W

61、T=1，所以，個(gè)人劑量值也就是有效劑量，數(shù)值上和當(dāng)量劑量、吸收劑量相同。</p><p><b>　　8.集體劑量：</b></p><p>　　是群體所受的總輻射劑量的一種表示。定義為受某一輻射源照射的群體成員數(shù)與他們所受的平均輻射劑量的乘積。單位是人·希[沃特]（人·SV）</p><p>　　9.待積吸收劑量 D（t

62、）=∫00+tD（t）dt</p><p>　　式中D（t）--t時(shí)刻的吸收劑量率</p><p>　　t—攝入放射性物質(zhì)之后經(jīng)過的時(shí)間。</p><p>　　未對(duì)t加以規(guī)定時(shí)，對(duì)成年人t取50年，對(duì)兒童的攝入要算至70歲。</p><p>　　所謂待積當(dāng)量劑量是從攝入放射性物質(zhì)時(shí)刻起50年內(nèi)某一靶器管上總共累積的當(dāng)量劑量。</p>

63、;<p><b>　　10.劑量當(dāng)量</b></p><p>　　國(guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)（ICRU）所使用的一個(gè)量，用以定義實(shí)用量一周圍劑量當(dāng)量、定向劑量當(dāng)量和個(gè)人劑量當(dāng)量。組織中某點(diǎn)處的劑量當(dāng)量H是D、Q和N的乘積，即</p><p><b>　　H=DQN</b></p><p>　　式中D—該點(diǎn)處的吸

64、收劑量； Q—輻射的品質(zhì)因素；</p><p>　　N—其他修正因素的乘積。</p><p><b>　　11.個(gè)人劑量當(dāng)量</b></p><p>　　人體某一指定點(diǎn)下面適當(dāng)深度d處的軟組織內(nèi)的劑量當(dāng)量Hp(d)。這一劑量學(xué)量既適用于強(qiáng)貫穿輻射，也適用于弱貫穿輻射。對(duì)強(qiáng)貫穿輻射，推薦深度d=10mm；對(duì)弱貫穿輻射，推薦深度d=0.07mm。

65、</p><p><b>　　12.周圍劑量當(dāng)量</b></p><p>　　輻射場(chǎng)中某點(diǎn)處的周圍劑量當(dāng)量H（d）定義為相應(yīng)的擴(kuò)展齊向場(chǎng)在ICRU球內(nèi)逆向場(chǎng)的半徑上深度d處所產(chǎn)生的劑量當(dāng)量。對(duì)于強(qiáng)貫穿輻射，推薦d=10mm。</p><p>　　13.定向劑量當(dāng)量 </p><p>　　輻射場(chǎng)中某點(diǎn)處的定向劑量當(dāng)量H（d

66、·Ω）是相應(yīng)的擴(kuò)展場(chǎng)在ICRU球體內(nèi)、沿指定方向Ω的半徑上d處產(chǎn)生的劑量當(dāng)量。對(duì)弱貫穿輻射，推薦d=0.07mm。</p><p>　　14.輻射防護(hù)量和實(shí)用量：</p><p>　　當(dāng)量劑量HT·R和有效劑量E是輻射防護(hù)初級(jí)限值量，一般是無法直接測(cè)量的，只能通過在體模中測(cè)量對(duì)擬人體模的計(jì)算，或從其可測(cè)定量中推導(dǎo)得來，一般把他們稱為輻射防護(hù)量；而個(gè)人劑量當(dāng)量Hp（d）、

67、定向劑量當(dāng)量H（d·Ω）,周圍劑量當(dāng)量H（d）是可以通過ICRU球內(nèi)指定位置用適當(dāng)儀表測(cè)定的量，稱為實(shí)用量，也稱為劑量學(xué)量。</p><p>　　第三章 放射性測(cè)量的誤差和數(shù)據(jù)處理</p><p>　　放射性測(cè)量包括放射性原子核衰變數(shù)目的測(cè)量和射線性質(zhì)的確定以及它們的能量、動(dòng)量的測(cè)量等。放射性衰變是一種隨機(jī)過程。因此，觀測(cè)核衰變發(fā)射的輻射應(yīng)有某種程度的統(tǒng)計(jì)漲落。這種漲落是放射性

68、測(cè)量誤差的主要來源。本章著重?cái)⑹龇派湫詼y(cè)量中常遇到的統(tǒng)計(jì)誤差和數(shù)據(jù)處理問題，也簡(jiǎn)要介紹有關(guān)的一般誤差問題。</p><p>　　第一節(jié) 誤差的基本概念</p><p><b>　　1.1真值與平均值</b></p><p>　　任何表征具體事物的物理量，在一定的客觀條件下都應(yīng)具有完全確定的客觀值（或?qū)嶋H值），稱為真值。通常，一個(gè)物理量的真值是

69、不知道的，我們需要測(cè)定它。但嚴(yán)格來說，由于測(cè)量?jī)x器，測(cè)量方法，環(huán)境，人的觀察力，測(cè)量程序等，都不能做到完美無缺，故真值是無法測(cè)得的。實(shí)驗(yàn)科學(xué)中的真值：設(shè)在測(cè)量中觀察的次數(shù)為無限多，則根據(jù)誤差分布定律正負(fù)誤差出現(xiàn)的幾率相等，故將各觀察值相加，加以平均時(shí)，在無系統(tǒng)誤差情況下，可能獲得極近于真值的數(shù)值。故真值是指觀察次數(shù)無限多時(shí)，求得的平均值。平常我們觀察的次數(shù)都是有限的，故用有限觀察次數(shù)求出的平均值，只能是近似真值，或稱為最佳值。我們稱這一

70、最佳值為平均值。常用的平均值有下列幾種：（1）算術(shù)平均值；（2）均方根平均值；（3）中位值等。</p><p>　　1） 算術(shù)平均值. 算術(shù)平均值是最常用的一種平均值。若觀測(cè)值的分布為正態(tài)分布，則在一組等精密度測(cè)量中，算術(shù)平均值為最佳值或最可信賴值。</p><p>　　設(shè)x1，x2，…，xn代表各次的觀測(cè)值，n代表觀測(cè)的次數(shù)，則算術(shù)平均值為</p><p>

71、<b>　　.</b></p><p><b>　　由此得</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　均方根平均值. 均方根平均值常用于計(jì)算分子的平均動(dòng)能中，其定義為</p><p><b>　　.</b></p>

72、<p>　　3） 中位值. 中位值是指將一組觀測(cè)值按一定大小次序排列時(shí)的中間值。若觀測(cè)次數(shù)為偶數(shù)，則中位值為正中兩個(gè)值的平均值。中位值的最大優(yōu)點(diǎn)是求法簡(jiǎn)單，而與兩端的變化無關(guān)。中位值在統(tǒng)計(jì)上屬于一種次序統(tǒng)計(jì)，只有在觀測(cè)值的分布為正常分布時(shí)，它才能代表一組觀測(cè)值的中心趨向或最佳值。</p><p>　　以上所述的各種平均值，都是想從一組觀測(cè)值中找出最接近于真值的那個(gè)值，也就是說，它最能代表這一組觀測(cè)值

73、的中心趨向。如果所選平均值真正代表一組觀測(cè)值的中心趨向，則當(dāng)一組觀測(cè)值中各個(gè)觀測(cè)值均相同時(shí)，每個(gè)觀測(cè)值均應(yīng)等于平均值。平均值的選擇主要決定于一組觀測(cè)值的分布類型，正態(tài)分布類型所用到的平均值，將以算術(shù)平均值為主。</p><p>　　1.2 誤差與誤差的分類</p><p>　　在任何一種測(cè)量中，無論所用儀器多么精密，方法多么完善，實(shí)驗(yàn)者多么細(xì)心，所得結(jié)果常不能完全一致，而有一定的誤差或偏差

74、。嚴(yán)格來講，誤差指觀測(cè)值與真值之差，偏差指觀測(cè)值與平均值之差。但習(xí)慣上將兩者混用而不加以區(qū)別。</p><p>　　根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生的原因，可將誤差分為：1）系統(tǒng)誤差；2）隨機(jī)誤差；3）粗大（過失）誤差。</p><p>　　1）系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是指因?yàn)閮x器性能不良、周圍環(huán)境的改變、個(gè)人習(xí)慣與偏向等所引起的誤差。此種誤差在同一物理量的測(cè)定中為一定。根據(jù)儀器的特性，外界條件變化影響的大

75、小，個(gè)人的偏向，分別加以校正后，可以清除掉。</p><p>　　2）隨機(jī)誤差。在測(cè)量中，如果已經(jīng)消除引起系統(tǒng)誤差的一切因素，而所測(cè)數(shù)仍在末一位或末二位數(shù)字上有差別，我們就稱這類誤差為隨機(jī)誤差。</p><p>　　隨機(jī)誤差有時(shí)大，有時(shí)小，有時(shí)正，有時(shí)負(fù)，方向不一定，隨機(jī)誤差產(chǎn)生的原因一般不詳，因而也就無法控制。但用同一精密儀器，在同樣條件下，對(duì)同一物理量作多次測(cè)量，若測(cè)量次數(shù)足夠多，則可

76、發(fā)現(xiàn)隨機(jī)誤差完全服從統(tǒng)計(jì)定律。誤差的大小以及正負(fù)誤差的出現(xiàn)，完全由概率決定，我們沒有理由認(rèn)定誤差偏向一方比偏向另一方更為可能。因此，誤差與測(cè)量的次數(shù)有關(guān)。隨著測(cè)量次數(shù)的增加，隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值將逐漸接近于零。因此，多次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值將更接近于真值。</p><p>　　3） 粗大（過失）誤差。粗大誤差是一種顯然與事實(shí)不符的誤差，它主要是由于粗枝大葉，過度疲勞或操作不正確等引起。</p>&l

77、t;p>　　1.3 誤差的表示法</p><p>　　誤差的表示法最常用的有以下兩種：</p><p>　　范圍誤差。范圍誤差是指一組測(cè)量中的最高值與最低值之差，以此作為誤差變化的范圍。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)誤差。標(biāo)準(zhǔn)誤差也稱均方根誤差，其定義為</p><p><b>　?。?.1）</b></p>

78、;<p>　　式中n為觀測(cè)次數(shù)，di為觀測(cè)值與平均值的偏差，a為一組觀測(cè)值的平均值。</p><p>　　在有限觀測(cè)次數(shù)中，標(biāo)準(zhǔn)誤差常用下式表示：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)誤差不僅是一組測(cè)量中各個(gè)觀測(cè)值的函數(shù)，而且對(duì)一組測(cè)量中較大誤差或較小誤差感覺比較靈敏，故標(biāo)準(zhǔn)誤差為表示精確度的較

79、好方法。</p><p>　　1.4 準(zhǔn)確度和精確度</p><p>　　準(zhǔn)確度表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度。它是指在規(guī)定的條件下，測(cè)量中所有系統(tǒng)誤差的綜合。</p><p>　　精確度表示所測(cè)數(shù)值與真值符合的程度。它反應(yīng)測(cè)量中所有系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合。</p><p>　　在一組測(cè)量中，準(zhǔn)確度好的結(jié)果精確度不一定好，而精確度好的結(jié)果

80、則要求準(zhǔn)確度也好。</p><p>　　第二節(jié) 誤差理論基礎(chǔ)</p><p>　　2.1 誤差的高斯分布</p><p>　　在所有測(cè)量中，無論直接測(cè)量或間接測(cè)量，最根本的目的都是為求得某一物理量的真值。但嚴(yán)格地講，任何物理量的真值是無法測(cè)定的，我們測(cè)得的，只是某物理量的近似值。在測(cè)量中，不斷改進(jìn)測(cè)量方法，不斷提高測(cè)量技術(shù)，雖然可使所測(cè)得的數(shù)值逐漸接近于真值，但是這

81、種改進(jìn)與提高是有一定限度的，超過此限度，我們就無能為力，因此，必須找出在給定條件下，我們所測(cè)數(shù)值與真值之間的關(guān)系，從而由一組觀測(cè)值中確定一最佳值，用此最佳值代表我們所要測(cè)的某一物理量。</p><p>　　放射性原子核衰變過程中，某一個(gè)原子核是否衰變、什麼時(shí)間衰變，與其他原子核的存在無關(guān)，完全是一個(gè)隨機(jī)事件。但大量這種原子核在一起時(shí)衰變數(shù)服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。在放射性測(cè)量中，考察和測(cè)量對(duì)象一般符合高斯分布（正態(tài)分布）

82、。</p><p>　　2.2 高斯誤差定律</p><p>　　從誤差分布曲線可以得到下列事實(shí)：</p><p>　　小誤差比大誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，故誤差的機(jī)率與誤差的大小有關(guān)。</p><p>　　大小相等、符號(hào)相反的正負(fù)誤差的數(shù)目近于相等。</p><p>　　極大的正誤差與負(fù)誤差的機(jī)率均非常小，故大誤差一般不會(huì)出

83、現(xiàn)。</p><p>　　2.3 最小二乘法原理與算術(shù)平均值</p><p>　　最小二乘法原理為解決在具有同一精確度的測(cè)量中，如何從一組觀測(cè)值中決定最佳值或最可信賴值的問題。最小二乘法原理說，在具有同一精確度的許多觀測(cè)值中，最佳值乃是能使各觀測(cè)值的誤差的平方和為最小的那個(gè)值。</p><p>　　最小二乘法由高斯誤差定律導(dǎo)出?？梢缘贸鼋Y(jié)論：（1）在一組精確度相同的

84、測(cè)量中，算術(shù)平均值為其最佳值或最可信賴值；（2）各觀測(cè)值與算術(shù)平均值的偏差的平方和為最小。</p><p>　　第三節(jié) 放射性測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差</p><p>　　對(duì)樣品的放射性進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量中，得到的某段（或單位）時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)（或計(jì)數(shù)率）可以看成是隨機(jī)變量。各次測(cè)量值總是圍繞著其平均值上下漲落。如果沒有系統(tǒng)誤差和粗大誤差，各次測(cè)量值和平均值和真值之間的誤差是隨機(jī)誤差，它是由放射性核衰變

85、的統(tǒng)計(jì)性引起的，所以稱為統(tǒng)計(jì)誤差。統(tǒng)計(jì)誤差的處理通常是采用標(biāo)準(zhǔn)誤差的處理方法。</p><p>　　3.1 計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差</p><p>　　放射性測(cè)量中，計(jì)數(shù)值服從統(tǒng)計(jì)分布。定義計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差為它的統(tǒng)計(jì)分布的標(biāo)準(zhǔn)誤差。放射性測(cè)量中計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差與非放射性測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差的區(qū)別是：對(duì)于放射性測(cè)量，單次測(cè)量也有統(tǒng)計(jì)誤差，非放射性測(cè)量只有多次重復(fù)測(cè)量才能用3.2式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差。</p&g

86、t;<p>　　單次測(cè)量計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差</p><p>　　若對(duì)某放射性樣品測(cè)量一次得到計(jì)數(shù)N，測(cè)量時(shí)間為t，且t沒有誤差，則計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差和相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　計(jì)

87、數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差和相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　（3.6）</b></p><p>　　上式表明計(jì)數(shù)率的相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差只與計(jì)數(shù)N的大小有關(guān)，要提高測(cè)量精度，必須計(jì)數(shù)N足夠大。</p><p>　　多次重復(fù)測(cè)量計(jì)數(shù)和計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差</

88、p><p>　?。?）多次重復(fù)測(cè)量計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)誤差</p><p>　　若對(duì)某放射性樣品重復(fù)測(cè)量K次，每次測(cè)量時(shí)間相同，測(cè)得的計(jì)數(shù)為N1 ，N2，…NK，則觀測(cè)值的統(tǒng)計(jì)誤差為 ，其中為 K次測(cè)量值的平均值，平均值的統(tǒng)計(jì)誤差為： </p><p><b>　　(3.7)</b></p><p>

89、　　測(cè)量結(jié)果寫成。平均值的相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p>　?。?）多次重復(fù)測(cè)量計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差</p><p>　　若上述的計(jì)數(shù)的K次重復(fù)測(cè)量中，每次測(cè)量的時(shí)間t相等，且測(cè)量時(shí)間沒有誤差，則K次測(cè)量的計(jì)數(shù)率為：</p><p>　　（） （3.9）&l

90、t;/p><p>　　計(jì)數(shù)率平均值的統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　其中。測(cè)量結(jié)果寫成。計(jì)數(shù)率平均值的相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　在有本底時(shí)，樣品凈計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差為&

91、lt;/p><p>　　以上討論都沒有考慮本底計(jì)數(shù)或計(jì)數(shù)率的影響。實(shí)際測(cè)量中，本底總是存在的。為了求得凈計(jì)數(shù)率及其統(tǒng)計(jì)誤差，實(shí)驗(yàn)測(cè)量工作必須分兩步進(jìn)行，一步是測(cè)量本底計(jì)數(shù)，一步是測(cè)量包括本底在內(nèi)的有放射性樣品時(shí)計(jì)數(shù)。設(shè)測(cè)量本底的時(shí)間為tb，在tb內(nèi)測(cè)得的計(jì)數(shù)為Nb，</p><p>　　在ts內(nèi)測(cè)得的樣品計(jì)數(shù)（其中包括本底計(jì)數(shù)）為Ns，則樣品的凈計(jì)數(shù)率為：</p><p&g

92、t;<b>　　(3.12)</b></p><p>　　凈計(jì)數(shù)率的統(tǒng)計(jì)誤差為：</p><p><b>　　(3.13)</b></p><p><b>　　測(cè)量結(jié)果寫成：</b></p><p><b>　　(3.14)</b></p>

93、<p>　　計(jì)數(shù)率單位為min-1或s-1。而計(jì)數(shù)是無單位的。</p><p>　　3.2 測(cè)量條件的選擇</p><p>　　在計(jì)數(shù)測(cè)量中為保證一定的精密度，從減小統(tǒng)計(jì)誤差角度該如何選擇測(cè)量時(shí)間和如何判斷最佳工作條件呢？</p><p>　　當(dāng)有本底存在時(shí)，在規(guī)定的總測(cè)量時(shí)間內(nèi)為使結(jié)果的誤差最小，無源和有源測(cè)量時(shí)間應(yīng)滿足下式的要求：</p>

94、<p><b>　　(3.14)</b></p><p>　　關(guān)于探測(cè)器或探測(cè)工作條件的選擇，一般要求探測(cè)效率高、本底小、測(cè)量時(shí)間短。在低水平測(cè)量時(shí)，本底計(jì)數(shù)率和樣品計(jì)數(shù)率差不多，而凈計(jì)數(shù)率又正比于探測(cè)效率η，故要求有最小的。其倒數(shù)稱為探測(cè)器的優(yōu)質(zhì)因子。</p><p><b>　　核輻射的探測(cè)原理</b></p>&l

95、t;p>　　第一節(jié) 核輻射的探測(cè)原理</p><p>　　核輻射探測(cè)的基本原理是當(dāng)核輻射粒子通過探測(cè)介質(zhì)時(shí)，介質(zhì)就要吸收粒子的一部分或全部能量，從而引發(fā)介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或物理的變化，再通過測(cè)量這種介質(zhì)的變化量來探測(cè)到核輻射的輻射水平。最常見的方法是用核電子學(xué)的方法測(cè)量探測(cè)介質(zhì)中吸收粒子能量后引發(fā)的電離和激發(fā)效應(yīng)來探測(cè)核輻射（具體的作法是先通過核輻射探測(cè)器把核輻射效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，再通過各種電子電路對(duì)這些電訊號(hào)

96、進(jìn)行處理并以數(shù)據(jù)或圖表的形式顯示出來，以此來確定所探測(cè)到的核輻射的類型、強(qiáng)度、能量、方位等。）此外還有通過測(cè)量探測(cè)介質(zhì)的色度變化（如膠片感光）、損傷痕跡（如固體徑跡探測(cè)）、溫度變化（如量熱計(jì)）等來探測(cè)核輻射的方法。</p><p>　　第二節(jié) 常用核輻射探測(cè)器</p><p><b>　　氣體電離探測(cè)器</b></p><p>　　1.1氣體的

97、電離和放大</p><p>　　氣體電離探測(cè)器是以氣體作為探測(cè)介質(zhì)的探測(cè)器。帶電粒子通過氣體時(shí)與氣體分子的軌道電子發(fā)生庫侖碰撞，使氣體分子電離而產(chǎn)生電子——正離子對(duì)。其中一些電離電子能量較大，還可以使氣體分子進(jìn)一步電離而產(chǎn)生新的電子——正離子對(duì)。這兩種電離產(chǎn)生的電子——離子對(duì)的數(shù)目之和稱為總電離。實(shí)驗(yàn)證明，在很寬的能量范圍內(nèi)，帶電粒子所產(chǎn)生的總電離與粒子所損耗的總能量成正比。</p><p&g

98、t;　　氣體分子電離后，當(dāng)有外加電場(chǎng)時(shí)，電子（或負(fù)離子）與正離子會(huì)被電場(chǎng)拉開，沿電場(chǎng)方向漂移。氣體電離探測(cè)器主要是利用這種情況進(jìn)行工作，在外加電場(chǎng)的作用下收集電荷，提供我們所需要的電訊號(hào)。</p><p>　　在氣體電離空間加進(jìn)兩個(gè)電極，并保持一定的電位差。收集到的電荷與外加電壓的關(guān)系如圖4.2.1的曲線所示。圖中曲線分別表示α粒子和β粒子的情況，NOα和 NOβ表示和產(chǎn)生總離子的數(shù)目。從圖中看到，可以把曲線分成

99、四段。在第Ⅰ段中，即外加電壓小于Va時(shí)收集電荷隨電壓的增大而增加，離子復(fù)合則逐漸減小。當(dāng)電壓增至大于Va后，離子復(fù)合基本消失，此時(shí)總離子對(duì)的數(shù)目全部被電極收集（Va也就是電離室的起始工作電壓）。如繼續(xù)增加電壓，則在一定范圍內(nèi)，收集到的電荷不再增加，這段范圍稱收集電荷的飽和區(qū)，如圖中曲線的第Ⅱ段。在電壓大于Vb后這時(shí)由于電場(chǎng)加強(qiáng)，因而產(chǎn)生次級(jí)電離，甚至次級(jí)電子又產(chǎn)生次級(jí)離子對(duì)，如此不斷繼續(xù)下去，最后收集到的電荷遠(yuǎn)大于初始總電離數(shù)，這就是所

100、謂的氣體放大作用，亦即進(jìn)入曲線的第Ⅲ段。在這一范圍內(nèi)，氣體放大倍數(shù)隨電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大，即所謂正比區(qū)，但次級(jí)電離隨電場(chǎng)的增強(qiáng)而增大并不是無止境的。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大到一定限額度時(shí)，由于放大后的次級(jí)離子數(shù)目足夠多，電離電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)抵消一部分外加電場(chǎng)，即所謂空間電荷效應(yīng)。當(dāng)繼續(xù)增加電壓時(shí)光子開始起作用，收集到的總電荷再一次達(dá)到飽和。這就是圖中第Ⅳ段的情況，這時(shí)</p><p>　　圖4.2.1上曲線的不同區(qū)域體現(xiàn)在氣體電

101、離探測(cè)器上就是三種不同類型的探測(cè)器：工作在第Ⅱ段區(qū)域的為電離室，工作在第Ⅲa段區(qū)域的正比計(jì)數(shù)管，工作在第Ⅳ段區(qū)域的為蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管。</p><p><b>　　1.2電離室</b></p><p>　　電離室的基本工作原理就是全部收集由帶電粒子所引起的離子，在電離室中應(yīng)該既不存在離子復(fù)合，也沒有氣體放大。</p><p>　　電離室按其工作

102、狀態(tài)可以分為脈沖電離室和電流電離室兩大類。脈沖電離室是記錄單個(gè)粒子的電離室，每進(jìn)入一個(gè)粒子可以給出一個(gè)電脈沖，由于電離室本身不具備放大功能，因此脈沖電離室多用于測(cè)量α粒子及裂變碎片，而不宜用于測(cè)量β及γ射線；電流電離室是記錄由大量帶電粒子所引起的總電離效應(yīng)，而輸出的是一個(gè)相應(yīng)的平均電流訊號(hào)，常用于照射劑量或吸收劑量?jī)x表的探頭。</p><p><b>　　1.3正比計(jì)數(shù)管</b></p

103、><p>　　從圖4.2.1的Ⅲa段中看到，由于氣體的放大作用，收集電荷數(shù)的N比初始總電流要大得多，而且輸出電壓脈沖幅度與初始總電離保持正比關(guān)系，因此把在這一段區(qū)域的計(jì)數(shù)管叫做正比計(jì)數(shù)管。由于具有氣體放大作用，可以用來測(cè)量低能粒子與射線，如低能β及軟X射線等，且具有輸出較大幅度電信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，這樣其附屬電子儀器靈敏度的要求比電離室的就要低。</p><p>　　1.4蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管</p

104、><p>　　在圖4.2.1中曲線的第Ⅳ段是蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管（即G-M管）的工作區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)收集的電荷更多，而且與初始電離量和粒子性質(zhì)無關(guān)。G-M計(jì)數(shù)管探測(cè)射線有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)靈敏度高：不論何種類型的射線，如果能在計(jì)數(shù)器的靈敏區(qū)內(nèi)產(chǎn)生一對(duì)離子，便可以引起放電而被記錄。</p><p>　　(2)脈沖幅度大：輸出脈沖可達(dá)幾伏甚至幾十伏，可以不必

105、經(jīng)放大器或只需單級(jí)放大器便觸動(dòng)記錄電路。</p><p>　　(3)穩(wěn)定性高：不受外界電磁場(chǎng)的干擾，而且對(duì)電源的穩(wěn)定度要求不高，一般好于1%即可。</p><p>　　(4)計(jì)數(shù)管的大小何形狀可按探測(cè)粒子的類型和測(cè)量要求在較大范圍內(nèi)變動(dòng)。</p><p>　　(5)使用方便，成本低，制作的工藝要求和儀器電路均較簡(jiǎn)單。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)可以作得輕巧靈便，適于攜帶。</

106、p><p>　　在核物理發(fā)展的早期G-M計(jì)數(shù)管曾是使用最廣的輻射核儀器。至今，在放射性同位素應(yīng)用和劑量監(jiān)測(cè)中，仍是常用的探測(cè)元件。</p><p>　　G-M管的主要缺點(diǎn)是：不能鑒別粒子的類型和能量；分辨時(shí)間長(zhǎng)，不能進(jìn)行快速計(jì)數(shù)，在高輻射場(chǎng)中會(huì)發(fā)生計(jì)數(shù)堵塞現(xiàn)象；有亂真計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　半導(dǎo)體探測(cè)器</b></p>&

107、lt;p><b>　　2.1基本原理 </b></p><p>　　半導(dǎo)體探測(cè)器是20世紀(jì)六十年代初期迅速發(fā)展起來的一種新型探測(cè)器。其探測(cè)介質(zhì)是半導(dǎo)體材料，由于它的分辨率遠(yuǎn)勝于其他類型的探測(cè)器，因而獲得廣泛運(yùn)用。它的基本原理與電離室類似。當(dāng)入射粒子進(jìn)入半導(dǎo)體探測(cè)器的靈敏層后，在半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，即相當(dāng)電離室中氣體被電離后所產(chǎn)生的電子-離子對(duì)，然后電子與空穴受電場(chǎng)作用分別向兩極運(yùn)

108、動(dòng)，并被電極收集。但是在半導(dǎo)體探測(cè)器中，帶電粒子產(chǎn)生一對(duì)電子-空穴對(duì)所需平均能量w值一般遠(yuǎn)小于在氣體中電離的w值。對(duì)硅來說，w值約為3.6ev，而鍺的w值只有2.9ev，比氣體電離w值要小一個(gè)量級(jí)。因此，同樣能量的粒子在半導(dǎo)體探測(cè)器中產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)比在氣體電離室中產(chǎn)生的離子對(duì)要大十倍左右。這也就是半導(dǎo)體探測(cè)器具有很高能量分別率的重要原因。</p><p>　　2.2常見半導(dǎo)體探測(cè)器</p>&l

109、t;p>　　2.2.1p-n結(jié)型探測(cè)器</p><p>　　p-n結(jié)型探測(cè)器就是p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體直接接觸組成的一種器件。當(dāng)這兩種半導(dǎo)體接觸時(shí)，由于n型的剩余電子補(bǔ)充了p型的空穴，故在接觸處電子和空穴的密度特別小，相當(dāng)于電阻特別大，這個(gè)區(qū)域就是所謂的阻擋層，也就是探測(cè)器的靈敏區(qū)。當(dāng)粒子進(jìn)入靈敏區(qū)時(shí)，即可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，并被電極收集而產(chǎn)生脈沖信號(hào)。P-n型探測(cè)器常用硅材料制備，主要用于重帶電粒子的測(cè)量。

110、</p><p>　　2.2.2金硅面壘探測(cè)器</p><p>　　金硅面壘探測(cè)器一般采用n型單晶硅并將金沉積在該片上制成。它是利用金屬和半導(dǎo)體之間接觸電勢(shì)差在半導(dǎo)體中形成沒有自由載流子的耗盡層。在不同的應(yīng)用場(chǎng)合，它可以做成不同的類型。它是目前使用最多的一種半導(dǎo)體探測(cè)器。它除了用于測(cè)量帶電粒子的能譜外，還可以辨別帶電粒子的種類。</p><p>　　2.2.3鋰漂移

111、探測(cè)器</p><p>　　p-n結(jié)探測(cè)器和金硅面壘探測(cè)器因受到材料電阻率的限制和反向偏壓不能加得過高而造成擊穿等因素影響。耗盡層深度一般只能做到1mm左右，因此不適宜探測(cè)穿透本領(lǐng)大的射線，如γ射線。通常用鍺來做鋰漂移探測(cè)器，常稱Ge(li)探測(cè)器，它可以獲得有高電阻率且厚度很大的耗盡層，又有高的光電截面，因此很適合于探測(cè)γ射線，是γ能譜分析的常用探頭。它的缺點(diǎn)是必須在低溫（液氮溫度77K）和真空中保存和工作，故

112、維護(hù)保養(yǎng)成本高。</p><p>　　2.2.4高純鍺探測(cè)器</p><p>　　為了克服Ge(li)探測(cè)器的缺點(diǎn)，近年來使用高純鍺單晶做材料研制成大體積平面型及同軸型探測(cè)器已經(jīng)在γ能譜中采用，它可以在常溫下保存，這就極大地方便了儀表的維護(hù)保養(yǎng)，因此得到迅速推廣應(yīng)用。</p><p><b>　　閃爍探測(cè)器</b></p><

113、;p><b>　　3.1基本原理</b></p><p>　　閃爍探測(cè)器主要由閃爍體、光收集部件和光電倍增管三部分組成。當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍體時(shí)，閃爍體的原子受激，產(chǎn)生熒光，利用光導(dǎo)和反射體等光收集部件，盡量使熒光射到光電倍增管的光陰極上，光子在光陰極上打出光電子，光電子在光倍增管內(nèi)倍增，最后倍增出來的電子束在陽極上產(chǎn)生電脈沖輸出以便記錄或分析。</p><p>　

114、　閃爍探測(cè)器是目前應(yīng)用最廣泛的探測(cè)器之一。一方面是由于作為探測(cè)介質(zhì)的閃爍體可以作得很大且可以作成任何形狀；另一方面是探測(cè)介質(zhì)有較大密度，對(duì)射線（特別是γ射線）有較高的探測(cè)效率。此外，光電倍增管可給出很大的脈沖電流，因而有較強(qiáng)的抗干擾能力。</p><p>　　3.2常用閃爍探測(cè)器</p><p>　　閃爍探測(cè)器主要是以不同的閃爍體來分類的。常用的閃爍體可分為兩大類，即無機(jī)閃爍體和有機(jī)閃爍體

115、。</p><p>　　3.2.1無機(jī)閃爍體</p><p>　　無機(jī)閃爍體主要是指含有少量混合物（也稱激活劑）的無機(jī)鹽晶體。最常用的是NaI(Tl)晶體，它有很高的發(fā)光效率，而且可以作得很大，由于它易于潮解，故必須密封。主要用于測(cè)量γ射線的能譜和強(qiáng)度。其次是CsI(Tl)晶體由于它在空氣中不潮解，又容易加工成薄片，因此在探測(cè)帶電粒子的強(qiáng)度及能譜方面很有使用價(jià)值，便于在高能γ輻射本底下測(cè)量

116、α及低能x射線，也可以用于脈沖形狀甄別技術(shù)，在混合場(chǎng)中甄別不同粒子，但由于它的發(fā)光輸出僅為NaI(Tl)的一半左右，材料價(jià)格也較昂貴，故使用遠(yuǎn)不及NaI(Tl)廣泛。第三種是ZnS(Ag)晶體它也有很高的發(fā)光效率。因?yàn)樗荒芗庸こ啥嗑Х勰拾胪该鳡?，故一般將它涂一薄層來探測(cè)重帶電粒子，因而對(duì)γ輻射不靈敏。它的缺點(diǎn)是ZnS(Ag)是半透明的，因此不能作α能譜測(cè)量而只能作α強(qiáng)度測(cè)量，由于價(jià)格低廉又可作得很大，因此它是測(cè)量弱放射性最好的閃爍