注册核安全工程师-核安全综合知识【06】核技术利用基础知识

考试大纲要求：熟悉核技术利用的密封源和非密封源的分类、主要参数及其辐射防护的要点；核反应堆和加速器生产放射性同位素及放射性同位素的应用；射线装置的主要种类及其应用。

• • 第六章 核技术利用基础知识
  • 考试内容
  • • 了解常用的放射源和放射性同位素、国内外核技术利用的发展状况。
    • 熟悉核技术利用的密封源和非密封源的分类、主要参数及其辐射防护的要点；核反应堆和加速器生产放射性同位素及放射性同位素的应用；射线装置的主要种类及其应用。
  • 第一节 辐射源
  • • 辐射源定义
      • 定义：可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体。
      • 来源
        • 天然辐射源
          • 天然存在的辐射源称为天然辐射源，把这种辐射称为天然辐射。
          • 天然辐射源主要来自宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素。
        • 人工辐射源
          • 人工辐射源是用人工方法产生的辐射源。
          • 人工辐射源主要有核设施、核技术利用的辐射源和核试验落下灰等。
    • 核技术利用
      • 定义：利用放射性同位素和电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学及生物效应来进行应用研究与开发的技术。
    • 一、密封放射源
      • 定义：密封放射源是密封在包壳晨的或紧密的固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。
      • 分类
        • 按辐射的射线
          • α源
            • 用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器。
            • 使用a放射源必须特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗。
            • 没有使用价值的废源，应按规定处理不能随便拆开或扔掉。
          • β源
            • 用于β活度测量和β能量响应刻度时的参考源和工作源，还用作放射性测厚仪。
            • b射线的穿透能力比同样能量a粒子约强100倍能量超过70 keV 的b粒子可穿透皮肤表层。
            • 常用b放射源的b粒子能量均大于 70 keV，故应考虑b外照射的防护。
            • 屏蔽b射线应选用低原子序数的材料(如塑料、有机玻璃、铝板等)，以减少韧致辐射，外面再用高原子序数的材料屏蔽韧致辐射和其他g光子
          • g源
            • 广泛用于工业、农业、医疗和科研等
            • g射线的贯穿能力很强，其辐照范围往往超出工作场所之外。使用g放射源主要防止外照射。
            • g源在固定工作场所使用时，应利用建筑物的墙和门进行屏蔽，使屏蔽墙外人员所受照射低于规定的剂量限值。
            • 源的使用场所若经常变化(如室外g探伤)，应划定作业场所警戒区域，并在相应的边界设置警示标识。
          • 低能光子源
            • 用于厚度计、密度计、X射线荧光分析仪等仪表。
            • 低能光子比较容易屏蔽，但要注意可能存在的高能g射线和韧致辐射的影响。
          • 中子源
            • 用于地质勘探、活化分析、辐射育种、湿度测量和科学研究等领域
            • 中子的贯穿能力很强，使用中子源时应着重外照射的防护，一般用石蜡、聚乙烯等含氢材料较多的物质，将快中子慢化，然后用吸收截面大的物质(如钾、硼等)吸收慢中子。
            • 在屏蔽中子的同时还要注意对g射线的屏蔽。所以对中子源的屏蔽要进行中子和g射线的混合屏蔽。
        • 按放射源的几何形状
          • 点源
            • 线源
              • 平面源
          • 圆环源
            • 针状源
              • 棒状源
        • 按活度的不确定度分
          • 检查源
            • 工作源
              • 参考源
                • 标准源
        • 按用途分
          • 医疗用
            • 工业照相（探伤）用
              • 核仪表用
                • 射线辐照用
          • 放射性测井用
            • 放射性测量及仪表刻度用
    • 二、非密封放射源
      • 定义：不满足密封放射源定义中所列条件的源为非密封源，也称开放源或开放型放射源。
      • 非密封源在工业、农业、医学和科学研究等方面的应用越来越广泛。
      • 非密封源的特点是在使用或操作过程中他们的物理化学性质可能变化，如加温时固体可变成液体，液体可变成气体。
      • 在使用非密封源时，会对人员造成外照射和内照射，会产生废水、废气和固体废物，如果发生事故还会造成工作场所和环境污染。
      • 工作场所分级
      • 放射性核素毒性分组
    • 三、射线装置
      • 定义：指X射线机、加速器、中子发生器、含放射源的装置
      • 分类
        • X射线机
          • X射线机、治疗X射线机、工业探伤X射线机、X射线分析仪
        • 加速器
          • 利用电磁场使带电粒子（如电子、质子、氚核及重离子等）获得高能量的装置。
          • 高能加速器
            • 中能加速器
              • 低能加速器
        • 中子发生器
          • 利用直流电压，能量在1Mev以下，通过（d,n）反应产生快中子的小型加速器。
      • 应用
        • 医疗和诊断
          • X射线机
          • X射线计算机断层扫描仪（CT）
          • 介入放射诊疗
          • 医用速器放射治疗
        • 工业计算机断层扫描（ICT）
          • 工业探伤、无损检测、大型工业产品和工件的质量检测
        • 工业辐照加速器
          • 改性、灭菌、保鲜、提高产品质量、制造新材料等
        • 中子发生器
          • 14MeV中子活化分析
          • 中子测井
          • 中子辐射育种
          • 快中子治癌
  • 第二节 常用的放射源和放射性同位素
  • • 一、表征放射源的基本参数
      • 辐射类型
        • 包括辐射种类和能量
      • 活度
        • 在单位时间内发生衰变的原子核数目，称为放射性活度，也称衰变率，表征放射源的强弱。
      • 源的使用期限
        • 短半衰期核素放射源的使用期限与核素的半衰期有关。长半衰期核素放射源使用期限主要考虑放射源的安全性能
      • 源的外形结构和尺寸
    • 二、放射性同位素
      • 天然放射性同位素
        • 有实际意义的：U235、U238、Ra226、Th232、Rn222、K40和C14
        • 天然放射性同位素的放射性活度一般都很低，不能满足人们在科研、生产、医疗等方面的应用需要。
      • 人工放射性同位素
        • 利用核反应方法制造的
        • 典型：Co60、Cs137、I125、Au198
        • 现在应用核反应堆和加速器生产的放射性同位素已达 1500 多种。
    • 三、常用放射源的辐射特性
      • a放射源
        • 以发射a粒子束为基本特征的放射源。
      • b放射源
        • 是指可以发射电子的同位素放射源。
          • 低能b源：
          • 中能b源：
          • 高能b源：
      • g放射源
        • 是以发射g辐射为主要特征的放射源，是利用发射g辐射 (包括 X 辐射)的核素制备的。
          • 低能g(X)放射源 (亦称低能光子源)：
          • 中等活度g放射源
          • 强g放射源
      • b放射源
        • 是指可以发射电子的同位素放射源。
  • 第三节 反应堆和加速器生产放射性同位素
  • • 一、核反应堆生产放射性同位素
      • 基本原理
        • 反应堆是一个强中子源，将样品（靶料）置于反应堆辐照室（如活性区）或辐照管道（如孔道）内经中子辐照，利用（n,γ）、（n,α)及（n,p）等反应，使样品中的稳定同位素变为放射性同位素。
      • 反应堆生产放射性同位素的产额
        • 靶材经反应堆中子照射后，产生的放射性同位素的活度与辐照处的中子注量率、辐照时间、靶核的中子反应截面、靶量、丰度及生成核素的半衰期等有关。
      • 辐照同位素过程中的辐射防护
        • 在用反应堆生产放射性同位素时，为了确保人员的辐射安全，防止放射性污染，在辐照同位素操作过程中必须采取的安全措施
          • 1)必须使用远距离操作系统(如机械手) 从反应堆的辐照管道(或辐照室) 提取同位素的样品盒，操作系统必须安全可靠。
          • 2)不管是用机械的、气动的还是用液压的方法，从辐照管道(或辐照室)内提取辐照样品时，都不应损坏样品盒，防止放射性物质逸出。
          • 3)从堆内提取的样品盒，在运输过程中应有监测仪器进行监测。
          • 4)样品盒应严格密封，特别是对于那些容易泄漏的气态或挥发性的同位素，对其密封性必须进行严格的检查，必要时要采用双层密封。
          • 5)对于有腐蚀性的靶材，必须选用耐腐蚀性的样品盒。
          • 6)选择靶材时，必须全面考虑在受辐照后其物理、化学性能的变化。如由于辐照分解、气体析出等引起样品盒内温度、压力的变化。在辐照时样品盒的爆炸将直接影响反应堆的安全。
          • 7)样品盒的结构形式及机械强度应便于提取和运输。
          • 8)在辐照管道(或辐照室)的排风管或其他适当的位置应设置连续工作的放射性气体或微尘的监测装置，以便能及时发现样品盒的泄漏，并采取适当的安全措施。
    • 二、加速器产生放射性同位素
      • 基本原理
        • 由加速器产生的具有一定能量的带电粒子，如质子、氚核和α粒子轰击靶材，通过（p,n）、（d,n）、（d,2n）、（d、α）、（d,p）和（α,n）等反应得到放射性同位素。
      • 放射性药物生产过程
        • 制靶：在紫铜靶基上用电镀法镀锌(天然锌，镀层厚30~70mg/cm2
        • 轰靶：用CS一30型回旋加速器产生的能量为 26 MeV、流强为 50A的质子轰击靶，由68Zn(p，2n)67Ga反应产生放射性同位素67Ga。
        • 化学分离与精制
        • 配制射性67Ga一枸橼酸镓注射液
      • 生产特点
        • (1)反应堆中主要用(n，g)反应生产同位素，所生成的同位素与靶材料一般是同一元素。
        • (2)加速器生产的同位素都是缺中子同位素，衰变时大多是电子俘获 (EC)或发射正电子(B+),不发射其他带电粒子(a，b 等)所以可用Y相机或正电子发射计算机断层扫描(PET)进行医学诊断，病人所受的剂量小。
        • (3)构成生物机体的主要元素 C、N、O的(n,g)反应截面很小，用小型回旋加速器很容易制备11C、I3N、15O等短寿命放射性同位素，并可设置在医院内就近使用，十分方便。
        • (4)加速器操作简单，可以随时启动或停机，工作安全，检查维修方便，工作中放射性污染的危险性小。
  • 第四节 放射性同位素的应用
  • • 一、医学应用
      • 放射性药物影像诊断
        • 甲状腺、肝、脑、肺、脾、肾、心脏、胰腺等
        • g照相机、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）、正电子发射计算机断层扫描（PET）、骨密度仪
      • 放射治疗
        • 针对肿瘤、某些眼疾和皮肤病的治疗效果十分明显。
        • 近距离治疗
          • 分为表浅治疗和腔内治疗。
          • 表浅治疗一般利用b放射源
        • 远距治疗：体外远距治疗即用强g或b射线照射肿瘤组织，达到治疗目的。
      • 体外放射免疫分析
        • 将同位素标记技术与抗原、抗体反应的特异性相结合的检测方法
    • 二、工业应用
      • 核仪表
        • 利用射线与物质相互作用的特点可制成各种用途的核仪表。
        • 核子秤
          • 根据g射线与物质相互作用原理制造的一种新型计量设备。
        • 料位计
          • 利用g射线通过介质后被吸收减弱的程度不同，对各种形态物料的位置进行非接触无损检测式核仪表。
        • 测厚仪
          • 用于测定纸张、胶片、塑料、金属薄膜等的厚度。
        • 核子湿度密度仪
          • 用于快速、准确地测量各种土、沥青混凝土等建筑材料的密度和含水量，还可测量铁路和公路路基的湿密度。
      • 放射性测井
        • 利用γ射线和中子与钻井周围的岩石和井内介质发生作用，研究钻井剖面的特性，寻找有用矿藏的及研究油井工程质量的一种矿场地球物理方法。
      • γ射线照相（探伤）机
        • 利用放射性同位素发现的射线具有穿透性这一特性，检验大型铸件或管道焊接的质量。
      • 其他应用
        • 利用放射性同位素放出的射线，使一种高分子化合物与另一种高分子化合物的单体，通过辐射接枝交联技术进行改性，得到一种新的高分子化合物。
    • 三、农业应用
      • 辐射育种
        • 辐射育种就是利用射线(c射线、g射线和中子等) 照射种子或植株，引起生物体内电离，改变农作物的遗传性，从而产生各种各样的变异，再经过人工的选择和培育得到新的优良品种。
      • 农药、化肥示踪
        • 把放射性同位素标记在农药或化肥上或施在土壤中，可测定作物在吸收过程中的剂量分布情况，了解农药或化肥在植物体外的吸收途径、作用部位和机制等，以便选择最佳的农药或化肥。
      • 农副产品的辐照保鲜
        • 用放射性同位素辐照蔬菜、粮食、水果等，可杀死寄生虫或病菌，有利于保鲜、贮存。
      • 刺激生物体生长
        • 采用适宜剂量的 226Ra-Be 中子源照射蚕卵能够刺激蚕的生长、促进蚕儿生长发育、增强蚕的体质、减少蚕病、提高蚕丝产量。
    • 四、食品加工应用
      • 灭菌保鲜
    • 五、航天应用
      • 能源
  • 第五节 射线装置应用
  • • 一、医疗诊断和治疗
      • X 射线机
        • X射线在医学上的用途较广，最常用的是用于诊断和治疗。
        • 利用人的肌体不同组织密度的不同，对X射线吸收能力也不同的特点，来检查身体内部器官、内脏的情况。
      • X 射线计算机断层扫描仪 (CT)
        • CT 是用X 射线对人体某部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟数字转换器转变为数字，输入计算机处理获得断面的解剖图像，并显示在电视屏上或用照相机将图像摄下。
      • 介入放射诊疗
        • 介入放射诊疗是在影像诊断学、血管造影、细针穿刺和细胞病理学等基础上发展起来的它将单纯的放射诊断技术与影像方法引导下的导管治疗技术于一体，为疾病诊断和治疗开拓了新的途径。它可以解决许多内外科解决不了的诊断难题，而且对病人创伤小，所以深受患者欢迎。目前在我国已普遍开展，应用最多的是心血管疾病和肝癌。
      • 医用加速器放射治疗
        • 加速器产生的c射线、g射线、中子、质子等照射肌体的组织细胞，可以使细胞的分裂和代谢遭到破坏，杀死细胞或抑制细胞的繁殖生长，从而达到治疗的目的，这就是加速器放射治疗的基本原理。
    • 二、工业计算机断层扫描仪(ICT )
      • 工业 CT 是在医用CT的基础上发展起来的，是一种用于对工业产品进行探伤、无损检测的先进设备。
      • 工业 CT 可分为Y射线源工业 CT、X 射线工业 CT 和加器射线工业 CT。
      • 加速器射线源工业 CT 主要用于大型工业产品和工件(如锅炉、压力容器、化工设备航空航天器材等)的质量检测，获得工件中缺陷的性质、形状、大小、位置、取向、分布等信息，以排除隐患，保证质量，提高安全系数。
      • 加速器工业CT 由加速器射线源、探测器系统、数据采集系统、信号传输及接口、计算机系统、机械运动系统和控制系统等组成。整个系统由计算机控制，自动完成所有的测量功能。
    • 三、工业辐照加速器
      • 工业辐照加速器一般采用电子直线加速器，还有少量采用电子静电加速器、电子帘辐照装置、高频单腔电子加速器等。
      • 加速器工业辐照是利用加速器产生的电子束对产品进行辐照，产品受大剂量辐照后，产生生物、化学或物理效应，达到改性、灭菌、保鲜、提高产品质量、制造新材料等目的。
      • 具有工艺简单、能耗低、公害小、易自动化、安全可靠等优点。主要应用于食品辐照保鲜:材料辐照改性;医疗用品辐射灭菌等。
    • 四、中子发生器的应用
      • 14MeV 中子活化分析
        • 把需要分析的样品放在中子源所提供的中子束中照射，样品中的各种同位素被中子活化产生放射性同位素，根据不同放射性同位素的半衰期和它发出的Y射线能量及强度的差别，鉴定出样品中欲测的元素及其含量。
      • 中子测井
        • 利用中子与钻井周围岩石和井内介质起作用、研究钻井剖面、寻找有用矿藏及研究油井工程质量的一种矿场地球物理方法。
      • 中子辐射育种
        • 利用中子发生器产生的快中子进行辐射育种的工作开展得比较多，用中子发生器进行快中子辐射育种，能引起作物的早熟、抗病、优质穗大、谷色好等好的变异，也能进行家蚕蔬菜、水果和水产品等的辐射育种。
      • 快中子治癌
        • 快中子治癌主要用于g射线难治的一些癌症，如喉头癌、骨肉癌、前列腺癌和恶性黑色素癌等。
• • 《核安全综合知识》备考笔记【06】
  • 绘图：花漾春天 软件：MindMaster 书籍：《核安全综合知识》，环境保护部核与辐射安全中心编写