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建筑材料放射性和室内氡浓度检测技术 中国计量科学研究院 李彦禄 放射性衰变的基本知识 1、 同位素和放射性衰变 一切物质都是由原子组成的。原子又是由质子和中子构成的原子核、以及围绕原子核运动的电子组成的。质子的数量决定了原子的种类，质子数相同、中子数不同的原子在元素周期表中处于同一位置，故称为同位素（isotopes），它们具有相同的化学性质。例如，凡质子数为92的原子都是铀（U）元素，周期表中的序号为92，铀元素有三种天然同位素：铀-234核素、铀-235核素和铀-238核素，这三种核素的原子核中分别含有142、143和146个中子。 自然界中存在的核素大多是稳定的，但是它们的一些同位素是不稳定的，会自发的蜕变成其他的核素或改变其能态，并伴随α、β、γ辐射，这个过程称为放射性衰变（radioactive decay）。放射性衰变的发生是随机的，我们用单位时间内平均发生衰变的次数来衡量样品的放射性衰变能力，称做放射性强度，或放射性活度（activity）。它的单位是贝可[勒尔]（符号为Bq）、或居里（Ci），1Bq=一次核衰变/秒，1Ci=3.7×1010次核衰变/秒。 随着衰变进行，样品中放射性核素逐渐减少，其放射性活度呈负指数规律下降A（t）=A0e –λt，λ为核素的衰变常数。放射性活度减弱一半所需的时间称为半衰期T1/2，可以推出T1/2=0.693/λ。 α粒子是2个质子和2个中子构成的氦原子核，β辐射就是电子流，γ射线的本质是与无线电波和可见光一样的电磁波，由于它的波长比可见光更短，更有强烈的粒子性表现，所以我们也常称之为γ光子。这些粒子所具有的能量用电子·伏特（electron volt ，eV）来度量，1eV就是电子经过1伏特的电场加速所获得的能量。更大的单位是千电子·伏特（kilo electron volt ，keV）和兆电子·伏特（MeV），1keV=1000Ev，1MeV=1000keV。 射线与物质的相互作用 α、β是带电粒子，它们在人体组织中会与各种分子、原子发生碰撞，减慢速度，失去能量，最后被吸收掉。而被碰撞的分子、原子则被电离和激发，获得的能量最终转变为热（分子、原子的振动）。由于α和β粒子很快就失去了能量，所以它们很难穿过人体组织。α粒子在空气中的最大射程只有几厘米，β粒子在空气中的最大射程只有十几厘米，人只要离放射性样品远一点或在放射性样品周围加一点屏蔽（铅铝等），α、β粒子就不可能接触人体不能对人体组织产生伤害。 γ光子的本质为电磁波，它与物质作用的机理主要有以下三种： (1)光电效应 γ光子与原子壳层电子相互作用，把能量全部转移给电子，使之成为自由电子的过程。γ光子在γ谱仪的探测器中发生光电效应，就形成γ谱中的全能峰（光电峰）。全能峰的峰位（计数最大道的道址或道数）对应γ光子的能量。 (2)康普顿散射 γ光子与原子最外壳层电子发生弹性碰撞，将部分能量交给电子，使之脱离原子核的束缚，从原子中逸出，而光子运动方向改变，能量减少。γ光子在γ谱仪的探测器中发生康普顿散射，就形成γ谱中的康谱顿坪。 (3)电子对生成 能量大于1.02MeV的光子经过原子核场，转化成为一个正电子和一个负电子，γ光子消失。 GB6566和GB50325中要测量的放射性核素 226Ra天然放射性衰变系列铀系（初始核素铀-238）中的核素，半衰期1600年，γ谱仪测镭-226测得的γ射线是镭-226的子体产生的γ射线（光子），用于计算226Ra活度的γ射线（光子）主要有：214Pb产生的能量295.21keV的光子、能量351.92 keV的光子，214Bi产生的能量609.32keV的光子、能量1120.28keV的光子和能量1764.52keV的光子。 232Th天然放射性衰变系列钍系的初始核素，半衰期1.40×1010年，γ谱仪测钍-232测得的γ射线是钍-232的子体产生的γ射线，用于计算232Th活度的γ射线主要有：212Pb产生的能量238.63keV的光子，228Ac产生的能量338.4keV的光子、能量911.07keV的光子、能量968.9keV的光子，208Tl产生的能量583.19keV的光子和能量2614.7keV的光子。 40K钾的放射性同位素，半衰期1.40×1010年，γ谱仪测钾-40测得的γ射线是钾-40衰变产生的γ射线，钾-40衰变只产生一种能量的γ光子，即能量为1460.75 keV的光子。 222Rn然放射性衰变系列铀系（初始核素铀-238）中的核素，半衰期3.82天，镭-226经过一次α衰变产生氡-222。氡共有27种同位素，从220Rn到226Rn。最重要的是三个天然放射性衰变系（铀系、钍系和锕系）中镭的子体222Rn（Radon）、220Rn（Thoron）和219Rn