核辐射传感器的工作原理以及放射性的真相

核辐射也叫电离辐射或者放射性。放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射，它是无色无味即看不见也摸不着，我们无法感知它的存在。必须通过专门的仪器设备来进行测量感知。核辐射传感器是指利用放射性同位素来进行测量的传感器，又称放射性同位素传感器。核辐射传感器包括放射源、探测器和信号转换电路。放射源一般为圆盘状（β放射源）或丝状、圆柱状、圆片状（γ放射源）。

核辐射传感器的工作原理

核辐射传感器是基于被测物质对射线的吸收、反散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。放射性同位素在衰变过程中放出带有一定能量的粒子（或称射线），包括α粒子、β粒子、γ射线和中子射线。用α粒子使气体电离比用其他辐射强得多，所以α粒子常用于气体成分分析，测量气体的压力、流量或其他参数。β粒子在气体中的射程可达20米。根据材料对β辐射的吸收，可测量材料的厚度和密度；根据对β辐射的反射可判断覆盖层厚度；利用β粒子的电离能力可测量气体流量。γ射线是一种电磁辐射，它在物质中的穿透能力比较强，在气体中的射程为数百米，能穿过几十厘米厚的固体物质，因此广泛应用于金属探伤、测厚，以及流速、料位和密度的测量。中子射线常用于测量湿度、含氢介质的料位或成分。

放射性的真相

什么是放射性? 它对人体健康的影响有哪些?

放射性衰变

放射性是指原子核自发释放出的辐射。原子由一个中心原子核组成，它包含带正电的质子和不带电荷的中子，周围是带负电的电子。在稳定的原子中，原子核内的力使它保持完整，并阻止任何粒子或能量的自发释放。

但是在某些原子中，由于质子和中子数量的不平衡或其他因素，原子核可能不稳定。这种不稳定性导致了一种被称为放射性衰变的过程。在此过程中，不稳定的原子核经历了一种自发转变以达到更稳定的状态。在该过程中，原子核发出各种不同类型的辐射。

放射性衰变释放的辐射主要有三种类型：

1. Alpha 粒子 (α)：由两个质子和两个中子组成，本质上与氦原子的原子核相同。Alpha粒子带正电荷，相对较大和较重。

2. Beta 粒子 (β)：Beta 粒子可以是电子( β-)或正电子( β+)。β -粒子本质上是高速电子，而β +粒子是带正电的电子，也被称为正电子。

3. Gamma 射线( γ)：Gamma射线是一种类似于X射线的电磁辐射，但能量更高。它们既没有质量也没有电荷，但穿透力很强。

放射性衰变是一种随机过程，特定放射性物质的衰变速率以其半衰期为特征，半衰期是指一半放射性原子核衰变所需的时间。半衰期的概念使我们能够估计衰变速率和在任何时间存在的放射物质的量。

放射性是一种自然现象，也会在多个过程中人为产生，例如核能发电、医学成像和工业应用。它既有益处，也有害处，具体取决于其应用和暴露水平。妥善处理、控制和监测放射性物质对于尽量减少它对人类健康和环境的潜在风险至关重要。

屏蔽的有效性

每种类型的辐射对物质具有不同的穿透能力和不同的电离能。它们会以不同的方式对生命造成损害。

虽然α alpha 粒子在放射性辐射中质量最大、能量最高，但由于它与物质的强烈相互作用，其辐射范围最短。Gamma电磁射线具有极强的穿透力，甚至可以穿透相当厚的混凝土。Beta放射性电子与物质相互作用强，距离短。

自然和人为辐射

我们经常暴露在环境中自然产生的辐射和人为辐射中。辐射量会因地理位置、海拔、个人和职业等因素而有所不同。

辐射暴露的主要来源有：

自然环境辐射

这种辐射存在于地球环境和大气中，来自宇宙射线、氡气等自然来源，以及岩石、土壤和水等陆地来源。

医疗

使用放射性同位素的诊断程序现已成为常态。诊断中最常用的放射性同位素是锝-99 (Tc-99)。核医学利用辐射来提供关于人体特定器官功能的诊断信息。

放射治疗可用于治疗某些疾病，特别是癌症，利用辐射削弱或破坏特定目标细胞。医疗设备的消毒也是放射性同位素的一个重要用途。

医疗对放射性同位素的需求正以每年5%的速度增长。

消费品辐射

这种辐射包含来自烟雾探测器等产品的辐射，一些建筑材料，以及含有放射性物质的某些类型的珠宝。

核工业

这种辐射包含核电站、核研究设施和其他与核有关的工业的辐射暴露。

一般而言，我们接触到的大多数辐射都是自然背景辐射。医疗也是一个重要的辐射暴露来源，特别是对于那些经常接受电离辐射医疗程序的人。但是，任何来自这些来源的辐射量通常远低于损害人类健康的水平。

辐射对人体健康的影响

辐射暴露对人体健康的有害量取决于辐射类型、辐射能量、持续时间和个体对辐射的敏感度。

一般而言，持续暴露于低水平的辐射可能会增加癌症风险或者其他长期影响。暴露在高水平电离辐射下例如放射性治疗或核事故，会造成急性影响例如放射病。

辐射剂量:

辐射剂量是指生物体在一段时间内吸收的辐射量。

一个人接收的辐射剂量对伤害的程度起决定作用。在放射医学中，总吸收剂量的单位是戈瑞Gray。1 戈瑞（Gy）等于一1西弗（Sv）。若人体暴露在1戈瑞以下，则可能会出现造血系统混乱。如果暴露在3戈瑞中，他或她的皮肤和粘膜会有烧伤样的损伤。如果剂量超过5戈瑞，胃肠道也会受到损害。更高剂量会对大脑和脊髓造成损伤。如果人体接收了超过20戈瑞，生存的机会微乎其微。

小剂量的能量不会立即导致细胞损伤。但是较大剂量会导致DNA受损。若没有完全或正确修复这种损伤，那么受影响的细胞可能在数年后恶化成肿瘤细胞。然而，在恶性肿瘤的发展中，很多因素例如饮食、生活方式，甚至是由基因决定的人体自身修复系统的效率，都起了一定作用。

根据所接收的辐射剂量可以对辐射暴露的危险程度进行分类。辐射剂量的测量单位是西弗(Sv)，或者更小的单位，毫西弗(mSv)。低于100毫西弗的暴露被认为是低风险，100-500毫西弗是中等风险，暴露在500毫西弗以上为高风险。

辐射类型:

不同类型的辐射的危险程度不同。例如，纸张可以阻挡α粒子，在人体外它不算很危险，但一旦摄入或吸入，则会造成严重损害β粒子的穿透性更强，可能导致皮肤灼伤，而γ射线的穿透性很强，即使从远处也会造成体内损伤。

建议最大剂量

辐射暴露的危险剂量水平取决于多个因素，包括辐射类型、暴露时间和暴露受体的敏感性。以下是针对不同类型辐射暴露的建议最大剂量一般指南：

自然环境辐射

平均而言，人们每年受到约2-3毫西弗(mSv)源自自然的辐射，例如宇宙射线和地壳中的放射性物质。这种暴露水平被认为是安全水平。

职业暴露

在处理放射性物质或从事涉及辐射暴露工作的行业中的工人可能会受到监管机构对其暴露的限制。在美国，职业安全与健康管理局(OSHA)为辐射工作人员设定了每年50毫西弗（mSv）的允许暴露限值。

长期暴露

长期暴露在较低水平的辐射下会增加患癌和其他健康问题的风险。剂量越大，暴露时间越长，风险就越高。一般估计，每100毫西弗（mSv）的辐射量会增加约5%因辐射而患癌的风险。

急性放射性疾病

短时间内暴露在高剂量的辐射下会导致急性放射病，可能危及生命。一般认为，急性放射病的阈值约为1000毫西弗（mSv）。

保护自己免于辐射的三条经验法则

第一 >> 增加距离

2 m 距离，相对于1 m >> 剂量率降低为原来的1/4

4 m 距离，相对于 1 m >> 剂量率降低为原来的1/16 (剂量率与距离的平方呈反比!).

第二 >> 减少暴露时间

暴露时间减半 >> 暴露剂量减半

第三 >> 提供合适的防护

举例：20 cm 厚的混凝土 >> γ剂量率降低85%

辐射源

为了进行核物理实验，需要辐射源。以下给出一些例子：

矿物：由于某些元素的同位素如铀、钍和钾的存在，一些自然产生的矿物具有放射性。

放射性矿物质的例子包括：

铀矿 (也被称为沥青铀矿）：一种铀矿矿物，通常在花岗质岩石和伟晶岩中发现；

钒钾铀矿：一种钒酸钾铀矿物，通常存在于沉积岩中；

独居石： 一种可以含有少量钍和铀的稀土磷矿；

铜铀云母：一种铜铀磷酸盐矿物，通常存在于花岗质岩石和伟晶岩中

钙铀云母： 一种钙铀磷酸盐矿物，通常在沉积岩中发现。

值得注意的是，虽然在自然界中可以找到放射性矿物质，但若处理不当，尤其是吸入或摄入，它们也会

对健康构成威胁。因此，在处理放射性矿物时，采取适当的安全措施非常重要。

放射性同位素的举例： Co-60 (Gamma), Sr-90 Beta), Cs-137 (Beta, Gamma), 可在例如：3bscientific.com, imagesco.com, avantorsciences.com, unitednuclear.com 等科学商店购买。

镭: 在过去，镭被用作夜光表表盘、仪器仪表和出口标志的辐射发光材料

钍: 很有可能一些旧的煤气灯罩或焊条仍含有氚，但在处理任何潜在危险材料时，小心使用并遵循适当的安全程序很重要。然而，近年来，更安全的非放射性材料被开发出来，并在大多数应用中取代了钍。

古董店也经常有含有放射性辐射源的物体和设备。

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