第二章 輻射劑量學(xué).doc

第二章 輻射計量學(xué)主 講 : 張 玲 玲土木與環(huán)境工程學(xué)院 課 堂 回 顧v 一、輻射劑量學(xué)的基本量和單位放射性活度；照射量；照射量率；比釋動能； 吸收劑量；吸收劑量率 ；劑量當(dāng)量 ；有效劑量當(dāng)量 ；待積劑量當(dāng)量；集體劑量當(dāng)量；集體有效劑量；劑量當(dāng)量負擔(dān)和集體劑量當(dāng)量負擔(dān)v 二、與輻射防護有關(guān)的量與概念關(guān)鍵人群組 ；關(guān)鍵照射途徑； 關(guān)鍵核素； 危險度； 危害v 三、劑量與效應(yīng)的關(guān)系隨機性效應(yīng)；非隨機性效應(yīng)（確定性效應(yīng)）；v 四、劑量限制體系輻射防護原則；基本限值；導(dǎo)出限值；管理限值導(dǎo)出限值定義：根據(jù)基本限值，通過一定的模式導(dǎo)出一個供輻射監(jiān)測結(jié)果比較用的限值，這種限值稱為導(dǎo)出限值。引出導(dǎo)出限值的原因：輻射防護監(jiān)測中，測量結(jié)果很少能直接用劑量當(dāng)量來表示。管理限值v 為了管理目的，主管部門或企業(yè)負責(zé)人可以根據(jù)最優(yōu)化原則，對輻射防護有關(guān)的任何量制定管理限值。v 必須嚴于基本限值或?qū)С鱿拗?。第二?jié) 電磁輻射的量度單位電磁輻射定義回顧電磁輻射是由同相振蕩且相互垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動，其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面，有效的傳遞能量和動量。v 電場強度 Ev 磁場強度H一、電場強度 Ev 定義：是用來表示電場中各點電場的強弱和方向的物理量。v 勻強電場中，場強公式是： E=U/d 式中，U是電場中某點的電勢 d是沿電場線方向上的距離。v 一般單位：V/m（伏/米）、mV/m（毫伏/米）、V/m（微伏/米）。v 表示電場干擾大小時： dB（分貝）v 微波領(lǐng)域，電磁場的強弱常用功率密度表示：W/cm2（瓦/厘米2）、m W/cm2 （毫瓦/厘米2） 、 W/cm2 （微瓦/厘米2）二、磁場強度Hv 定義：在任何磁介質(zhì)中，磁場中某點的磁感應(yīng)強度與同一點上的磁導(dǎo)率u的比值，稱為該點的磁場強度。v 定義式： H = B/u 式中，B-磁感應(yīng)強度 u-磁導(dǎo)率 v 單位：A/m（安/米）、 mA/m（安毫/米）、 A/m（微安/米）三、射頻電磁場v 射頻電磁場的頻段不同，其測量采用的單位也不同v 高頻與甚高頻的電場強度單位： V/m（伏/米）、mV/m（毫伏/米）、V/m（微伏/米）、 dB（分貝）v 特高頻單位： W/cm2（瓦/厘米2）、m W/cm2 （毫瓦/厘米2） 、 W/cm2 （微瓦/厘米2）四、其他常用的表示電磁輻射強度大小的單位1、功率輻射功率越大，輻射出來的電、磁場強度越高，反之則小。 功率的單位是瓦（W）。2、功率密度v 定義：指單位時間、單位面積內(nèi)所接收或發(fā)射的高頻電磁能量。v 單位：瓦/米2（W/m2）。v 單位理解：“40瓦/米2”可以簡單理解為1平方米面積上接受到40瓦的電磁能量。v 在高頻電磁輻射環(huán)境評估時功率密度常用MW/cm2表示。3、磁感應(yīng)強度v 定義：表示單位體積、面積里的磁通量，用于描述磁場的能量的強度。v 定義式：v 單位：特斯拉或高斯（T或Gs）小結(jié)總結(jié)v 電場強度v 磁場強度v 射頻電磁場v 其他常用的表示電磁輻射強度大小的單位第三節(jié) 有關(guān)輻射的環(huán)境標準v 環(huán)境放射性防護標準v 電磁輻射防護標準一、環(huán)境放射性防護標準v 目的：有效進行和安全和輻射環(huán)境監(jiān)督管理v 參照標準：IAEA制定的核安全與輻射防護法規(guī)、標準v 現(xiàn)狀：現(xiàn)已發(fā)布實施的輻射環(huán)境管理的專項法規(guī)、標準等50多項v 一些歷史性標準v 1960.2 放射性工作衛(wèi)生防護暫行規(guī)定 電離輻射的最大容許標準 放射性同位素工作的衛(wèi)生防護細則 放射工作人員的健康檢查須知v 1964.1 放射性同位素工作衛(wèi)生防護管理辦法 放射性同位素實驗室基建工程的預(yù)防監(jiān)督 防護性同位素工作的申請及許可和登記 放射工作單位的衛(wèi)生防護組織和計量監(jiān)督 放射性事故的處理等v 1974.5 放射防護規(guī)定（GBJ8-74） 集管理法規(guī)和標準為一體 規(guī)定了有關(guān)人體器官分類和劑量當(dāng)量限值 對眼晶體采取了較為嚴格的限制v 1984.9 核電站基本建設(shè)環(huán)境保護管理辦法 將電離輻射的防護工作從建設(shè)開始做起v 1988.3 輻射防護規(guī)定（GB8703-88） 目的：為了保護放射性工作者和公眾免受過量的輻射危害 國家環(huán)境保護局 列出了各種受照射情況下的安全劑量限值。v 1989.10 放射性同位素與射線裝置放射防護條例v 2003.10 中華人民共和國放射性污染防治法v 目的：防止放射性污染， 加強輻射環(huán)境監(jiān)督管理的重要法律。v 2005.08放射性同位素與射線裝置安全和防護條例v 目的： 加強對放射性同位素、射線裝置安全和防護的監(jiān)督管理； 促進放射性同位素、射線裝置的安全應(yīng)用； 保障人體健康，保護環(huán)境。v 2006.03 放射性同位素與射線裝置安全許可管理辦法v 內(nèi)容：許可證的申請與頒發(fā)； 進出口、轉(zhuǎn)讓、轉(zhuǎn)移的審批與備案； 監(jiān)督管理二、電磁輻射防護標準1、電磁輻射防護規(guī)定 （GB8702 - 88）v 發(fā)布單位: 國家環(huán)?？偩趾蛧壹夹g(shù)監(jiān)督局v 內(nèi)容：（1）增加了SAR（比吸收率）劑量的內(nèi)容 （2）規(guī)定在24h以內(nèi)任意連續(xù)6min的平均SAR應(yīng)小于0.02W/kg （3）規(guī)定職業(yè)照射和公眾照射導(dǎo)出限值v 對于一個輻射體發(fā)射幾種頻率或存在多個輻射體時，其電磁輻射場的場量參數(shù)在任意連續(xù)6min內(nèi)的平均值之和，應(yīng)滿足下式：式中，A i, j - 第i個輻射體受j頻道輻射的輻射水平 B i, j - 對應(yīng)于j頻段的電磁輻射所規(guī)定的照射限值2、環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準（GB9174-3-88）v 適用范圍：一切人群經(jīng)常居住和活動場所的環(huán)境電磁輻射，不包括職業(yè)輻射和射頻、微波治療需要的輻射。v 標準中含二級容許限值（中間區(qū)） 參考了職業(yè)衛(wèi)生標準； 擴大了人群流行病學(xué)調(diào)查范圍； 對青少年、兒童進行了神經(jīng)行為功能和某些臨床化驗指標的觀察； 做了動物實驗。I 級標準安全區(qū)：老弱病殘孕嬰兒公眾在此區(qū)環(huán)境中長期居住生活，不受電磁輻射影響的區(qū)域。 II 級中間區(qū)：長期居住生活在此區(qū)，有可能對易感人群引起某些不良反應(yīng)或影響，故必須加以限制。3、作業(yè)場所微波輻射衛(wèi)生標準 （GB10436-89）v 規(guī)定了作業(yè)場所微波輻射衛(wèi)生標準及測試方法v 適用范圍：接觸微波輻射的各類作業(yè)（除居民所受環(huán)境輻射及接受微波診斷或治療的輻射外）作業(yè)場所微波輻射衛(wèi)生標準（GB10436-89）v 連續(xù)波定義：是指電針儀輸出的某單一固定的脈沖頻率序列,其波形沒有經(jīng)過調(diào)制.連續(xù)波的頻率一般為11000Hz以內(nèi)。v 脈沖波定義：是指一種間斷的持續(xù)時間極短的突然發(fā)生的電信號。波形上下最大振幅持續(xù)時間只要不相同，就是脈沖波。4、作業(yè)場所超短波輻射衛(wèi)生標準 （GB10437-89）v 規(guī)定了作業(yè)場所超高頻輻射（30300MHz）的容許限值及測試方法5、作業(yè)場所工頻電場衛(wèi)生標準（GB16203-1996）v 規(guī)定了作業(yè)場所工頻電場8小時最高容許量為5kV/m。v 因工作需要必須進入超過最高容許量的地點或延長接觸時間時，應(yīng)采取有效防護措施。v 帶電作業(yè)人員應(yīng)該在“全封閉式”的屏蔽裝置中操作，或應(yīng)穿包括面部的屏蔽服。6、工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準（GBZ1-2002）（1）防非電離輻射（射頻輻射）（2）工頻超高壓電場的防護（1）防非電離輻射（射頻輻射）工業(yè)企業(yè)設(shè)計生產(chǎn)工藝過程有可能產(chǎn)生微波或高頻電磁場的設(shè)備應(yīng)采取有效地防止電磁輻射能的泄露措施；微波電磁輻射（300MHz300GHz）工作地點強度不允許超過規(guī)定限值。短時間接觸時衛(wèi)生限值不得大于5mW/cm2,同時需要使用個體防護用具。高頻電磁輻射（30MHz300MHz）工作地點輻射強度衛(wèi)生限值不應(yīng)超過規(guī)定。產(chǎn)生非電離輻射的設(shè)備應(yīng)有良好的屏蔽措施。工作地點微波輻射強度衛(wèi)生限值 Pd 容許輻射的平均功率密度，(Wcm-2) t 接觸輻射時間，h。高頻輻射強度衛(wèi)生限值（2）工頻超高壓電場的防護產(chǎn)生工頻超高壓電場的設(shè)備應(yīng)有必要的防護措施。產(chǎn)生工頻超高壓電場的設(shè)備安裝地址（位置）的選擇應(yīng)與居住區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院、幼兒園等生活、工作區(qū)保持一定的距離。達到上述地區(qū)的電場強度不應(yīng)超過1kV/m。從事工頻高壓電作業(yè)場所的電場強度不應(yīng)超過5kV/m。超高壓輸電設(shè)備，在人通常不去的地方，應(yīng)當(dāng)用屏蔽網(wǎng)、罩等設(shè)備遮擋起來。7、國家軍用標準v 超短波輻射作業(yè)區(qū)安全限值（GJB1002-90）v 水面艦艇磁場對人體作用安全限值 （GJB2779-96）超短波（30300MHz）輻射作業(yè)區(qū)安全限值水面艦艇磁場對人體作用安全限值注：1、當(dāng)在脈沖條件下工作電場強度大于10V/m，在連續(xù)波條件下工作電場強度大于14V/m時，都必須采取有效防護措施。 2、如實測數(shù)據(jù)以平均功率密度表示時，須將數(shù)據(jù)按下式換算成等效值： ，式中E為電場強度，單位為V/m；Pd為功率密度，單位為W/m2。v 水面艦艇磁場對人體作用安全值（GJB2779-96）注：1、生活艙、包括居住艙、會議室、餐廳等生活與休息艙室。 2、一般工作艙，指除強磁場設(shè)備艙以外的各種作業(yè)艙室。小結(jié)總結(jié)v 環(huán)境放射性防護標準v 電磁輻射防護標準v 第四節(jié) 環(huán)境放射性對人群所致的輻射劑量一、 天然輻射源的正常照射v 天然輻射是全世界居民都受到的一種照射，集體劑量貢獻最大。v 在地球上的任何一點，來自宇宙射線的劑量率是相對穩(wěn)定的。但它隨緯度和海拔高度而變化。在海平面中緯度通常每年受到28mrem（1rem=10mSv）的照射。在海拔數(shù)公里之內(nèi)，高度每增加1.5km，劑量率增加約1倍。實例:不同溫度的宇宙體所產(chǎn)生的輻射 from various objects with different temperature 表 正常本底地區(qū)天然輻射源 致人體的年有效劑量一般場所： 天然本底為 2.4mSv/a, 表 天然輻射源照射世界平均輻射劑量值a.括號內(nèi)是UNSCEAR1993年給出的估計值。b.從海平面到高海拔的地區(qū)的整個范圍。c.與土壤和建材中放射性核素的組成有關(guān)。d.與氡氣在室內(nèi)的積累有關(guān)。e.與食品和飲水中放射性核素的組成有關(guān)。在任何一個大的郡體中，約65的人預(yù)期年有效劑量在1-3mSv之間，約25的人預(yù)期年有效劑量小于1mSv，而其余10的人年有效劑量大于3mSv。個人劑量變化范圍很大。天然輻射照射多為內(nèi)照射，內(nèi)照射約為外照射的一倍。(222Rn, 60%)表 天然輻射高本底地區(qū)天然輻射高本底地區(qū)（續(xù)）部分國家的天然本底水平生活在高海拔地區(qū)或上述高本底地區(qū)的居民會受到較高的外照射劑量。二、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來的天然輻射源照射的增加1、建筑材料v 有些建筑材料含有較高的天然放射性核素或伴生放射性核素，使用這些建筑材料可導(dǎo)致室內(nèi)輻射劑量水平的升高，如浮石、花崗石、明礬頁巖制成的輕水泥等。2、室內(nèi)通風(fēng)不良v 通風(fēng)狀況，可明顯影響氡的水平。v 在寒冷地區(qū)，室內(nèi)換氣頻率為每小時0.1 0.2倍次?？梢疠椛鋵Ψ蚊磕甑膭┝窟_到幾個拉德。v 水中的氡不僅飲用后造成內(nèi)照射，而且水中氡氣還可以釋放出來。當(dāng)自來水中氡的濃度高時，室內(nèi)空氣中氡的濃度也增高，這樣通過吸入所致肺的劑量將高于正常飲用水?dāng)z入胃內(nèi)所造成的輻射劑量。室內(nèi)氡來源示意圖表 我國居室中氡濃度我國居室中氡濃度稍低于世界平均值（原因是我國地處于溫帶和亞熱帶，大部分房屋通風(fēng)較好）有些居室中氡濃度是較高的 （如表中所列的地下室、窯洞和用煤渣磚及其它工業(yè)廢渣建材建造的建筑物等）使用空調(diào)對室內(nèi)氡濃度的影響資 料全國政協(xié)科教文衛(wèi)體委員會、中國癌癥基金會編撰的癌癥的科學(xué)與實踐： 最高發(fā)的癌癥依次為肺癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌。 我國癌癥死亡率已居死亡首位。 死亡率最高的癌癥依次為肺癌、肝癌、胃癌、食管癌及結(jié)直腸癌。北京每年新增2萬名癌癥患者（全國220萬）肺癌居第一，其次是結(jié)直腸癌和肝癌。 2004-2010中國癌癥預(yù)防與控制規(guī)劃綱要中，肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌、宮頸癌、乳腺癌和鼻咽癌被列為重點防治的癌癥。這8種癌癥死亡約占中國癌癥總死亡人數(shù)的80以上。自上世紀70年代以來，癌癥死亡在我國一直呈持續(xù)增長趨勢。目前癌癥死亡已位居我國各類死因的第一位。如不加以控制，20年內(nèi)癌癥死亡人數(shù)將上升1倍。 2005年有60萬人死于肺癌，肺癌已成為我國致死率首位的惡性腫瘤。目前，北京的所有惡性腫瘤發(fā)病統(tǒng)計中，肺癌發(fā)病率和死亡率均居首位，同時，據(jù)全國腫瘤防治愚治研究辦公室提供的數(shù)字，目前肺癌發(fā)病已普遍提前5至10歲。3、飛行乘客v 每年世界上大約有109旅客在空中旅行1小時。在平均日照條件下，由于空中旅行所致的年集體劑量為3kGy。v 高空飛行的超音速飛機駕駛員應(yīng)注意在大的太陽閃光發(fā)生時，減少宇宙射線的危害。表 不同航線機艙內(nèi)宇宙輻射有效劑量(軟件計算結(jié)果)短航線模擬時假設(shè)條件：1、巡航高度：11.0km2、爬升到巡航高度的時間：20mins3、降落所需時間：20mins4、整個航行時間：取自公布的時刻表（b）某些長航線 長航線模擬時假設(shè)條件： 1、 50%飛行時間的巡航高度：11.0km 50%飛行時間的巡航高度：12.5 km2、爬升到巡航高度的時間：30mins3、降落所需時間：30mins4、整個航行時間：取自公布的時刻表（包括停在地面上的時間）注：表中國外航線是太陽活動最小情況下的計算結(jié)果，而起點在中國的航線是1999年的平均值,計算結(jié)果的誤差約為20%。 4、磷酸鹽肥料的使用v 磷礦通常與鈾共生，因此隨著磷礦開采，磷肥的生產(chǎn)和使用，一部分鈾系的放射性核素就從礦層中轉(zhuǎn)入到環(huán)境中來，通過生物鏈進入人體。v 對每噸市售磷礦石的集體劑量負擔(dān)大約是310-6人Gy。全世界每年用108t磷酸鹽肥料，每年由于使用磷肥造成的集體劑量負擔(dān)是3102人Gy。5、燃煤動力工業(yè)v 煤炭中含有一定量的鈾、釷和鐳。通過燃燒可使放射性核素濃集而散布于環(huán)境中。v 不同來源的煤、煤渣、飄塵（灰）的放射性核素的濃度是不同的。v 據(jù)統(tǒng)計，每百萬千瓦的年生產(chǎn)能力的電廠，由沉降下來的煤灰造成的集體劑量負擔(dān)貢獻很小，約為0.002 0.02人rad/(MWa)。v 但用煤灰、煤渣和煤礦石作建筑材料，不同程度的增加了房屋內(nèi)的輻射劑量率。6、天然氣v 提取過程中：在提取石油及天然氣時，需要產(chǎn)生大量水，而水中可能含有天然放射性核素，其中主要是226Ra及其衰變產(chǎn)物。v 使用過程中：天然氣主要是用來燒飯和室內(nèi)取暖，是建筑物中氡的來源之一。三、消費品的輻射v 應(yīng)用最廣泛的具有輻射的消費品有夜光鐘表、羅盤、發(fā)光標志、煙霧探測器和電視等。v 消費品中應(yīng)用最廣泛的放射性核素有氚、氪85、钷147和鐳226等。v 根據(jù)聯(lián)合國輻射委員會統(tǒng)計消費品造成的輻射劑量負擔(dān)為每年性腺劑量小于1mrad。實例1： 發(fā)光材料v 用鐳作涂料的夜光手表對性腺的輻射平均為每年幾個毫拉德（mrad）。v 改用氚作為發(fā)光充涂料，使外照射有所減少，但還可引起全年0.5mrad（1rad=10mGy）的全身內(nèi)照射劑量。v 手表工業(yè)中應(yīng)用的發(fā)光涂料可引起全世界人群的集體劑量負擔(dān)為每年106人rad。同時，它還將引起某些職業(yè)性照射。實例2：文化類消費品v 博物館：布魯塞爾的一個博物館，貯藏著含鐳和鈾的礦物，盡管加大了通風(fēng)，氡的濃度在1015kBqm3之間。v 除氡外，鄰近的貯藏間中觀察到高水平輻射。博物館看管人員房間的輻射水平達到56Sv/h。經(jīng)屏蔽礦物后，輻射水平下降到12Sv/h。四、核工業(yè)造成的輻射v 在核工業(yè)中，生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中都會向環(huán)境釋放少量的放射性物質(zhì)。v 它們的半衰期都較短，很快就會衰變消失。只有少數(shù)半衰期較長的核素，才能擴散到較遠的地區(qū)，甚至全球。v 全世界居民中50%的集體劑量負擔(dān)是由于核動力生產(chǎn)中長壽命放射性核素碳14、氪85和氚的全球擴散所造成的（聯(lián)合國原子輻射影響科學(xué)委員會）。五、核爆炸沉降物對人群造成的輻射v 據(jù)估計1976年以前所有核爆炸造成全球總的劑量負擔(dān)，約從100mrad（性腺）到200mrad（骨襯細胞）。v 外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；v 內(nèi)照射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等。表 各國大氣層核爆炸次數(shù)和核爆炸當(dāng)量表 大氣層核試驗產(chǎn)生的放射性核素的平均年有效劑量 Sv六、醫(yī)療照射v 發(fā)達國家有充分放射診斷治療條件，可對人造成有遺傳作用的劑量。v 來自醫(yī)療輻射的全球集體劑量負擔(dān) 放射設(shè)備發(fā)達的國家為5107人rad 設(shè)施有限的國家約為2106人