電離輻射的生物效應課件

A、電離輻射B、電離輻射的生物學效應C、電離輻射的防護E、醫(yī)療照射F、氡第3章電離輻射與人體健康A.電離輻射1.電離輻射的種類2.電離輻射與物質(zhì)的相互作用3.電離輻射常用的計量單位4.電離輻射的探測（電離）輻射（ionizing）radiation在輻射防護領域，指能在生物物質(zhì)中產(chǎn)生離子對的輻射。質(zhì)子質(zhì)量為1，帶一個正電荷。反沖核，是中子與物質(zhì)的原子核碰撞時把能量傳給被碰撞的原子核，帶有能量的原子核脫出原子而成為反沖核。（2），X射線射線又稱光子，是放射性核素核衰變時由核釋放出的，它不帶電，穿透力強，運動速度同光子。X射線是高速帶電粒子通過原子核附近時，受到原子核庫侖電場的作用而急劇減速，一部分能量以光子的形式輻射出來，稱X射線。其物理性質(zhì)同射線。（3）中子中子是在核裂變和核聚變時，帶有能量而釋放出的。中子可分為快中子和慢中子，質(zhì)量為1，不帶電。另有中子發(fā)生器也可釋放出中子。（1）帶電粒子與物質(zhì)的相互作用1）電離與激發(fā)（ionizationandexcitation)帶電粒子通過物質(zhì)時，與物質(zhì)原子的殼層電子發(fā)生靜電作用，電子獲得足夠能量后使其脫離軌道形成一個帶負電荷的自由電子，失去一個電子的原子則變成帶正電荷的離子，自由電子與離子構成離子對。這種使物質(zhì)中性原子變成離子對的過程稱為電離。自由電子又可引起其他原子電離，稱為次級電離。

帶電粒子通過物質(zhì)時，殼層電子獲得的能量不足以使殼層電子脫離軌道，則從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，即原子由基態(tài)轉入高能態(tài)，這種過程稱為激發(fā)。

2）散射（scattering)帶電粒子通過物質(zhì)時，因受物質(zhì)原子核庫侖電場作用而改變其本身的運動方向，稱為散射。

４）湮沒輻射（annihilationradiation)當+粒子與物質(zhì)作用，能量耗盡時和物質(zhì)中的自由電子（e-）結合，正負電荷抵消，兩個電子的靜止質(zhì)量轉化為兩個方向相反，能量各為0.511Mev的光子而自身消失的過程成為湮沒輻射或光化輻射。γ射線是波長很短能量高的電磁輻射（﹤

10-11米，keV，MeV），來自原子核γ衰變,

不帶電，靜止質(zhì)量0。1γ射線是什麼？

能夠同物質(zhì)原子發(fā)生作用，但不能直接使原子電離；有動量和能量交換,能夠產(chǎn)生載能次級帶電粒子，可以對物質(zhì)發(fā)生電離作用。能量E=hν）動量p=hν/c光電效應

自由電子

作用機制光子同(整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為自由電子，光子本身消失了。

γ+AA*+e-

（光電子）

原子

A+X射線原子受激原子

電子對效應能量≥1.02MeV

的γ射線與原子核作用可能產(chǎn)生一對正-負電子。M＋γ→M+e++e-→

γ1+γ2

1.02MeVmeme0.511MeV0.511MeV基本條件：γ射線能量Eγ1.02MeV為什麼？能量轉化成質(zhì)量M=E/C2

2）中子核反應例如(n,p)反應n+14N→14C+p第一步核反應產(chǎn)生質(zhì)子第二步質(zhì)子對物質(zhì)產(chǎn)生電離作用np電離14N14C

人體有大量H和N原子中子對人體電離效應嚴重，可導致嚴重傷害12放射性活度(A)

吸收劑量(D)

劑量當量(H)

有效劑量（E）吸收劑量(D)1戈瑞=1焦耳/千克1Gy=1J/kg放射源活度(A)

1貝克=1次核衰變/秒

劑量當量(H)有效劑量（E）1希沃特=1焦耳/千克三者意義和區(qū)別任何物質(zhì)有機體3.電離輻射常用的量及其單位4.電離輻射的探測根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用的原理，在以下情況可探測到射線的存在：（1）利用射線能電離物質(zhì),收集所產(chǎn)生的電離電流或電荷制造的探測器；（2）利用光電倍增管收集帶電粒子激發(fā)原子所產(chǎn)生的熒光制造的探測器；

B.電離輻射的生物學效應1.作用于人體的電離輻射源2.電離輻射生物學效應的機理3電離輻射生物學效應的分類4放射損傷1.作用于人體的電離輻射源（1）天然輻射源

1）宇宙射線（cosmicrays）是從宇宙空間發(fā)射而來的高能粒子流，由初級宇宙射線和次級宇宙射線組成。地球上每個人受到來自宇宙射線照射的平均劑量率約為：0.38mSv·a-1

3）人體內(nèi)的天然放射性核素

環(huán)境介質(zhì)中處處有天然放射性核素，人通過呼吸和飲食使天然放射性核素進入體內(nèi)，構成對人體的內(nèi)照射，平均劑量約為1.52mSv·a-1。天然輻射源對公眾所致劑量水平世界平均為2.4mSv·a-1，其中氡及其子體吸入所致內(nèi)照射劑量為1.27mSv·a-1。

自從有人類以來一直受天然輻射源的照射，稱為天然本底照射，它已是人類不可缺少的一種生存環(huán)境。有實驗證明，生物如果在完全沒有天然輻射源照射的條件下，是無法生存的。（2）人工輻射源

1）核武器實驗對全球的環(huán)境污染從1945年到1989年，全世界共進行了1799次核武器實驗，美國921次，前蘇聯(lián)624次，二者實驗占總數(shù)的89%。其中大氣層實驗483次，爆炸的總能量相當于42000個美國在廣島投的原子彈。核試驗造成大量放射性落下灰對局部和全球沉降。約有30多種元素，200多種放射性核素，其中一些長半衰期的放射性核素如90Sr、137Cs、131I、239Pu、241Am等，可蓄積于體內(nèi)，產(chǎn)生不良效應。自1980年停止了大氣層核試驗，放射性落下灰沉降量逐漸減少了。

2）核工業(yè)、核動力對環(huán)境的污染

主要是排放放射性“三廢”和由事故釋放出的放射性核素所造成的局部污染。據(jù)聯(lián)合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）報1956—1990年由核工業(yè)產(chǎn)生的累積集體劑量也僅為世界居民一年內(nèi)所受天然輻射產(chǎn)生的集體劑量的1/10。雖然給人類造成的附加劑量負擔很小，但必須防止較大放射事故的發(fā)生。3）醫(yī)療照射和日常生活中接觸的放源

醫(yī)療照射

是指接受治療或診斷時患者或被檢查者所受的照射。醫(yī)學中所應用的輻射種類越來越多有：醫(yī)用診斷X線，牙科X線，核醫(yī)學，放射治療，介入放射，CT掃描，皮科敷貼等等，幾乎醫(yī)學各科都離不開輻射的診治。醫(yī)療照射給人類造成的劑量負擔人均年有效劑量為0.4—1.0mSv，約為天然輻射的1/4。隨著人類生活水平和醫(yī)療水平的提高，其應用頻率呈增長趨勢。

日常生活可接觸的消費品放射源如：夜光表，煙霧警報器，機場X線檢查機，電視和計算機熒屏等，這些放射源對人類的照射劑量是很小的。根據(jù)《UNSCEAR》1993報告，若以天然照射人均年劑量率均勻分布在365天，幾種人工照射相當天然照射的天數(shù)見表5—3。醫(yī)療照射全世界人均年有效劑量是0.6mSv，醫(yī)療照射劑量水平相當于天然輻射源本底照射的25%，是人工輻射源附加照射中最高者，它是核動力所致照射劑量的90倍，是職業(yè)照射劑量的270倍。公眾所受輻射照射比例（1993年）（3）環(huán)境放射性物質(zhì)進入機體的途徑

1）進入途徑通過消化道食入，呼吸道吸入和皮膚、粘摸、傷口等侵入。2）食物鏈轉移環(huán)境中的放射性核素，通過食物和水進入體內(nèi)的全部行徑過程稱為食物鏈。各種放射性核素在環(huán)境中轉移的過程有濃集現(xiàn)象，不過受許多因素的影響。2.電離輻射生物學效應的機理

人們發(fā)現(xiàn)輻射生物效應有2個特點：

第一個是機體吸收的能量不大，生物效應卻很大，例如6.0Gy的X射線可使人或高等動物發(fā)生致死效應，若將這些能量轉換為熱能，才可使體溫升高0.002度。若以熱輻射代替電離輻射，需大1—10萬倍的能量才能引起機體死亡；

第二個是短暫的作用引起長期效應，射線穿過受照機體只是瞬間完成，而它引起的生物效應卻能持續(xù)很長時間。電離輻射的能量轉移過程

生物效應產(chǎn)生的過程和機理單鏈斷裂：

DNA損傷（分子水平）雙鏈斷裂：錯誤修復C可以實現(xiàn)無差錯修復細胞水平損傷細胞死亡間期死亡增殖死亡增殖死亡間期死亡增殖死亡間期死亡間期死亡功能障礙結構改變增殖死亡細胞水平損傷細胞變異（modification)異常細胞克隆細胞轉化癌癥transformationcancer變異分子水平細胞死亡細胞變異體細胞生殖細胞體細胞生殖細胞功能障礙不孕腫瘤遺傳效應確定性效應多細胞死亡導致隨機性效應單一細胞變異導致DNA損傷細胞水平臨床癥狀效應生物效應產(chǎn)生的過程和機理電離輻射所致生物效應的分類確定性效應（deterministiceffects）

隨機性效應(stochasticeffects)依據(jù)效應-劑量關系分類有劑量閾值無劑量閾值效應的嚴重程度與劑量成正比發(fā)生幾率與劑量成正比嚴重程度與劑量無關確定性效應與隨機性效應劑量劑量幾率嚴重程度閾值隨機性效應確定性效應？4.放射損傷

急性放射病定義：人體一次或短時間內(nèi)分次受到大劑量照射引起的全身性疾患。外照射：＞1Gy急性放射病

癥狀與劑量的關系:劑量(Gy)癥狀0.10.51.01.53-57-10染色體變化末梢血中淋巴細胞減少10%的人惡心，嘔吐死亡閾值LD50/60天(造血器官死亡)LD100/60天(消化器官死亡)0~0.5Sv0.5~1Sv1~2Sv2~6Sv6~10Sv輕微的血液異常沒有顯著的效應5~50%的患者在3小時內(nèi)嘔吐，有倦怠和失去胃口的現(xiàn)象，中度的血液變化；可在數(shù)週內(nèi)復原。大於3西弗以上，2小時以內(nèi)嘔吐，嚴重20~100%在1個月至1年之間復原。血液變化及出血，兩週後脫髮，的患者在2個月內(nèi)死亡，生存者需要一段很長的時間復原。1小時內(nèi)嘔吐，嚴重血液變化、出血、脫髮，約80%~100%非機率效應(急性效應)某些常見輻射源（X或）的輻射水平輻射源近似的照射量或照射率彩色電視7.5毫倫/1.8米遠處、1000小時宇宙射線30毫倫/年7620米高空飛行4毫倫/小時胸部X線透視200毫倫牙齒X線照相5倫（每次）腸胃系統(tǒng)X線檢查30倫懷孕的X線檢查50倫腫瘤治療（局部照射）3000－7000倫泥土的天然放射性輻射30－100毫倫/年手表表盤上放射性物質(zhì)的輻射100毫倫/天1倫琴（R）＝2.58X10-4庫/千克A、電離輻射B、電離輻射的生物學效應C、電離輻射的防護D、醫(yī)療照射E、氡第3章電離輻射與健康C.電離輻射的防護1.放射防護的基本原則2.外照射的防護3.內(nèi)照射的防護1.放射防護的基本原則（1）放射防護的目的放射防護的目的在于防止有害的確定性效應，限制隨機性效應的發(fā)生率并降低到可以接受的水平。保障從事放射工作的人員和公眾以及他們的后代的健康與安全，保護環(huán)境，促進放射性同位素和核技術的應用和發(fā)展。（2）放射防護體系（systemofradiologicalprotection)

1)實踐的正當化(justificationofapractice)

為了防止不必要的照射，在引進任何伴有電離輻射的實踐時，都必須經(jīng)過論證，確認這種實踐對社會和環(huán)境所產(chǎn)生的危害遠小于從中獲取的利益，才可以認為這種實踐具有正當?shù)睦碛?，是值得進行的。

實踐：任何引入新的照射源或照射途徑、或擴大受照人員范圍、或改變現(xiàn)有源的照射途徑網(wǎng)絡，從而使人們受到的照射或受到照射的可能性或受到照射的人數(shù)增加的人類活動。（輻射）源：可以通過發(fā)射電離輻射或釋放放射性物質(zhì)而引起輻射照射的物質(zhì)或?qū)嶓w。

2)防護的最優(yōu)化(optimizationofprotection)

在考慮到經(jīng)濟和社會因素，任何決策應經(jīng)過防護的研究過程，用最小的代價獲取最大的利益。任何必要的照射應保持在可以合理達到的最低水平，而不是盲目追求無限的降低劑量。

3）個人劑量限值(individualdoselimits)

個人所受的當量劑量不應超過規(guī)定的相應限值。保證放射工作人員不致接受過高的照射水平。實踐的正當化和防護的最優(yōu)化為源相關評價；個人劑量限值為個人相關評價。三者缺一不可。1（3）基本標準劑量限值

1）職業(yè)照射劑量限值，a）由審管部門決定的連續(xù)5年的年平均有效劑量（但不可作任何追溯性平均），20mSv；b）任何一年中的有效劑量，50mSv；c）眼晶體的年劑量當量為150mSv；d）四肢（手和足）或皮膚的年當量劑量500mSv。

對于年齡為16-18歲的接受涉及輻射照射培訓的徒工或?qū)W生應控制其職業(yè)照射限值：a)年有效劑量，6mSv；b)眼晶體的年當量劑量，150mSv；c)四肢（手和足）或皮膚的年當量劑量500mSv。

2）公眾照射劑量限值a）年有效劑量，

1mSv；b）眼晶體的年當量劑量15mSv；c）皮膚的年當量劑量50mSv

。d）特殊情況下，在連續(xù)5年的年平均劑量不超過1mSv

時，其某一單一年的有效劑量可提高到5mSv；2.外照射的防護

外照射是指電離輻射源存在于機體之外，由其所發(fā)生的射線從外部對機體產(chǎn)生的照射的一種方式。（1）外照射作用的特點

受照射累積劑量與放射源的活度和照射時間成正比，與照射距離平方成反比，當接近放射源時就會受到照射，離開放射源時就不受照射或減少照射，用屏蔽物阻擋能避免或減少照射。外照射的防護主要是防止穿透能力大的、、射線及中子等。（2）外照射防護的基本原則根據(jù)外照射作用的特點，人們在實踐中研究出一套降低外照射劑量的科學方法，即時間防護、距離防護和屏蔽防護，通常稱外照射防護三原則。

1）時間防護（timeprotection)在從事放射性操作時，在滿足工作需要的前提下，應盡量縮短工作時間。為此，應盡量提高操作者的技術水平；改進操作工序的自動化程度；嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程等。

２）距離防護（distanceprotection)

點狀源在周圍空間所產(chǎn)生的劑量率與距離平方成反比，當距離增大一倍時，照射量可減少至原來的1/4。因此，在不影響工作的前提下，應盡可能遠離輻射源。在實際工作中常采用長柄工具，機械手等。

３）屏蔽防護（shieldingprotection)

在時間、距離防護不能使劑量降低到劑量限值的要求，為此，必須在人體與放射源之間設置屏蔽物，以減少受照劑量。根據(jù)需要屏蔽物可設置為固定屏蔽物和活動屏蔽物。（３）幾種電離輻射的屏蔽防護

１）射線的屏蔽防護

射線與物質(zhì)相互作用可產(chǎn)生電離、激發(fā)、韌致輻射和散射。當射線能量較高時，屏蔽物的有效原子序數(shù)較大時，韌致輻射的產(chǎn)生幾率增大。因此，在屏蔽射線時，必須首先選用低原子序數(shù)的物質(zhì)，如有機玻璃、塑料和鋁等，以減少韌致輻射。外層再加較高原子序數(shù)的物質(zhì)。

２）Ｘ、射線的屏蔽防護

由于其穿透能力強，可選用原子序數(shù)較高、密度較大的物質(zhì)，如鉛、鐵、鋼等；作為建筑材料可選用水泥、磚、砂石等并應有足夠厚度。

３）中子輻射的屏蔽防護

中子與物質(zhì)相互作用分兩階段，第一段是快中子穿過物質(zhì)時減速；第二段是已減速的低能中子被物質(zhì)吸收。因此，用含氫多的物質(zhì)（水、石蠟等）將中子慢化；然后用吸收截面大的物質(zhì)將其吸收，最合適的物質(zhì)是鋰和硼。常將硼和石蠟均勻混合作為中子屏蔽材料。屏蔽材料選擇的一般原則屏蔽方式固定式：防護墻（迷路）、防護門、觀察窗移動式：包裝容器、手套箱、防護屏鉛磚、鉛圍裙、眼鏡等3.內(nèi)照射的防護

內(nèi)照射是指放射性物質(zhì)經(jīng)呼吸道、消化道、皮膚、粘膜和傷口以及其他各種途徑進入機體后，放射性核素發(fā)出的核射線由體內(nèi)對機體進行的照射。

（1）內(nèi)照射的作用特點

1）呈持續(xù)性照射（continuousradiation）放射性核素一經(jīng)進入體內(nèi)，對機體就產(chǎn)生連續(xù)性照射，直至放射性核素完全衰變成穩(wěn)定性核素或全部排出體外，對機體的照射才會停止。

2）呈選擇性照射（selectiveradiation)大部分的放射性核素在體內(nèi)呈不均勻分布，按核素或化合物的化學性質(zhì)被組織和器官選擇性地吸收、分布和蓄積，致使蓄積放射性核素的組織或器官受到選擇性的照射，產(chǎn)生較大的生物學效應與損傷。（２）內(nèi)照射防護的基本原則隨著原子能科學技術的發(fā)展及和平利用的普及，使用和操作開放源的種類和數(shù)量、應用范圍都在迅速增加，涉及的人員越來越多，不但有工作人員，而且放射性廢棄物污染環(huán)境會影響到公眾。

內(nèi)照射防護是比較復雜的，有關國際組織和國家都很重視。為保護工作人員，預防內(nèi)照射的發(fā)生，保護環(huán)境防止放射性污染，達到內(nèi)照射防護目的，必須采取綜合措施。應從工作場所的選址、設計、建造、室內(nèi)配置、設施、個人防護、放射源的安全包裝、運輸、安全操作規(guī)程和廢棄物處理等等各個環(huán)節(jié)進行。內(nèi)外照射的不同特點照射方式輻射源類型危害方式常見致電離粒子照射特點內(nèi)照射外照射開放源密封源電離、化學毒性電離α、β高能β、γ、x、n持續(xù)間斷D.醫(yī)療照射medicalexposure1.醫(yī)療照射定義2.醫(yī)用電離輻射應用不當產(chǎn)生的危害3.醫(yī)療照射的防護體系4.醫(yī)用輻射的防護

患者（包括不一定患病的受檢者）因自身醫(yī)學診斷或治療受的照射，知情但自愿幫助和安慰患者的人員（不包括施行診斷和治療的職業(yè)醫(yī)師和醫(yī)技人員）所受的照射，以及生物醫(yī)學研究計劃中的志愿者所受的照射。1.醫(yī)療照射定義2.醫(yī)用電離輻射應用不當產(chǎn)生的危害（1）繼發(fā)腫瘤例如：早年用鐳治療結核，發(fā)生骨肉瘤、骨癌、白血病等；用釷治療脊椎強直，肝癌發(fā)生率增加；治療結核采用人工氣胸療法，需反復胸透檢查，一般可達百次以上，有時累積劑量可達10—20Gy，乳腺癌發(fā)生率明顯增加。兒童胸腺肥大，用X線照射，發(fā)現(xiàn)甲狀腺癌、白血病發(fā)生率增加。放療使周邊組織功能喪失或繼發(fā)腫瘤等。（2）發(fā)生非隨機效應例如：腫瘤治療發(fā)生局部皮膚燒傷。（3）對血象影響白細胞減少，染色體畸變率、微核率增加等。（4）全民劑量負擔增加E.

關于氡

1.近年來為什么重視氡的研究？2.氡的來源3.影響室內(nèi)氡濃度的因素4.如何減少居民氡及其子體的照射1.近年為什么重視氡的研究？

近年來國內(nèi)外學者對氡的研究給予了大力重視，是因為氡及其子體可誘發(fā)肺癌。（1）礦工肺癌早在17、18世紀已有記載，礦工多死于肺病。1879年harting和hesse發(fā)表了鈾礦工人的尸解報告，得知鈾礦工50—75%死于肺癌。1924年ludwig和lorenser提出肺癌的病因是氡。

之后，許多學者經(jīng)過現(xiàn)場測定，嚴格計算工人吸入氡產(chǎn)生的劑量；進行動物實驗；礦工流行病學研究等，經(jīng)多方面的研究確定了氡及其子體是礦工肺癌的病因。我國從上世紀70年代對鈾礦工和非鈾礦工肺癌的發(fā)生、發(fā)展和預防作了大量的工作，并有專著。如云南錫礦工人肺癌的研究等。

通過各國對鈾礦井的現(xiàn)場監(jiān)測，嚴格計算吸入氡產(chǎn)生的劑量，找出了肺癌與劑量的關，對鈾礦工井下氡濃度制定了標準。對非鈾礦井的氡也給于了足夠的重視。

（2）居民也受氡的威脅通過檢測發(fā)現(xiàn)地下室、窯洞、某些建材修建的房屋內(nèi)的氡濃度很高，甚至與某些礦井類同。ICRP根據(jù)礦工肺癌劑量與效應線性相關推算，有資料認為居民肺癌中有10%的原因是氡引起的。所以，現(xiàn)在不僅重視礦工受氡的影響，而且從上世紀80年代以來，對居民居室氡的安全性引起了重視。2.氡的來源

氡是地殼中三大天然放射系的產(chǎn)物。自然界三大放射系即鈾系、釷系、錒系。每個系均有一個氣體形式的子體，即氡、tu、a，三者是互為同位素，在周期表上都處在氡的位置。即：鈾系222Rn半衰期3.825天；釷系220Rn半衰期55.6秒；錒系219Rn半衰期3.96秒前兩者有重要衛(wèi)生學意義，因半衰期較長，在地球中含量較大；后者則天然豐度小，半衰期短，衛(wèi)生學意義不大。

氡是一惰性氣體，常溫下無色無味，但較重。在水中含量隨水中溫度升高而溶解量減少。氡在空氣和水中具有擴散能力，所以廣泛存在于自然界。氡的幾代子體均屬放射性核素，有的子體半衰期比母體長，有的則短。氡的危害主要來自期短壽命子體，有RaA（218Po）、RaB（214Pb）、RaC（214Bi）、RaC’（214Po）。它們都是金屬，218Po、214Po呈衰變。如果長期吸入氡，氡衰變的子體可沉積于支氣管區(qū)和肺區(qū)，無法排出，對附著處的細胞長期照射，使細胞發(fā)生突變而發(fā)展成為癌。肺癌的潛伏期很長，從幾年到幾十年。美國民眾所接受各種劑量的來源百分