電離輻射防護(hù)與安全基礎(chǔ)楊

電離輻射防護(hù)與安全基礎(chǔ)楊第1頁/共147頁主要內(nèi)容電離輻射的基本知識與概念輻射防護(hù)中常用的量和單位電離輻射的生物效應(yīng)輻射防護(hù)的原則和方法第2頁/共147頁一、電離輻射的基本知識與概念

按輻射作用于物質(zhì)產(chǎn)生的效應(yīng)，輻射可分為電離輻射與非電離輻射。

電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱。

包括宇宙射線、X射線和從放射性物質(zhì)中產(chǎn)生的輻射。其種類很多，高速帶電粒子有α粒子、β粒子、質(zhì)子，不帶電粒子有中子以及X射線、γ射線。

非電離輻射包括紫外線，熱輻射，無線電波及微波。第3頁/共147頁α射線β射線γ射線X射線n中子中微子介子

電離輻射

e>12ev

紫外線可見光激光紅外線電磁波（射頻、工頻）

非電離輻射

e＜12ev

輻射

第4頁/共147頁電離輻射是廣泛存在于宇宙和人類生存環(huán)境中的自然現(xiàn)象。電離輻射存在于我們?nèi)粘Ｉ钪?。電離輻射的特殊性（無色、無味、看不見、摸不著），長久以來人們沒有感覺到它的存在。電離輻射一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，很快便得到了應(yīng)用。第5頁/共147頁什么是放射性？

放射性是自然界存在的一種自然現(xiàn)象，來自于原子核。大多數(shù)物質(zhì)的原子核是穩(wěn)定不變的，少數(shù)原子核不穩(wěn)定。不穩(wěn)定的原子核會自發(fā)的向穩(wěn)定的狀態(tài)變化（衰變），同時會發(fā)射各種各樣的射線，這種現(xiàn)象就是“放射性”。第6頁/共147頁現(xiàn)在知道，有許多天然的和人工生產(chǎn)的核素都能自發(fā)地發(fā)射各種射線。有的發(fā)射α射線，有的發(fā)射β射線，有的發(fā)射γ射線，有的在發(fā)射α射線或β射線的同時也發(fā)射γ射線，有的三種射線均發(fā)射。鈾發(fā)射的射線就是由三種不同成分的射線組成，即α、β和γ射線。此外，原子核還有發(fā)射正電子、質(zhì)子、中子、重離子等其它粒子以及自發(fā)裂變的情況。第7頁/共147頁

由原子核自發(fā)的變化而放射出各種射線的現(xiàn)象，稱為原子核的放射性。能自發(fā)地放射各種射線的核素，叫放射性核素。

實(shí)驗(yàn)證明，對放射性核素加溫、加壓或加電磁場，都不能抑制或顯著改變其放射性。

除了原子核的放射性，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用的還有射線裝置，它們主要有X射線機(jī)、粒子加速器、中子發(fā)生器等。第8頁/共147頁

盡管有許多原子核是穩(wěn)定的，但絕大部分是不穩(wěn)定的。原子核的穩(wěn)定性主要是由原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之間的平衡決定的。較小的穩(wěn)定核素，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)基本相等；較大的穩(wěn)定核素，中子要比質(zhì)子略多一些。

衰變第9頁/共147頁如果原子核中中子太多，就會通過中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子而使原子核達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這個過程也就是我們已知的β衰變，發(fā)射出一個帶負(fù)電的電子，稱為β粒子。如果原子核中質(zhì)子數(shù)太多，質(zhì)子就會轉(zhuǎn)變成中子而達(dá)到穩(wěn)定，這是另外一種β衰變，通過發(fā)射正電子而減少正電荷。第10頁/共147頁這些轉(zhuǎn)變經(jīng)常使原子核具有過剩的能量―通過γ射線（一種高能光子）而釋放出來。γ射線是沒有質(zhì)量、不帶電和具有能量的離散粒子。原子核的自發(fā)轉(zhuǎn)變就是所謂的放射性，過剩的能量以（電離）輻射的形式發(fā)射出來。轉(zhuǎn)變的過程稱為衰變，發(fā)生變化并發(fā)射輻射的原子核就稱為放射性核素一些重原子核通過釋放阿爾法（α）粒子而衰變，α粒子含有兩個中子和兩個質(zhì)子，與氦核相同。α粒子的質(zhì)量比β粒子要大的多，帶有兩個正電荷。第11頁/共147頁倫琴（Roentgen）世界上第一張X射線照片1895,倫琴（Roentgen）發(fā)現(xiàn)X射線NobelPrizein1901電離輻射的發(fā)現(xiàn)和利用過程第12頁/共147頁1896,貝克勒爾（Becquerel）NobelPrizein1903

1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾（1852-1908）發(fā)現(xiàn)只要有鈾元素存在，就有貫穿輻射產(chǎn)生——證明發(fā)射這種射線是鈾原子自身的作用。放射性的發(fā)現(xiàn)，引起人們對原子核內(nèi)部的研究的深入?！斑M(jìn)入原子內(nèi)部”和“分裂原子”成為世紀(jì)之交時期科學(xué)領(lǐng)域中最振奮人心的口號。電離輻射的發(fā)現(xiàn)和利用過程第13頁/共147頁1898年，物理學(xué)家居里夫人（1867-1934）在尋找比鈾的放射性更強(qiáng)的物質(zhì)的過程中，先發(fā)現(xiàn)了一種新的放射性元素，為紀(jì)念她的祖國波蘭，她將其名命為“釙”。居里夫婦又花了4年時間，發(fā)現(xiàn)了鐳，并在極端艱苦的條件下，從幾噸瀝清鈾礦渣中分離出0.12克純氯化鐳，后又測出其原子量為225，其發(fā)出的射線比鈾強(qiáng)200多萬倍。貝克勒爾與居里夫婦因發(fā)現(xiàn)放射性榮獲1903年諾貝爾物理學(xué)獎。另外，居里夫人因此獲1911年諾貝爾化學(xué)獎。釙、鐳的發(fā)現(xiàn)電離輻射的發(fā)現(xiàn)和利用過程第14頁/共147頁居里夫婦第15頁/共147頁物理學(xué)家盧瑟福1899年發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是極易吸收的，他稱之為α射線；另一種有較強(qiáng)的穿透能力，他稱之為β射線。1900年法國化學(xué)家維拉爾又發(fā)現(xiàn)具有更強(qiáng)穿透本領(lǐng)的第三種射線γ射線。

、β、γ

射線電離輻射的發(fā)現(xiàn)和利用過程第16頁/共147頁1902年，物理學(xué)家盧瑟福與化學(xué)家索迪合作在對鈾、鐳、釷等元素的放射性研究中，提出了放射性元素的衰變理論：放射性原子是不穩(wěn)定的，它們自發(fā)性地放射出射線和能量，而自身衰變成另一種放射性原子，直至成為一種穩(wěn)定的原子為止。這種特性即放射性。并提出了“原子能”的概念。盧瑟福、索迪——元素衰變盧瑟福因此獲1908年諾貝爾化學(xué)獎第17頁/共147頁以后，盧瑟福和索迪等人進(jìn)一步研究放射性元素遞次變化（即衰變鏈系）的線索，發(fā)現(xiàn)如下衰變鏈：索迪因此及對同位素起源和性質(zhì)研究獲1921年諾貝爾化學(xué)獎。元素衰變理論打破了自古希臘以來人們相信的原子永遠(yuǎn)是不生不滅的傳統(tǒng)觀念，而認(rèn)為一種元素的原子可以變成另一種元素的原子。盧瑟福、索迪——元素衰變第18頁/共147頁盧瑟福用鐳發(fā)射的α粒子作“炮彈”，研究被轟擊的粒子的情況。1919年，終于觀察到氮原子核俘獲一個α粒子后放出一個氫核，同時變成了另一種原子核的結(jié)果，18N＋α17O＋p

。這是人類歷史上第一次實(shí)現(xiàn)原子核的人工反應(yīng)，使古代煉金術(shù)士夢寐以求的把一種元素變成另一種元素的空想變成現(xiàn)實(shí)。當(dāng)時盧瑟福寫了一本書就取名為《新煉金術(shù)》。人工核反應(yīng)第19頁/共147頁世界上第一個制造的人工放射性核素約里奧.居里夫婦1934年

27Al+4He→30P+n30Si+e++提供許多種放射性核素,為研究和廣泛應(yīng)用開辟了廣闊前景例如：超鈾元素的發(fā)現(xiàn)（人工制造）

Z=9293949596……114β+

衰變第20頁/共147頁1939年，哈恩和斯特拉斯曼發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象。1942年12月2日，費(fèi)米（Fermi）在美國芝加哥大學(xué)建造的世界上第一座人工核反應(yīng)堆，實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1945年爆炸了第一顆原子彈。1952年氫彈試驗(yàn)成功。1954年建成第一座核電站。核能利用的發(fā)展過程1932年，查德威克發(fā)現(xiàn)了中子。第21頁/共147頁中國的“兩彈一星”“兩彈一星”最初是指原子彈、導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星。“兩彈”中的一彈是原子彈，后來演變?yōu)樵訌椇蜌鋸椀暮戏Q；另一彈是指導(dǎo)彈；“一星”則是人造地球衛(wèi)星。1964年10月16日我國第一顆原子彈爆炸成功，1967年6月17日我國第一顆氫彈空爆試驗(yàn)成功，1970年4月24日我國第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射成功。中國的“兩彈一星”，是20世紀(jì)下半世紀(jì)中華民族創(chuàng)建的輝煌偉業(yè)。第22頁/共147頁基本概念

同位素：原子序數(shù)相同，原子的質(zhì)量數(shù)不同，即原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，在元素周期表內(nèi)占據(jù)同一位置的元素。

穩(wěn)定性同位素放射性同位素一個元素的所有同位素，其化學(xué)性質(zhì)幾乎一樣。一種元素往往有幾種到幾十種同位素。目前已知的118種元素，同位素共達(dá)2000多種。自然界中天然存在的放射性物質(zhì)較少，實(shí)際應(yīng)用中的放射性同位素，絕大部分是人工制造的放射性同位素。第23頁/共147頁放射性核素表示方法

226Ra226Ra或Ra－226核素符號原子質(zhì)量原子序數(shù)88第24頁/共147頁γβα-+常見射線的種類電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第25頁/共147頁

（1）α射線是高速運(yùn)動的氦原子核（又稱α粒子）組成的，所以它在磁場中的偏轉(zhuǎn)方向與正離子流相同。它的電離作用大，貫穿本領(lǐng)小。它在空氣中的射程只有幾個厘米。（2）β射線是高速運(yùn)動的電子流，它的電離作用較小，貫穿本領(lǐng)較大,在空氣中的射程因其能量的不同而有較大差異，一般為幾米至十幾米。（3）γ射線是波長很短的電磁波，所以在磁場中不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。它具有間接電離作用，貫穿本領(lǐng)很大,在空氣中的射程通常為幾百米。進(jìn)一步的研究證明：第26頁/共147頁+++++++++從母核中射出的4He原子核粒子得到大部分衰變能238U4He+234Th放射性母核!!衰變電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第27頁/共147頁衰變示例241Am237Np電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第28頁/共147頁+++++++++發(fā)生原因：母核中子或質(zhì)子過多質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子，并且?guī)ё咭粋€單位的正電荷中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子，并且?guī)ё咭粋€單位的負(fù)電荷+中微子－反中微子

三種子體分享裂變能——因此電子具有連續(xù)能量衰變電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第29頁/共147頁衰變示例——3H3He電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第30頁/共147頁正衰變示例——11C11B電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第31頁/共147頁+++++++++光子衰變電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第32頁/共147頁衰變特點(diǎn)：1、從原子核中發(fā)射出光子2、常常在或衰變后核子從激發(fā)態(tài)退激時發(fā)生3、產(chǎn)生的射線能量不連續(xù)4、可以通過測量光子能量來鑒定核素類別電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第33頁/共147頁一般只有原子序數(shù)>83的重元素才能釋放出α射線，如Rn、Th、Ra與U,α射線實(shí)際上是氦原子核。舉例：Ra-226→Rn-222+2He4當(dāng)原子核內(nèi)某一個中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子時，伴隨著β射線（電子）的產(chǎn)生。舉例：83Bi210→

84Po210+β-γ射線與紫外線、可見光、紅外線、無線電波等一樣，也是一種電磁輻射，能量較高，穿透本領(lǐng)強(qiáng)，要比β射線大50~100倍，比α射線大10,000倍。電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第34頁/共147頁不同射線的穿透能力第35頁/共147頁常用的α放射源有Am-241、Pu-238、Pu-239、Po-210等；常用的β放射源H-3、Ni-63、Fe-55、C-14、Pm-147、Kr-85、Sr-90和Ru-106等；常用的γ放射源Cs-137、Ir-192、Co-60等。第36頁/共147頁半衰期(T1/2)定義：一定量的某種放射性原子核衰變至原來的一半所需要的時間。時間t(T1/2)012345n放射性原子核數(shù)目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n經(jīng)過n個半衰期后，未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目是原有的1/2n電離輻射的本質(zhì)——放射性衰變及衰變規(guī)律第37頁/共147頁每一種放射性核素有其固有的半衰期，從幾分之一秒到幾十億年。I－131的半衰期為8天；Cs－137為30年；C－14為5730年；Pu－239為24000年，鈾－238為4.47億年。經(jīng)過多個半衰期后，放射性核素的活度就會衰變?yōu)槌跏蓟疃鹊?/2，1/4，1/8，以此類推。這也意味著我們可以預(yù)測將來任何時候它所剩余的活度。隨著放射性核素?cái)?shù)量的減少，輻射也相應(yīng)地減少。第38頁/共147頁放射性衰變基本規(guī)律

1指數(shù)衰減規(guī)律

N=N0e-t

N0:（t=0）時放射性原子核的數(shù)目N:經(jīng)過t時間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目:放射性原子核衰變常數(shù)大小只與原子核本身性質(zhì)有關(guān)，與外界條件無關(guān);

數(shù)值越大衰變越快N=N0e-t第39頁/共147頁

N=N0e-t

由半衰期定義

t=T1/2

，N=N0/2

代入計(jì)算得到T1/2=ln2/

T1/2=0.693/

和T1/2

兩者有一一對應(yīng)關(guān)系理論研究中多用衰變常數(shù)實(shí)際應(yīng)用中一般用半衰期半衰期與衰變常數(shù)的關(guān)系第40頁/共147頁目前電離輻射的一些應(yīng)用醫(yī)學(xué)診斷與治療；核能；工業(yè)探傷；醫(yī)療設(shè)備的滅菌；食品輻照保鮮；滅菌；科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究。第41頁/共147頁放射性同位素及射線裝置應(yīng)用濕式貯源輻照裝置全景圖干式貯源輻照裝置全景圖第42頁/共147頁γ輻照裝置第43頁/共147頁輻照小麥原冬3號第44頁/共147頁源不離開裝置（屏蔽）伽馬探傷裝置有快門結(jié)構(gòu)源通過氣壓裝置移到曝光位置第45頁/共147頁管道爬行探傷裝置第46頁/共147頁特殊應(yīng)用：陸上管道、海底管道采用外部輻射源提供走/停的信息外部控制源一般采用137Cs。管道爬行探傷裝置第47頁/共147頁三個主要部件：

X線管控制板高壓電纜X射線探傷設(shè)備第48頁/共147頁通過探測器測量穿過被檢查物質(zhì)的射線量。典型采用GBq的137Cs密度測量儀探測器Detector物質(zhì)流向MaterialFlow開關(guān)控制ShutterControl屏蔽Shielding源Source關(guān)（開）Shutter(open)第49頁/共147頁密度測量儀第50頁/共147頁核子秤傳送帶稱重儀器

探測器傳送帶上的物品

源第51頁/共147頁核子秤傳送帶稱重儀器第52頁/共147頁通常一個或多個儀器和探測器被用作“開/關(guān)”，用來控制料箱或料斗中物料的位置等，大、厚壁容器可能使用GBq的60Co

。物位測量儀LevelGauges高位探測器低位探測器源第53頁/共147頁料位計(jì)第54頁/共147頁厚度測量儀第55頁/共147頁濕度/密度計(jì)n密度測量：伽馬源(137Cs)推出屏蔽室到源棒末端，并位于被測物質(zhì)中進(jìn)行測量。濕度測量：儀器里中子源(通常是241Am-Be)通過中子散射測定濕度。g

g

nng

探測器Detectors第56頁/共147頁鉆井測量第57頁/共147頁煙霧探測器第58頁/共147頁介入放射學(xué)透視設(shè)備第59頁/共147頁CT診斷裝置第60頁/共147頁深部X射線治療機(jī)第61頁/共147頁伽馬遠(yuǎn)距離治療裝置第62頁/共147頁醫(yī)用直線加速器第63頁/共147頁伽馬刀第64頁/共147頁單光子發(fā)射斷層攝影（SPECT）第65頁/共147頁P(yáng)ETScanners第66頁/共147頁锝－99常用的放射性藥物第67頁/共147頁伽馬相機(jī)

GammaCameras第68頁/共147頁碘-131膠囊第69頁/共147頁碘－131常用的放射性藥物第70頁/共147頁二、輻射防護(hù)中常用的量和單位放射性活度A吸收劑量D和吸收劑量率當(dāng)量劑量HT有效劑量E第71頁/共147頁放射性活度

放射性核素在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子核數(shù)目，稱為放射性活度,用符號A

表示。專用單位，居里（Ci），1居里是指放射性核素每秒鐘發(fā)生3.7X1010次衰變。居里的單位太大，實(shí)際工作中常用毫居（mCi,10-3Ci)，微居（μCi,10-6

Ci)，納居（nCi,10-9)，皮居（pCi,10-12Ci)。國際單位:貝可，符號為Bq,1貝可定義為放射性核素每秒鐘發(fā)生1次衰變。即：1Bq＝1秒－1。單位換算：1Ci＝3.7X1010Bq

貝可的單位較小，通常用kBq（103Bq），MBq(106Bq），GBq(109Bq），TBq(1012Bq）等。第72頁/共147頁電離輻射授與某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商。定義：單位：戈〔瑞〕Gy，1Gy＝1J/kg歷史上曾使用過的單位：拉德，rad1Gy＝100rad吸收劑量（absorbeddose）吸收劑量D便是授予某一點(diǎn)處的單位質(zhì)量的物質(zhì)的能量的期望值。第73頁/共147頁吸收劑量率

.

定義：單位時間（t）內(nèi)的吸收劑量。符號為D。

.D＝D/t

單位：SI單位：戈瑞/秒（Gy/s）專用單位：拉德/秒（rad/s）第74頁/共147頁當(dāng)量劑量

當(dāng)量劑量(HT)

某一組織或器官T受到R類型輻射的當(dāng)量劑量HT.R

HT.R=WRDT.R

式中：DT.R

是輻射R在組織或器官T中的平均吸收劑量，

WR是R類型輻射的輻射權(quán)重因子。單位：希伏特（Sievert），符號Sv。當(dāng)輻射場由具有不同WR值的不同類型的輻射組成時，其當(dāng)量劑量為：HT=ΣWRDT.R下表給出了各種輻射的輻射權(quán)重因子。第75頁/共147頁輻射權(quán)重因子wR

輻射類型

能量范圍

輻射權(quán)重因子R光子，電子，

介子

所有能量1

中子

10keV20MeV5

質(zhì)子2MeV5

中子

10–100keV2-20MeV10

中子0.1-2MeV20

粒子，裂變碎片

所有能量20第76頁/共147頁輻射防護(hù)的量和單位

有效劑量(E)E=ΣWTHT

式中：WT為某組織或器官T的組織權(quán)重因子；

HT為某組織或器官T的當(dāng)量劑量。單位：希伏特（Sievert），符號Sv。下表給出了不同組織和器官的組織權(quán)重因子。第77頁/共147頁組織權(quán)重因子器官或組織組織權(quán)重因子wT器官或組織組織權(quán)重因子wT性腺0.20肝0.05紅骨髓0.12食道0.05結(jié)腸0.12甲狀腺0.05肺0.12皮膚0.01胃0.12骨表面0.01膀胱0.05其余器官0.05乳腺0.05

第78頁/共147頁舉例γ射線、全身照射，在劑量率為10

μGy/h時停留30分鐘，則：有效劑量＝10×30÷60×1×1＝5μSv

（對γ射線，輻射權(quán)重因子＝1；全身照射時，組織權(quán)重因子＝1）0.5MeV中子、全身照射，劑量率為10

μGy/h，停留30分鐘，則：有效劑量＝10×30÷60×1×20＝100μSv

（0.5MeV中子的輻射權(quán)重因子＝20）第79頁/共147頁人體受到照射的輻射來源生活中的輻射來源｛天然輻射人工輻射第80頁/共147頁天然輻射宇宙射線宇生放射性核素原生放射性核素

一般場所：天然本底為2.4mSv/a,

多為內(nèi)照射(222Rn,60%)天然本底照射第81頁/共147頁天然輻射源宇宙射線：來自太陽和星際空間，主要有中子、質(zhì)子、電子和各種介子等高速粒子組成，這些粒子具有較強(qiáng)的穿透能力，可輻射到地球，對人體造成外照射。（強(qiáng)度隨海拔高度呈指數(shù)增加）宇生放射性核素：宇宙射線與大氣層和地球表面氧、氮等多種元素的原子核相互作用后產(chǎn)生的放射性核素。約有20多種，其中H-3、C-14、Be-7和N-22貢獻(xiàn)最大。原生放射性核素：自有地球以來就存在于地殼內(nèi)的放射性核素。一類是有衰變系列的核素-鈾系、錒系和釷系的一些核素，另一類是無衰變系列的核素，如K-40和Rb-87等。第82頁/共147頁第83頁/共147頁

◆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。居住在通風(fēng)不良的室內(nèi)居民也會受到較高的內(nèi)照射劑量，這主要是氡的貢獻(xiàn)。

◆天然輻射源所引起的全球居民的年集體有效劑量的近似值為107人·Sv。

◆天然本底照射的特點(diǎn)是它涉及到世界的全部居民，并以比較恒定的劑量率為人類所接受。所以可將天然輻射源的照射水平作為基準(zhǔn)，用以與各種人工輻射源的照射水平相比較。第84頁/共147頁人們關(guān)注室內(nèi)氡濃度

根據(jù)2000年UNSCEAR估計(jì)，在世界“正?！北镜椎貐^(qū)每年由于吸入氡及其短壽命子體產(chǎn)生的輻射劑量約占人類所受全部天然輻射年有效劑量的一半（1.25mSv）。由于室內(nèi)氡濃度較高，人們在室內(nèi)停留時間比在室外長，因此對室內(nèi)氡及其子體的水平測量以及它們對健康的影響問題，越來越引起人們的關(guān)注。第85頁/共147頁人工輻射照射

放射診斷醫(yī)療輻射放射治療核醫(yī)學(xué)核試驗(yàn)核電站核工業(yè)和核技術(shù)應(yīng)用核事故和輻射事故第86頁/共147頁第87頁/共147頁人類接受的放射性劑量第88頁/共147頁三、電離輻射的生物效應(yīng)

自電離輻射“放射性”被發(fā)現(xiàn)的百余年來，大量實(shí)踐證明核能既造福于人類，推動科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展；同時也能危害人們的健康，在人類利用電離輻射的過程中曾付出了一定的代價。人類對電離輻射危害的認(rèn)識經(jīng)歷了三個時期：第89頁/共147頁早期輻射損傷認(rèn)識時期

（又稱職業(yè)性輻射損傷時期）時間：發(fā)現(xiàn)X射線（1895年）～1930年代特點(diǎn)：對輻射可能造成的損傷認(rèn)識不足損傷對象：

（1）X射線球的制造者和應(yīng)用X射線的技術(shù)人員；

（2）從事放射性物質(zhì)研究的科學(xué)家；

（3）鈾礦工人及用含鐳夜光涂料的操作女工。第90頁/共147頁損傷特點(diǎn)：

（1）外照射引起的急性體表損傷；（2）氡及其子體內(nèi)照射引起的肺癌；（3）鐳內(nèi)照射引起的骨腫瘤。典型事例：

（1）X射線被發(fā)現(xiàn)一個月，X射線的制造者

Grubbe的手發(fā)生了“特異性皮炎”；（2）1896年，Edison和助手Morton自身試驗(yàn)，眼部受照數(shù)小時后，眼痛，結(jié)膜炎；第91頁/共147頁中期輻射損傷認(rèn)識時期

（又稱放射線診斷、治療損傷時期）時間：1930～1960年代特點(diǎn)：

醫(yī)學(xué)界把輻射看作是時髦的診斷和治療手段，卻缺乏對輻射遠(yuǎn)期效應(yīng)的認(rèn)識，病人由于接受高累積劑量而誘發(fā)過多的白血病、骨腫瘤、肝癌等惡性腫瘤。第92頁/共147頁

損傷對象：

接受超劑量輻射照射的病人，較突出的例子有：

(1)1935—1954年，在英國應(yīng)用X射線局部照射治療強(qiáng)直性脊椎炎的病人；

(2)1944—1951年，在德國應(yīng)用鐳—224注射治療強(qiáng)直性脊椎炎，關(guān)節(jié)炎及結(jié)核病的病人；

(3)1928—1954年，在一些國家中應(yīng)用釷造影劑作為肝、脾、血管等軟組織的x射線造影的病人。

第93頁/共147頁近期輻射損傷認(rèn)識時期

（又稱流行病學(xué)調(diào)查所見的輻射損傷時期）時間：1960年代～現(xiàn)在特點(diǎn)：

由于人類對輻射危害的認(rèn)識逐漸深化，防護(hù)知識的增長和防護(hù)措施的進(jìn)步，早期的職業(yè)性急性輻射損傷，或嚴(yán)重的晚發(fā)輻射效應(yīng)，除事故外，巳極為罕見了。中期所見到的高發(fā)生率的惡性腫瘤，得以避免。除事故外，只能用大群體的或高人年的流行病學(xué)的調(diào)查方法，才能發(fā)現(xiàn)輻射損傷或危害的增加。第94頁/共147頁電離輻射與物質(zhì)的基本作用

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物質(zhì)：氣體液體固體包括人體等微觀粒子間碰撞有動量和能量的傳遞庫侖作用1電離作用

2電離效應(yīng)第95頁/共147頁物理過程與能量傳遞（10-16s）電離（初級電離，次級電離）物理、化學(xué)作用（10-12s）自由基的生成：H2O2,H02,H-,OH-分子組成及性質(zhì)的改變作用靶物質(zhì)：染色體上的DNA生物大分子細(xì)胞膜，核膜滲透性改變等生物效應(yīng)的產(chǎn)生過程和機(jī)理第96頁/共147頁DNA水平損傷

生物效應(yīng)產(chǎn)生的過程和機(jī)理第97頁/共147頁細(xì)胞水平損傷細(xì)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(jié)構(gòu)改變增殖死亡第98頁/共147頁細(xì)胞水平損傷細(xì)胞變異（modification)異常細(xì)胞克隆細(xì)胞轉(zhuǎn)化癌癥細(xì)胞轉(zhuǎn)化癌細(xì)胞變異第99頁/共147頁分子水平細(xì)胞死亡細(xì)胞變異體細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞生殖細(xì)胞功能障礙不孕腫瘤遺傳效應(yīng)確定性效應(yīng)多細(xì)胞死亡導(dǎo)致隨機(jī)性效應(yīng)單一細(xì)胞變異導(dǎo)致DNA損傷細(xì)胞水平臨床癥狀效應(yīng)生物效應(yīng)產(chǎn)生的過程和機(jī)理第100頁/共147頁電離輻射所致生物效應(yīng)的分類

確定性效應(yīng)（deterministiceffects）

隨機(jī)性效應(yīng)(stochasticeffects)依據(jù)效應(yīng)-劑量關(guān)系分類有劑量閾值無劑量閾值效應(yīng)的嚴(yán)重程度與劑量成正比發(fā)生幾率與劑量成正比嚴(yán)重程度與劑量無關(guān)第101頁/共147頁確定性效應(yīng)與隨機(jī)性效應(yīng)劑量劑量幾率嚴(yán)重程度閾值隨機(jī)性效應(yīng)確定性效應(yīng)？第102頁/共147頁影響輻射生物效應(yīng)的主要因素

照射的劑量與照射條件輻射的種類“輻射權(quán)重因子”(radiationweightingfactorWR)組織和器官的輻射敏感性機(jī)體的功能狀態(tài)第103頁/共147頁

不同組織輻射損傷的閾值是不同的，主要與該組織的輻射敏感性有關(guān)。

睪丸（高度敏感）：暫時不育0.15Gy

絕育3.5～6.0Gy

卵巢（高敏感）：不育2.5～6.0Gy

骨髓（高敏感）：造血低下0.5Gy

造血不能再生>8.0Gy

晶體：渾濁0.5～2.0Gy

白內(nèi)障5.0Gy

少量3Gy

脫發(fā)：大量6～7Gy

永久>7Gy

紅斑3～5Gy

皮膚：水皰>15Gy

潰瘍>25Gy第104頁/共147頁說明：

1.輻射不是強(qiáng)的致癌因素；

2.輻射致癌不是引起“特殊癌”，而是使癌的發(fā)生率有所提高。

3.在腫瘤的發(fā)生方面，歸因電離輻射的只占4％。

4.輻射致癌比較肯定的有白血病、甲狀腺癌、皮膚癌、肺癌等。

第105頁/共147頁四、輻射防護(hù)的原則和方法輻射防護(hù)三原則外照射防護(hù)三要素（三種方法）第106頁/共147頁輻射防護(hù)的基本原則

ICRP（國際輻射防護(hù)委員會）提出的輻射防護(hù)三原則：

1）實(shí)踐的正當(dāng)性

2）防護(hù)的最優(yōu)化

3）個人劑量限值第107頁/共147頁實(shí)踐的正當(dāng)性是指在施行伴有輻射照射的任何實(shí)踐之前要經(jīng)過充分論證，權(quán)衡利弊。只有當(dāng)該項(xiàng)所帶來的社會總利益大于為其所付出的代價的時候，才認(rèn)為該項(xiàng)實(shí)踐是正當(dāng)?shù)?。此?xiàng)原則要求：效益≥代價+風(fēng)險(xiǎn)第108頁/共147頁輻射防護(hù)與安全最優(yōu)化（AsLowAsReasonablyAchievable，ALARA，合理可能盡量低）在實(shí)際的輻射防護(hù)中占有重要的地位。在實(shí)施某項(xiàng)輻射實(shí)踐的過程中，可能有幾個方案可供選擇，在對幾個方案進(jìn)行選擇時，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用最優(yōu)化程序，也就是在考慮了經(jīng)濟(jì)和社會等因素后，個人受照劑量的大小、受照射的人數(shù)和受照射的可能性均保持在可合理達(dá)到的盡可能低的水平。第109頁/共147頁個人劑量限值是“不可接受的”和“可耐受的”區(qū)域分界線。它也是輻射防護(hù)最優(yōu)化的約束上限。做這個約束限制的本意在于群體中利益和代價的分布不均勻性，雖然輻射實(shí)踐滿足了正當(dāng)化的要求，防護(hù)也做到了最優(yōu)化，但還不一定能對每個個人提供足夠的防護(hù)，因此，對于給定的某項(xiàng)輻射實(shí)踐，不論代價與利益分析結(jié)果如何，必須用此限值對個人所受照射加以限制。第110頁/共147頁劑量限值

應(yīng)用職業(yè)人員公眾有效劑量20mSv·a-1

連續(xù)5年內(nèi)平均1mSv·a-150mSv·a-1在任一年年當(dāng)量劑量眼睛150mSv15mSv皮膚500mSv50mSv四肢500mSv有效劑量限值和當(dāng)量劑量限值第111頁/共147頁如何根據(jù)年劑量限值計(jì)算每一劑量環(huán)境下的工作時間？以γ射線輻射場為例：安全工作時間＝年劑量限值÷測量的劑量率如：年劑量限值取1mSv/年，工作場所的劑量率為2.5μSv/h，則：安全工作時間＝1×1000÷2.5＝400小時如果是在中子輻射場下，安全工作時間要減?。ㄒ蛑凶拥妮椛錂?quán)重因子比γ射線要大）。第112頁/共147頁外照射防護(hù)的三種方法

1、時間防護(hù)

2、距離防護(hù)

3、屏蔽防護(hù)第113頁/共147頁

減小外照射的三種基本方法第114頁/共147頁限制靠近輻射源的時間增加與輻射源之間的距離在人與輻射源之間安裝屏蔽防護(hù)第115頁/共147頁時間防護(hù)：

在劑量率均勻的情況下，人所受到的劑量與照射時間成正比，照射時間越長，所接受的劑量越大。

劑量＝劑量率X時間因此，為了減少照射的劑量，就可以縮短照射時間，盡量減少在放射源附近停留的時間。這要求我們在從事放射性工作時，要操作熟練，動作迅速，必要時可進(jìn)行一些空白操作訓(xùn)練來提高熟練程度，這樣在正式操作時可以減少受照時間，如果一個人操作超過劑量限值，就可以數(shù)人操作，使每個人所受的劑量減少。第116頁/共147頁距離防護(hù)：

對于點(diǎn)狀放射源，在空間某處的強(qiáng)度與到源的距離的平方成反比。

D＝A·Г/R2

距離增加一倍其照射的強(qiáng)度就減少到1/4，距放射源越遠(yuǎn)，受照劑量就越小。因此，在做放射性操作時，盡可能離放射源遠(yuǎn)一點(diǎn)，這就是距離防護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)距離防護(hù)，人們借助于機(jī)械手或長柄鉗等來增加人與放射源之間的距離，或者用自動，半自動化方法進(jìn)行操作。第117頁/共147頁屏蔽防護(hù)：“時間防護(hù)”與“距離防護(hù)”是既經(jīng)濟(jì)又簡便易行，但實(shí)際工作中往往單靠這兩種辦法還是不行的。因此必須考慮“屏蔽防護(hù)”，就是在人與放射源之間放置屏蔽物，以達(dá)到減弱射線強(qiáng)度的目的。對外照射的防護(hù)“時間防護(hù)”與“距離防護(hù)”對不同的射線都一樣可用，而“屏蔽防護(hù)”對不同的射線考慮是完全不同的。對于α射線由于其射程短，連人的皮膚也穿透不過，一般可以不考慮α射線的外照射防護(hù)。對中子我們接觸很少，所以，我們主要考慮的是X射線、γ射線和β射線的防護(hù)問題。第118頁/共147頁不同射線屏蔽材料的選擇α射線：由于α射線的射程非常短，即使能量比較高的α射線，一張紙也能將它完全擋住，因此，α射線外照射一般不會對人類造成危害；但進(jìn)入人體組織和器官時，其能量將全部被組織和器官所吸收，所以，要特別重視防止α射線的內(nèi)照射。第119頁/共147頁不同射線的屏蔽材料的選擇β射線：β射線與物質(zhì)相互作用時，一部分能量會以X射線（軔致輻射）的形式輻射出來，所產(chǎn)生的軔致輻射的強(qiáng)度既與物質(zhì)的原子序數(shù)Z的平方成正比，還與β射線的能量成正比。如：能量為1MeV的β射線在鉛（Z＝82）中有3％的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射（X射線），而在鋁（Z＝13）中只有0.4%的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射。對β射線的屏蔽，一般要選用原子序數(shù)較低得物質(zhì)，如有機(jī)玻璃和鋁等，以減少軔致輻射產(chǎn)生的份額；但對活度和能量較高的β源，最好在輕材料屏蔽后面，再添加適當(dāng)厚度的重物質(zhì)屏蔽材料，以屏蔽軔致輻射。第120頁/共147頁不同射線屏蔽材料的選擇X射線和γ射線：他們與物質(zhì)相互作用時，主要的三種形式是光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(chǎn)生，光電效應(yīng)發(fā)生幾率與物質(zhì)的原子序數(shù)Z的4次方成正比，康普頓散射與Z/A成正比，電子對產(chǎn)生與Z的平方成正比，因此，X射線和γ射線的屏蔽，要選擇原子序數(shù)高的重物質(zhì)為好，如鉛和含鉛的玻璃是目前較普遍采用的屏蔽材料。第121頁/共147頁不同射線屏蔽材料的選擇

中子：中子與物質(zhì)相互作用的過程較為復(fù)雜，主要有散射和吸收兩種；并且發(fā)生作用的方式與中子的能量有關(guān)。一般將中子分為慢中子（小于5keV，其中能量為0.25eV的稱為熱中子）、中能中子（5～100keV）和快中子（0.1~500MeV）三種。在實(shí)際工作中，多數(shù)遇到的是快中子，快中子與輕物質(zhì)發(fā)生作用時，損失的能量比重物質(zhì)要多的多，如快中子與氫核碰撞時交給反沖質(zhì)子的能量可達(dá)中子能量的一半。因此，含氫多的物質(zhì)，如水和石蠟等，是屏蔽中子的最好材料。第122頁/共147頁內(nèi)照射的防護(hù)方法放射性物質(zhì)進(jìn)入人體體內(nèi)的途徑：（1）吸入，直接吸入空氣中污染物；（2）食入，通過消化道進(jìn)入；（3）皮膚和傷口，通過皮膚或通過污染的傷口進(jìn)入；第123頁/共147頁內(nèi)照射的防護(hù)方法

包容、隔離凈化、稀釋遵守規(guī)章制度，做好個人防護(hù)第124頁/共147頁放射源分類密封源：密封在包殼里的或緊密地固結(jié)在覆蓋層里并呈固體形態(tài)的放射性物質(zhì)。密封源的包殼或覆蓋層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，使源在設(shè)計(jì)使用條件和磨損條件下，以及在預(yù)計(jì)的事件條件下，均能保持密封性能，不會有放射性物質(zhì)泄漏出來。非密封源：不滿足密封源定義中所列條件的源。（沒有包殼的放射性物質(zhì)，液態(tài)或粉末）操作非密封源的場所叫做非密封放射源工作場所。第125頁/共147頁放射源分類國家環(huán)境保護(hù)總局公告2005年第62號

放射源分類辦法

參照國際原子能機(jī)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定，按照放射源對人體健康和環(huán)境的潛在危害程度，從高到低將放射源分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類，V類源的下限活度值為該種核素的豁免活度。第126頁/共147頁

Ⅰ類放射源為極高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾分鐘到1小時就可致人死亡;

Ⅱ類放射源為高危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時至幾天可致人死亡;

Ⅲ類放射源為危險(xiǎn)源。沒有防護(hù)情況下，接觸這類源幾小時就可對人造成永久性損傷，接觸幾天至幾周也可致人死亡;

第127頁/共147頁Ⅳ類放射源為低危險(xiǎn)源?；静粫θ嗽斐捎谰眯該p傷，但對長時間、近距離接觸這些放射源的人可能造成可恢復(fù)的臨時性損傷;

Ⅴ類放射源為極低危險(xiǎn)源。不會對人造成永久性損傷。

第128頁/共147頁常見放射源分類簡表核素I類源（貝可)II類源（貝可）III類源（貝可）IV類源（貝可）V類源（貝可）H-3≥2×1018≥2×1016≥2×1015≥2×1013≥1×109P-32≥1×1016≥1×1014≥1×1013≥1×1011≥1×105Fe-55≥8×1017≥8×1015≥8×1014≥8×1012≥1×106Co-57≥7×1014≥7×1012≥7×1011≥7×109≥1×106Co-60≥3×1013≥3×1011≥3×1010≥3×108≥1×105Ni-63≥6×1016≥6×1014≥6×1013≥6×1011≥1×108Ge-68≥7×1014≥7×1012≥7×1011≥7×109≥1×105第129頁/共147頁常見放射源分類簡表核素I類源（貝可）II類源（貝可）III類源（貝可）IV類源（貝可）V類源（貝可）Se-75≥2×1014≥2×1012≥2×1011≥2×109≥1×106Kr-85≥3×1016≥3×1014≥3×1013≥3×1011≥1×104Mo-99≥3×1014≥3×1012≥3×1011≥3×109≥1×106Ru-106(Rh-106)≥3×1014≥3×1012≥3×1011≥3×109≥1×105Pd-103≥9×1016≥9×1014≥9×1013≥9×1011≥1×108Cd-109≥2×1016≥2×1014≥2×1013≥2×1011≥1×106I-125≥2×1014≥2×1012≥2×1011≥2×109≥1×106第130頁/共147頁常見放射源分類簡表核素I類源（貝可）II類源（貝可）III類源（貝可）IV類源（貝可）V類源（貝可）I-131≥2×1014≥2×1012≥2×1011≥2×109≥1×106Cs-137≥1×1014≥1×1012≥1×1011≥1×109≥1×104Pm-147≥4×1016≥4×1014≥4×1013≥4×1011≥1×107Gd-153≥1×1015≥1×1013≥1×1012≥1×1010≥1×107Ir-192≥8×1013≥8×1011≥8×1010≥8×108≥1×104Au-198≥2×1014≥2×1012≥2×1011≥2×109≥1×106Po-210≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104第131頁/共147頁常見放射源分類簡表核素I類源（貝可）II類源（貝可）IV類源（貝可）IV類源（貝可）V類源（貝可）Ra-226≥4×1013≥4×1011≥4×1010≥4×108≥1×104Pu-238≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104Pu-239/Be≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104Am-241≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104Am-241/Be≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104Cm-244≥5×1013≥5×1011≥5×1010≥5×108≥1×104Cf-252≥2×1013≥2×1011≥2×1010≥2×108≥1×104第132頁/共147頁上述放射源分類原則對非密封源適用。

非密封源工作場所按放射性核素日等效最大操作量分為甲、乙、丙三級，具體分級標(biāo)準(zhǔn)見《電離輻射防護(hù)與輻射源安全標(biāo)準(zhǔn)》（GB18871-2002）。

第133頁/共147頁非密封源工作場所的安全管理

甲級非密封源工作場所的安全管理參照Ⅰ類放射源。

乙級和丙級非密封源工作場所的安全管理參照Ⅱ、Ⅲ類放射源。第134頁/共147頁135非密