辐射物理与辐射防护桂立明

1,烟台,辐射物理与辐射防护,清华大学工程物理系,辐射防护与环境保护研究室,桂立guiliming,2011.03,2,要求,1、原子核、放射性基本知识（简述）2、射线与物质相互作用（简述）3、物理量介绍（活度、照射量、比释动能、吸收剂量、当量剂量、有效剂量、待积有效剂量、三种监测实用量的定义和应用）4、剂量测量的基本原理5、辐射生物学效应（简述）6、辐射防护的目的与任务7、辐射防护的基本原则8、辐射防护标准和限值9、辐射事故的分级10、X、射线的剂量与防护11、射线的剂量与防护12、射线的剂量与防护13、中子的剂量与防护14、内照射的防护,3,主要内容,一、福岛核电站事故给监测带来一个挑战二、放射性同位素的基本特性三、主要辐射量的简介四、辐射对人体的作用辐射效应五、辐射防护的目的与任务六、辐射防护基本原则（辐射防护体系）七、辐射防护标准八、外照射与内照射的防护九、辐射防护监测中对仪表的基本要求,4,一、福岛核电站事故给监测带来一个挑战,在安徽省、广东省、广西壮族自治区和宁夏回族自治区的监测点气溶胶取样中还检测到了极微量的人工放射性核素铯-137和铯-134，其浓度均在10-5贝克/立方米量级及以下。日本东京电力公司28日晚宣布，福岛第一核电站厂区采集的土壤样本首次检测出放射性元素钚。一些核能安全专家分析，这些钚-238可能来自3号反应堆，那里是6座反应堆中唯一以钚铀混合氧化物（MOX）为燃料的机组。中新社东京3月24日电福岛第一核电站排水口附近海水中放射性碘的浓度24日再次超过百倍地高出法定值，且有两种新的放射性元素碲和钌被发现。,5,二、放射性同位素的基本特性,1.X射线与放射性的发现2.化学周期表、元素、核素3.放射性同位素4.、X射线的主要特性5.放射性同位素的主要衰变规律6.射线与物质相互作用,6,1895年德国物理学家伦琴(Roentgen)在研究阴极射线产生的荧光时,发现了X射线,也有人称为伦琴射线,它具有很强的穿透能力,并能使空气电离。,1.X射线与放射性的发现,7,伦琴（ConradRoentgen1845-1923）,FrauRoentgensHand世界上第一张X射线照片1895.12.22,NobelPrizein1901,1895,伦琴（Roentgen）发现X射线,8,放射现象的发现,1896年，贝克勒尔（A.H.Becquerel）在研究磷光现象时，发现了铀的放射现象，这是人类第一次在实验室里观察到原子核现象。他发现用黑纸包得很好的铀盐仍可以使照相底片感光，说明铀盐可以放射出能透过黑纸的射线。通常人们把这一重大发现看成是核物理学的开端。,9,元素周期表,元素的周期律是门捷列夫于1869年提出的。他总结了前人的研究成果，深入地研究了各元素的化学和物理性质后，发现将各元素按其原子量递增的次序排列起来，元素的物理和化学性质呈现周期性的变化。这种按照原子量的大小和元素性质排列起来的元素表称为元素周期表。,2.化学周期表、元素、核素,10,IIII周期元素的原子结构图,11,原子模型,放射性现象,12,核素,元素化学性质决定于最外层电子(价电子)的数目和排列状况。原子核是由带正电荷的质子（p）和质量与质子大小大致相等而不带电荷的中子（n）组成。每个原子的质子数等于原子序数Z，中子数N与Z之和称为质量数A。ZPAPN具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。,13,原子结构及电子壳层,14,右下角N表示核内中子数；左下角Z表示质子数或称电荷数；左上角A（A=N+Z）称为核内的核子数，又称质量数。实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符号AX足以表示一个特定的核素。,原子核的表示方法,例如：；,为三个核素，可表示为,15,核子数、中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。,两种核素，A同，Z、N不同。,两种核素，N同，A、Z不同。,两种核素，Z同，A、N不同。,两种核素，A、Z、N同，能态不同。,16,同位素实际上就是Z相同而A不同的各核素的总称。同位素是指元素周期表中处于同一个位置，它们具有相同的化学性质。例如（氕）、（氘）、（氚）。,它们都在第一号位置，所以记作1H，由于质量数不同，在左上角表示，简写成1H、2H、3H。,氕原子核内仅有一个质子即氢,氘原子核内有一个质子一个中子,氚原子核内有一个质子二个中子,同位素和核素,17,某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。,同位素丰度,99.756%、0.039%、0.205%,99.985%、0.015%,0.724%、99.276%,18,99.985%、0.015%,3.放射性同位素,其中，稳定同位素为：,而为放射性同位素，具有放射性，放出最大能量为18KeV的射线，其半衰期。它的产生是宇宙射线与空气中的N和O发生核反应，称为宇生放射性。,氢的三种同位素具有相同的化学性质，但其放射性却不同。,19,稳定性同位素和放射性同位素,由于极大多数元素都具有同位素，虽然现在世界上只发现了111种元素，但其同位素已发现了2000多种，即2000多种核素。同位素的种类如此繁多，按不同的分类标准有不同的分类方法。若按原子核的稳定性来划分，则可以分为稳定的同位素和不稳定的同位素，不稳定的同位素又叫做放射性同位素。,20,人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是在反应堆或加速器所生成。同位素技术中应用最广泛的放射源-钴源（60Co）就是在反应堆中生成。将金属钴，即59Co，其丰度100，放在反应堆孔道内，利用中子照射59Co，发生如下核反应：工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源（60Co），其活度达几十万至百万居里（Ci）。,人工放射性核素,21,名称小结（1）,元素：用化学方法不能再将其分解的一些物质。原子是元素最小单元。核素：在其核内具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子。同位素：具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。,22,名称小结（2）,放射性同位素：原子核能够自发地衰变，放出、粒子而转变成另一种原子核的同位素。放射性物质：放射性比活度大于70kBq/kg（2Ci/kg）的任何物质。,稳定性同位素：原子核比较稳定，不能自发地放射出某种射线，因而也不能自动地发生核转变的同位素。,23,核衰变,不稳定的原子核，由于含有过多的质子或中子，或者其他各种原因，无法构成核子的稳定的排布，核子在激烈运动时发生碰撞，产生能量转移，最终将有一个核子或数个核子获得了足够大的能量而发生转变，将多余的能量以带电粒子（或）或电磁波（光子）的形式发射出去，这样核内总能量就减少一部分，核内核子发生重排，从而获得了更稳定的能量配置，这就是核衰变的原理。核衰变不受外界因素的影响，它是放射性核素本身的物理特征。,4.、X射线的主要特性,24,射线,射线是氦原子核，即由二个质子和二个中子组成，所以它带有两个单位的正电荷。这四个粒子紧密地结合在一起，以致在很多场合里粒子就像是一个基本粒子。,25,射线,射线是由原子核里发射出来的高速运动的电子组成。这些“核电子”与原子电子具有相同的特性，带有一个单位的负电荷，但是，1932年安德森发现有+发射，称为正电子发射，它带有一个单位的正电荷。平常所说的辐射指-这种类型的辐射。,26,射线（1）,射线是一种电磁辐射，属于这种辐射的还有无线电波和可见光等。射线是一种从核内放射出来的电磁辐射。辐射一般并不能自发地单独发生，而是伴随着衰变或者衰变同时发生，这是因为有些不稳定的原子核，当放射出粒子以后，新生子体仍然处在激发状态，或者叫亚稳态。,27,射线（2）,亚稳态能很快地将多余的能量以电磁波的形式发射出来，同时核内实现核子重排，进入稳定的基态，这个过程发生在少于1s的时间之内，这就是辐射。光子不带电荷，所以原子核发生辐射时，质量数和原子序数都不发生改变，只是从激发态跃迁到稳定的基态。,28,电磁辐射能谱,29,X射线（1）,与射线基本上相同的另一种电磁辐射是伦琴射线（即X射线），它们之间的根本区别在于其来源不同，X射线来自核外电子轨道发生变化时产生的，而射线则来自原子核内部能级发生变化时产生的。高能电子将原子内层电子击出原子，在原子的内层上留下一个电子的空位，其它壳层的电子将来补充，在这个过程中，就发射X射线，平时也称为特征X射线，即每种原子都有它的特征X射线。,30,X射线（2）,此外，射线装置也能产生X射线，例如加速器、X光机，这是高速运动的电子打到阳极材料的原子中，电子在原子核库仑场的作用下作减速运动，在这一过程中，电子将一部分或全部能量转化为电磁辐射，即连续谱的X射线，这种辐射又称为轫致辐射。,31,、的共同点（1）,这三种射线本质不同，但是它们具有如下共同之点：都是从原子核里发射出来的，都是有极快的速度，其中最快，次之，最慢。都能使介质电离，其电离本领最强，次之，较弱。都具有一定的穿透能力，其中最弱，次之，最强，一张厚纸就可将射线全部挡住，它在空气中也只能飞行几个厘米。,32,、的共同点（2）,射线穿透力较大，很容易穿过厚纸，甚至能穿过几毫米的铝板。射线具有极强的穿透力。使照像底片感光。在放射过程中都能不断辐射能量，使周围介质吸收后温度升高。三种射线都能产生荧光。,33,电场对镭射线的分解,34,电离辐射粒子类型,35,5.放射性同位素的主要衰变规律,由于微观世界的统计性和全同行，不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律；具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变概率表示。,36,放射性核素的核衰变，不受任何外来的物理和化学因素的影响，它完全由原子核的不稳定性来决定。假定某种放射性原子是高度不稳定的，那么它将迅速的衰变；如果是稍微有点不稳定，那么它就衰变得比较慢。对于一个具体的不稳定的核来说，谁也无法预先知道它将在什么时候发生核衰变。但是对于同一种特定的核素来说，它的每一个不稳定的核，在某一时刻发生核衰变的几率都是相等的，所以核衰变从总体上说是服从统计规律的。,37,（1）放射性衰变的统计规律,也就是说，当同一类核素的许多放射性原子核放在一起时，我们不能预测某个原子核在某个时刻将发生衰变。对于许多个放射性原子核来说，它们不会同时发生衰变，有的早，有的晚。所以，在实际上，衰变是一个统计的过程，大量的相同的放射性原子核会先后发生衰变，总的效果是随着时间的推移而不断减少，即放射源中的原子核数目按一定的规律减少。,38,（2）放射性衰变的指数衰减规律,放射性核素的核衰变服从指数规律。任何放射性核素，不管放射任何射线，也不管放射性衰变的快慢，都服从指数规律，这是一个普遍规律。A=Aoe-t式中：Ao在t时，即原始的放射性核素的活度，Bq；A在t时刻，该放射性核素经核衰变后剩余的活度，q；放射性核素的衰变常数，1/s；t经过的时间，s。,39,放射性活度随时间的变化,40,衰变常数,衰变常数表示在单位时间内每个放射性原子核发生衰变的概率。其单位为时间的倒数，如s-1、min-1、h-1、d-1、a-1等。任何一种放射性核素都有自己确定的衰变常数数值。衰变常数的大小与这种核素是如何形成的或何时形成的都无关。这个数值的大小只取决于放射性核素本身的性质，与外界条件无关，数值大的放射性核素衰变得快，数值小的放射性核素衰变得慢。,41,半衰期T1/2（1）,半衰期是指一种放射性原子核总数中有一半发生了衰变所需的平均时间，用T1/2表示，单位为s、h等。,除了外，还可用半衰期T1/2表征放射性衰变的快慢。,实际上，从上述公式，可得：,42,半衰期T1/2（2）,由此可见，T1/2与成反比，放射性核素的半衰期与衰变常数有一一对应的关系。知道了半衰期也就等于知道了衰变常数；反之，也是一样。T1/2越大，衰变越慢；T1/2越小，衰变越快。例举一些放射性核素的T1/2数值。137CsT1/2=30.17a135CsT1/2=2.810-10s；60CoT1/2=5.272a；14CT1/2=5730a；238UT1/2=4.5109a。,碘系列,43,44,45,46,.常见碘的所有化合物；.碘的所有化合物。资料来自GB4792、GB8703、辐射防护手册第一分册。,47,137Cs的衰变纲图,48,60Co的衰变纲图,49,放射性活度,放射性活度的国际单位（SI）是s-1，称为贝可勒尔,简称贝可,用符号Bq表示。规定1Bq=1s-1即每秒衰变1次为1贝可。以往的专用单位为居里，记作Ci，,放射性核素的放射性活度，过去也称放射性强度。它是表征放射性核素特征的物理量之一。,放射性活度是指在单位时间内，放射性核素发生衰变的原子核数，用符号A表示。,1Ci=3.71010Bq,50,放射性活度是衰变数，不是发出的射线数；（137Co：、）历史上曾使用过的单位：居里（Ci）；1Ci相当于1g镭的放射性活度,几点注意,51,6.射线与物质相互作用,各种射线与物质相互作用都有它一定的规律。我们这里仅分作带电粒子和不带电粒子与物质相互作用。快速运动的带电粒子通过物质时，遇到物质原子中的电子和原子核，会同它们发生碰撞，进行能量的传递和交换：其中一种主要的作用过程是同电子的非弹性碰撞，使物质的原子发生电离或激发，形成了正离子和负电子或激发态原子，这一过程称做电离碰撞。电离辐射与物质之间的相互作用随电离辐射的类型而异，也与被作用的物质性质有关。,52,与物质相互作用，能产生直接电离粒子的中性粒子，如中子、光子等，称为间接电离粒子。由间接电离粒子组成的辐射称为间接电离辐射。,直接电离辐射directlyionizingradiation,具有足够动能的、碰撞时能引起电离的带电粒子，如电子、质子、粒子、重离子等，称为直接电离粒子。由直接电离粒子组成的辐射称为直接电离辐射。,间接电离辐射indirectlyionizingradiation,53,常见的电离辐射,54,电离辐射,电磁辐射,X射线,射线,粒子,粒子,质子,中子,带电粒子,不带电粒子,粒子辐射,电离辐射的分类,55,致电离粒子,带有电荷的核辐射粒子能够直接使原子电离或激发，称作直接致电离粒子；而中性的核辐射粒子，由于没有电荷不能直接使介质原子发生电离作用，但可以通过与物质作用产生的次级带电粒子使介质原子发生电离或激发，这样一些中性粒子则称做间接致电离粒子，例如，中子和射线等。,56,电离辐射,总之，能够直接或间接使介质原子电离或激发的核辐射称做电离辐射。、n、p等。加速器出射的各种能量的带电粒子（离子）以及宇宙射线中各种高能粒子等都是电离辐射，它们有的带电，有的不带电。,57,电离（1）,当运动的带电粒子在物质中穿行并从原子附近通过时，由于它们带电荷，所以就会和原子核外的电子发生静电作用，例如-会排斥电子，而粒子则吸引电子。核外轨道的电子获得足够的能量后，就会脱离原子核的束缚力而成为自由电子。失去电子的原子带有正电荷，成为正离子，它与自由电子合称一个离子对。射线使物质原子变成离子对的现象就是电离，射线所具有的这种作用就叫做电离作用。,58,电离（2）,我们在介绍原子结构时曾提及，要想使核外轨道电子脱离原子的束缚必须提供能量。在这里，射线的带电粒子必须损失能量。能量的大小与带电粒子所带电荷的性质以及它的初始能量无关，而只由介质的性质来决定。例如，任何带电粒子在空气中产生一个离子对，都需要消耗33.85eV的能量。,59,激发,如果带电粒子给予原子核外的束缚电子的能量不足以使它变成自由电子，而只是使它的核外内层低能级轨道跳到外层的高能量级轨道上，这时内层轨道就缺少了电子，出现了空穴或者“洞”，原子就处于激发状态，这一过程就是激发。一般很快就有外层轨道上的电子跃迁下来，以补内层的空缺。外层电子跃迁到内层，是要放出能量的，其释放的能量以电磁波的形式发射。所以，激发总是与辐射现象相伴而产生的。,60,（1）带电粒子在物质中引起的电离与激发,电子、质子、粒子等可使物质原子电离和激发。带电粒子主要是通过使物质原子被电离与激发不断损失其能量，直到其能量耗尽。带电粒子从进入物质开始，沿入射方向所穿行的最大距离，称为该入射带电粒子在该物质中的射程。带电粒子在物质中的射程与粒子类型、能量和物质性质有关。粒子具有很强的电离能力，在很短的行程内会将其能量消耗掉。高能粒子射程要比粒子大许多。如32P所发射1.7MeV的粒子，在空气中的射程为6m，在生物软组织中的射程约为5？,61,韧致辐射：当高速运动的带电粒子从原子核附近掠过时，它会受到原子核库仑场的作用而产生加速度。在库仑场中受到减速或加速的带电粒子，其部分或全部动能，将转变为连续谱的电磁辐射，这就是韧致辐射，这种形式的能量损失，称为辐射损失。中被减速或加速，,韧致辐射,62,63,轫致辐射,电子打在荧光屏上产生X射线电视机显像管,特征:x射线能量连续0EMax(电子能量)电视机高压15kV电子束能量15keVx射线能量0-15keV,应注意玻璃含有40KUTh,产生机制,原子核,64,（2）X、射线与物质的相互作用的主要过程,（a）光电效应,光电子动能：,EehBi（iK，L，M）,能量为的光子通过物质时，与原子内壳层的一个轨道电子相互作用，把全部能量传递给这个电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子（常称光电子），这种效应称光电效应。,（1-4-3）,65,（b）康普顿效应,66,康普顿效应示意图,67,光电效应与康普顿效应的差别,康普顿效应与光电效应不同，光电效应中，入射光子被吸收了，能量全部转移给光电子（以及俄歇电子或特征X射线）。康普顿效应发生后仍存在散射光子，反冲电子只获得入射光的一部分能量。光电效应主要发生在束缚最紧的内层电子上，而康普顿效则主要发生代束缚最松的对层电子上。,68,（c）电子对效应,原子核场：能量大于1.02MeV，发生几率大；在原子的电子场：能量大于2.04MeV，发生几率很小。,当辐射光子的能量足够高，在原子核场或原子的电子场中经过时，在库仑场作用下，一个光子转化成一对正、负电子，这种过程称作电子对效应。,69,（3）中子与物质的相互作用,中子与原子核的相互作用分为两大类：散射：吸收：包括辐射俘获、核裂变、（n，）和（n，p）反应等。,70,中子,散射,弹性散射如：快中子与轻介质,非弹性散射如：快中子与重介质，,吸收,辐射俘获，,吸收：包括辐射俘获、核裂变、（n，）和（n，p）反应等。,71,小结,常用射线：、X、n这些射线与物质相互作用大致分成两类：射线被物质所减弱、吸收，不生成新物质。射线与物质进行核反应，生成新物质。,例如，目前生产的大型集装箱检查系统产生的X射线，能量在9MeV以下，以及将要使用的60Co、137Cs、241Am等放射性核素，它们的射线能量不足以引起核反应，即能量低于核反应的阈能。,72,1.吸收剂量2.当量剂量3.有效剂量4.辐射防护中使用的实用量5.待积当量剂量与待积有效剂量6.与群体相关的辐射量,三、主要辐射量的简介,73,1.吸收剂量D,电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商,定义：,SI单位：戈瑞，Gy1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，rad1Gy100rad,吸收剂量D在剂量学的实际应用中是一个非常重要的基本的剂量学量。,（absorbeddose）,74,对所有射线适用；适用于所有介质；针对“点”的概念。,吸收剂量D的使用条件,75,吸收剂量率,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。,定义：,.,76,式中：,WR辐射权重因子；DT,R器官、组织的平均剂量,器官或组织T中的平均吸收剂量DT,R与辐射权重因子WR的乘积,2.当量剂量HT,R,(equivalentdose),定义：,77,SI单位：希沃特，Sv1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv100rem,如果辐射场由具有不同WR值的不同类型和（或）不同能量的辐射所构成时，则当量剂量HT为,78,辐射权重因子(Radiationweightingfactor,WR),数值上：依据辐射在低剂量率时诱发随机效应的相对生物效应值选取的。性质：表征射线种类，能量与生物效应关系,为辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康的相对危害效应。,79,辐射权重因子（WR）（GB18871-2002、IAEA115、ICRP60）,80,中子辐射权重因子,81,3.有效剂量E,式中：,WT组织T的权重因子；HT器官或组织的当量剂量,当所考虑的效应是随机效应时，在全身受到不均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的加权后的当量剂量之和。,(effectivedose),82,SI单位：希沃特，Sv1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv100rem,有效剂量表示了在非均匀照射下随机性效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量。有效剂量也可表示为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之和：,意义：评价随机效应的危险度，使辐射防护走向定量化。,83,组织权重因子（tissueweightingfactor,WT),定义：WT代表组织T接受的照射所导致的随机效应的危险系数与全身受到均匀照射时的总危险系数的比值。,表征组织或器官的辐射敏感性反应了在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。为辐射防护的目的，器官和组织的当量剂量所乘的因数，乘以该因数是为了考虑不同器官和组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。,84,组织权重因子（GB18871-2002、IAEA115、ICRP60）,85,组织权重因子WT,86,概念理解,当量剂量针对某个器官或组织，是平均值；有效剂量针对全身而言，取平均值。辐射权重因子描述了辐射类型、能量的不同对生物效应的影响；组织权重因子则描述了不同器官、组织对全身总危害的贡献。,87,4.辐射防护中使用的实用量,由ICRU定义的实用量与ICRP定义的防护量相关联，目的在于评价与限值的符合情况时能对防护量提供一种合理的估计。实用量仅适用于外照射监测。对于区域监测，实用量是周围剂量当量H*（d）和定向剂量当量H（d，）；对于个人监测，实用量是人体内个人剂量当量HP（d）。在外照射情况下，人体各部分的当量剂量是不均匀的，而且直接测量人体中的当量剂量是不可能的。因而有必要将实际测量的量与人体的有效剂量和皮肤的当量剂量相关联。外照射防护最关心的是人体的躯干，ICRU建议用直径30cm的组织等效球模拟人体躯干，通过测定此球中不同部位的剂量，可准确地估算人体躯干所受到的剂量。,88,ICRU球,是一个组织等效球形体模，球的直径为30cm，密度1g/cm3，材料的质量成分为氧76.2%、碳11.1%、氢10.1%、氮2.6%。称ICRU球。所以ICRU球可用来模拟人体对辐射量最敏感的躯干部的受照情况，被规定为确定外部辐射源产生剂量的受体。由于生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件和个体差异等因素的影响，相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物效应。为了用同一尺度表示不同类型辐射照射对人体造成的生物效应，辐射防护采用了剂量当量这个辐射量。,89,剂量当量,定义：组织中某点处的剂量当量H是D、Q和N的乘积，即：HDQN式中，D为该点处的吸收剂量；Q为辐射的品质因子（上节的五、品质因数Q）；N为其他修正因子的乘积。,90,针对个人剂量监测的目的，引入了个人剂量当量的概念深部个人剂量当量和浅表个人剂量当量统称个人剂量当量。这是两个用于个人监测的剂量当量。它们是在人体上预定佩带剂量计的部位深度d处定义的。这些用于监测的剂量当量均属于实用量，它们具有可测性。,个人剂量监测,91,强贯穿辐射,在均匀单向辐射场中，对某一给定的人体取向，如皮肤敏感层的任何小块区域内所接受的当量剂量与有效剂量的比值小于10，则此种辐射称为强贯穿辐射。,弱贯穿辐射,在均匀单向辐射场中，对某一给定的人体取向，如皮肤敏感层的任何小块区域内所接受的当量剂量与有效剂量的比值大于10，则此种辐射称为弱贯穿辐射。,92,深部个人剂量当量Hp(d),深部个人剂量当量也称作贯穿性个人剂量当量，是人体表面某一指定点下面深度d处按ICRU球定义的软组织内的剂量当量，它适用于强贯穿辐射。推荐的d值为10mm，故Hp(d)可以写为Hp(10)。,93,浅表个人剂量当量Hs(d),浅表个人剂量当量，是人体表面某一指定点下面深度d处按ICRU球定义的软组织内的剂量当量，它适用于弱贯穿辐射。推荐的d值为0.07mm，故Hs(d)可以写为Hs(0.07)。,94,浅表个人剂量当量Hs(d),浅表个人剂量当量，是人体表面某一指定点下面深度d处按ICRU球定义的软组织内的剂量当量，它适用于弱贯穿辐射。推荐的d值为0.07mm，故Hs(d)可以写为Hs(0.07)。,95,可以看出，深部个人剂量当量与浅表个人剂量当量的定义是一样的，仅是深度d值取得不一样。个人剂量当量是在人体组织中定义的，因而目前既不能直接测量，也不可能从一种普遍的刻度方法推导出来。但是，佩带在身体表面的探测器覆盖以适当厚度的组织等效材料，可以用于个人剂量当量的测量。,96,个人剂量当量,为替代上述两个量，ICRU推荐的一种简化概念，它用符号HP（d）表示。它是身体上某一指定点下面、某一适当深度d处软组织的剂量当量。个人剂量当量的单位是“Jkg-1”，其专门名称是“希沃特”。可以用一个佩戴在人体表面、带有相应厚度的组织等效材料的覆盖层的探测器测定HP（10）和HS（0.07）。,97,以上实用量便于测量；除了极高能量和低能情况下，个人监测得的Hp(10)、Hs(0.07)二个量可分别作为相应照射条件下人体有效剂量当量和皮肤剂量当量偏安全的估计。,概念理解,98,5.待积当量剂量与待积有效剂量,（1）待积当量剂量外部贯穿辐射产生的能量沉积，是在组织暴露于该辐射场的同时给出的。然而进入人体内的放射性核素对组织的照射在时间上是分散开的，能量沉积随放射性核素的衰变逐渐给出。能量沉积在时间上的分布随放射性核素的理化形态及其后的生物动力学行为而变化。为了计及这种时间分布，ICRP推荐使用待积当量剂量，它是个人在单次摄入放射性物质后，某一特定组织中接受的当量剂量在时间内的积分。,99,待积当量剂量,人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在50年内将要受到的累积的剂量当量。,式中：t0是摄入放射性物质的起始时刻；是对应于器官或组织T在t时刻受到的当量剂量率；是摄入放射性物质之后经过的时间。当没有给出积分的时间期限时，成年人50年；儿童70年。,100,（2）待积有效剂量,式中：HT（）是积分到时间器官或组织T的待积当量剂量；T是器官或组织T的组织权重因子。,受到辐射危害的各器官或组织T的待积当量剂量HT（）乘以相应的辐射权重因子T，然后求和，就得出待积有效剂量：,待积有效剂量可用来预计个人因摄入放射性核素后将发生随机性效应的平均几率。,HT（）与E（）的单位、名称与符号都和H、E相同。,101,6.与群体相关的辐射量,单位：人希,（1）集体当量剂量ST,表示一组人某指定的器官或组织所受的当量剂量的总和。,一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人。因此，采用集体剂量来定量地表示这一次放射性实践或事故对该群体总的危害。,式中：是所考虑的群体中，第i组的人群中每个人的T器官或组织平均所受到的当量剂量；Ni是第i人群组的人数。,102,受照群体每个成员的有效剂量的总和。,注意：时间、人群,单位：人希,式中：是第i组人群接受的平均有效剂量。,（2）集体有效剂量SK,不论是集体当量剂量还是集体有效剂量的定义都没有明确规定所经历的时间和怎么样的人群，因此，应当指明求和时间间隔和什么样的人群。,103,四、辐射对人体的作用辐射效应,（Stochasticeffect，Deterministiceffects）,2躯体效应和遗传效应（Somaticeffect，Hereditaryeffects）,1随机性效应和确定性效应,104,辐射作用人体的方式,1.外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包括均匀全身照射、局部受照。,2.内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射称为内照射。,3.放射性核素的体表沾染：是指放射性核素沾染于人体表面(皮肤或粘膜)。沾染的放射性核素对沾染局部构成外照射源，同时尚可经过体表吸收进入血液构成体内照射。,105,辐射效应的分类,按效应发生的个体,按效应表现情况,按剂量-效应关系,大剂量照射的,遗传效应,确定性效应,随机性效应,躯体效应,急性效应急性放射病,受照射远期发生的效应,白血病癌症白内障不育,特殊的躯体效应室内受照后胚胎和胎儿的效应：致死性效应先天性畸形生长发育缺陷远期恶性疾病的诱发,基因突变发生在性细胞：,遗传性疾病,先天性畸形,生长发育障碍,106,随机性效应和确定性效应,确定性效应(Deterministiceffect)：是指辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阈值，在阈值以下不会见到有害效应，如放射性皮肤损伤、生育障碍。,辐射效应按剂量效应关系分类随机性效应和确定性效应。,随机性效应(Stochasticeffect)：是指辐射效应的发生几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应，不存在剂量的阈值。主要指致癌效应和遗传效应。,107,随机性效应,(1)发生概率与剂量有关(2)严重程度与剂量无关(3)线性比例、无阈,A.随机效应特点:,108,确定性效应,(1)有阈(2)严重程度与剂量有关,B.确定性效应特点:,109,辐射的人体效应,眼晶体的辐射效应,胚胎的辐射效应,性腺的辐射效应,血液的辐射效应,遗传效应,致癌效应,确定性效应,随机性效应,急性放射病,皮肤的辐射效应,110,一些确定性效应阈值-1,111,一些确定性效应阈值-2,112,引起男性不育的阈剂量,113,引起女性不育的阈剂量,114,不同剂量对人体损伤的估计,115,人类生活方式对辐射水平的影响,116,五、辐射防护的目的与任务,辐射防护的主要目的是在保证不对伴随辐射照射的有益实践造成过度限制的情况下为人类提供合适的保护。具体来讲，就是要防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生率，使之达到被认为可以接受的水平。,辐射防护的目的,117,辐射防护的基本任务,既要保护环境，保障从事辐射工作人员和公众成员，以及他们的后代的安全和健康，又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动；提高辐射防护措施的效益，以促进核科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。,辐射安全目标：建立并维持针对辐射源的辐射危险（风险）的有效防御，防止人员、公众和环境受到损害，并在万一发生事故的情况下缓解事故辐射后果。,118,只有在考虑了社会、经济和其他有关因素之后，其对受照个人或社会所带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害时，该实践才是正当的。实践的利益付出的代价利益：社会的总利益代价：社会的总代价（经济、健康、环境、心理等）,利益和代价分布不均；所有可能的方案中选最佳方案；可行性分析是一条重要的基本原则。,六、辐射防护基本原则（辐射防护体系）,1辐射实践的正当化,实践的正当性意味着利大于弊,119,对于来自一项实践中的任一特定源的照射，应使防护与安全最优化，使得在考虑了经济和社会因素之后，个人受照剂量的大小、受照射的人数以及受照射的可能性均保持在可合理达到的尽量低水平；这种最优化应以该源所致个人剂量和潜在照射危险分别低于剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件。,2.辐射防护与安全的最优化,120,并不是越低越好，而是综合考虑了多种因素后，照射水平低到可以合理达到的程度。,代价利益分析方法,BV（PXY）,式中：,B纯利益，V毛利益，P生产代价，X防护代价，Y危害代价,辐射防护的最优化：AsLowAsReasonablyAchievable,ALARA原则,防护最优化（ALARA）意味着利益最大化,121,3.剂量限制和潜在照射危险限制剂量约束和潜在照射危险约束,（1）应对个人受到的正常照射加以限制，以保证由来自各项获准实践的综合照射所致的个人总有效剂量和有关器官或组织的总当量剂量不超过标准中规定的相应剂量限值。（2）应对个人所受到的潜在照射危险加以限制，使来自各项获准实践的所有潜在照射所致的个人危险与正常照射剂量限值所相应的健康危险处于同一数量级水平。,（简称剂量限制）,122,（3）对于一项实践中的任一特定的源，其剂量约束和潜在照射危险约束应不大于审管部门对这类源规定或认可的值，并不大可能导致超过剂量限值和潜在照射危险限值的值。（4）对任何可能向环境释放放射性物质的源，剂量约束还应确保对该源历年释放的累积效应加以限制，使得在考虑了所有其他有关实践和源可能造成的释放累积和照射之后，任何公众成员（包括其后代）在任何一年里所受到的有效剂量均不超过相应的剂量限值。,以上实践都不包括医疗照射。,剂量限制意味着对受到最大照射个体提供了适当的防护标准,123,概念理解,剂量限值应当只适用于实践的控制；超出剂量限值将使指定的实践带来附加的危险，而这种危险可以合理地描述为正常情况下“不可接受”的；实际的剂量响应关系不存在一个阈值；不能作为防护体系严格程度的唯一度量。,不是“安全”与“危险”的分界线；,124,结论,辐射防护体系是辐射防护工作的基本原则，也是基本要求，它是一个完整的体系，需要全面贯彻执行，决不能片面强调其中一个方面。因为：1.这个体系是综合考虑了社会、经济和其它有关因素。经过充分论证，权衡利弊。2.这个体系科学合理地对辐射防护与辐射源都提出了相应要求。3.由于利益和代价在群体中的分布往往不相一致，付出代价的一方并不一定就是直接获得利益的一方，所以，必须综合考虑各方付出的代价与得到的利益。,125,七、辐射防护标准,国际防护组织最早出现在1913年。后来在1928年的第二次国际放射学大会上决定成立国际放射防护委员会，当时的名称叫：“国际X射线和镭防护委员会”。1950年，它进行了改组，并改名为目前名称：“国际放射防护委员会（InternationalCommissiononRadiologicalProtection简称ICRP）”。,126,性质：非官方、非营利的国际学术团体组织结构：主委会（maincommission)Committee1:辐射生物效应Committee2:次级剂量限值Committee3:医学中的防护Committee4:委员会推荐的应用地位、作用：其出版物是各国制定法规的依据和参考；但不具有法规性质,国际放射防护委员会（ICRP）,127,1957年成立目的：促进原子能对世界和平繁荣的贡献确保联合国的援助不用于军事目的。出版物：安全系列丛书，包括安全标准、安全指导等,国际原子能组织（InternationalAtomicEnergyAgency，IAEA）,128,国际放射防护委员会一九九零年建议书（国际放射防护委员会第60号出版物）发布：1990年，代替ICRP26（1977）建议书,电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准（IBSS，No：115）发布：IAEA，WHO，ILO等；1996年阐明ICRP提出的概念将ICRP的建议制定为在实践中标准,1.国际辐射防护基本安全标准,129,2.辐射防护标准和各种限值,（一）基本限值（1）有效剂量限值和当量剂量限值（2）次级限值（3）内外混合照射（二）导出限值（三）管理限值（四）参考水平（五）剂量限值的安全评价,130,GB18871-2002，IAEA115，ICRP60,有效剂量限值和当量剂量限值,131,限值用于规定期间有关的外照射剂量与该期间摄入量的50年（儿童，70年）的待积剂量之和；隐含着对最优化的剂量约束值一年中不应超过20mSv；特殊情况下，公众每5年平均剂量不超过1mSva-1，在单独一年的有效剂量可允许大一些；年剂量当量的设置是为了防止局部照射中的确定性效应；皮肤剂量限值指在任一1cm2，不论受照的皮肤面积；剂量限值只是防护体系的一部分，刚好达到可忍受程度的边缘上的一个点。,说明：,限值不包括天然本底和医疗照射；,不是“安全”与“危险”的分界线；,132,标准限值总结,133,八、外照射与内照射的防护,1.外照射防护的基本原则2.外照射防护的主要方法（基本方法）3.常见的电离辐射的危害性4.内照射防护的基本原则5.有效半衰期6.年摄入量限值ALI与空气导出浓度DAC7.内照射防护的措施,134,1.外照射防护的基本原则,内外照射的特点,基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。,135,2.外照射防护的主要方法（基本方法）,外照射防护三要素：时间、距离、屏蔽,136,累积剂量与受照时间成正比措施：充分准备，减少受照时间,1时间防护(Time),137,剂量率与距离的平方成反比措施：远距离操作；任何源不能直接用手操作；注意射线防护。,2距离防护(Distance),138,措施：设置屏蔽体屏蔽材料和厚度的选择：辐射源的类型、射线能量、活度,3.屏蔽防护(Shielding),139,140,3.常见的电离辐射的危害性,在核电厂中，经常遇到的电离辐射为辐射、辐射、辐射和中子辐射。电离辐射对人体的危害，在于辐射能量可导致人体组织细胞的损伤。电离辐射的类型不同，对人体的危害程度也不一样。有的辐射产生外照射的危害性大一些，而有的辐射产生内照射的危害性大一些。外照射和内照射系指辐射源分别在人体外和人体内对人体形成的照射。,141,粒子的相对危害性,粒子质量大，电荷多，在物质中的射程很短。穿透能力很弱，能量最大的粒子在空气中的射程仅有几个厘米，难以穿透人体外表的角质层。因此，粒子几乎不存在外照射危害问题。粒子一旦进入人体，短射程这一特点就显得异乎寻常。此时，辐射源被人体组织所包围，损伤几乎集中在辐射源附近。若粒子沉积在体内某一器官，其能量可被该器官全部吸收，因而器官受到严重的伤害。因此，粒子的内照射危害必须重视。,142,粒子的相对危害性,与粒子相比，粒子在空气中的射程较大。能量较高的粒子能穿透人体皮肤进入浅表组织，因此，粒子是具有较小外照射危害的辐射，可引起皮肤表层的损伤。在特定情况下，射线对皮肤和浅表组织的外照射不容忽视。粒子在组织中射程较大，在组织的某一小体积内沉积的能量较粒子小，对小体积内组织引起的损伤比粒子要小，但亦可引起明显的生物效应。,143,射线的相对危害性,射线在空气和其他物质中的射程较大，也就是说其穿透力较强。即使处于离辐射源远处的组织，也会受到危害。当人体处于射线辐射场中时，会使所有器官和组织受到照射，引起严重损伤。就外照射而言，与、辐射相比，射线具有更大的危害性。由于射线在人体组织中的射程较大，甚至贯穿人体，因而在组织中某一小体积内沉积的能量较小，对人体组织损伤也、较小。就内照射而言，射线的危害较、辐射小得多。,144,中子的相对危害性,中子不带电，不论在空气中还是在其他物质中，它都具有很大的射程，与射线一样，中子对人体的危害主要是外照射，但其对人体组织产生的损伤程度要比射线大。中子引起内照射的机会极小，不论天然中子源，还是人工中子源，进入人体的机会极小。对于核电厂常见的几种辐射，就其相对危害而言，和辐射的潜在危害主要来自其内照射，而射线和中子辐射的潜在危害主要是外照射。,145,4.内照射防护的基本原则,放射性废物向环境中排放和放射性物质泄漏事故，可能是导致放射性物质进入人体的机会。在反应堆厂房中，即使没有放射性物质向外扩散和泄漏，也会因强照射使空气的成分和空气中的尘埃活化，同样存在对人体产生内照射的可能。就内照射防护而言，最根本的防护原则是尽量减少放射性物质进入体内的机会，制订合理的管理制度、通风、密闭存放和操作及个人防护等，都是从这一原则出发的。内照射防护的一般措施如下：包容；隔离；净化和稀释。,146,内照射防护,进入体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射称为内照射。内照射与外照射的区别在于：外照射只在放射性场所工作时发生，工作人员一旦离开，外照射即可避免；而放射性物质一旦进入体内，会时时刻刻对人体产生照射。放射性物质对人体造成的内照射伤害往往比外照射更大。这是因为：（1）照射是连续的，且几乎不能用人为的方法加以改变，一般只能按照其自身的固有规律在人体内进行代谢；（2）某些放射性核素会有选择地沉积在它所亲和的某个或某些器官或组织中，例如，碘主要沉积在甲状腺中，锶主要沉积在骨中，等等；（3）一些本来无法从体外照射人体器官或组织的粒子和低能粒子，一旦进入体内，就可将其全部能量损伤在受照器官或组织中；此外，还有一些放射性核素，除有放射性危害外，还有化学毒性危害。,147,内照射产生的生物效应与人体器官或组织所接受的剂量或剂量率有关。内照射剂量的计算，要考虑人体吸收的放射性核素的数量及其核衰变时释放的粒子种类和能量，同时还须考虑放射性物质及其化合物的性质、进入人体的途径和在体内的代谢规律。由于个体之间差异（年龄、生理状态、营养和饮食卫生习惯）较大，计算中所用的众多生物学参数只代表实际变化范围很大的一个平均值，计算得到的结果只能是实际情况的一种近似。放射性物质可经吸入、食入或皮肤进入体内，由于放射性核素的衰变牙和人体的代谢，只能停留一定的时间，这个时间特性用有效半衰期描述，它表示由于生物代谢和放射性衰变体内放射性核素减少一半所经历的时间，用Te表示。,148,5.有效半衰期,有效半衰期数值取决于该放射性核素的生物半排期Tb和物理半衰期Tr，这三者之间的关系为：生物半排期表示由于机体的生物代谢作用使某一元素从体内排出一半所需要的时间。如果涉及元素在某一器官中的减少，与此相应的Tb称为该元素在该器官中的生物半廓清期，与Te相应的Tb称为某放射性核素在该器官中的有效半滞留期。,149,为了描述放射性物质在进入人体呼吸道系统、胃肠道系统及进入体液中的分在个与产归宿，分别建立了呼吸系统、胃肠道系统和体液代谢模型，用于推算各有关器官或组织的放射性活度，进而估算各有关器官或组织接受的剂量。控制内照射可采用年摄入量限值ALI。若1年内摄入的某一给定活度的放射性核素后，将使以参考人所代表的成年人受到的待积剂量等于职业性照射相应的剂量限值，该活度称为相关核素的年摄入量限值ALI。但是年摄入量限值ALI不是一个易测量的量。可以使用导出