第七章饲料的放射性污染及预防.ppt

1 第七章饲料的放射性污染及预防 教学目的与要求 了解放射性基本知识 掌握饲料中放射性元素对动物的危害及预防措施 2 第一节放射学基本知识 3 一 什么是放射性 放射性是自然界存在的一种自然现象 世界上一切物质都是由一种叫 原子 的微小粒子构成的 每个原子的中心有一个 原子核 大多数物质的原子核是稳定不变的 但是有些物质的原子核不稳定 会自发地发生某些变化 这些不稳定原子核在发生变化的同时会发射各种各样的射线 这种现象就是人们常说的 放射性 4 有的放射性物质在地球诞生时就存在 如铀 钍 镭等 它们叫做天然放射性物质 人类出于不同的目的制造了一些具有放射性的物质 这种物质叫人工放射性物质 5 放射性无处不在100多年前人们才发现放射性 但放射性从哪里来 就存在于我们的生活中 放射性可以说无处不在 我们吃的食物 喝的水 住的房子 用的物品 周围的天空大地 山川草木乃至人体本身都含有一定的放射性 人们受到的放射性照射大约有82 来自天然环境 大约有17 来自医疗诊断 而来自其他活动大约只有1 6 放射性的危害 放射源发射出来的射线具有一定的能量 它可以破坏细胞组织 从而对人体造成伤害 当人受到大量射线照射时 可能会产生诸多如头昏乏力 食欲减退 恶心 呕吐等症状 严重时会导致机体损伤 甚至可能导致死亡 但当人只受到少量射线照射 例如来自天然本底辐射的照射 时 一般不会有不适症状发生 也不会伤害身体 7 二 什么是放射源 放射源是指用放射性物质制成的能产生辐射照射的物质或实体 放射源按其密封状况可分为 密封源和非密封源 8 密封源 是密封在包壳或紧密覆盖层里的放射性物质 工农业生产中应用的料位计 探伤机等使用的都是密封源 如钴 60 铯 137 铱 192等 非密封源 是指没有包壳的放射性物质 医院里使用的放射性示踪剂属于非密封源 如碘 131 碘 125 锝 99等 9 放射源的分类国际原子能机构根据放射源对人体可能的伤害程度 将放射源分为5类 1类放射源属极危险源 没有防护情况下 接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡 2类放射源属高危险源 没有防护情况下 接触这类源几小时至几天可以致人死亡 3类放射源属中危险源 没有防护情况下 接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤 接触几天至几周也可致人死亡 上述三类放射源为危险放射源 10 4类放射源属低危险源 基本不会对人造成永久性损伤 但对长时间 近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤 5类放射源属极低危险源 不会对人造成永久性损伤 在我国被盗或失控的放射源多数属于4类放射源或5类放射源 11 放射源射线的防护放射源发射的射线有 射线 射线 射线 中子射线等 它们看不见 摸不着 必须使用专门的仪器才能探测得到 不同的射线在物体中穿透能力也各有不同 一张厚纸可挡住阿尔法射线 有机玻璃 铝等材料可有效阻挡贝塔射线 伽玛射线穿透能力较强 可以用混凝土 铅等阻挡 中子射线需用石蜡等轻质材料来阻挡 12 防止或减少放射源发出的射线对人体的伤害 主要有以下三种防护手段 一 距离防护 距离放射源越远 接触的射线就越少 受到的伤害也越小 二 屏蔽防护选取适当的屏蔽材料 如混凝土 铁或铅等 做成屏蔽体遮挡放射源发出的射线 三 时间防护 尽可能减少与放射源的接触时间 在实际工作中 通常将上述三种防护手段组合应用 13 放射源的应用放射源品种很多 应用广泛 不仅在核设施 而且在科研院校 医疗机构 地质和煤田勘探与开采等行业均有应用 在医学方面放射源广泛用于医学诊断 治疗和消毒灭菌 在农业方面用于辐照育种 可以改良品种 增加产量 还可用与灭菌保鲜等 在工业方面可用于石油 煤炭等资源勘探 矿石成份分析 工业探伤 无损检测 材料改性和料位 密度 厚度测量等 放射源还可用于人造卫星 火灾烟雾报警 污水治理等 14 发现放射源或疑似放射源物体时 应当如何做 放射源发射出的射线看不见 闻不到 摸不着 识别放射源 除了根据标签 标识和包装外 一定要由有经验的专业人员采用专用的仪器来确认 当发现无人管理的标有电离辐射标志物体 或者体积小却较重的金属罐 特别是铅罐 请你 1 远离现场 既不要接触 也不要擅自移动这些物品 更不要因为好奇而打开容器 2 立即拨打环保举报热线12369 或报警110 15 三 放射性防护 一 防护基本原则 减少人体接受来自外部辐射的剂量 避免放射性物质进入体内和污染身体 尽量减少以至杜绝放射性物质扩散造成危害 对放射性废物要储存在专用污物筒中 定期按规定处理 目前在科研和医疗等领域中使用的辐射源有封闭源和开放源两类 封闭源有各种 射线装置 X线机 治疗用加速器等 对人体的危害主要是外照射 开放源主要是在基础和临床核医学中应用的各种放射性核素 对人体的危害主要是内照射和体表污染 还存在外照射 16 二 外照射防护的原则外照射防护的基本措施是 剂量防护 时间防护 距离防护和屏蔽防护 1实验中尽量减少放射性物质的用量 选择放射性同位素时 应在满足实验要求的情况下 尽量选取危险性小的用 2实验时力求迅速 操作力求简便熟练 实验前最好预做模拟或空白试验 有条件时 可以几个人共同分担一定任务 不要在有放射性物质 特别是 r体 的附近做不必要的停留 尽量减少被辐射的时间 3由于人体所受的辐射剂量大小与接触放射性物质的距离的平方成反比 因此在操作时 可利用各种夹具 增大接触距离 减少被辐射量 4创造条件设置隔离屏障 在放射防护不可能无限制地缩短受照时间和增大与源的距离 那么采用屏障防护是实用而有效的防护措施 17 根据辐射源种类 采用不同的屏蔽材料 例如 辐射常采用低原子序数的铝或有机玻璃 X 射线常采用高原子序数的铅 铁或经济实用的混凝土等材料 中子则采用原子序数较低而含氢较多的物质 如水 石蜡等 18 二 内照射防护的原则1 防止由消化系统进入体内 工作时必须戴防护手套 口罩 绝对禁止用口吸取溶液或接触任何物品 完毕应立即洗手 禁止在实验室吃 喝 吸烟 2 防止由呼吸系统进人体内 保证良好的通风条件 煮沸 烘干 蒸发等均应在通风橱中进行 处理粉末物应在防护箱中进行 必要时还应戴过滤型呼吸器 保持高度清洁 遇污染应慎重妥善处理 3 防止通过皮肤进入体内 实验中应小心仔细 防止割破皮肤 不要用有机溶液洗手和涂敷皮肤 以防增加放射性物质进入皮肤的渗透性能 19 皮肤的轻微污染如何处理 木质 水泥地面的污染如何处理 20 四 放射学概念1元素 Element 凡质子数相同的原子称为一种元素 它们的原子序数相同 因此具有相同的化学特性 是组成不同物质的基本单位 但其原子核中的中子数可以不同 因而物理特性可有某些差异 21 2核素 Nuclide 不仅质子数相同 而且中子数也相同 因而质量数相同 并处于同一能量状态的原子 称为一种核素 例如 11H 21H 31H 22688Ra 99m43Tc 分别为五种不同的核素 每种元素可以包括若干种核素 目前已知的核素有2300多种 分别属于100多种元素 22 3同位素 Isotope 凡属于同一种元素的不同核素 它们在元素周期表中处于相同的位置 质子数相同而中子数不同 称为元素的同位素 例如11H 21H和31H互为氢的同位素 4同质异能素 Isomer 处于不同能态的同一核素 互为同质异能素 例如99m43Tc和9943Tc 24 5稳定性核素和放射性核素原子核内核子之间存在一种强大的引力 称为核力 它是 种短程力 核子数越多 核力越弱 由于质子带正电 所以质子间又存在一种斥力 它是一种长程力 一般不受核子数的影响 原子核能否稳定 取决于以上两种内在力量是否平衡 当核内中子和质子数保持 定比例时 两种力量平衡 若没有外来因素 如高能粒子的轰击 不会发生核内成份或能级的变化 这种核素称为稳定性核素 核内质子数不变 中子数增加或减少都会使斥力大于引力 此时原子核乃处于不稳定状态 需通过核内结构或能级调整才能趋于稳定 这种核素称作不稳定性核素 放射性核素 25 放射性核素根据来源不同分为天然和人工两类 现今广泛使用的放射性核素主要用人工方法制备 即由核反应堆 加速器或中子源产生的高能中子 带电粒子或 光子轰击稳定性核素 引起核反应 使之成为富中子 中子相对过多 或贫中子 中子相对过少 的放射性核素 少数是由天然放射性核素的裂变产物中提取而得 26 6核衰变和核射线放射性核素的原子核不稳定 会自发地变成另一种核素 同时释出一种或一种以上的射线 这种变化过程称为放射性核素的衰变或蜕变 简称核衰变 放射件核素的主要衰受方式有 衰变 衰变 衰变 跃迁及核外电子俘获 27 衰变每次衰变释放出一个 粒子 42He 母核失去了个质子和二个中子 子核原子序数少2 质量数减少4 这一过程也释放出衰变能Q 衰变主要发生于富中子核素 核中一个中子转化为质子 同时释放出一个负电子e 来自核的负电子称 粒子和 个反中微子 故子核的原子序数增加l 质量数未变 是一种质量极小的不带电的基本粒子 穿透性极强 一般探测器不能探测到 28 衰变主要发生于贫中子核素 核中一个质子转化为中子 同时释放出一个正电子 e 称 粒子 及一个中微子 故子核原子序数减少1 质量数不变 29 核射线 射线是成束的氦核 两个质子和两个中子 射线穿透力很弱 对人体组织只能穿过0 03 0 09mm 一张纸或一般衣服就完全可以挡住它 因此一般认为 粒子不会对机体造成外照射损害 但其能量容易传递给物质 电离能力很强 因此如果放出 粒子的放射性物质进人体内所引起的内照射危害是应该注意的 30 射线是带正电荷或带负电荷的高速电子 穿透能力比 射线强 可穿透几个毫米到10毫米以上 不太厚的铝片便可以把它挡住 但其电离能力不如 射线 31 射线是波长非常短的电磁波束 波长0 001 1nm 是高能光子流 也就是放射性核素衰变过程中产生的高能光子束 射线能量较高 穿透物质的能力很强 但其基本不能使物质直接电离和激发 但 射线与物质相互作用时会产生次级电子 获得一定能量的次级电子与 粒子一样 可以引起物质原子的电离和激发 32 7放射性活度单位放射性活度 简称活度 过去惯称放射性强度 现用国际制单位的专门名称是贝可 Becquerel Bq 定义为每秒一次衰变 1Bq 1S 1 33 过去 活度沿用居里 Ci 为专用单位 1Ci于等于每秒3 7 1010次衰变 Bq与Ci的换算关系如下 1Bq 2 703 10 11Ci1Ci 3 7 1010Bq 34 居里单位较大 通常采用较小的单位 如毫居里 mCi 1mCi 10 3Ci 微居里 Ci 1 Ci 10 3mCi 等 贝可单位太小 通常用千贝克 kBq 1kBq 103Bq 百万贝可 MBq 1MBq 106Bq 等 1mCi 37MBq1 Ci 37kBq 35 为了更好地表示各种物质中的放射性核素含量 通常还采用比活性及放射性浓度这二个参数 比活性指单位质量物质的放射性活度 单位是Bq g 放射性浓度为单位体积溶液内所含的放射性活度 单位是Bq ml 亦有用单位摩尔物质的放射性活度来描述比活性的 单位是Bq mol 36 8辐射防护用的计量单位 一 吸收剂量吸收剂量是电离辐射和物质相互作用时 用来描述单位质量受照射物平均吸收能量大小的一个物理量 物质或生物受照射的效应 与其吸收能量大小有一定的关系 因此 习惯上常常将吸收剂量简称为剂量 国际制单位专门的名称为戈瑞 gray 符号为Gy 单位为J kg 1Gy 1J kg 即1kg受照射物质吸收辐射能量为1J 称为1Gy 37 以前沿用的专用单位为拉德 Rad 1Rad等于每克生物组织吸收射线的能量为100尔格 erg 戈瑞与拉德的换算关系是 1Gy 100Rad或1Rad 10 2Gy 注意 剂量当量和吸收剂量两者的含义有着本质的不同 38 二 剂量当量仅知道机体接受的吸收剂量 还不能说明机体受到多大的损害 因此 有必要引用剂量当量这一概念来修正这些因素 剂量当量是指一定吸收剂量所引起的生物效应的强度 剂量当量为辐射防护中量度各种射线的量 注意 剂量当量只作为生物学上的辐射损伤剂量单位 表示射线对机体电离作用的强弱 不是一个物理学上的单位 39 剂量当量的单位是焦耳 千克 J Kg 该单位的国际制专门名称是希沃特 符号为Sv 以前沿用的专用单位为雷姆 Rem 1Rem表示相当于1Rad的X射线所造成的某种生物损伤 希沃特与雷姆的换算关系是 1Sv 100Rem或1Rem 10 2Sv 40 吸收剂量是表征单位质量的介质吸收辐射能量的多少 剂量当量是表征吸收上述能量对动物体可能带来危害的大小 41 9核射线与物质的相互作用电离作用 激发作用 散射作用 韧致辐射吸收作用 光电效应 康普顿效应等 42 电离作用 指射线使物质中的原子失去轨道电子而形成正负离子对 它是某些放射性探测器测量射线的物理基础 又是射线引起物理 化学变化及生物学效应的主要机制 电离作用的强弱常用射线在每厘米路程上产生的离子对数来度量 即电离密度或比电离 一般说 带电粒子的电荷量越大 速度越慢 所经过的介质的密度越大 则比电离越大 所以 粒子的比电离较相当能量的 粒子大数百至数千倍 对机体的生物学效应会严重得多 故发射 粒子的核素不用于临床诊断 43 激发作用 指射线使某些原子的轨道电子从低能级跃迁至高能级 当该电子退激时 能量以光子或热能形式释出 激发作用也是 些放射性探测器工作的物理基础 是射线引起物理 化学变化和生物学效应的机制之一 44 散射作用 指带电粒子受到物质原子核库仑电场作用而发生方向偏折 散射作用对测量及防护都有一定影响 粒子由于质量大 散射一般不明显 粒子质量远小于 粒子 所以当它引起物质电离和激发的同时 本身有明显的散射 45 韧致辐射 粒子在介质中受到阻滞而急剧减速时能将部分能量转化为电磁辐射 即X射线 它发生的机率与 粒子的能量及介质的原子序数成正比 对常用 源而言 其机率为总 粒子数的1 左右 在防护上值得注意 即 粒子的吸收体和屏蔽物应采用低密度材料 如有机玻璃 铝等 46 第二节饲料中天然放射性核素 自然界天然存在的放射件核素有 铀 u 钍 Th 锕 Ac 三系以及它们的子体产物如氡 还有40K 由宇宙射线与大气原子核作用产生的氚3H 14C等 47 饲料中重要的天然放射性核素 140K40K在自然界分布很广 半哀期为1 27 109年 是通过饲料进入家畜量最大的天然放射性核素 主要放射出 射线与 射线 2226Ra半衰期为1 6 103年 1622年 主要经饲料进人家畜体内 226Ra在体内的代谢方式与钙相似 有80 一85 沉积于骨骼 48 3228Ra半衰期为5 8年 4 210Po半衰期为138 4d 属于铀系 放出 射线 虽半衰期短 寿命不长 但210Pb的半衰期为22年 动物体内210Po除直接来自饲料外 尚可来自摄人210Pb后在体内的衰变 放出 射线 故动物体内含量较高 尤以骨骼含量最高 因210Pb与稳定的Pb易在骨骼中储存 但不毒害骨组织 49 一 污染来源 一 核试验试验的沉降灰除使进行核试验的局部地区污染外 部分进入大气上空 对流层或平流层 形成带状沉降或全球性沉降 二 核裂变动力学 三 意外事故 四 施肥不当 第三节饲料的放射性污染 50 二 饲料中常见的放射性核素 1 131I是核爆炸中早期出现的最突出的裂变产物 半衰期8 6d 主要通过消化道进入动物体 可完全被吸收 进入机体后选择性地浓集于甲状腺 饲料中稳定碘的摄入量可影响131I在甲状腺中的浓集量 幼年动物甲状腺比成年动物甲状腺相对要大 故幼小动物接受的剂量要比成年动物高 51 2 90Sr90Sr在核爆炸中大量产生 主要为全球性落下灰 半衰期长达28 8年 进入机体参与钙 Ca 的代谢 大部分沉积于骨骼中 主要从粪 尿中排出 污染区的牛奶 羊奶中含有大量的90Sr 90Sr与稳定的Sr均受到体内Ca的影响 52 3 89Sr89Sr也是主要的核裂变产物 产量比90Sr更高 核爆炸产生的碎片中89Sr 90Sr比值可高达180或更高 89Sr的半衰期仅51d 消失更快 4 137Cs核试验落下灰中重要核素137Cs的半衰期为30年 137Cs易被机体充分吸收 其化学性质与钾相似 在体内参与钾的代谢过程 随血液分布至全身 无特别的浓缩器官及组织 主要由尿排出 肠道 汗液 乳汁也可排出部分 53 三 环境中放射性核素经饲料向家畜体转移的途径 54 一 向饲料的转移 1 放射性核素进入植物是通过沉降灰 带放射性核素的雨水及带放射性核素的污水灌溉农田 直接将放射性核素带到植物的叶 花 果实表面 并通过输导系统渗入植物内其他组织部分 造成直接污染 因直接污染未经过土壤的吸附和吸收作用 可使本茬植物有较高含量 但此类仍然为次要污染方式 55 2 放射性核素污染土壤 然后再通过植物的根系从