辐射防护及危害

核科学概论东华理工大学核工系本堂课主要内容n 辐射剂量学基本知识n 辐射对人体的危害第一节 辐射剂量学基本知识 辐射防护已成为核科学领域中一个重要分支，是专门研究防止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科。 它与许多学科存在交叉领域。辐射防护和核安全有许多交叉的地方。其主要内容要求涉及到的学科有： 原子核物理学、核化学、辐射剂量学、核辐射探测技术、核电子学、放射生物学、放射卫生学、放射生态学和辐射评价学 等。内容极为丰富，至今在理论上或在应用上仍处在发展和深化阶段，有许多新课题尚待研究和介决。辐射防护的概念与含义辐射防护的概念与含义辐射防护的目的与任务 辐射防护和核安全的目的 是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。 辐射防护和核安全的基本任务 ：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全；保护好环境；又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。 日常生活中所遇到的射线 来源天然辐射是人类的主要辐射来源生活中的辐射来源 天 然辐射人工辐射电离辐射对人类和环境的影响电离辐射对人类和环境的影响天然辐射宇宙射线宇生放射性核素原生放射性核素 一般场所： 天然本底为 2. 4mSv/a, 多为内照射 (222Rn, 60%)天然本底照射天然辐射源对人类和环境的影响 天然辐射源照射世界平均辐射剂量值 辐 射 源 年 有 效 剂 量 mSv 平 均 值 典型范围值 外照射 宇宙辐射直接电离辐射和光子 0.28（ 0.30） a 中子成分 0.10（ 0.08）宇生核素 0.01（ 0.01） 宇宙射线与宇生核素小计 0.39 0.3 1.0 陆地外照射 室外 0.07（ 0.07） 室内 0.41（ 0.39） 陆地外照射小计 0.48 0.3 0.6c外照射 合 计 0.87 0.6 1.6 （ UNSCEAR 2000） 天然辐射源照射世界平均辐射剂量值（续） 辐 射 源 年 有 效 剂 量 mSv 平 均 值 典型范围值 内照射 吸入内照射 铀、钍系列 0.006（ 0.01） 氡（ 222Rn） 1.15（ 1.2） 钍（ 220Rn） 0.10（ 0.07） 吸入内照射小计 1.26 0.2 10食入内照射 40K 0.17（ 0.17） 铀和钍系 0.12（ 0.06） 食入内照射小计 0.29 0.2 0.8 内照射 合计 1.55 总 计 2.4 1 10 正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量辐射来源 年有效剂量 , mSv 宇宙射线 0.38宇生核素 0.01陆地 g外照射 0.48陆地放射性核素内照射 (不包括氡 ) 0.29氡及其子体 1.25总 计 2.4医疗辐射是最大的人工辐射来源；各种人工放射性核素，大约 80用于医学目的。人工辐射 医疗辐射1.放射诊断2.放射治疗3.核医学人工辐射源对人类和环境的影响 全世界医用 X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（ 1991-1996） 检 查 每 1000人口检查次数 每次检查的有效剂量， mSv年集体剂量，人 Sv 胸部 X射线摄影 87 0.14 71200 胸部 X射线透视 37 1.1 234700 腰椎 15 1.8 159000 胸椎 4.1 1.4 33400 骨盆和腹部 11 0.83 53300 上胃肠道 13 3.7 274000 全世界医用 X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（ 1991-1996）（续） 检 查 每 1000人口检查次数 每次检查的有效剂量， mSv 年集体剂量，人 Sv 下胃肠道 3.4 6.4 127000 尿路造影 3.8 3.7 81300 CT 16 8.6 785000 血管造影 2.1 12 143000 介入程序 0.84 20 98000 总 计 330 2330000 反应堆运行 ： 大气， Kr、 Xe、 I、 3H、 14C、 16N、35S、 41Ar；水中， 3H和裂变产物。长寿命核素， 3H、 14C、 85Kr、 90Sr等，以及超铀元素的同位素。后处理 ：核能生产所致居民人均年剂量当量，美国、加拿大为 310-8Sv，英国为 2.510-6Sv人工辐射 核电站项目 年份1980 2000 2100 2500年核发电预计值 GW(e) 80 1000 10000 10000年集体有效剂量 (人 Sv) 500 1000 200000 250000世界人口 (109) 4 10 10 10年人均当量剂量 (mSv) 0.1 1 20 25占天然辐射源平均暴露量的百分数 ( ) 0.005 0.05 1 1核电力生产持续到 2500年时的年人均当量剂量预计值燃煤的放射性污染问题燃煤对环境的影响 化学物质污染放射性物质污染煤散逸飞灰中放射性核素的平均含量：40K为 265Bq/kg， 238U为 200Bq/kg，210Pb为 930Bq/kg， 210Po为 1700Bq/kg，232Th为 70Bq/kg， 228Th为为 110Bq/kg，228Ra为 130Bq/kg燃煤电站导致的居民辐射剂量是核电站的 3倍！放射性落下灰局部沉降带状沉降全球性沉降（含 200多种放射性物质）外照射 ： 137Cs、 95Zr、 106Ru、 140Ba等；内照射： 14C、 137Cs、 3H、 131I、 239Pu、 240Pu、 241Pu等。食物链转移问题人工辐射 核爆炸 大气层核试验产生的放射性核素的平均年有效剂量 Sv （ UNSCEAR2000） 年 度 北 半 球 南 半 球 外照射 食入 吸入 总和 外照射 食入 吸入 总和 1945- 1999382 531 164 1076 115 178 35 3282000-2099124 141 264 31 126 1572100-219912 51 63 3.1 50 532000-1.4 2180 2181 0.3 2180 21801945-520 2900 164 3580 149 2530 35 2720 包括在全球扩散的 3H和 14C的贡献。人工辐射的组成类型 剂量水平 (mSv)看电视每天 2小时 0.01 mSv/a夜光表 0.02 mSv/a乘飞机 2000km 0.005mSv/h眼镜（局部） 0.01 0.04mSv/a家用天然气（局部） 0.06 0.09mSv/a假牙（局部） 1Sv/a吸烟每天 20支（ “钋弹 ”） 0.5 1 mSv/a诊断 X射线人均年有效剂量 0.3CT人均单次有效剂量 8.6使用火力发电厂带来的照射 0.005核电站附近人均年有效剂量 0.001-0.02核设施附近人均年有效剂量 0.001-0.2人类生活方式对辐射水平的影响辐射照射的类别照射是指受照的行为或状态 。根据不同的行为或状态，照射的分类方法就有好几种。照射可以是 外照射 （体外源的照射），也可以是 内照射 （体内源的照射）。照射可以分为 正常照射或潜在照射 ；也可以分为 职业照射、医疗照射或公众照射 ；在干预情况下，还可以分为 应急照射或持续照射 。n 照射量定义： X、 射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。式中： dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。照射量 SI单位： C / kg 库伦 / 千克照射量 X应用条件有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少量空气后测得的照射量值。X、 射线；介质为空气。定义： 不带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能总和的平均值除以物质质量的商。SI单位：戈瑞， Gy历史上曾使用过的单位：拉德，符号 rad1Gy 100radn比释动能比释动能（ Kerma， kineticenergyinmaterial）对不带电粒子适用 ；适用于所有介质 ；针对 “点 ”的概念 。比释动能比释动能 K的使用条件的使用条件间接电离粒子的能量沉积过程：间接带电粒子 带电粒子带电粒子 物质（比释动能）（吸收剂量）n 吸收剂量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， Gy 1Gy 1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德， rad1Gy 100rad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。（ absorbed dose）对所有射线适用 ；适用于所有介质 ；针对 “点 ”的概念 。吸收剂量吸收剂量 D的使用条件的使用条件吸收剂量率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：这 是一个 与个体相关的辐射量式中： W R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 W R的乘积(equivalent dose)n当量剂量 HT,RSI单位：希沃特， Sv 1Sv 1J/kg 历史上曾使用过的单位：雷姆， rem1Sv 100 rem如果辐射场由具有不同 W R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为辐射权重因子 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。 辐射权重因子 （ WR） （ ICRP60）辐射类型 能量范围 WR光子电子和介子中子质子（反冲质子除外）粒子，裂变碎片，重核所有能量所有能量 10keV10-100keV 100keV-2MeV 2-20MeV 20MeV能量 2MeV1151020105520n 有效剂量 E式中： W T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。(effective dose)这 也是一个 与个体相关的辐射量SI单位：希沃特， Sv 1Sv 1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆， rem1Sv 100rem 意义：评价随机效应的危险度，使辐射防护走向定量化。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。有效剂量也表示了为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之和：组织权重因子（ tissue weighting factor, 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。组织权重因子 （ ICRP 60）组织或器官 组织权重因子 WT睾 丸红 骨 髓结 肠肺胃膀 胱乳 腺旰食 道甲 状 腺皮 肤骨 表 面其余组织或器官0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05 待积当量剂量 （ committed equivalent dose）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；是在 t时刻器官或组织受到的当量剂量率；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n 待积当量剂量与待积有效剂量待积当量剂量与待积有效剂量待积有效剂量 （ committed effective dose）式中： HT（ ）是积分到时间器官或组织 T的待积 当量剂量；WT 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的待积当量剂量HT（ ）经 W T加权处理后的总和称为待积有效剂量 E（ ），即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。n 集体当量剂量 与 集体有效剂量单位：人 希集体当量剂量 ST表示一组人某指定的器官或组织的当量剂量的总和。(collective equivalent dose)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。 集体有效剂量 SE(collective effective dose)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。第二节 辐射对人体的危害 辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应。 效应的性质和程度主要决定于人体组织吸收的辐射能量。 从生物体吸收辐射能量到生物效应的发生，乃至机体损伤或死亡，要经历许多性质不同的变化，以及机体组织、器官、系统及其相互关系的变化，过程十分复杂。 目的： 在分子水平上，了解辐射损伤的机理。基础： 电离和激发，改变原子或分子的状态，从 而导致细胞功能或遗传结构的变化。辐射的生物效应的特点 ：（ 1）很低的吸收能量就能引起高的生物效应；（2）短暂作用引起长期效应。辐射的初始作用n辐射的作用过程分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应多细胞死亡导致随机性效应单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平 临床症状 效应物理因素总结（ 1） 辐射类型 外照射 : g b a (危害程度 )内照射 : a b g (危害程度 )（ 2） 剂量率、受照时间间隔 剂量率 生物效应 时间间隔 生物效应 n影响辐射生物学作用的因素（ 3） 照射部位与面积 不同部位 不同的敏感度面积 生物效应 （ 4） 几何条件 不同的几何条件 不同的生物效应生物种系 人 猴 大鼠 鸡 龟 大肠杆菌 病毒 LD50（ Gy） 4.0 6.0 7.0 7.15 15.0 56.0 2104生物因素（ 1）不同生物种系对辐射的敏感性不同 胚胎不同发育阶段， 2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率（ 2）不同年龄对辐射的敏感性不同（ 3）不同组织或器官对辐射的敏感性不同 高度敏感 : 淋巴组织、 胸腺、骨髓、性腺、胚胎 肠胃上皮 中度敏感 : 感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、 唾液腺、肾、肝等 轻度敏感 : 中枢神经系统、内分泌腺、心脏不敏感 : 肌肉组织、软骨组织、结缔组织 躯体效应 （ somatic effects）定义：发生在受照者本人身上的效应。（ 1）依据效应发生的个体）依据效应发生的个体遗传效应遗传效应 （ hereditary effects）定义：发生在受照者后代身上的效应。定义：发生在受照者后代身上的效应。电离辐射所致生物效应的分类电离辐射所致生物效应的分类n剂量与效应的关系关于遗传效应遗传效应是由生殖细胞的变异引起的。辐射照射引起的遗传效应没有特异性。迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生。电离辐射所致生物效应的分类（ 2）依据效应发生的时期潜伏期潜伏期 （ latent period):从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间从受到照