第三章_天然放射性与人工放射性

第三章天然放射性与人工放射性 1 天然辐射源 从宇宙空间发射而来的高能粒子流 由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成 宇宙射线是来自宇宙空间的高能粒子辐射 它主要是由一些质子 粒子与原子序数 3的核组成的 宇宙射线有较强的贯穿能力 在射向地球时 与大气中与物质原子相碰撞 发生多种类型的反应而产生次级宇宙射线 由于大气层的屏蔽作用 大大减少了到达地球表面的宇宙辐射的总量 1 宇宙射线 cosmicrays 1 宇宙射线 cosmicrays 人们在不同的海拔高度受到宇宙射线的照射剂量是不同的在赤道海平面处测得的平均剂量率为0 23mSv 年 而在海拔3050m处的剂量率则为0 56mSv 年 在中纬度不同高度剂量率的典型值是 在4km约为0 2 Sv h 在12km约为7 Sv h 在16km约10 15 Sv h 在民用喷气式飞机中每年航行200小时 其所受剂量就可能超过每年1mSv 地球上每个人受到来自宇宙射线照射的平均剂量率约为 0 38mSv a 1 1 宇宙射线 cosmicrays 宇宙射线中的中子与大气层中的氮原子发生作用时 产生一种非常重要的放射性核素14C 其反应为14N n p 14C 14C的半衰期为5692年 它将扩散到低层大气中 并在那里被生物吸收 地球上存在的天然放射性核素有两大类 一类是具有衰变系列的放射性核素 即铀系 钍系 锕系 每一个系都可连续衰变十几次 才变为稳定性核素的子体 母元素均为原子序数大于83的重的天然放射性核素 半衰期都在1010年以上 第二类是无衰变系列的天然放射性核素 如40K 87Rb等 2 陆地上的辐射源 世界上的某些地区放射性本底比较高 如印度的喀拉拉邦为13mSv 年 法国的纽曼岛约为2 65mSv 年 我国某地约为2 49mSv 年 当然 世界大部分地区都属低本底地区 2 陆地上的辐射源 3 空气中的放射性 空气中的本底放射性主要是由土壤中的铀和钍产生的 同位素238 和232Th都是天然的放射性核素 在它们各自的衰变链中将分别产生222Rn和220Rn 前者叫氡气 后者叫钍射气 它们都是稀有气体 常通过地球表面扩散出来 悬浮在空气中 这些气体发生衰变时 它们的产物又附着在空气中的灰尘中 3 空气中的放射性 放射性气体在空气中的数量随本地区的铀和钍的含量而定 在同一地区 气候条件将大大地影响这些气体的浓度 通常室内的水平比室外高 室内水平由建筑材料和通风率决定 在矿山和地下洞穴浓度都很高 氡和钍射气及其衰变产物的放射性对人体将产生内 外照射 从某些建筑材料中释放出来的氡气使有些地区室内氡气含量过高 已引起人们的关注 4 水中的放射性 水中的放射性产物随水源的类型而定 例如 海水中含有大量的40 许多天然泉水中含有相当数量的铀 钍和镭等放射性元素 由于雨天从空气中收集放射性物质 地面水收集存在于岩石和土壤中的放射性 因此可以说几乎所有的水多少都含有放射性 通常饮水而造成人体内照射的剂量已包括在人体内放射性造成的剂量之中 体内放射源主要是人体内含有某些微量放射性元素 如14C和40K等 铀和钍系的放射性气体衰变产物 即氡气和钍射气 对人体内放射性也有显著的贡献 由于地球上的土壤和水中都含有少量放射性物质 其中一部分通过饮水和食物链的循环而转移到人体内 产生对人体的照射人体内的放射性还有226Ra 228Ra和14C等 但其量甚微 平均剂量约为1 52mSv a 1 5 人体内的天然放射性核素 5 人体内的天然放射性核素 在人体内 40K的含量最多 如根据人体平均含有体重的0 2 的天然钾 而每克天然钾按含有8 2 10 10居里40 计算 一个体重为60千克的人 体内40K的放射性活度为 8 2 10 10 3 7 1010 60 103 2 10 3 3640Bq 3 64kBq 6 天然辐射造成的平均年剂量值 人类的实践活动和自然界演变均可能使天然辐射本底的水平发生变化 自然演变引起的变化通常是一个缓慢的过程 人类的实践活动 特别是近代工业的发展 有可能使天然辐射本底水平在较短时间内发生变化 严格地说 不存在固定不变的天然辐射水平 这里所说的天然辐射本底水平实际上是指某一时间范围内天然辐射的水平 6 天然辐射造成的平均年剂量值 6 天然辐射造成的平均年剂量值 自从有人类以来一直受天然辐射源的照射 称为天然本底照射 它已是人类不可缺少的一种生存环境 有实验证明 生物如果在完全没有天然辐射源照射的条件下 是无法生存的 2 人工放射性 由于放射性在医学上的应用 核武器试验以及核能利用等原因 人们除受到天然辐射源的照射外 还会受到人工辐射源的照射 人工放射性照射主要来自医疗照射 公众照射和职业照射三个方面 医疗照射指接受治疗或诊断时患者或被检查者所受的照射 包括放射性诊断 放射性治疗和放射性同位素在医学中的应用三个方面 医学中所应用的辐射种类越来越多有 医用诊断X线 牙科X线 核医学 放射治疗 介入放射 CT扫描 皮科敷贴等等 几乎医学各科都离不开辐射的诊治 1 医疗照射 1 医疗照射 1 1放射性诊断 据估计 群体由于使用 射线进行放射性诊断 而受到的照射占医疗照射的75 90 放射性诊断包括透视 拍片 萤光检查和CT检查等诊断方法 1 医疗照射 1 医疗照射 1 2放射性治疗 利用放射性照射来治疗肿瘤等疾病已广泛地应用在医疗界 尽管在某些治疗中患者可能受到大剂量的照射 但实际上接受放射性治疗的还是少数人 在大多数国家 放射性治疗对群体产生的平均剂量远低于放射性诊断 1 医疗照射 1 3放射性同位素在医学中的应用 放射性同位素在医学中可用于跟踪人体内化学物质的转移途径和部位 因为放射性同位素与同一元素的稳定同位素 在化学性质上是相同的 所以它们在人体内经过的途径和浓集的程度也是相同的 随着医疗保健事业的发展 接受医疗照射的人数愈来愈多 据统计 在发达国家接受 射线检查的频率每年每1000居民约为300 900人次 而在发展中国家 其频率则约为发达国家的十分之一 医疗照射给人类造成的剂量负担人均年有效剂量为0 4 1 0mSv 约为天然辐射的1 5 随着人类生活水平和医疗水平的提高 其应用频率呈增长趋势 我国1985年总人口为1 04 109人 X射线诊断所致年集体有效剂量为9 16 104人 Sv 核医学检查及治疗所致年集体有效剂量为2 32 104人 Sv 二者相加医疗照射总年集体有效剂量为1 15 105人 Sv 因此 年人均有效剂量当量约为0 11mSv 2 公众照射 公众照射是指由于工业生产 科学研究等活动导致公众接受的和公众本身家居生活 出外旅行等所接受的辐射照射 对核工业以外的人为活动引起的公众照射尚缺乏系统的研究 2 公众照射 从已有的一些研究结果看来 有两点是值得引起大家注意的 人们普遍认为公众照射主要来自核工业 而实际上核工业对公众产生的照射远低于人们日常生活中习以为常的某些活动 如燃烧煤等 人们在研究人为活动引起公众照射增加的同时 实际上往往忽视了人为活动也可以减少公众照射 因此 用平衡的观点 研究人为活动引起的公众照射的变化才是合理的 2 公众照射 核工业产生的公众照射核能工业的发展 导致了放射性废物量不断增加 连续地将低水平的放射性废物排放到环境中 可能引起人类环境本底辐射水平的提高 主要是排放放射性 三废 和由事故释放出的放射性核素所造成的局部污染 据联合国原子辐射效应科学委员会 UNSCEAR 报1956 1990年由核工业产生的累积集体剂量也仅为世界居民一年内所受天然辐射产生的集体剂量的1 10 我国1985年前的三十年间核工业各系统对公众产生的年平均集体剂量为2 31 10人 Sv 放射性废物处置对公众所受总照射量的贡献还很小 虽然给人类造成的附加剂量负担很小 但必须防止较大放射事故的发生 2 公众照射 核试验沉降物产生的公众照射 核试验 沉降物 有的又叫 落下灰 这个术语应用于核爆炸引起的沉降到地球表面上的放射性灰状物 核试验沉降物是人工辐射源 它将增加人类环境的本底辐射水平 从1945年到1989年 全世界共进行了1799次核武器实验 美国921次 前苏联624次 二者实验占总数的89 其中大气层实验483次 爆炸的总能量相当于42000个美国在广岛投的原子弹 2 公众照射 核试验产生的沉降物可分为局部性的和全球性的 约有30多种元素 200多种放射性核素 局部性的沉降通常在爆炸后的头24小时内 它主要影响爆心下风向较小的区域 而全球性的沉降则发生在爆炸后的很长时间 它将影响整个地球 核试验沉降物中最重要的放射性核素是90Sr T1 2 28 8年 和137Cs T1 2 30 0年 等 它们将通过食物链进入人体 90Sr浓集在骨骼中 而137Cs则均匀分布在全身 至于131I T1 2 8 06天 和89Sr T1 2 51天 等放射性核素由于半衰期较短 长期危害不大 2 公众照射 2 公众照射 燃烧煤产生的公众照射由于煤中含有天然放射性物质 故燃煤电厂排出的气载和液态流出物中也含有放射性物质 对周围居民产生照射 根据推算 我国燃煤电厂气载排出物对评价范围半径80 100公里内的公众产生的年平均集体剂量 1988年约为2 5 103人 Sv 1994年约为5 103人 Sv 另外 由于利用煤渣生产的煤渣砖中226Ra 镭 和232Th 钍 的含量均明显高于普通砖 对我国居民产生的年平均集体剂量 1988年约为8 5 103人 Sv 2 公众照射 交通发展引起公众照射的变化人们对乘坐飞机使乘客所受剂量增加已经熟知 但是对乘坐火车 汽车和轮船等交通工具使乘客所受剂量减少则知之甚少 1 乘火车引起公众照射集体剂量减少我国进行调查测量结果表明 火车车厢中 辐射剂量率总平均值为27 10 3 Sv h 而附近田野 辐射剂量率约为61 10 3 Sv h 由于乘火车而导致乘客所受剂量率的减少约为34 10 3Sv h 根据旅客周转量和火车平均车速推算 全国居民在1988年乘火车减小的集体剂量约为2 8 102人 Sv 2 公众照射 2 乘汽车引起公众照射集体剂量减小由于水泥路面和柏油路面 辐射剂量率是天然材料路面的0 85 且汽车内 辐射剂量率是附近田野的0 67 根据旅客周转量和汽车平均车速推算 全国居民在1988年乘汽车减小的集体剂量约1 6 102人 Sv 2 公众照射 3 乘船引起公众照射集体剂量减小根据调查测量 航线上轮船内 辐射剂量率平均值在33 5 44 9 10 3 Sv h范围内 以陆地所受剂量为基准 根据旅客周转量和平均船速推算 全国居民1988年乘船减小外照射集体剂量约为43人 Sv 另外 因海面和江湖面氡及其子体浓度比陆地低得多 全国居民1988年乘船减小的内照射集体剂量约68人 Sv 因此 内外照射集体剂量共减小111人 Sv 2 公众照射 4 乘飞机引起公众照射集体剂量增加椐有关资料报道 因为空运使我国居民受照集体剂量增加 1986年为25人 Sv 1988年为36人 Sv 2 公众照射 2 公众照射 混凝土建筑物引起公众照射的变化混凝土建筑物 辐射剂量率相对于其它天然材料建筑物约为0 8 据有关统计资料推算 1988年我国农村混凝土建筑物约占4 9 城市约占10 故由此分别减小全国农村居民和城市居民集体剂量2 6 103人 Sv和5 2 103人 Sv 总计减小7 8 103人 Sv 2 公众照射 饮用自来水引起公众照射的变化自来水经过处理 对40K 钾 去除很少 但对U 铀 Th 钍 和226Ra 镭 去除约为20 30 按1990年统计资料推算 全国居民由于饮用自来水 使居民减小内照射集体剂量约为1 36 103人 Sv 日常生活可接触的消费品放射源如 夜光表 烟雾警报器 机场X线检查机 电视和计算机荧屏等 这些放射源对人类的照射剂量是很小的 根据 UNSCEAR 1993报告 若以天然照射人均年剂量率均匀分布在365天 几种人工照射相当天然照射的天数见表5 3 医疗照射全世界人均年有效剂量是0 6mSv 医疗照射剂量水平相当于天然辐射源本底照射的25 是人工辐射源附加照射中最高者 它是核动