放射卫生基础知识.doc

放射卫生基础知识自古以来，人类就受到环境中电离辐射不同程度的影响，宇宙射线和各种天然放射性核素的天然辐射源的照射，人均年当量剂量约为2.4mSv。随着核能开发，核反应堆、核电站的兴建，以及放射性核素和各种射线装置等人工辐射 源在各个领域日益广泛的应用，人类得益，但也可能受到直接或潜在的辐射危害，如医疗照射、事故照射和环境污染等。因此，在发展和应用核能、放射性核素和各种射线装置为人类造福的同时，应研究如何免受或少受电离辐射的危 害，保障放射工作人员、公众及其后代的健康和安全，制定有效的防护措施，切实做好放射卫生防护工作。 一、放射防护的任务放射防护的任务是：既要积极进行有益于人类的伴有电离辐射的实践活动，促进核能利用及其新技术的迅速发展；又要最大限度地预防和缩小电离辐射对人类的危害。放射防护的研究范围非常广泛，而研究和制定放射防护标准是极其重要的内容。二、放射防护的目的放射防护的目的是：防止确定性效应的发生；限制随机性效应的发生率，使之达到被认为可以接受水平。确保放射工作人员、公众及其后代的健康和安全。（一）防止确定性效应的发生确定性效应是一种具有剂量阈值的效应，从理论上讲，只要将受照射剂量控制在阈值以下，就不会发生确定性效应。因此，必须确保人员在其一生中或全部工龄期间，任何一个组织，器官所受到的电离辐射的累积当量剂量，均应低于发生确定性效应的剂量阈值。（二）将辐射随机效应的发生几率降低到可以接受的水平1什么是随机性效应(stochastic effect)：指效应的发生率（不是严重程度）与照射剂量的大小有关，这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现。不存在阈剂量。遗传效应和辐射诱发癌变等属于随机性效应。2什么是可以接受的水平：众所周知，人类在生活、工作和改造环境的一切活动中，都伴有一定几率的危险性，例如工伤事故，交通事故、自然灾害、各种疾病等。辐射随机性效应带来的危险，只要不超过其他被公认为安全职业可能产生的危险，或者不超过日常生活中正常可能承担的危险，这样就被认为是可以接受的。3危险度在放射防护标准中的应用：要进行危险程度的比较，ICRP的第26号出版物在考虑随机性效应的防护标准时，采用发危险度（risk）的概念。对于辐射危害来说，危险度是指单位当量剂量引起某种随机性效应的发生几率。如要估计某器官致死性癌症的危险度，就要统计受照群体的人数的剂量，发现受照群体中患致死性癌症的人数，超过相似情况下对照群体患致死性癌症的预期数，可视为是由辐射诱发的，由此估计出单位当量剂量致癌的危险度。例如，一个100万人的群体，每个人的红骨髓受到1Sv的照射，若受照人群中红骨髓诱发致死性白血病的人数比对照人群多2000人，则危险度为2000/10000001，即记作2010-4Sv。为了防护目的，权重因子（WT）适用于一切人群，不论性别和年龄。标准规定，全身均匀照射的年当量剂量限值（H全限），不超过50mSv，即H全限50mSv。标准规定，在全身受到非均匀照射时，受到危险的各组织或器官的当量剂量（HT），与相应的权重因子（WT）乘积的总和，即有效剂量（effective dose，HE），不应超过H全限，其公式： TWTHTHEH全限任何照射在符合上述不等式条件下，所发生的随机性效应的几率，可视为达到了被认为可以接受的水平。国际上公认的比较安全的工业，其危险度为10-4。放射防护标准所推荐的基本剂量限值，相当于其它职业危险度为510-4。据调查，放射工作人员的平均受照射剂量保持在剂量限值的1/10以下，相当于其它职业危险度510-5，则放射职业的安全性就优于其它安全职业。三、放射防护的基本原则为了实现放射防护的目的，ICRP提出了放射防护基本原则。1放射实践的正当化（justification of radiological practice）：任何伴有电离辐射的实践，所获得的利益，包括经济的以及各种有形、无形的社会、军事及其它效益，必须大于所付出的代价，包括基本生产代价、辐射防护代价以及辐射所致损害的代价等，这种实践才是正当的，被认为是可以进行的。如果不能获得超过付出代价的纯利益，则不应进行这这种实践。2放射防护的最优化（optimisation of radiological protection）：任何电离辐射的实践，应当避免不必要的照射。任何必要的照射，在考虑了经济、技术和社会等因素的基础上，应保持在可以合理达到最低水平（As lowAs Reasonably Achievable，ALARA），所以最优化原则也称为ALARA原则。在谋求最优化时，应以最小的防护代价，获取最佳的防护效果，不能追求无限地降低剂量。3个人剂量和危险度限制（individual dose and risks limits）：所有实践带来的个人受照剂量必须低于当量剂量限值。在潜在照射情况下，应低于危险度控制值。上述三项基本原则是不可分割的放射防护体系。其中最优化原则又是最基本的原则，目的在于确保个人所受的当量剂量不超过标准所规定的相应限值。1. 什么是辐射辐射是通过空间，或是某种物质媒介以粒子或是波的形式的能量，传播扩散。辐射无色无味，无声无臭，看不见，摸不着。辐射可以有好几种形式。电离度，非电离度，电磁场强度和粒子大小是区分不同辐射类型的有效方式。2. 电离度辐射和非电离度辐射的区别这几种辐射形式的最基本差别是所含能量的不同。非电离度的辐射 (比如无线电波，雷达和可视光)由于所含能量微弱，不足以在通过物质时剥离物质原子表面的电离子；而电离度的辐射却可以。3. 电离度辐射的种类电离度辐射可以是电磁场强度辐射或是粒子辐射。电磁场辐射以光的速度，以波的形式传播。短波的波长对生物体的损害更大。伽玛射线是波长很短的电磁波，类似的还有X射线等，统称电磁辐射。物质能放出三种射线：阿尔法射线()、贝塔射线()和伽玛射线()。以后证明阿尔法射线是氦原子核流，贝塔射线是电子流，类似的还有宇宙射线、中子射线等，统称粒子辐射。4. 宇宙辐射宇宙辐射是来自地球外的电离度辐射。它主要由两方面组成，太阳系辐射（来自太阳）和来自太阳系以外的银河辐射。宇宙辐射的主要由质子,中子和阿尔发粒子组成。二级辐射是当这些粒子与地球大气层中的原子接触时产生的。银河辐射具有更高的能量，所以它是宇宙辐射最主要的组成部分。太阳的活动以11年为周期而变化。当太阳辐射处于最高潮时，它产生的磁场可以使银河辐射偏离地球。由于银河辐射是宇宙辐射最主要的组成部分，所以当太阳系处于活跃期时，宇宙辐射的强度会相对减少。这就是为什么位置越高，宇宙辐射强度越强，因为当高能量的粒子与大气层的原子粒子相接触时，能量随之减少，所以位置越低，粒子的放射物质几乎可以完全被吸收。因为当粒子放射电离子时，地球两极的磁场会将粒子吸收过去，所以在地球上纬度越高，辐射就越强，但是在南北纬60度以上的位置，情况可能有些不同。5. 电离度辐射的测量测量电离度辐射，可以使用不同的仪器监测。一般来说，用来测量粒子辐射的仪器，比电磁场辐射测量仪器更为复杂和笨重（比如医院医疗辐射仪器操作人员的掌上记数器，或小型胶卷证章）。计量辐射物质也有几种方法，但是最有益于身体健康的是以剂量为单位，因为这种方法将辐射方式以不同能量与个人的身体状况相结合考虑。计量辐射度的单位是希沃特（Sv），它结合了具体的生态情况。然而，1单位的希沃特是个非常大的单位，因此我们通常使用毫希沃特（mSv），1mSv = 0.001Sv。几种电离辐射的相对危害性粒子 它是一个氦核，2个中子2个质子2个正比荷，空气中射程只有几厘米，难穿入人体，几乎不不存在外照射。但吸入后对人体器官造成严重损害。 粒子 具有照射的危害，但是外照射源，其内照射( 射源在人体内对人体形成的照射叫内照射)的危害小于粒子。 射线（射线）在空气中射程远，穿透力强，可透射人体，能造成外照射的危害，但内照射的危害小于。相对的危险性比较 外照 内照 中子 射程远 对人体的主要危害是外照射，因其照射的因数为20，所以它对人体的危害在吸收剂量下它的危害比和射线大得多。射线的射程很短，它不能穿透皮肤，它可以通过吸入、吞食、或皮肤吸收进入体内，在体内长时间辐射造成损伤。射线中只有能量较高的射线才能在人体组织中穿透几毫米以上造成烧伤。射线能直接穿入人体相当大深度而造成较大的损伤。据国际辐射保护联合会 (ICRP) 估计，每毫希沃特的辐射会增加约百万分之十二点五的癌症死亡率。这意味着假如有一百万人同时受到2毫希沃特放射物质的辐射，预计将有附加的二十五人死于因为与辐射有关的疾病。 国际辐射保护联合会 (ICRP) 对人体受到辐射的可接受程度，制定了一系列的指标。对一般人来说，比如在日常工作中不接触辐射性物质的人，每年的最多摄取量是每年1毫希沃特。而在工作中必须接触辐射性物质的人，每年的最多摄取量是每年20毫希沃特。凡是每年辐射物质摄取量超过6毫希沃特，应被列为放射性物质工作人员。他们的工作环境应受到定期的监测，而人员本身需要接受定期的医疗检查。生活中的辐射 我们每天都处于辐射的环境之中，包括石头，泥土，还有我们的食物也含有各种不同含量的自然放射物质。 我们当中的绝大多数人，在某个时候会接触X光进行牙齿或其他医疗检查，这些也同样是辐射源。在健康方面，有许多因为辐射产生的效果引起了相当大的关注，其中包括为诊断显影而进行的医疗辐射（如X光）， 和核电厂的废料等。关于移动电话和电线产生的有害辐射的猜疑，也同样受到广泛的关注。地层的岩石如 土壤中的放射性铀和及它的产物以及40K。空气中放射性原于238U和232Th，在它们的衰变过程中将分别产 生，即为氢气，它们从地球表面扩散出来，悬于空中，它们的衰变产物又附着在灰尘中。某些建材中释放 出来的氢气使室内剂量偏高。水中:海含大量的40K。雨水、流径铀矿后，河水等均会含有可溶于水的放射 性颗粒等。人体:每个人体内都有某些微量的放射性元素，例如14C和40K，在人身体内的40K含量最多。一 个60kg的人体内含有3.64Bq40K。交通工具，生活中车船飞机都会引起公众照射，其中飞机引起的最大。近 年来愈见广泛的空中旅行，更引发了一项新的争议，那就是来自宇宙的辐射。宇宙射线是来自宇宙空间的高 能程子辐射，主要由质子组成，宇宙射线中的中子与大气层中的N用时产生即为14C,它的半衰期为5692年，它扩散在低层大气 中为生物吸收，考古学家用它测定年代。 日常中的一些辐照量：我国某些高本底地区3.7毫希年砖房0.75毫希年宇宙射线0.45毫希年水、粮食、蔬菜、空气0.25毫希年土壤0.15毫希年北京欧洲班机往返一次0.04毫希肺部透视一次0.02毫希 我国天然辐射造成的平均年有效剂量为2298微希 实质上我们就生活在一个充满着辐射空间之中，只是这个辐射的剂量并没有引起我们人类的足够重视。随着人 们生活水平的提高，人们对辐射环境的影响已经越来越重视了，比如对太阳辐射的防护。 一句话，只要生活在地球上，人类都要受来自生存环境的照射，谁也无法幸免，无法回避！ 辐射与物质的相互作用 一、带电粒子与物质的相互作用（一）电离（ionization）带电粒子在从吸收物质原子旁掠过时，由于它们与壳层电子之间发生静电库仑作用，壳层电子便获得能量。如果壳层电子获得的能量足够大，它便能够克服原子核的束缚而脱离出来成为自由电子。这时，物质的原子便被分离成一个自由电子和一个正离子，它们合称离子对。这样一个过程就称为电离。脱离出来的自由电子通常具有较高的功能，它又可以引起其它原子或分子电离，称为次级电离。（二）激发（excitation）带电粒子给予壳层电子的能量较小，还不足以使它脱离原子的束缚而成为自由电子，但是却由能量较低的轨道跃迁到较高的轨道上去，这个现象称为原子的激发。处于激发态的原子是不稳定的。它要自发地跳回到原来的基态，其中多余的能量将以可见光或紫外光的形式释放出来，这就是受激原子的发光现象。（三）散射（scattering）散射是带电粒子与被通过的介质的原子核发生相互作用的结果。在这种作用下，带电粒子只改变运动方向，不改变能量。方向改变的大小与带电粒子的质量有关。（四）轫致辐射（bremsstrahlung）带电粒子与被通过的介质原子核相互作用，带电粒子突然减速，一部分动能转变为连续能谱的电磁辐射释放出来。这种作用随粒子的能量增加而增大，与粒子的质量平方成反比，与被通过介质的原子序数Z的平方成正比。（五）吸收（absorption）带电粒子在介质中通过，由于与介质相互作用耗尽了能量而最终停止下来，这种现象称为被介质吸收。二、光子与物质的相互作用光子是电磁辐射，可通过以下三种效应与介质发生作用。（一）光电效应（photoelectric effect）光子与介质的原子相互作用时，整个光子被原子吸收，其所有能量交给原子中的一个电子。该电子获得能量后就离开原子而被发射出来，称为光电子。光电子能继续与介质作用。（二）康普顿效应（Compton effect）光子只将部分能量传递给原子中最外层电子，使该电子脱离核的束缚从原子中逸出。光子本身改变运动方向。被发射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互作用。（三）电子对产生（electron pair production）能量大于1.02M eV的光子在物质中通过时，可与原子核碰撞，转变成一个电子和一个正电子，从原子中发射出来。被发射出的电子和正电子还能继续与介质发生相互作用。光子通过上述三种效应，能量逐渐减弱、方向发生不同的改变，最终也可表现为被吸收。三、中子与物质的相互作用中子本身不带电，在通过物质时主要是与原子核发生作用，产生次级电离粒子而使物质电离。（一）弹性散射（elastic scattering）弹性散射是中子通过物质时损失能量的重要方式。原子核从中子动能中得到一部分能量而形成反冲核，中子则失去部分动能且偏离原方向。反冲核越轻、反冲角越大、反冲核得到的能量越多。反冲核动能和入射中子能量成正比。（二）非弹性散射（inelastic scattering）入射中子与原子核作用形成复合核，复合核放出中子后如处在激发态，则会立即会放出射线而回到基态。入射中子的能量必须大于原子核的最低激发能，非弹性散射才可能发生。（三）中子俘获（neutron capture）慢中子或热中子与物质作用时，很容易被原子核俘获而产生核反应。核反应的产物可能是稳定核素，也可能是放射性核素，同时还释放出光子和其它粒子。某些稳定核素，在慢中子作用下，生成放射性核素，称为感生放射性核素（induced radionuclide），它具有的放射性，称为感生放射性(induced radioactivity)。四、传能线密度和相对生物效应（一）传能线密度（linear energy transfer，LET）LET是反映能量在微观空间分布的物理量，以L表示。 L=(dE/dl)式中dl是带电粒子的物质中穿行的路程，以微米计；是能量截止值、以eV为单位。只有能量转移小于的碰撞才有意义；dE是在dl路程内能量转移小于的历次碰撞造成的能量丧失的总和。所以，传能线密度是带电粒子在物质中穿行单位路程时，由能量转移小于的历次碰撞所造成的能量损失。LET反映的是很小一个空间中单位长度（m）路程上能量转移的多少。L的SI单位是“焦耳每米”（Jm-1），也可使用keVm-1。重带电位粒子具有较高的L值（表1-1）。高LET辐射（如粒子、中子）比低LET辐射（如X、射线）的生物效应大。表11不同类型和不同能量的电离辐射的传能线密度表11不同类型和不同能量的电离辐射的传能线密度辐射类型粒子动能（MeV）传能线密度（keV/m）辐射类型粒子动能（MeV）传能线密度（keV/m）-线1.171.330.3中子41780.21412X-线250kVp3.33.8质子0.95450.22.52.017-粒子0.00555.57.0120.014.03400.30.10.7-粒子3.41301.00.255.0902.00.212725（二）相对生物效应（relative biological effectiveness，RBE）由于各种辐射的品质不同，在相同吸收剂量下，不同辐射的生物效应是不同的，反映这种差异的量称为相对生物效应（RBE）。相对生物效应是引起相同类型相同水平生物效应时，参考辐射的吸收剂量比所研究辐射所需剂量增加的倍数。通常以X线或线作为参考辐射，参考辐射本身的RBE1。辐射的RBE越大，其生物效应越高（表1-2）。表12各种电离辐射的相对生物效应辐射种类相对生物效应X，11热中子3中能中子58快中子1010重反冲核20辐射生物学效应分类和影响因素 一、辐射生物学效应分类 机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的情况，在实际工作中常将生物效应分类表述。 （一）按照射方式分 1外照射与内照射（external and internal irradiation）：辐射源由体外照射人体称外照射。线、中子、X线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。放射性物质通过各种途径进入机体，以其辐射能产生生物学效应者称内照射。内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。内照射的效应以射程短、电离强的、射线作用为主。 2局部照射和全身照射（local and total body irradiation） 当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部胸部头部四肢。 当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较大者（1Gy）则发展为急性放射病。大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型（bone marrow type）、肠型(gastro- intestinal type)和脑型(central nervous system type)三种类型。 （二）按照射剂量率分 1急性效应（acute radiation effect）：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。 2慢性效应(chronic radiation effect)：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。 （三）按效应出现时间分 1早期效应(early effect)：照射后立即或数小时后出现的变化。 2远期效应(late effect)：亦称远后效应。照射后经历一段时间间隔（一般6个月以上）表现出的变化。 （四）按效应表现的个体分 1躯体效应(somatic effect)：受照射个体本身所发生的各种效应。 2遗传效应(genetic effect)：受照射个体生殖细胞突变，而在子代表现出的效应。 （五）按效应的发生和照射剂量的关系分 1确定性效应(deterministic effect)：旧称非随机性效应(nonstochastic effect)。指效应的严重程度（不是发生率）与照射剂量的大小有关，效应的严重程度取决于细胞群中受损细胞的数量或百分率。此种效应存在阈剂量。照射后的白细胞减少、白内障、皮肤红斑脱毛等均属于确定性效应。 2随机性效应(stochastic effect)：指效应的发生率（不是严重程度）与照射剂量的大小有关，这种效应在个别细胞损伤（主要是突变）时即可出现。不存在阈剂量。遗传效应和辐射诱发癌变等属于随机性效应。 二、影响辐射生物学效应的因素 （一）辐射因素 1辐射类型：高LET辐射在组织内能量分布密集，生物学效应相对较强。故在一定范围内，LET愈高，RBE愈大。 2剂量和剂量率：照射剂量大小是决定辐射生物效应强弱的首要因素，剂量越大，效应越强。但有些生物学效应当剂量增大到一定程度后，效应不再增强。另外，在一定剂量范围内，同等剂量照射时，剂量率高者效应强。 3照射方式：同等剂量照射，一次照射(single dose)比分次照射(fractionated dose)效应强；同样，全身照射比局部照射效应强。 （二）机体因素 1种系差异：一般说，生物进化程度愈高，辐射敏感性愈高。 2性别：育龄雌性个体的辐射耐受性稍大于雄性。这与体内性激素含量差异有关。 3年龄：幼年和老年的辐射敏感性高于壮年。 4生理状态：机体处于过热、过冷、过劳和饥饿等状态时，对辐射的耐受性亦降低。 5健康状况：身体虚弱和慢性病患者，或合并外伤时对辐射的耐受性亦降低。 （三）介质因素 细胞的培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂(radioprotectant)，如含SH基的化合物可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，能减弱生物效应，反之，如含有辐射增敏剂(radiosensitizer)，如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，能提高辐射效应。目前，防护剂和增敏剂在临床放射治疗中都有应用，前者为保护正常组织，后者为提高放疗效果。 放射病知识简介 放射线对机体的损伤，按射线性质、作用时间、作用部位，其分类比较复杂，现介绍几种比较常见的放射病。一、外照射急性放射病： 指人体一次或短时间内分次受到大剂量照射引起的全身性疾病。这里所说的大剂量一般指大于1Gy。放射事故、核战争都可发生外照射急性放射病 根据剂量大小和严重程度，外照射急性放射病又分为三型，即骨髓型放射病、肠型放射病、脑型放射病。肠型放射病和脑型放射病是在受到大于10Gy照射后发生的，一般会在几天到两周内死亡。而在受到1-10Gy照射后可发生骨髓型放射病。 骨髓型放射病的主要症状是食欲不振、恶心、呕吐、腹泻、疲倦无力、头晕、头痛、体温上升等，而其临床表现是不同程度的造血功能障碍、出血、感染和胃肠道功能紊乱，骨髓型放射病经积极抢救、合理治疗，大部分可以恢复健康，但吸收剂量在6Gy以上时，全力抢救，也只有少数可缓慢恢复。二、外照射慢性放射病： 指人体在较长时间内连续或间断受到超剂量限值的外照射，达到一定累积剂量后引起的全身性疾病，其特点是以造血系统损伤为主并伴有其他系统改变。此处所说的超剂量限值是指累积剂量当量在1.5Sv以上。慢性放射病的发病人群一般是职业受照人群，即放射工作人员。 其临床特点是发病慢、病程长、症状多、体征少。所谓症状多、体征少，是指病人自觉症状较多，但在早期又检查不到明显的改变，主要的症状包括乏力、头痛、头昏、记忆力减退、睡眠障碍、易激动、脱发、食欲减退、心慌、气短、多汗、易患感冒、性欲减退、月经失调等，工龄较长的放射工作人员，可观察到皮肤干燥、脱屑、粗糙、角化过度、干裂、色素沉着、毛发脱落、指甲变脆、增厚等体征，有的病人还出现血压不稳、心率不齐、神经反射