辐射安全与防护基础知识PPT课件

.,辐射防护与环境保护研究室,辐射防护与安全培训班教材,辐射安全与防护基础知识,清华大学工程物理系,2012.07.10,.,目录,一、辐射防护简介1.辐射防护的含义（1）什么是辐射（2）辐射的分类2.辐射防护简史3.辐射防护的基本任务和目的4.辐射防护的知识体系二、辐射物理基础1.放射性现象（1）原子结构（2）核素的表叙（3）同位素和核素（4）术语2.放射性衰变及机理（1）衰变（2）衰变（3）衰变,3.放射性衰变规律（1）放射性衰变的规律（2）放射性活度的衰减规律（3）半衰期T1/2（4）放射性活度及其单位4.射线与物质相互作用（1）带电粒子与物质的相互作用（2）X、射线与物质的相互作用（3）中子与物质的相互作用5.几种不同射线在穿过物质过程中穿透力的比较6.辐射防护的基本原则和内、外照射的防护措施（1）外照射防护的一般方法（2）内照射防护的一般方法,.,目录,三、辐射来源及其影响四、辐射的健康效应1.概述2.电离辐射的健康效应（1）随机性效应（2）确定性效应（3）胚胎和胎儿的辐射效应（4）非癌症疾病3.影响辐射生物学作用的因素（1）物理因素（2）生物因素五、辐射防护的量1.电离辐射基本量及其单位（1）放射计量学量（2）相互作用系数与相关量（3）剂量学量（4）放射性活度（5）衰变纲图2.常用辐射剂量学的,（1）吸收剂量（2）比释动能（3）照射量（4）吸收剂量、比释动能和照射量的区别3.常用辐射防护的量（1）与个体相关的辐射量A.当量剂量B.有效剂量C.待积当量剂量与待积有效剂量（2）与群体相关的辐射量A.集体当量剂量B.集体有效剂量（3）用于环境和个人监测的ICRU量A.周围剂量当量H*(d)B.定向剂量当量H(d,)C.个人剂量当量Hp(d),.,（1）什么是辐射？,辐射是指以电磁波或高速粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量的统称。（热辐射、核辐射等）,（2）辐射的分类,1.辐射防护的含义,一、辐射防护简介,非电离辐射：能量小于12.4eV，如紫外线、可见光、红外线和射频辐射,电离辐射：能量大于12.4eV，如X射线、射线、中子、射线、射线等,电离辐射粒子的能量在12.4eV以上（相应于电磁辐射频率在3000THz以上），这个能量下限是使空气等典型材料发生电离所需的最低能量。移动电话800-1800MHz0.01eV。,.,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,直接电离辐射与间接电离辐射,.,常见的电离辐射,.,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,.,.,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,2.辐射防护简史,.,1896,贝克勒尔（Becquerel）发现铀（Uranium）,发现了天然放射性，人类历史上第一次在实验室观测到放射性现象。,NobelPrizein1903,1897,汤姆生(Thomson)发现电子打破了原子不可分的观念。,.,1898,居里夫妇发现钋（Polonium）和镭（Radium）,同位素的工业应用,NobelPrizein1903and1911,1898,卢瑟福（Rutherford）在“贝可勒尔射线”中发现了、粒子,后来证实了射线是氦原子核，射线是电子。1908年获诺贝尔奖。,.,1932,查德威克（Chadwick发现中子1935年获诺贝尔奖。,1900,法国化学家维拉尔德在镭源的射线中发现射线,.,重点调查对象包括：职业性受照射群体的流行病学调查；（1）放射事故受害者调查；（2）出生前受X射线诊断照射的流行病学调查；（3）高辐射本底地区居住者的流行病学调查；（4）原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受害者跟踪调查。,对辐射损伤的调查,.,迄今为止的流行病学的调查资料证明：在低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌。遗传危害未见增加。低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射，是否会增加恶性肿瘤尚不明确。出生前诊断性X射线的照射量，是否能增加出生后的小儿癌症的发病率，尚有争议。高本底地区居民流行病学的调查，均末证实遗传危害的增加或恶性肿瘤较对照群体有过多的发生。,调查结论,.,从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用以及缺少专业知识和技术造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常必要的。,历史告诉我们,.,从百余年来辐射对人类损伤简史的回顾中可以看出，造成人类损伤和死亡的辐射事故几乎都是由于错误的应用而造成的。所以，系统学习辐射防护的专业知识是非常必要的。核科学研究和核能为造福人类的实践则留下安全的记录。这是因为人们认识核能的初期就意识到了它的损伤作用。其后投入了大量人力和物力，建立了较为完善的辐射防护体系和医学监督制度。,.,“事实上，在人类身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变。”,诺贝尔奖获得者西博格,人与原子,其实辐射也没那么可怕！,.,辐射防护的主要目的是在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和环境提供合适的保护。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，使之降低到可合理达到的程度。基本任务是既要保护环境，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。,3.辐射防护的基本任务和目的,.,4.辐射防护的知识体系,.,（1）原子结构,原子模型,1.放射性现象,二、辐射物理基础,.,原子核的组成,原子核由质子和中子组成，中子和质子统称为核子（nucleon）。中子不带电。质子带正电，电量为e，与电子电量相同，符号相反。质子和中子的质量相差不大，中子质量略大一些。,.,原子核的表示符号：AZXNX为元素符号，A=N+Z为核子数，N为中子数，Z为质子数，即原子序数。,ZPAPN原子质量数（A）质子数（P）中子数（N）,核素符号X与质子数Z具有唯一、确定的关系，当元素X确定时，这个X就是Z，所以就将,简化成,（2）核素的表叙,（1-1-2）,.,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，,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,（3）同位素和核素,简写成1H、2H、3H。,.,核素（nuclide）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。中子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。A同，Z、N不同。同量异位素。N同，A、Z不同。同中子异核素。Z同，A、N不同。同位素。A、Z、N同，能态不同。同质异能素。,（4）术语,.,什么是放射性？1896年，法国物理学家贝可勒尔（A.H.Becquerel）首次发现放射性现象。当原子核内的质子和中子数失去一定比例时，就处于不稳定状态，核素可以自发地发生核衰变，变成一种新的核素，同时放出一条或多条射线，这种特性称为放射性(radioactivity)。这种转变过程称为放射性衰变。,2.放射性衰变及机理,放射性现象是由原子核的变化引起的，与核外电子状态的改变关系很小。,.,电场对镭射线的分解,.,（1）衰变,原子核自发地放出粒子而变为另一种原子核的过程称为衰变。原子序数Z减2、质量数A减4。式中，X代表衰变前的母核；Y代表衰变后的子核；Q表示衰变能。,超铀元素会发生衰变。例如234U、235U、238U、238Pu、239Pu、241Am等。,.,从母核中射出的4He原子核,粒子得到大部分衰变能,238U234Th+4He,放射性母核,衰变238U234Th,.,衰变241Am237Np,.,衰变就是放射性核素发射出粒子的衰变。而常见的衰变是衰变，即发射负电子（e）的衰变。负电子带有1个单位的负电荷，其质量可以忽略不计（为1/1840个原子质量单位）。因此，原子核在进行衰变之后，它的质量数（A）保持不变，原子序数（Z）增加1。表示衰变的式子即为：,（2）衰变,原子核内质子相对缺少时，一个中子转变为一个质子，同时从核内释放出的电子的过程。,3H、90Sr等都是会放出射线的放射性核素。,.,发生原因母核中子或质子过多,质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷,中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷,衰变,.,衰变14C14N,.,衰变3H3He,.,正衰变11C11B,.,衰变时由原子核内发地出粒子，粒子的质量与电子的质量相同，但带有一个单位的还正电荷。可以把衰变看作原子核内一个质子转变成一个中子时发射出粒子和中微子的过程，即,衰变,发生衰变时，母核和子核的质量数相同，但子核的原子序数小一个单位：,原子核内中子相对缺少时，一个质子转变为一个中子，同时从核内释放出的正电子(positron)的过程。,.,轨道电子俘获（EC）为原子核俘获一个核外电子的过程，其结果是核内一个质子转变为一个中子和一个中微子，简称EC衰变(orbitalelectroncapture)：Pen轨道电子俘获的过程可表示为：,轨道电子俘获过程释放的能量,其中i为电子的轨道结合能。有些放射性核素能满足产生衰变条件，同时也可满足衰变和电子俘获条件，所以它们可以发生、衰变和轨道电子俘获三种过程。,轨道电子俘获,.,电子俘获,电子,.,电子俘获7Be7Li,会产生特征X射线或俄歇电子,.,有些核素在进行、-、+、或EC衰变时，处于激发态的子核在向基态跃迁时，多余的能量以光子即射线的形式发射出来，即为衰变。,（3）衰变,.,衰变,99mTc99Tc+(E0.140MeV),T1/2=6h,.,1、光子是从原子核中发射的；2、常常伴随在、衰变之后；3、单能；4、射线的能量与原子核相关。,射线特点,.,衰变3He3He,.,有时原子核发生跃迁时不发射光子，而是把多余的能量交给核外绕行的电子（主要是K层电子），使它脱离原子核的束缚而放射出来，这种现象称为内转换（internalconversion），电子的能量是固定的，近似于光子的能量。内转换电子发射后，原子的某一轨道上留下一个空穴，这个空穴通常由外层轨道电子跃迁填充，由于不同轨道上电子结合能不同，电子跃迁过程中发射特征X射线。由于内转换电子的与结合能是唯一的，且同时发射特征X射线，故不会与衰变产生的电子相混淆。,衰变内转换,.,3.放射性衰变规律,.,实验结果,N0为t=0时刻氡的原子核数，N为t时刻的氡原子核数。,.,衰变规律：以一定的规律衰减，放射性衰变是由原子核内部运动规律所决定的，与物理和化学性质无关，与外界温度、压力、机械运动等无关；统计规律：对一个特定的放射性核素，衰变的精确时间是无法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，服从量子力学的统计规律；满足质量-能量转换关系满足能量守恒、动量守恒。,（1）放射性衰变的规律,.,放射性衰变的统计规律,由于微观世界的统计性，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。,.,单一放射性的负指数衰减规律,222Rn的衰变曲线,实验发现，放射性核素放出一个粒子，变成，而的数目每4天减少一半。,.,（2）放射性活度的衰减规律,放射性核素的核衰变服从负指数规律。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，都服从负指数规律，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。,1Bq=1s-1,规定即每秒衰变1次为1贝可。,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。,.,放射性活度随时间的变化,.,51,半衰期T1/2：原子核数目减少一半的时间,衰变特性,.,放射性活度是衰变数，不是发出的射线数；（137Cs：、）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,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。,.,（3）半衰期T1/2,半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为T1/2。,即：,量纲为：t,如s，h，d，a,.,放射性活度(Activity),即：,定义：,则：,活度定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。,（4）放射性活度及其单位,.,现今对大量的放射性原子核进行各种测量，已积累了大量的资料。为了便于使用和查阅，已汇编成“衰变纲图”。在实际工作中，可以根据衰变纲图提供的资料，选取有用的数据。下面二张衰变图分别为60Co与137Cs的衰变纲图。箭头向右表示Z增加（箭头向左表示原子序数Z减少）。箭头线上标示了放射粒子的类型及其动能或者动能最大值。图中百分数代表该种衰变所占的比例（又叫分支比）。粗实线的态代表原子核基态。所示年月即为T1/2数值。,（5）衰变纲图,.,60Co及137Cs的衰变纲图,.,带电粒子的种类和物理性质带电粒子与物质相互作用的主要过程,（1）带电粒子与物质的相互作用,4.射线与物质的相互作用,.,（1）带电粒子与物质的相互作用,带电粒子,电子：核外电子,射线：原子核发出的高速电子,质子,粒子,带电粒子种类：,带电粒子的种类和物理性质,电离辐射作用于物质，所引起的某些物理、化学变化，或作用于生物体时所产生的某些生物效应，几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。,4.射线与物质的相互作用,.,主要过程,电离和激发,核反应,化学变化,带电粒子与物质相互作用的主要过程,韧致辐射,带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的，主要过程有电离和激发，弹性散射和韧致辐射。其他过程有湮没辐射、契伦可夫辐射、核反应以及引起物质化学变化。,.,带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量，其次是通过韧致辐射。这两种过程构成了带电粒子在碰撞过程中的能量损失。当具有一定动能的带电粒子与原子轨道电子发生库伦作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。如果轨道电子莸得的动能足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离。电离后的原子带正电荷，它与逃出的自由电子合称为离子对。如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，此过程称为激发。处于激发态的原子是不稳定的，它将通过跃迁到高能级的电子自发地跃迁到低能级而回到基态。多余的能量可以以X射线的形式放出。此种X射线的能量是不连续的，它等于电子跃迁的两能级之差，称之为标识X射线或特征X射线。,电离和激发,.,带电粒子,轨道电子,库仑相互作用,电离,激发,电离和激发,.,线碰撞阻止本领：带电粒子在介质中每单位路径长度上电离损失的平均能量。,质量碰撞阻止本领：线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。,碰撞阻止本领,带电粒子在电离和激发过程中的能量损失，是通过带电粒子和轨道电子的库伦碰撞产生的，这称为碰撞过程的能量损失或电离损失。,.,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。,韧致辐射,韧致辐射和辐射阻止本领,.,韧致辐射,.,辐射损失Zz2/m2,其中：Z物质的原子序数；z带电粒子的电荷数；m带电粒子的质量。,在同一物质中，粒子能量的辐射损失比能量相同的电子约小107倍。因此，重带电粒子的辐射损失可忽略不计，主要考虑电子的辐射损失。,辐射损失与成正比，表明物质的原子序数越大、带电粒子的电荷数越多，辐射损失越大。它与带电粒子的质量成反比，表明带电粒子的质量越大，辐射损失越小。,在防护射线时，为减少韧致辐射的产生，必须内层用低Z材料来防护射线，然后在外层再用高Z材料来防护韧致辐射。,.,E10MeV，主要是电离损失和辐射损失：,重带电粒子，辐射损失可以忽略。,带电粒子在物质中的一切能量损失，用总质量阻止本领来表示。总质量阻止本领S/定义为带电粒子在密度为的介质中，穿过路程dl时，所损失的一切能量dE除以dl而得的商。,总质量阻止本领,.,X、射线与物质相互作用的主要类型,D.瑞利（相干）散射E.光核相互作用在这些相互作用中，前三个是最重要的，因为这些相互作用会将能量转移给电子，然后，电子沿其径迹在许多次库仑力（通常是很小的）相互作用中将该能量给予物质。,概述,在x和射线与物质相互作用的各种类型中，有五种相互作用类型是在放射物理中所必须考虑的：,A.光电效应,B.康普顿效应,C.电子对效应,（2）X、射线与物质的相互作用,.,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h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。,.,在光电吸收过程中，入射光子在与吸收物质原子的相互作用中完全消失，代以一个有相当能量的光电子从原子某一束缚壳之层发射出来。光子是与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能，另一部分就作为光电子的动能。因此，光电子的动能就是入射光子能量与该束缚电子所处电子壳层的结合能之差。对于能量足够高的入射光子，光电子最可能来自原子中结合得最紧的K壳层。,第I阶段,.,第II阶段,激发态退激,特征X射线,俄歇电子,发生光电效应时，从内壳层上打出电子，在此壳层上就留下空位，并使原子处于激发状态。这种激发态是不稳定的。它的退激过程有两种：一种是外层电子向内层跃迁以填补空位，使原子恢复到较低的能量状态并发射特征X射线。两个壳层的结合能之差就等于跃迁时释放出来的能量，这将以特征X射线的形式出现。原子的另一种退激过程是将其激发能直接传给外壳层的电子，使它从原子中发射出来，称作俄歇电子。,.,光电效应特征X射线和俄歇电子的发射示意图,特征X射线和俄歇电子,.,B.康普顿效应,.,.,当具有能量为的光子与原子内一个轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射方向成角方向射出（康普顿反冲电子），此种效应称康普顿效应。角称散射角；角称反冲角。,.,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。,光电效应与康普顿效应的差别,.,C.电子对效应,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。,能量大于1.02MeV，发生几率大；,原子核场：,.,中子能量的划分,A.热中子中子与周围的物质处于热平衡时，它们具有可与室温下气体分子相比拟的速度。这时中子的最可几速度大约是2.2105cms-1，相应的热中子能量为0.025eV。B.慢中子能量在0.5eV1keV之间。一般以0.5eV作为热中子与慢中子的分界线。C.中能中子能量在1keV10keV之间。D.快中子能量在10keV10MeV之间。E.高能中子能量在10MeV以上。,（3）中子与物质的相互作用,.,中子不带电，几乎不能和原子的电子相互作用，而只能和原子核相互作用。中子与原子核相互作用分为两大类：一类是散射，包括弹性散射和非弹性散射。这是快中子与物质相互作用过程中能量损失的主要形式。快中子在轻介质中主要通过弹性散射损失能量，在重介质中主要通过非弹性散射损失能量。快中子减速成为能量较低的中子的过程称为中子的慢化。另一类是吸收，即中子被原子核吸收后，仅产生其他种类的次级粒子，不再产生中子。中子一般只有被慢化后才能有效地被物质所吸收。,中子的散射与吸收,.,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。,.,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。,粒子的相对危害性,5、几种不同射线在穿过物质过程中穿透力的比较,.,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。,粒子的相对危害性,.,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。,射线的相对危害性,.,.,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。,中子的相对危害性,.,中子,纸张,铝板,铅板,水泥板,水,外照射主要是防和中子；内照射主要是防。,不同辐射在材料中的穿透能力,图给出了不同辐射在材料中的穿透能力。,.,.,辐射防护关心的是：既要保护个人和他们的后代以及全体人类，又要不过分限制那些可能产生辐射照射的必要活动。所以辐射防护的目的在于防止有害的确定性效应的发生，并将随机性效应的发生率降低到可合理达到的尽可能低的水平，从而在取得效益的同时保证人类免受辐射之害。辐射对人体的照射方式有外照射和内照射两种，外照射是体外辐射源对人体造成的照射，而内照射是指进入人体内部的放射性核素对人体造成的照射。前者主要由X射线、射线、中子束、高能带电粒子和射线引起的。后者主要是通过吸入、食入、完好皮肤或带伤皮肤吸收放射性核素造成的。对于两种照射方式，有两种不同的防护方法。,外照射和内照射的防护原则,6、辐射防护的基本原则和内、外照射的防护措施,.,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。,外照射防护的基本原则,（1）外照射防护的一般方法,.,外照射防护的基本（一般）方法,外照射防护三要素：时间距离屏蔽,.,A.时间防护(Time)累积剂量与受照时间成正比措施：充分准备，减少受照时间,.,B.距离防护(Distance)剂量率与距离的平方成反比（点源）措施：远距离操作；任何源不能直接用手操作；注意射线防护。,.,C.屏蔽防护(Shielding)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,.,首先，外照射防护的三个基本方法：缩短在辐射场的工作时间、增大与辐射源的距离、设置屏蔽体，在内照射防护中仍要积极运用；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和操作规程、做好个人防护等。内照射防护的一般措施如下：包容；隔离；净化和稀释。,内照射防护原则,（2）内照射防护的一般方法,.,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。,内照射危害的特点,.,（1）防止放射性物质经由呼吸道进入体内由于放射性粉尘或放射性气体逸入空间，可能造成工作场所的空气污染，空气污染是造成放射性物质经呼吸道进入体内的主要途径，其防护措施主要如下。1）空气净化通过空气过滤、除尘等方法，尽量降低空气中放射性粉尘或放射性气溶胶的浓度。例如：在核电厂，主控室的通风系统中装有这种空气净化装置（在正常情况下不启动），这种方式属于集体防护措施。2）稀释稀释是不断地排出被污染的空气并换以清洁空气，换气次数视空气被污染的水平确定。为防止环境的放射性污染，污染空气一般应经过滤器过滤后才排入大气。在核电厂的通风与空气净化系统的设计中，空气从污染程度低的房间流向污染程度高的房间。,内照射防护的措施,.,3）防止放射性物质扩散在可能产生空气污染的工作现场设立负压工作环境（静态封闭），或在可能产生放射性空气污染的设备开口处加负压抽吸机（动态封闭），这样就可避免放射性物质的扩散。核电厂在检修过程中普遍采用这两种防护方式。4）个人防护工作人员佩戴呼吸保护装置，防止放射性物质被吸入人体。呼吸装置分为开放式和密闭式两种。开放式的防护装置为高效的防护口罩，采用活性炭等物质隔离和吸附放射性物质。密闭式的防护装置本身提供可供人体呼吸的气源，因此可避免放射性物质的吸入。密闭式的防护装置分两种：一种装置自身配备压缩空气瓶，另一种由压缩空气系统供气。第一种装置包括气瓶、面具和连接供气管线等组成。优点是工作人员可自由移动，不会受区间的限制。缺点是工作时间有限且较笨重。第二种装置包括通风气衣和面罩及连接供气管线组成，由压缩空气系统供气。这类装置的优点是较轻便，供气时间不受限制，但活动范围有限。,.,（2）防止放射性物质经口进入体内防止放射性物质经口进入体内，主要从管理及工作习惯上解决。在控制区或放射性操作现场（如废物运输）不准吃、喝、抽烟等，平时养成良好的工作习惯，工作时不用手抚摸面部，工作结束后洗手等。（3）防止放射性物质经皮肤和伤口进入体内为了防止放射性物质经皮肤进入体内，工作时必须穿戴个人防护用品，尽量减少暴露的皮肤面积，而且不用有机溶剂洗手或涂敷皮肤，否则会增加放射性物质的渗透性。,.,要小心工作，不要让带有放射性物质的设备尖角、断口等割裂皮肤，若有了伤口，无论伤口在何处，则必须立即停止工作，及时通知辐射防护人员和职业卫生医生。如工作确有需要，可用不透水的敷料妥善包扎好后再工作，如果伤口较大，则必须停止工作。若发生较大的人员伤亡事故，立即通知主控室。不准患有大面积皮肤病的人员不经妥善处理就进入控制区工作，不准带裸露的伤口进入控制区工作。这些考虑都是为了防止放射性物质经伤口直接进入体内，因为裸露的伤口为污染物进入血液提供了直接的途径。,.,三、辐射来源,电磁辐射能谱,.,人工辐射,生活中的辐射来源,天然辐射,天然辐射是人类的主要辐射来源，天然辐射不比人工辐射更可爱。,天然辐射源的来源及其分类方法,UNSCEAR2008统计，日常生活中天然辐射占我们所接受剂量的80%，人工辐射约占20%。,.,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,人类活动引起的天然辐射的增加,.,年均有效剂量和个人剂量的范围（mSv）（UNSCEAR2008）,天然辐射源,.,年均有效剂量和个人剂量的范围（mSv）（UNSCEAR2008）,人工辐射源,.,广东大亚湾核电环保有限公司朱昌寿中国人受电离辐射照射剂量份额研究2007年05月21日a.本文仍以19851990年期间的研究资料为准，有可能数值略有保守。b.假设每天吸烟11支，可造成年有效剂量58Sv/a，我国吸烟人数按34%计算，仅由吸烟对公众造成的内照射剂量为18Sv/a。,中国人受电离辐射照射剂量及份额,.,从饮水摄入226Ra约0.01Bq,我国人群平均每天食入的放射性及体内放射性物质的含量估计值,.,四、辐射的健康效应,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：很低的吸收能量就能引起高的生物效应；短暂作用引起长期效应。,1.概述,.,低吸收能量引起高生物效应以6Gy剂量的急性照射为例，它可以致人死亡，但是此时吸收的能量如果全部转换为热能，却只能使组织的温度升高0.00l4。短暂作用引起长期效应极短时间内沉积能量；辐射的确定性效应、随机性效应都体现为一种长期的、持续性的效应。,辐射的生物效应的特点,.,辐射,原子、分子,组织、器官,机体损伤,确定性效应,随机性效应,电离、激发,修复,电离辐射健康效应,.,辐射的损伤机理,生物基质的电离和激发是生物效应的基础。细胞的DNA和膜是射线作用的靶，是引起细胞一系列生化、生理和病理学变化的关键。直接作用：电离辐射的能量直接沉积与生物大分子，引起生物大分子的电离和激发，破坏机体的核酸、蛋白质、酶等具有生命功能的物质。间接作用：电离辐射首先直接作用与水，使水分子产生一系列原发辐射分解产物，然后通过水的辐射分解产物再作用于生物大分子。,.,水的辐射产物：,pH为中性时，水辐射产物的产额,其中羟自由基和水合电子是两种最重要的水辐解自由基，前者具有强氧化作用，后者具有强还原作用,.,辐射对DNA的直接和间接作用,.,1、碱基变化2、DNA链断裂：是辐射损伤的主要形式。-单链断裂（可以实现无差错修复）-双链断裂（难以修复，是细胞死亡的主要原因）3、DNA交联,辐射对DNA的作用：,C,.,一个人受照有一半的概率会死时，体内会有多大比例的原子被电离？LD50/30约为4Gy，1J=6.251018eV,每公斤软组织约有9.51025个原子,若按每一个原子被电离会有9个原子被激发估计，总的直接受影响的原子份额为10-7。,例题,.,2.电离辐射的健康效应,辐射照射的大多数有害健康效应可以分为两种类型：确定性效应高剂量照射后由于大部分细胞被杀死/功能丧失而产生的确定效应（有害的组织反应）。随机性效应即癌症和遗传效应。包括由于体细胞突变而在受照个体内形成的癌症和由于生殖细胞突变而在其后代身上发生的遗传疾病。还要考虑胚胎和胎儿的效应，以及非癌症疾病。摘自：ICRP103号出版物,.,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，不存在剂量的阂值。主要指致癌效应和遗传效应。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阂值，在阂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可分为随机性效应和确定性效应：,随机性效应和确定性效应,.,发生概率与剂量有关严重程度与剂量无关线性比例、无阈,随机效应特点:,直线的斜率也称危险度系数，表示发生严重疾病几率的大小。故也可以用危险度来描写随机性效应。,（1）随机性效应,.,随机性效应-线性无阈假设,在科学上有理由假设，在小剂量范围内，低于大约100mSv，癌症或遗传效应的发病率随相关器官和组织的当量剂量的增加成正比地增加。在剂量低于约100mSv的情况下，给定的剂量增量与归因于辐射的癌症或遗传效应发生的概率的增量成正比。这个剂量响应模型称之为“线性无阈”，或LNT模型。ICRP认为，根据目前现有的科学证据，对随机性效应采取线性无阈的剂量响应关系（LNT）是最合适的假定：1.它不是一个纯技术性假定，而是一个管理性假定。2.进一步的发展必须依赖于致癌机制的研究，特别是分子生物学的进展。,.,（4）剂量平方模型：低LET辐射，高剂量率照射下,不存在单一的剂量-效应关系模式,（1）线性无阈模型：高LET辐射，低剂量率照射下,（2）凸向下模型：高LET辐射，高剂量率照射下,（3）S型曲线模型：低LET辐射，低剂量率照射下,剂量-效应关系模式,.,(1)有阈，低于此阈值观察不到短期效应。(2)高于该阈剂量时损害的严重程度，包括组织恢复能力的损害随剂量而增加。,（2）确定性效应,确定性效应特点:,在吸收剂量低于约100mGy的范围内（低LET或高LET），组织不会在临床上显示出功能损伤。不同器官和组织剂量阈值不一致。,.,图组织反应（确定性效应）发生概率、严重程度与剂量的关系曲线图上图：一个由不同放射敏感个体组成的人群的发生率呈S形曲线增加；下图：三类不同放射敏感性人群的剂量严重程度关系曲线来源：ICRP103号出版物,.,确定效应和随机效应区别,随机性效应（白血病，等）,确定效应（掉头发，白内障，等）,.,（3）胚胎和胎儿的辐射效应,ICRP103最新结论：在胚胎发育植入前期，在剂量低于100mGy的情况下，辐射致死效应很少见；宫内辐射敏感性与妊娠龄有关，在主要器官形成期敏感性最高。远低于100mGy的宫内照射，预计不会产生畸形危险；低于100mGy宫内剂量对IQ产生的任何效应都是无实际意义的；谨慎假定，宫内照射的终生癌症危险将于童年早期受照的终生癌症危险相同，即最多为全部人群的3倍。,.,（4）非癌症疾病,非癌症疾病：尚不确定！统计学数据：日本原爆幸存者1968年以后随访的死亡率分析，有效剂量在1Sv左右诱发非癌症（心脏病、中风、消化疾病和呼吸疾病）发病率增加。高剂量放疗病人研究。ICRP：现有的资料不能用于辐射剂量低于大约100mSv情况下的危害估计；UNSCEAR（2008）：很少有证据证明低于1Gy时危险有任何增加。,.,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,.,一些确定性效应阈值-1,.,一些确定性效应阈值-2,.,不同种类确定性效应的剂量阈值,确定性效应阈值,.,3.影响辐射生物学作用的因素,（1）物理因素,辐射品质：不同种类和不同能量的射线有不同的生物效应。传能线密度LET（linearenergytransfer）：单位长度上发生的能量转移。高LET辐射（highLETradiation）：直接产生的或通过次级带电粒子产生的各电离事件之间的距离以细胞核的尺度衡量比较小的辐射。一般指快中子、质子和粒子等。,.,低LET辐射（lowLETradiation）：直接产生的或通过次级带电粒子产生的各电离事件之间的距离以细胞核的尺度衡量比较大的辐射。一般指X、辐射等。一般说来，高LET辐射(n，)的生物效应比低LET辐射(X，)的更为明显或严重。,.,辐射剂量：剂量效应关系中的决定因素。,.,剂量率：剂量率越高，辐射效应越显著剂量率在0.1Gy/h到1Gy/min之间这种关系明显。,X射线及中子辐照后的存活曲线,AX射线，0.01Gymin-1BX射线，1.0Gymin-1C中子，0.01Gymin-1D中子，1.0Gymin-1,.,照射部位和面积,辐射损伤与受照部位及受照面积密切相关。这是因为与各部位对应的器官对辐射的敏感性不同；另一方面，不同器官受损伤后对整个人体带来的影响也不尽相同。例如，全身受到射线照射时可能发生重度的骨髓型急性放射病；而以同样剂量照射人体的某些局部部位，可能不会出现明显的临床症状。照射剂量相同，受照面积愈大，产生的效应也愈严重。,.,照射的几何条件,外照射情况下，人体内的剂量分布受到入射辐射的角分布、空间分布以及辐射能谱的影响，并且还与人体受照时的姿势及其在辐射场内的取向有关。因此，不同的照射条件所造成的生物效应往往会有很大的差别。,.,（2）生物因素,不同生物种系对辐射的敏感性不同,.,胚胎不同发育阶段，2GyX射线照射下死胎或畸形的发生率,不同年龄对辐射的敏感性不同,.,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,.,国际辐射单位与测量委员会,ICRU成立于1925年ICRU10a辐射量和单位（1962）(已过时)ICRU11辐射量和单位（1968）(已过时)ICRU19辐射量和单位（1971）(已过时)ICRU33辐射量和单位（1980）(已过时)ICRU51辐射防护剂量学中的量和单位1993ICRU60电离辐射的基本量和单位1998,五、辐射防护的量,.,（1）放射计量学量,共16个标量的放射计量学量：粒子数，辐射能，粒子通量，能通量，注量，能注量，注量率，能注量率，粒子辐射度，能量辐射度矢量的放射计量学量：矢量的粒子辐射度，矢量的能量辐射度，矢量的注量率，矢量的能注量率，矢量的注量，矢量的能注量,1.电离辐射基本量及其单位,.,（2）相互作用系数与相关量,共7个截面质能转移系数质量减弱系数质量阻止本领辐射化学产额传能线密度气体中每形成一对离子所消耗的平均能量,.,（3）剂量学量,共12个比释动能比释动能率照射量（率）比转换能率,沉积能授予能线能比(授予)能吸收剂量（率）,.,（4）放射性活度,3个剂量学量衰变常数=dP/dt(s-1)活度A=dN/dt(s-1，Bq.)空气比释动能率常数:=r2K/A(m2GyBq-1s-1),.,剂量：医学专用术语，指药物治疗时需要掌握的用药量。正是作为将物理测量和辐射生物效应联系起来的一个物理量而被引入的。,能量沉积是一个随机的过程,单位：J,平均授予能：,1.授予能,（1）吸收剂量,2.常用辐射剂量学的量,辐射剂量学中常用的有三个基本辐射量：吸收剂量D、比释动能K、照射量X。,.,电离辐射授与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，1Gy1J/kg,吸收剂量D,（历史上曾使用的单位：拉德，1rad0.01Gy）,吸收剂量D应用条件,针对“点”的概念；对所有射线适用；所有受照物适用。,.,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：,.,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）,1.简介,（2）比释动能,.,（Kerma，kineticenergyinmaterial）,定义：,间接带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能的和除以物质质量的商。,2.比释动能K,SI单位：戈瑞，1Gy1J/kg,（历史上曾使用的单位：拉德，1rad0.01Gy）,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K的使用条件,.,比释动能率,定义：,某一时间间隔内比释动能的增量除以该时间间隔的商。,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,.,1.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,（3）照射量,.,2.照射量率,SI单位：C/Kg.s,R/s等,次级电子在体积以内和以外的空气中走完它们的路程时，总共产生的电离电荷；只适用于X、射线；只对空气；测量时必须满足电子平衡；不能作为剂量的单位，历史误会。,概念理解：,照射量率：,.,（4）吸收剂量、比释动能和照射量的区别,吸收剂量、比释动能和照射量的区别,.,一、与个体相关的辐射量,式中：,WR辐射权重因子；DT,R器官、组织的平均剂