郑钧正放射物理基础

1、1放射卫生防护基础知识 郑钧正郑钧正 研究员，教研究员，教 授，博士生导师授，博士生导师19651993中国医学科学院放射医学研究所中国医学科学院放射医学研究所1993.10. 以后以后中国疾病预防控制中心辐射防护与核安中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所（原卫生部工卫所）全医学所（原卫生部工卫所） 、复旦大学复旦大学、等多所等多所高校高校连任连任全国卫生标准技术全国卫生标准技术委员会委员等委员会委员等; 01062389924，89658626219421942年年9 9月生于福建。月生于福建。1965.81965.81993.101993.10任职任职于中国医学科学中国协和医科大学放

2、射医学于中国医学科学中国协和医科大学放射医学研究所（北京研究所（北京19691969四川四川19841984天津）天津）19931993年年1010月后月后调回北京，任职于原卫生部工业卫生实验所，调回北京，任职于原卫生部工业卫生实验所，现中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全现中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所医学所 (100088(100088北京市德外新康街北京市德外新康街2 2号号) )3放射卫生防护基础知识 45人类不但长年累月受着天然人类不但长年累月受着天然源电离辐射照射源电离辐射照射, ,而且随人类生而且随人类生产与生活活动的不断延伸扩展产与生活活动的不断延伸扩展和科学技术的

3、不断进步，又日和科学技术的不断进步，又日益增加了各种各样人工源电离益增加了各种各样人工源电离辐射照射。辐射照射。67各种电离辐射照射的全球人均年有效剂量各种电离辐射照射的全球人均年有效剂量照照 射射 来来 源源人均年有效剂量人均年有效剂量（m Sv）2000年年范范 围围（m Sv） 天然本底辐射天然本底辐射 2.41 10高本底地区可达数倍高本底地区可达数倍 医学放射诊断医学放射诊断 0.40.04 1.0 大气层核试验大气层核试验 0.0051963 年高达年高达 0.15，北半球高于南半球北半球高于南半球 切尔诺贝利切尔诺贝利 核事故核事故 0.002已从最大的已从最大的1986 年北年

4、北半球平均值半球平均值 0.04 下降下降 核动力生产核动力生产 0.0002随核电站增加而升高随核电站增加而升高,又又随技术改进而降低随技术改进而降低8电离辐射：电离辐射： 能够引起物质电离的辐射能够引起物质电离的辐射 例如例如 宇宙射线，宇宙射线， 、 、 、X 射线，射线， 中子、质子、正负电子、重粒子、中子、质子、正负电子、重粒子、 裂变碎片等裂变碎片等 天然源电离辐射天然源电离辐射 初级宇宙线，次级宇宙线；宇生核素：初级宇宙线，次级宇宙线；宇生核素：3H, 7Be, 14C, 22Na 地壳中原生放射性核素：地壳中原生放射性核素： 铀系铀系(从从238U开始，其开始，其T1/2 44

5、.7 亿亿年年) ,钍系钍系(232Th, T1/2 141 亿年亿年)，锕系，锕系(235U , T1/2 7.1 亿年亿年)； 40K（ T1/2 12.8 亿年亿年)，87Rb(T1/2 475 亿年亿年) 等；镎系等；镎系(人工放人工放射系，射系，237NP , T1/2 2.2 百万年百万年) 人工源电离辐射人工源电离辐射 两千多种人工放射性核素：如两千多种人工放射性核素：如 60Co, 90Sr, 137Cs, 99m Tc,131I 等半衰期等半衰期 T1/2 为为10 年以上的约百种年以上的约百种910 电磁辐射种类电磁辐射种类 频频 率率 （ Hz ） 波波 长长 （ m ）

6、 无线电波无线电波1 105 31012 3103 110 0 微微 波波3108 31013110 0 110- 5 红外线红外线11012 3.91014 310- 4 7.710- 7 可见光线可见光线3.91014 7.51014 7.710- 7 410-7 紫外线紫外线7.51014 51016 410- 7 610-9 X 射线射线31016 31020 110- 8 110-12 射线射线31019 以上以上110- 11 以下以下电电 磁磁 辐辐 射（波）谱射（波）谱11122. 广泛利用电离辐射 是杰出的科技成就 电离辐射技术 在各行各业广泛应广泛应用用是二十世纪 杰出的科

7、技成就 ！131895.11.8德国物理学家德国物理学家W.C.Rntgen（1845 1923）发现了发现了 X 射线射线1901 年荣获首届年荣获首届Nobel物理学奖物理学奖14X射线发现后数月射线发现后数月即在医学上开始即在医学上开始越来来越广的应用广的应用这是这是1895 年年12月月22日拍摄的日拍摄的人类人类 第一张第一张X射线图射线图像(伦琴夫人左手伦琴夫人左手)开创了揭示人的了揭示人的活体内部结构之活体内部结构之先河。15161898 年年 法国科学家法国科学家 居里夫妇居里夫妇 发现了放射性元素发现了放射性元素 镭镭 和和 钋钋 荣获荣获 1903 年年 Nobel Nob

8、el 物理学奖物理学奖17划时代的杰出发现 “这一发现宣布了现代物理学时代的到来，使医学发生了革命”简明不列颠百科全书简明不列颠百科全书1819 1905 1905年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 德国德国 P.P.伦纳德伦纳德研究阴极射线，研究阴极射线，1902 1902 年发现光年发现光电效应电效应 19141914年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 德国德国 M.F.M.F.劳厄劳厄 1912 1912 年发现晶体中年发现晶体中 X X 射线射线的衍射的衍射 19151915年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 英国英国 W.H.W.H.布

9、拉格布拉格 、W.L.W.L.布拉格布拉格 X X 射线衍射射线衍射研究晶体结构的贡献研究晶体结构的贡献 19171917年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 英国英国 C.G.C.G.巴克拉巴克拉 1911 1911 年发现年发现 X X 射线对元射线对元素的特征发射素的特征发射 19241924年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 瑞典瑞典 K.M.K.M.西厄班西厄班 研究研究 X X 射线光谱学的贡献射线光谱学的贡献 19271927年年 Nobel Nobel 物理学奖：物理学奖： 美国美国 A.H.A.H.康普顿康普顿 1923 1923 年发现电磁波的

10、康普年发现电磁波的康普顿效应顿效应 19461946年年 Nobel Nobel 生理学和医学奖：生理学和医学奖： 美国美国 H.J.H.J.缪勒缪勒 1923 1923 年发现年发现X X射线能使射线能使果蝇染色体突变，发展了实验遗传学果蝇染色体突变，发展了实验遗传学 19641964年年 Nobel Nobel 化学奖：化学奖： 英国英国 D.C.D.C.霍奇金霍奇金 1955 1955 年用年用X X 射线衍射方法成功射线衍射方法成功研究青霉素和维生素研究青霉素和维生素B B12 12 等的分子结构等的分子结构 19791979年年 Nobel Nobel 生理学和医学奖：美国生理学和医

11、学奖：美国 A.M. A.M. 科马克和英国科马克和英国 G.N.G.N.豪斯菲尔德豪斯菲尔德 1972 1972 年发明年发明 X X 射线射线 CTCT20 X X射线的发现射线的发现“ “ 宣布了现代宣布了现代物理学时代的到来，使医学发生物理学时代的到来，使医学发生了革命。了革命。”21划时代的杰出发现划时代的杰出发现首先引发医学革命，并首先引发医学革命，并从此拉开了人类利用原子从此拉开了人类利用原子能的新时代能的新时代 ！22 尤其是二十世纪以来，尤其是二十世纪以来，在诸在诸多跨领域、跨专业相关学科多跨领域、跨专业相关学科 的的中发展，越来越密中发展，越来越密切地关系到国防（以及反恐新

12、切地关系到国防（以及反恐新形势下的核安全）、能源、医形势下的核安全）、能源、医学、工业、农业、地质、考古学、工业、农业、地质、考古等国民经济等国民经济23人类始终生活在充满辐射的环境中，然而直到近一个世纪前才发现生存环境中的放射性，并迅速加以越来越广泛的利用。 近百余年来，随着人类生产与生活活动不断延伸扩展，科学技术不断进步，以及社会文明的发展和演变。 人类在利用电离辐射技术的过程中,也不断改进和加深对电离辐射本质的认识，从而驾驭这把双刃剑。24. .放射防护是发展核科学技术及其应用的基础。 电离辐射技术是把双刃双刃剑剑获取利益与潜在危险并获取利益与潜在危险并存。存。 放射防护学应运而生。放射

13、防护学应运而生。25放射性损伤案例陆续出现放射性损伤案例陆续出现 红斑剂量红斑剂量 耐受剂量耐受剂量 容许剂量容许剂量 放射防护放射防护的重要性日益凸显在各行的重要性日益凸显在各行各业广泛应用电离辐射技术中强化放射各业广泛应用电离辐射技术中强化放射防护是历史的必然。防护是历史的必然。26以趋利避害为 宗旨的放射防护是 促进发展电离辐射 技术及其应用的前 提与基础 ！27 W.C. Rentgen 伦琴伦琴 A.H. Becquerel 贝可勒尔贝可勒尔 放射性 P. Curie & M . Curie 居里夫妇居里夫妇 1925 第一届第一届 国际放射学大会国际放射学大会 国际辐射单位与测量委

14、员会国际辐射单位与测量委员会（ I C R U ）1928 第二届第二届 国际放射学大会国际放射学大会 国际国际 X 射线和镭防护委员会（射线和镭防护委员会（ICXRP）于于1950年改名为年改名为 美国在日本广岛、长崎投下第一、二颗美国在日本广岛、长崎投下第一、二颗 核能发电核能发电 X 射线计算机断层扫描装置射线计算机断层扫描装置（）284. 主要的电离辐射量及其单位 4.1 辐射量及其单位概述 4.2 电离辐射基本量及其单位 4.3 辐射防护剂量学中的量及其单位294.14.1 辐射量及其单位概述 计量电离辐射的重要性计量电离辐射的重要性 电离辐射剂量学电离辐射剂量学 国际辐射单位与测量

15、委员会国际辐射单位与测量委员会 辐射量及其单位的历史沿革辐射量及其单位的历史沿革30电离辐射的计量，是计量科学不断发展的新分支，电离辐射与受照物质相互作用的物理量度十分重要，这是各行各业广泛利用电离辐射技术，以及放射防护学和放射损伤防治所必不可少的重要基础 。31电离辐射剂量学 主要研究电离辐射的能量在物质中的转移、吸收规律，受照射物质里的剂量分布及其与辐射场的关系，照射剂量与有关辐射效应的关系，在各种电离辐射照射中各类电离辐射量的测量以及计算方法等32例：早期计量例：早期计量X X射线的量的沿革射线的量的沿革 18951895年发现年发现X X射线并迅速用于医学，曾通行引起皮肤红射线并迅速用

16、于医学，曾通行引起皮肤红 斑效应而规定的红斑剂量斑效应而规定的红斑剂量 19081908年法国年法国 VillardVillard 提出基于测量电离的提出基于测量电离的“ “ e ”e ”单位单位 19211921年法国年法国 I.Solomon I.Solomon 提出与提出与 1 1克镭相比较的克镭相比较的 R R单位单位 1923 1923 年德国年德国 H.BehnkenH.Behnken 提出以提出以 1cm1cm3 3 空气受空气受X X射线照射线照 射产生电离电荷为基础的伦琴（射产生电离电荷为基础的伦琴（R R）单位）单位 19281928年第二届国际放射学大会通过伦琴单位统一定

17、义年第二届国际放射学大会通过伦琴单位统一定义 19371937年第五届国际放射学大会把伦琴单位推广应用到年第五届国际放射学大会把伦琴单位推广应用到 射线，明确基于射线，明确基于标准状况下标准状况下 1 cm1 cm3 3 空气电离空气电离 19301930年建议年建议 1 1克镭的蜕变率取作每秒克镭的蜕变率取作每秒 3.73.710101010次次 19481948年又出现年又出现“物理当量伦琴物理当量伦琴”和和“生物当量伦琴生物当量伦琴”进进 入了能量吸收的概念入了能量吸收的概念 19531953年年 ICRUICRU提出以拉德为单位的吸收剂量提出以拉德为单位的吸收剂量 19621962年年

18、 ICRUICRU第第10a10a报告较系统规范了辐射量和单位报告较系统规范了辐射量和单位33国际辐射单位与测量委员会ICRU 成立于 1925 年 ICRUICRU与国际计量局（与国际计量局（BIPMBIPM）等相互关联）等相互关联关于电离辐射量与单位关于电离辐射量与单位基本报告基本报告的演进的演进 ICRU 10aICRU 10a辐射量和单位辐射量和单位(1962)(1962)（已过时）（已过时） ICRU 11 ICRU 11 辐射量和单位辐射量和单位(1968)(1968)（已过时）（已过时） ICRU 19 ICRU 19 辐射量和单位辐射量和单位(1971)(1971)（已过时）（

19、已过时） ICRU 33 ICRU 33 辐射量和单位辐射量和单位(1980)(1980)（已过时）（已过时） ICRU 51ICRU 51 辐射防护剂量学中的量和单位辐射防护剂量学中的量和单位 19931993 ICRU 60ICRU 60 电离辐射的基本量和单位电离辐射的基本量和单位19981998344.2 电离辐射基本量及其单位 4.2.1 放射计量学量 4.2.2 相互作用系数与相关量 4.2.3 剂量学量 4.2.4 放射性活度354.2.1 4.2.1 放射计量学量放射计量学量 ICRU 60ICRU 60号报告共定义了号报告共定义了 16 16 个放射计量学量比个放射计量学量比

20、 ICRUICRU 33 33号报告增加了号报告增加了 6 6个矢量的量个矢量的量 标量的放射计量学量：标量的放射计量学量： 粒子数，辐射能，粒子通量，能通量，注量，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，能注量，注量率，能注量率，粒子辐射度， 能量辐射度。能量辐射度。 矢量的放射计量学量：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，矢量的注量率，矢量的能注量率， 矢量的注量，矢量的能注量。矢量的注量，矢量的能注量。364.2.2 4.2.2 相互作用系数与相关量相互作用系

21、数与相关量 ICRU 60 ICRU 60 号报告共定义了号报告共定义了7 7个相互作个相互作用系数的相关量，比用系数的相关量，比 ICRUICRU3333号报告少号报告少一个一个质能吸收系数质能吸收系数 截截 面面 质质( (量量) )能能( (量量) )转移系数转移系数 质量减弱系数质量减弱系数 质量阻止本领质量阻止本领 辐射化学产额辐射化学产额 传能线密度传能线密度 气体中每形成一对离子所消耗的平气体中每形成一对离子所消耗的平 均能量均能量374.2.3 4.2.3 剂量学量剂量学量 ICRU 60ICRU 60号报告共定义了号报告共定义了 12 12 个剂量学量比个剂量学量比 ICRU

22、ICRU 33 33号报告多了三个量号报告多了三个量 比释动能比释动能 (kerma(kerma) )，比释动能率，比释动能率 照射量，照射量率照射量，照射量率 比转换能比转换能 (cema(cema) )，比转换能率，比转换能率 沉积能沉积能(energy deposit)(energy deposit)，授予能，授予能 线能，比线能，比( (授予授予) )能能 吸收剂量，吸收剂量率吸收剂量，吸收剂量率38关于常用三组辐射剂量学量吸收剂量吸收剂量 D , 吸收剂量率吸收剂量率比释动能比释动能 K , 比释动能率比释动能率 照射量照射量 X , 照射量率照射量率39吸收剂量吸收剂量 D = d

23、D = d/ dm/ dm 式中式中 dd是电离辐射授予某一体积元中是电离辐射授予某一体积元中 质量为质量为 dmdm的物质的平均能量的物质的平均能量 其其 SISI单位是焦耳每千克，符号为单位是焦耳每千克，符号为 J kgJ kg-1-1 专用名称为戈瑞，符号为专用名称为戈瑞，符号为 GyGy 吸收剂量率吸收剂量率 D = dD = dD D / d/ dt t 式中式中d dD D是时间间隔是时间间隔d dt t内吸收剂量的增量内吸收剂量的增量 吸收剂量率的吸收剂量率的 SI SI 单位为单位为 J kg J kg -1 -1 s s-1-1 Gy Gy s s-1-1_40比释动能比释动

24、能（kermakerma） K K kinetic energy released per unit mass kinetic energy released per unit mass K = d K = dE Etrtr / d/ dm m （ J kg J kg -1-1 ，GyGy ） 式中式中 d dE Etrtr 是非带电电离粒子是非带电电离粒子( (例如光子例如光子) )在在质量为质量为 d dm m 的物质中，通过相互作用所释放的物质中，通过相互作用所释放的所有带电电离粒子的初始动能之和。的所有带电电离粒子的初始动能之和。 比释动能的比释动能的 SI SI 单位与吸收剂量相同单

25、位与吸收剂量相同 比释动能率比释动能率 K = dK = dK K / d / dt t 1 Gy 1 Gy = 1 J kg = 1 J kg -1-1 = 100 rad = 100 rad 41照射量照射量 X = dX = dQ Q / d / dm m 式中式中dQdQ是在质量为是在质量为dmdm的空气中，光子所释的空气中，光子所释放的全部电子放的全部电子 ( (负电子和正电子负电子和正电子) ) 完全被完全被空气阻止时空气阻止时, ,在空气中产生一种符号的离子在空气中产生一种符号的离子总电荷的绝对值。照射量的总电荷的绝对值。照射量的SISI单位是库伦单位是库伦每千克，符号为每千克，

26、符号为 C kg C kg -1-1 （ 1 R = 2.58 1 R = 2.58 10 10 - - 4 4 C kg C kg -1-1 ） （ 1 C kg 1 C kg -1-1 = 3.877 = 3.877 10 10 3 3 R R ） 照射量率照射量率 X = dX = dX X / d / dt t ( C kg ( C kg - - 1 1 s s -1 -1 ) )421 1）吸收剂量适用于任何电离辐射和任何介质；吸收剂量适用于任何电离辐射和任何介质； 比释动能适用于非带电电离粒子和任何介质；比释动能适用于非带电电离粒子和任何介质； 照射量仅适用于能量在几千电子伏至几兆

27、电子照射量仅适用于能量在几千电子伏至几兆电子 伏范围内的光子（伏范围内的光子（X X和和 射线）和空气介质。射线）和空气介质。 2 2）提及这几个辐射量时，均必须指明介质和所）提及这几个辐射量时，均必须指明介质和所 在位置在位置 。 3 3）照射量是根据次级电子对空气的电离能力）照射量是根据次级电子对空气的电离能力 来表征来表征 X X 或或 射线辐射场。严格按照定义射线辐射场。严格按照定义 测量照射量必须满足电子平衡条件（测量照射量必须满足电子平衡条件（ 即进入即进入 与离开所考察体积元的次级电子的总能量及能与离开所考察体积元的次级电子的总能量及能 谱分布均等同）。谱分布均等同）。434 4

28、）非带电电离粒子与物质相互作用可分为两个）非带电电离粒子与物质相互作用可分为两个 步骤，首先非带电电离粒子在物质中产生带步骤，首先非带电电离粒子在物质中产生带 电电离粒子和另外的次级非带电电离粒子而电电离粒子和另外的次级非带电电离粒子而 损失能量；然后带电粒子将能量授与物质。损失能量；然后带电粒子将能量授与物质。 这两个步骤一般并不发生在同一地点。比释这两个步骤一般并不发生在同一地点。比释 动能表示第一步骤的结果，而吸收剂量表示动能表示第一步骤的结果，而吸收剂量表示 第二步骤的结果。第二步骤的结果。比释动能和吸收剂量虽然比释动能和吸收剂量虽然 有相同的量纲及单位，但概念完全不同有相同的量纲及单

29、位，但概念完全不同。 5 5）如果在物质内部，在要确定其比释动能的那）如果在物质内部，在要确定其比释动能的那 点处存在着点处存在着带电粒子平衡带电粒子平衡，并且轫致辐射损，并且轫致辐射损 失可以忽略不计，则该点处的比释动能与吸失可以忽略不计，则该点处的比释动能与吸 收剂量相等。收剂量相等。446 6）测得照射量）测得照射量 X X 就可推算出相应的吸收剂量就可推算出相应的吸收剂量D D 即即 D Dm m = f = fm m X X 。 7 7）比释动能和照射量）比释动能和照射量 所反映的都是非带电电离粒所反映的都是非带电电离粒子与物质相互作用的结果。比释动能适用于任何的子与物质相互作用的结

30、果。比释动能适用于任何的非带电电离粒子和任何物质，剂量学上常以对某种非带电电离粒子和任何物质，剂量学上常以对某种适当物质的比释动能率来描述间接电离粒子辐射场；适当物质的比释动能率来描述间接电离粒子辐射场；而照射量只能适用于能量在几千电子伏至几兆电子而照射量只能适用于能量在几千电子伏至几兆电子伏范围内的光子（伏范围内的光子（X X和和 线）和空气介质。当线）和空气介质。当X X或或 线线与物质相互作用时，若轫致辐射损失和次级过程产与物质相互作用时，若轫致辐射损失和次级过程产生的带电粒子可忽略不计，则照射量就等于空气中生的带电粒子可忽略不计，则照射量就等于空气中比释动能的电离当量。即比释动能的电离

31、当量。即 K K空气空气 = (W / e) X = (W / e) X 。45 4.2.4 放射性活度 ICRU 60号报告共定义了 3 个剂量学量， 与 33 号报告相同 衰变常数衰变常数: : = d= dP P / / d dt t ( s( s-1 -1 ) ) 活度：活度：A = dA = dN N / / d dt t ( s( s-1-1，B Bq q ) ) 空气比释动能率常数空气比释动能率常数: : = = l l 2 2K K / / A ( mA ( m2 2 G Gy y B Bq q-1-1 s s-1 -1 ) )464.3 4.3 辐射防护剂量学中的辐射防护剂量

32、学中的 量及其单位量及其单位4.3.1 4.3.1 用于放射防护测量与用于放射防护测量与 计算的量和单位计算的量和单位4.3.2 4.3.2 基于平均值并用于限基于平均值并用于限 制目的的量制目的的量474.3.1 4.3.1 用于放射防护测量与计用于放射防护测量与计 算的量和单位注量；授予能，算的量和单位注量；授予能，吸收剂量，吸收剂量率吸收剂量，吸收剂量率, , 传能传能线密度线密度, , 线能量线能量, ,吸收剂量按传吸收剂量按传能线密度的分布；剂量当量，能线密度的分布；剂量当量，剂量当量率，周围剂量当量剂量当量率，周围剂量当量 ，定向剂量当量定向剂量当量 ，个人剂量当量，个人剂量当量4

33、8剂量当量剂量当量 H=DQN( SvH=DQN( Sv，1 Sv1 Sv = 1 J kg = 1 J kg -1-1= 100 rem= 100 rem ) )周围剂量当量周围剂量当量(ambient dose equivalent)(ambient dose equivalent) 辐射场中某点处的周围剂量当量辐射场中某点处的周围剂量当量H H* *(d)(d)定义为相应的扩定义为相应的扩展齐向场在展齐向场在 ICRU ICRU 球内逆齐向场的半径上深度球内逆齐向场的半径上深度 d d 处所产生处所产生的剂量当量。对于强贯穿辐射，推荐的剂量当量。对于强贯穿辐射，推荐 d = 10 mm

34、d = 10 mm 。定向剂量当量定向剂量当量(directional dose equivalent)(directional dose equivalent) 辐射场中某点处的定向剂量当量辐射场中某点处的定向剂量当量 H(dH(d ,) ,)定义为相定义为相应扩展场在应扩展场在 ICRU ICRU 球内、沿指定方向球内、沿指定方向的半径上深度的半径上深度d d处所处所产生的剂量当量。对于弱贯穿辐射。产生的剂量当量。对于弱贯穿辐射。d = 0.07mmd = 0.07mm个人剂量当量个人剂量当量 (personal dose equivalent)(personal dose equival

35、ent) 个人某一指定点下面适当深度个人某一指定点下面适当深度 d d 处的软组织内的剂量处的软组织内的剂量当量当量HP(dHP(d) )。此剂量学量适用于强、弱贯穿辐射。对于强与。此剂量学量适用于强、弱贯穿辐射。对于强与弱贯穿辐射，分别推荐弱贯穿辐射，分别推荐d = 10 mm d = 10 mm ；d = 0.07 mm d = 0.07 mm 。 49 4.3.2 4.3.2 基于平均值并用于限制目的的量基于平均值并用于限制目的的量 器官平均吸收剂量器官平均吸收剂量: D: DT T = = T T / m/ mT T D DT T = ( = ( m mT T ) )-1-1 m mT

36、 T D D d dm m (J kg(J kg-1-1, , GyGy) ) 当量剂量：当量剂量： H HT T = = W WR R D DT,R T,R (Sv(Sv) ) 有效剂量：有效剂量： E = WE = WT T H HT T = W= WT T W WR R D DT,RT,R （SvSv）50ICRP 60ICRP 60# # 放射防护中使用的量放射防护中使用的量 基本剂量学量基本剂量学量 吸收剂量吸收剂量 D D（点量；器官平均量）（点量；器官平均量） 当量剂量当量剂量 H HT T 有效剂量有效剂量 E E 辅助剂量学量辅助剂量学量 待积当量剂量待积当量剂量 H HT

37、T()=)=H HT T(t)d(t)dt t 待积有效剂量待积有效剂量 E(E()=W)=WT T H HT T() ) 集体当量剂量集体当量剂量 S ST T 集体有效剂量集体有效剂量 S S （人（人 Sv Sv）51几个辐射量通称的术语几个辐射量通称的术语 剂量剂量 泛指某一对象所接受或泛指某一对象所接受或“吸收吸收”的电离辐射的一的电离辐射的一种量度。根据上下文种量度。根据上下文 可以指某点吸收剂量、器官平均可以指某点吸收剂量、器官平均吸收剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量、待吸收剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量、待积有效剂量等积有效剂量等 集体剂量集体剂量 泛指某一群体所

38、接受的总电离辐射照射的一种表泛指某一群体所接受的总电离辐射照射的一种表示，即该群体成员人数与他们所接受的平均剂量之积。示，即该群体成员人数与他们所接受的平均剂量之积。可以是集体当量剂量、集体有效剂量可以是集体当量剂量、集体有效剂量 等。等。 实用量实用量 泛指泛指 ICRU ICRU 提出的在放射防护实践中，可进行实提出的在放射防护实践中，可进行实际测量的周围剂量当量、定向剂量当量和个人剂量当际测量的周围剂量当量、定向剂量当量和个人剂量当量等。用于环境和人员监测的实用量可作为防护量的量等。用于环境和人员监测的实用量可作为防护量的合理近似。合理近似。52 535. 电离辐射的生物学效应概要 5.

39、1 电离辐射危险的描述电离辐射危险的描述 5.2 电离辐射生物效应的分类电离辐射生物效应的分类 5.3 电离辐射对机体影响的主要因素电离辐射对机体影响的主要因素54电离辐射的独特本性表现在其电离辐射的独特本性表现在其与物质的各种相互作用中，这些电与物质的各种相互作用中，这些电离辐射特性正好被利用来造福于人离辐射特性正好被利用来造福于人类，以及用于对其进行辐射探测。类，以及用于对其进行辐射探测。 同时同时, ,电离辐射的生物学效应电离辐射的生物学效应又是研究制定放射防护标准，以及又是研究制定放射防护标准，以及防治放射损伤的重要基础。防治放射损伤的重要基础。555.1 电离辐射危险的描述电离辐射危

40、险的描述 变化变化 (change)：可能有害：可能有害,也可能无害也可能无害 损伤损伤 (damage): 表示某种程度的有害变化，例如对表示某种程度的有害变化，例如对 细胞细胞,但未必对受照射个体有害但未必对受照射个体有害 损害损害 (harm)：临床上可观察到的有害效应，表现于：临床上可观察到的有害效应，表现于 受照射个体（躯体效应）或其后代受照射个体（躯体效应）或其后代 （遗传效应）（遗传效应） 危害危害 (detriment)：是一个比较复杂的概念：是一个比较复杂的概念,结合了损结合了损 害的概率、严重程度与显现时间害的概率、严重程度与显现时间, 不易用单一变量表示（多维复合不易用单

41、一变量表示（多维复合 概念概念)。565.25.2 电离辐射生物效应的分类 电离辐射对机体的作用依照射电离辐射对机体的作用依照射对象可分为躯体效应和遗传效应。对象可分为躯体效应和遗传效应。依生物效应作用机制可分确定性效依生物效应作用机制可分确定性效应和随机性效应。依作用显现时间应和随机性效应。依作用显现时间可分为近期效应和远期效应。还可可分为近期效应和远期效应。还可依损害表现类型分为各种急性效应依损害表现类型分为各种急性效应和慢性效应。和慢性效应。57 0.15 Sv0.15 Sv可致暂时不育，可致暂时不育，3.56.0 Sv3.56.0 Sv可致永久不育；可致永久不育； 2.56.0 Sv2

42、.56.0 Sv可致不育；可致不育； 0.52.0 Sv0.52.0 Sv可致浑浊，可致浑浊，5.0 Sv5.0 Sv可致视力障碍（白内障）可致视力障碍（白内障） 0.5 Sv0.5 Sv可致造血机能低下；可致造血机能低下；吸收剂吸收剂量量 35 Gy35 Gy可致人体骨髓损伤，可致人体骨髓损伤，3030至至6060天死亡；天死亡；515Gy515Gy可致人体胃肠道及肺损伤，可致人体胃肠道及肺损伤，1010至至2020天死亡天死亡; ;大于大于15Gy15Gy可可致神经系统损伤，致神经系统损伤，1 1至至5 5天死亡。天死亡。58电离辐射的生物效应电离辐射的生物效应 随机性效应随机性效应（st

43、ochastic effect） 其发生几率（而非其严重程度）与受其发生几率（而非其严重程度）与受照照剂量大小有关的剂量大小有关的一类电离辐射生物效应。一类电离辐射生物效应。 假定此类效应的假定此类效应的发生几率正比于发生几率正比于剂量剂量,并且在放射防护感兴趣的小剂量范围内不并且在放射防护感兴趣的小剂量范围内不 存在剂量阈值。存在剂量阈值。 例如例如：电离辐射诱发癌症及遗传效应电离辐射诱发癌症及遗传效应59随机性效应随机性效应 标称概率系数标称概率系数 ( 危害危害, 10- 2 Sv-1 ) Nominal probability coefficients for stochastic e

44、ffects受照人群受照人群致死癌致死癌非致死癌非致死癌严严 重重遗传效应遗传效应合合 计计成成 年年工作人员工作人员 4.00.80.85.6全体人口全体人口5.01.01.37.360例：日本原子弹日本原子弹 爆炸受照射爆炸受照射 群体随机性群体随机性 效应的调查效应的调查 研究结果研究结果61胎儿出生前受照的效应胎儿出生前受照的效应 胚胎、胎儿出生前受到电离辐射照射胚胎、胎儿出生前受到电离辐射照射 1至至3周内受照：周内受照： 不致引起活产儿的确定性效应或随机性效应不致引起活产儿的确定性效应或随机性效应 3周至妊娠终了：周至妊娠终了： 可导致活产儿癌症概率增加可导致活产儿癌症概率增加(

45、随机性效应随机性效应 )； 0.1 Gy以上可致胎儿畸形以上可致胎儿畸形( 确定性效应确定性效应 ) 8至至15周：周： 可致严重智力发育迟缓，智商下降可致严重智力发育迟缓，智商下降 ICRP 90 号出版物号出版物 （2003年）年） 胚胎和胎儿出生前受过照射的生物效应胚胎和胎儿出生前受过照射的生物效应62小剂量刺激效应小剂量刺激效应（hormesis） 一些实验研究表明，小剂量电离辐射照一些实验研究表明，小剂量电离辐射照射可以刺激某些细胞的增殖与修复射可以刺激某些细胞的增殖与修复, ,增强机增强机体免疫能力，调节激素平衡等。这种现象称体免疫能力，调节激素平衡等。这种现象称为小剂量为小剂量刺

46、激效应刺激效应 或或 兴奋效应兴奋效应、适应性反适应性反应应(adaptive response)。但由于小剂量实验但由于小剂量实验研究统计学上的复杂性，研究有待深入，尚研究统计学上的复杂性，研究有待深入，尚未达到需要在放射防护中予以考虑的程度。未达到需要在放射防护中予以考虑的程度。 63旁效应旁效应（Bystander effect） 一般指未被电离辐射照射击中的细一般指未被电离辐射照射击中的细胞出现的损伤。例如穿透细胞质的胞出现的损伤。例如穿透细胞质的粒粒子引起子引起细胞核的遗传效应，或穿透部分细胞核的遗传效应，或穿透部分细胞的辐射引起在同一环境中未受照射细胞的辐射引起在同一环境中未受照射

47、细胞（细胞（）的损伤。可见电离）的损伤。可见电离辐射的照射还会发生辐射的照射还会发生（辐射诱（辐射诱发的基因组不稳定性和旁效应）。发的基因组不稳定性和旁效应）。645.3 电离辐射对机体影响的主要因素 电离辐射照射的剂量与剂量率电离辐射照射的剂量与剂量率 电离辐射照射的方式电离辐射照射的方式 电离辐射的类型电离辐射的类型 受照射机体受照射机体组织的组织的辐射辐射敏感性敏感性65电离辐射照射电离辐射照射剂量剂量与与剂量率剂量率的影响的影响 电离辐射照射的电离辐射照射的吸收剂量吸收剂量是辐射能是辐射能量传递给机体的反映。一般吸收剂量越量传递给机体的反映。一般吸收剂量越大，生物学效应越重，机体可能引

48、起的大，生物学效应越重，机体可能引起的辐射损伤也就随之增加。辐射损伤也就随之增加。 而电离辐射照射的而电离辐射照射的剂量率剂量率反映照射反映照射的时间分布。在一定范围内，一般剂量的时间分布。在一定范围内，一般剂量率越高所引起的生物学效应越显著。这率越高所引起的生物学效应越显著。这表明高剂量率照射使机体对辐射损伤的表明高剂量率照射使机体对辐射损伤的修复作用不能充分显现出来。修复作用不能充分显现出来。66 照射剂量照射剂量，Gy 一一 般般 损损 伤伤 程程 度度0.25 以下以下 不明显和不易觉察的病变不明显和不易觉察的病变0.25 0.50 可恢复的机能变化可恢复的机能变化, ,可能有血液学变

49、化可能有血液学变化0.5 1.0有机能及血液学变化有机能及血液学变化, ,但不伴有临床症象但不伴有临床症象1.0 2.0 轻轻度骨髓型急性放射病度骨髓型急性放射病 2.0 4.0 中度骨髓型急性放射病中度骨髓型急性放射病4.0 6.0 重度骨髓型急性放射病重度骨髓型急性放射病6.0 10.0 极重度骨髓型急性放射病极重度骨髓型急性放射病10.0 50.0 肠型急性放射病肠型急性放射病50.0 以上以上 脑型急性放射病脑型急性放射病不同光子辐射照射剂量不同光子辐射照射剂量对人体损伤的估计对人体损伤的估计67电离辐射照射方式的影响 外照射，内照射外照射，内照射 兼有内外照射的混合照射兼有内外照射的

50、混合照射 单次照射，多次照射单次照射，多次照射 单向照射，多方向照射单向照射，多方向照射 全身照射，局部照射全身照射，局部照射68电离辐射类型电离辐射类型的影响的影响 电离辐射照射的生物学效应既与电离辐射照射的生物学效应既与接受的能量有接受的能量有关，又与关，又与电离辐射的类型电离辐射的类型有关。不同有关。不同类型电离辐类型电离辐射具有不同相对生物效能（射具有不同相对生物效能（RBE），各类型电离），各类型电离辐射的品质因子辐射的品质因子 Q 是非定限传能线密度是非定限传能线密度 (LET) 的的函数。国际放射防护委员会函数。国际放射防护委员会(ICRP)引入一个与引入一个与辐辐射品质有关的辐

51、射权重因子射品质有关的辐射权重因子WR，以考虑到以考虑到不同不同类类型电离辐射型电离辐射 R 的相对危害效应。的相对危害效应。 于是机体某组织于是机体某组织 T 中所受照的当量剂量中所受照的当量剂量 HT 即：即： HT = WR DT,R ICRP 92 号出版物：号出版物：相对生物效能相对生物效能 (RBE)、品质、品质因子因子 (Q)、辐射权重因子辐射权重因子 (WR) ( 2003年年 )69考虑辐射类型与能量的考虑辐射类型与能量的辐射权重因子辐射权重因子 辐 射 类 型 辐 射 能 量 范 围 辐射权重因子 WR 光子光子 所所 有有 能能 量量 1 电子及介子电子及介子 所所 有有

52、 能能 量量 1 中子中子 能量能量 100 keV 2 MeV 20 2 MeV 20 MeV 10 20 MeV 5 质子（非反冲质子）质子（非反冲质子） 能量能量 2 MeV 5 粒子，裂变碎片，重核粒子，裂变碎片，重核 2070受照射机体受照射机体组织的组织的辐射敏感性 人种，非人类物种人种，非人类物种 不同人的个体差异不同人的个体差异 胚胎胚胎- -胎儿胎儿- -幼年幼年- -少年少年- -青年青年- -成年成年, ,老年老年 人体不同组织器官有不同辐射敏感性人体不同组织器官有不同辐射敏感性 此外此外, ,辐射敏感性辐射敏感性还与环境等因素有还与环境等因素有 关关 (如：温度，氧效应

53、，化学物质等如：温度，氧效应，化学物质等 )71人体各组织以形态学损伤比较的辐射敏感性以形态学损伤比较的辐射敏感性 高度高度 敏感性组织：敏感性组织： 淋巴、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎淋巴、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎 中度中度 敏感性组织：敏感性组织： 感觉器官感觉器官( (角膜、眼晶体、结膜角膜、眼晶体、结膜) )、内皮细胞、内皮细胞、 皮肤上皮、唾液腺、肾肝肺组织的上皮细胞皮肤上皮、唾液腺、肾肝肺组织的上皮细胞 轻度轻度 敏感性组织：敏感性组织： 中枢神经系统、内分泌腺、心脏中枢神经系统、内分泌腺、心脏 不不 敏感性组织：敏感性组织： 肌肉、软骨和骨组织、结缔组织肌肉、软骨和骨

54、组织、结缔组织 亚细胞和分子水平的辐射敏感性的辐射敏感性 细胞核的敏感性高于细胞质细胞核的敏感性高于细胞质 DNA mRNA rRNA tRNADNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质蛋白质72组组 织或器官织或器官组织权重因子组织权重因子WT性腺性腺0.20红骨髓红骨髓0.12结肠结肠0.12肺肺0.12胃胃0.12膀胱膀胱0.05乳腺乳腺0.05 组组 织或织或 器器 官官组织权重因子组织权重因子 WT肝肝0.05食道食道0.05甲状腺甲状腺0.05皮肤皮肤0.01骨表面骨表面0.01其 余 组 织 或其 余 组 织 或 器官器官0.05组组 织织 权权 重重 因因 子子 WT 考虑到

55、机体不同组织或器官考虑到机体不同组织或器官发生辐射随机性效应的发生辐射随机性效应的不不同敏感性而引入的因子，它反映全身均匀照射时各组织或同敏感性而引入的因子，它反映全身均匀照射时各组织或器官器官 T T 对总危害所起作用的相对份额对总危害所起作用的相对份额73有效剂量（有效剂量（effective dose） 当所考虑的效应是随机性效应时，在全身受到非当所考虑的效应是随机性效应时，在全身受到非均匀照射情况下，人体所有组织或器官的当量剂量之均匀照射情况下，人体所有组织或器官的当量剂量之加权和即有效剂量加权和即有效剂量 E E ，可表示为：，可表示为： E E = WT HT = WT WR DT

56、,R （Sv） 集体有效剂量集体有效剂量 (collective effective dose) 对一给定辐射源的受照群体所受的集体有效剂量对一给定辐射源的受照群体所受的集体有效剂量 S S 即：即： S S = i N Ni （人人 Sv）式中式中 N Ni i 为接受平均有效剂量为接受平均有效剂量 i 的第的第 i 组人群的人数组人群的人数74参参 考考 文文 献献 郑钧正郑钧正 电离辐射的生物学效应与趋利避害电离辐射的生物学效应与趋利避害. . 世界医疗器械世界医疗器械( International Medical ( International Medical DevicesDevic

57、es，IMDIMD；国际标准刊号：；国际标准刊号：ISSN1024ISSN102469246924；香港出版；编辑部北京联络处；香港出版；编辑部北京联络处: : 100031 100031 北京市宣武门西大街甲北京市宣武门西大街甲 129129号金隅大号金隅大厦厦18061806室室) )，2005,112005,11卷（卷（1111期）期）68687373756. 放射防护体系概要 6.1 放射防护体系的演进放射防护体系的演进 6.2 放射防护体系的基础放射防护体系的基础 6.3 放射防护体系框架放射防护体系框架 6.4 放射防护的一般原则放射防护的一般原则766.1 放射防护体系的演进 X

58、 射线发现后很快用于医学 X 射线机误用等先后引起损伤 1913 年德国伦琴学会指南 1921 年英国成立X射线和镭防护委员会 1925 年举行第一届国际放射学大会（ICR）并成立 ICRU 1928 年举行第二届 ICR 并成立 ICRP 的前身 1929年美国成立NCRP 红斑剂量、耐受剂量、容许剂量、遗传危险、致癌危险 从控制照射剂量到放射防护体系并不断演进。77不同不同历史时期历史时期的的 ICRP 基本基本建议建议7821世纪初的放射防护世纪初的放射防护（ICRP新建议书新建议书草案草案） ICRP 主委员会主委员会 2002 年年 5 月月2006 年征求意见稿年征求意见稿Radi

59、ological Protection at the Start of the 21st Century796.2 放射防护体系的基础 放射防护的主要目的：为人类提供一个适宜的放射防护标准，又不致过分地限制产生辐射照射的有益的实践。 放射防护体系的基本方针： 趋利避害,力求利多于害，并协调个人与社会的利益。 既根据科学判断,还要包括社会判断。 有效防止发生电离辐射诱发的确定性效应,同时尽量把随机性效应的发生率合理控制在可以接受的水平。80 线性无阈假设 ：对 随机性效应而言，认为在大剂量和高剂量率范围内得出的剂量与效应关系曲线可以用一条直线经由小剂量和低剂量率范围外推到零点。即假设任何小剂量的

60、照射都会有相应的几率引发某种放射损伤，不存在剂量的阈值。 应尽量避免一切不必要的照射 可合理达到的尽量低原则（ As Low As Reasonable Achievable， ALARA ）：用放射防护最优化方法，使已判定为正当并准予进行的实践中，有关个人受照剂量的大小、受到照射的人数以及潜在照射的危险等，全都保持在可以合理达到的尽量低水平81 区分人类的两类活动： 实践（practice）：任何引入新的照射源或照射途径、或扩大受照人员范围、或改变现有源的照射途径网络，从而使人们受到的照射或受到照射的可能性或受到照射的人数增加的人类活动。 干预（intervention）：任何旨在减小或避免