放射性基础知识与辐射防护

关于放射性基础知识与辐射防护对辐射及防护与安全基础知识有一个概念性的了解目的第2页,共61页，2024年2月25日，星期天1.辐射防护的含义（1）什么是辐射？从某种物质中发射出来的波或粒子。（热辐射、核辐射等）（2）辐射的分类非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、可见光、红外线和射频辐射电离辐射：能量大于10eV，如X射线、

γ射线、中子、α射线、

β射线等第一节前言(绪论)第3页,共61页，2024年2月25日，星期天（3）什么是电离辐射？电离：从一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程。电离辐射：能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子第4页,共61页，2024年2月25日，星期天（4）常见的电离辐射第5页,共61页，2024年2月25日，星期天第6页,共61页，2024年2月25日，星期天放射性衰变基本规律原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。对一个特定的放射性核素，其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，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。第7页,共61页，2024年2月25日，星期天（5）为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？电离、激发损伤、修复辐射原子、分子组织、器官机体损伤确定性效应随机性效应第8页,共61页，2024年2月25日，星期天2.辐射防护简史1895,伦琴（Roentgen）发现X射线伦琴NobelPrizein1901世界上第一张X射线照片第9页,共61页，2024年2月25日，星期天1896,贝克勒尔（Becquerel）发现铀（Uranium）发现了天然放射性NobelPrizein19031898,居里夫妇发现钋（Polonium）和镭（Radium）同位素的工业应用NobelPrizein1903and1911第10页,共61页，2024年2月25日，星期天1898,卢瑟福（Rutherford）发现了α、β粒子。

法国化学家维拉尔发现射线1932,查德威克（Chadwick）发现中子。第11页,共61页，2024年2月25日，星期天3.辐射防护的基本任务和目的基本任务：

（1）允许可能产生辐射的实践（2）保护人员、后代、环境目的：

（1）防止有害的确定性效应；（2）限制随机性效应的发生率，合理尽可能低。第12页,共61页，2024年2月25日，星期天ICRP（Publication）InternationalCommissiononRadiologicalProtection国际放射防护委员会ICRU（Report）InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements国际辐射单位与测量委员会UNSCEARUnitedNationsScientificcommitteeontheEffectsofAtomicRadiation联合国原子辐射效应科学委员会IAEA（SafetySeries）InternationalAtomicEnergyAgency国际原子能机构ISOInternationalStandardizationOrganization国际标准化组织第13页,共61页，2024年2月25日，星期天NCRP（Report）（Handbook）NationalCouncilonRadiationProtectionandMeasurements辐射防护与测量国家委员会（美）BEIRcommitteeontheBiologicalEffectsofIonizingRadiations电离辐射生物效应委员会（美）ANSIAmericanNationalStandardInstitute美国国家标准NRPB

NationalRadiologicalProtectionBoard国家放射防护委员会（英）第14页,共61页，2024年2月25日，星期天第二节原子核与放射性原子核中子质子电子(电子云)+++电磁力

将原子核与电子结合核力

将核中质子与中子结合核力

〉〉电磁力核力是短程力一、现代原子结构核与电子处于不同的能量状态(能级结构)原子半径：10-10m原子核半径：10-14m第15页,共61页，2024年2月25日，星期天核素：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称核素及符号表示同位素：质子数相同而中子数不同的核素第16页,共61页，2024年2月25日，星期天放射性核素：能自发地发射各种射线或粒子的核素。二、原子核衰变及衰变规律---放射性原子核衰变：原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新核的变化过程。放射性：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。第17页,共61页，2024年2月25日，星期天+++++++++从母核中射出的4He原子核

粒子得到大部分衰变能238U

4He+234Th放射性母核!!基本衰变——

衰变放射性衰变及衰变规律第18页,共61页，2024年2月25日，星期天+++++++++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+反中微子－中微子三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能量基本衰变——

衰变第19页,共61页，2024年2月25日，星期天电子俘获——7Be

7Li第20页,共61页，2024年2月25日，星期天+++++++++－中微子

光子基本衰变——

衰变第21页,共61页，2024年2月25日，星期天基本衰变——

衰变

衰变特点：1、从原子核中发射出光子2、常常在或衰变后核子从激发态退激时发生3、产生的射线能量不连续4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类类别第22页,共61页，2024年2月25日，星期天半衰期(T1/2)定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。经过n个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的1/2n放射性衰变规律第23页,共61页，2024年2月25日，星期天放射性衰变基本规律1.指数衰减规律

N=N0e-t

N0:（t=0）时放射性原子核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目

:放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;

数值越大衰变越快N=N0e-t第24页,共61页，2024年2月25日，星期天

电离辐射直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂变碎片

介子等

非电离辐射紫外线、红外线、微波等，这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应～eV量级移动电话800-1800MHz﹤0.01eV(没有电离作用）三、电离辐射的来源第25页,共61页，2024年2月25日，星期天第26页,共61页，2024年2月25日，星期天第27页,共61页，2024年2月25日，星期天1MeV的粒子穿透物质能力

α1页β60页/本

铅铅室γn4580本地下1-2米深中子源第28页,共61页，2024年2月25日，星期天αβγ射线穿透物质能力αβγ射线穿透人体皮肤情况第29页,共61页，2024年2月25日，星期天第三节电离辐射的生物效应1原子核裂变或聚变时可以放出巨大的能量，既可造福人类，也可能对环境和人类产生危害。2核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递的过程；没有能量和动量传递就没有作用。3通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会对物体产生一系列的影响，人体也不例外。定义：电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机体后引起的机体的变化和反应。即电离辐射的能量传递给生物机体后造成的后果。第30页,共61页，2024年2月25日，星期天细胞死亡和细胞变异间期死亡：大剂量照射时，处于分裂间期的细胞核遭到破坏立即死亡增殖性死亡：照射后，有丝分裂受到抑制，细胞增殖时死亡受照一段时间后死亡细胞变异：受照后没有发生细胞死亡出现错误修复错误信息传给后代第31页,共61页，2024年2月25日，星期天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第32页,共61页，2024年2月25日，星期天

影响辐射生物效应的因素

①物理因素

辐射类型：外照射γ＞β＞α

内照射α＞β＞γ

剂量率及分次照射：

吸收剂量相同，剂量率越大，生物效应越显著；

剂量相同，一次大剂量急性照射的效应大于分

次慢照射，分次越多，各次照射间隔时间越长，

生物效应越小。第33页,共61页，2024年2月25日，星期天照射部位和面积：

与受照部位对应的器官的敏感性有关，如全

身5Gyγ照射可能产生骨髓型急性放射病，照

射局部可能不会出现临床症状；面积越大，

效应越重。

照射的几何条件：

外照射时人受照姿势、在辐射场内的取向等。

另外，内照射时核素种类、数量、理化特性、沉

积和滞留特性等。第34页,共61页，2024年2月25日，星期天②生物因素

不同生物种系的辐射敏感性

种系的进化程度越高、机体结构越复杂，其辐射敏感性越高。使生物死亡50%所需要的吸收剂量称为LD50

。表不同生物的LD50

第35页,共61页，2024年2月25日，星期天个体不同的发育阶段不同阶段敏感性不同不同细胞、组织或器官的辐射敏感性不同骨髓、胃肠上皮、性腺较敏感，肌肉和骨组织不敏感，见WT表第36页,共61页，2024年2月25日，星期天二、分类与应用依据效应发生的个体：1.躯体效应（somaticeffects）定义：发生在受照者本人身上的效应2.遗传效应（hereditaryeffects）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第37页,共61页，2024年2月25日，星期天依据效应发生的时期1.潜伏期（latentperiod):

从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间2.早期效应（earlyeffects）受到照射后数周之内发生的效应3.晚发效应（Lateeffects）受到照射后数月以后发生的效应第38页,共61页，2024年2月25日，星期天致死剂量(LethalDose),LD接受曝露后T天，造成曝露群体中50%死亡的全身急性剂量为

LD50/T

。如：

LD50/30

表示接受这个剂量的人，在30天內会有一半的人死亡。(约5Sv)早期效应第39页,共61页，2024年2月25日，星期天早期效应接受急性辐射曝露的早期效应和血液有关。急性剂量

3Sv后的血球数变化第40页,共61页，2024年2月25日，星期天早期效应日本核临界事故（99.09.30）事故发生时的位置图O氏（17Gy）：意识丧失、呕吐、腹泻、淋巴细胞数S氏（10Gy）20分钟后感觉麻木、呕吐、腹泻第41页,共61页，2024年2月25日，星期天晚期效应1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短当剂量小于2西弗时不会发生)(当剂量小于1西弗时，发生白血病的几率与正常人无显著差別)1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短剂量(Gy)可能效应1.52.55-68短期的不孕1至2年不孕大部分的人永远不孕所有的人永远不孕g射线对人体生殖腺的可能效应第42页,共61页，2024年2月25日，星期天晚期效应1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短(大剂量对組织器官的伤害，造成新陈代谢失常)(当急性剂量在0.2西弗到2西弗之间

时，突变的几率是正常情況的2倍)1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短1.癌症2.白內障3.不孕症4.突变5.萎縮效应6.寿命減短第43页,共61页，2024年2月25日，星期天晚期效应的潜伏期白血病白血病之外的肿瘤日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化02年10年20年30年40年第44页,共61页，2024年2月25日，星期天第四节常用辐射量和单位国际辐射单位与测量委员会（InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements,ICRU)1975年国际单位制单位(SI)1984年中华人民共和国法定计量单位第45页,共61页，2024年2月25日，星期天1.1放射性活度（activity,A)定义：放射性核素在单位时间(dt)内发生核衰变的数目(dN)

A=dN/dt单位：

SI:Becquerel(Bq)1Bq=1s-1

专用单位：居里1Ci=3.7×1010Bq1mCi=10-3Ci=3.7×107Bq1μCi=10-3mCi=10-6Ci

第46页,共61页，2024年2月25日，星期天比放射性活度：定义：单位质量或体积中放射性核素的放射性活度。单位：Bq/kg;Bq/m3;Bq/l放射性活度与质量的关系：

A=λ×N=0.693/T1/2×[(Q/M)×NA]Here,Q:以克为单位的质量（g)M:摩尔质量

NA:阿伏伽德罗常数=6.02×1023mol第47页,共61页，2024年2月25日，星期天1.2照射量（exposure,X)定义：光子(γ,χ-ray)在单位质量(dm)空气中释放出来的所有正负电子被阻止在空气中时，产生的同一符号的离子的总电荷量(dQ)。单位：

SI:Ckg-1;曾用单位：伦琴，R1R=2.58×10-4Ckg-1第48页,共61页，2024年2月25日，星期天照射量率（exposurerate)：定义：单位时间(dt)内的照射量(dX)。单位：Ckg-1s-1;Rs-1;mRh-1第49页,共61页，2024年2月25日，星期天照射量率与放射性活度的关系：Γ：照射量率常数:取决于自身的衰变特性（光子的数目和能量），恒等于A=1mCi,R=1m处的照射量率。可查表得出。对于点源：第50页,共61页，2024年2月25日，星期天1.3吸收剂量（absorbeddose,D)⑴定义和单位：授予单位物质(dm)（或被单位物质吸收）的任何致电离辐射的平均能量（dE)。单位：

J/kg;1J/kg=1Gy;1Gy=100rad第51页,共61页，2024年2月25日，星期天1.3吸收剂量（absorbeddose,D)⑵吸收剂量率单位时间(dt)内吸收剂量的增量(dD)。空气中：1R→8.73×10-3Gy某组织中：Dtissue=fm×X(fm

转换因子；×10-3Gy/R）Eγ＞0.2MeV以后：Dtissue=9.6×10-3×X(Gy)⑶吸收剂量与照射量的关系第52页,共61页，2024年2月25日，星期天定义：组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量与辐射权重因子的乘积。1.4当量剂量（equivalentdose,HT)单位：J/kg

专用名称：Sievert,Sv第53页,共61页，2024年2月25日，星期天辐射权重因子

(Radiationweightingfactor,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。旧名称：辐射品质因子（Q）第54页,共61页，2024年2月25日，星期天辐射权重因子（