郑钧正放射物理基础.ppt

1、,放射卫生防护 基础知识 郑 钧 正 100088 北京市德外 新康街 2 号,郑钧正 研究员，教 授，博士生导师 19651993中国医学科学院放射医学研究所 1993.10. 以后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） 现受聘 清华大学、复旦大学、首都医科大学 等多所高校兼职教授; 连任第一至第五届全国卫生标准技术委员会委员等; 侧重放射防护法规、标准及医疗照射防护、医学物理等研究. 01062389924，89658626,郑钧正 研究员（教 授），博士生导师 1942年9月生于福建。1965.81993.10任职于中国医学科学中国协和医科大学放射医学研究所（北京1

2、969四川1984天津）1993年10月后调回北京，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医学所 (100088北京市德外新康街2号) 010-89658626,放射卫生防护基础知识,1. 人类始终生活在充满辐射的环境中,2. 广泛利用电离辐射是杰出的科技成就,3. 放射防护是发展核科学技术及其应用的基础,4. 主要的电离辐射量及其单位,5. 电离辐射的生物学效应概要,6. 放射防护体系概要,1.人类生活在充满辐射的环境中 宇宙射线 空气中氡、钍射气 地壳土壤岩石的放射性 水中的放射性 人体内的放射性（钾40等） 天然源辐射(本底辐射)

3、,人类不但长年累月受着天然源电离辐射照射,而且随人类生产与生活活动的不断延伸扩展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辐射照射。,人工源电离辐射照射 医用辐射致受检者与患者所受的医疗照射 核武器爆炸的沉降物污染 核能利用产生的辐射 各种放射性职业照射 各种核与放射事故引起的意外照射,各种电离辐射照射的全球人均年有效剂量,电离辐射与非电离辐射 电离辐射： 能够引起物质电离的辐射 例如 宇宙射线， 、 、 、X 射线， 中子、质子、正负电子、重粒子、 裂变碎片等 天然源电离辐射 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： 铀系(从2

4、38U开始，其T1/2 44.7 亿年) ,钍系(232Th, T1/2 141 亿年)，锕系(235U , T1/2 7.1 亿年)； 40K（ T1/2 12.8 亿年)，87Rb(T1/2 475 亿年) 等；镎系(人工放射系，237NP , T1/2 2.2 百万年) 人工源电离辐射 两千多种人工放射性核素：如 60Co, 90Sr, 137Cs, 99m Tc,131I 等半衰期 T1/2 为10 年以上的约百种,电离辐射与非电离辐射 非电离辐射: 不能引起物质电离的辐射 例如 各频段无线电波、微 波、激 光、 红外线、紫外线、超声波、可见光 等 迄今对电离辐射与非电离辐射二者所致生

5、物学效应的不同规律的认识尚有待不断深化,电 磁 辐 射（波）谱,辐 射 电离辐射与非电离辐射 电离辐射技术核科学技术 电离辐射（放射）防护 保健物理 放射（卫生）防护 放射卫生 职业卫生 公共卫生 电离辐射医学应用(医用辐射),2. 广泛利用电离辐射 是杰出的科技成就 电离辐射技术 在各行各业广泛应用是二十世纪 杰出的科技成就 ！,1895.11.8 德国物理学家 W.C.Rntgen （1845 1923） 发现了 X 射线1901 年荣获首届 Nobel物理学奖,X射线发现后数月即在医学上开始越来越广的应用 这是1895 年12月22日拍摄的人类 第一张X射线图像(伦琴夫人左手) 开创了揭

6、示人的活体内部结构之先河。,1896 年 法国科学家 H.A.Becquerel （18521908） 发现了铀的 天然放射性 荣获 1903年Nobel 物理学奖,1898 年 法国科学家 居里夫妇 发现了放射性元素 镭 和 钋 荣获 1903 年 Nobel 物理学奖,Marie Curie (1867 1934),Pierre Curie（1859 1906）,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,A.B.Nobel ( 1833.10.21. 1896.12.10. ), 1905年 Nobel 物理学奖： 德国 P.伦纳德研究

7、阴极射线，1902 年发现光电效应 1914年 Nobel 物理学奖： 德国 M.F.劳厄 1912 年发现晶体中 X 射线的衍射 1915年 Nobel 物理学奖： 英国 W.H.布拉格 、W.L.布拉格 X 射线衍射研究晶体结构的贡献 1917年 Nobel 物理学奖： 英国 C.G.巴克拉 1911 年发现 X 射线对元素的特征发射 1924年 Nobel 物理学奖： 瑞典 K.M.西厄班 研究 X 射线光谱学的贡献 1927年 Nobel 物理学奖： 美国 A.H.康普顿 1923 年发现电磁波的康普顿效应 1946年 Nobel 生理学和医学奖： 美国 H.J.缪勒 1923 年发现

8、X射线能使果蝇染色体突变，发展了实验遗传学 1964年 Nobel 化学奖： 英国 D.C.霍奇金 1955 年用X 射线衍射方法成功研究青霉素和维生素B12 等的分子结构 1979年 Nobel 生理学和医学奖：美国 A.M. 科马克和英国 G.N.豪斯菲尔德 1972 年发明 X 射线 CT,X射线的发现“ 宣布了现代物理学时代的到来，使医学发生了革命。” X射线的发现催生了 X 射线诊断学(放射学) 、核医学 、放射治疗学（放射肿瘤学）等三大分支学科，又应运而生了放射医学与防护。 电离辐射医学应用(医用辐射)影响面最广！,划时代的杰出发现 首先引发医学革命，并从此拉开了人类利用原子能的新

9、时代 ！,尤其是二十世纪以来，核科学技术（电离辐射技术）在诸多跨领域、跨专业相关学科 的交叉与融合中发展，越来越密切地关系到国防（以及反恐新形势下的核安全）、能源、医学、工业、农业、地质、考古等国民经济各个领域和人民生活。,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。,3.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剑获取利益与潜在

10、危险并存。 放射防护学应运而生。,放射性损伤案例陆续出现 红斑剂量 耐受剂量 容许剂量 放射防护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防护是历史的必然。,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 ！,1895.11.8. W.C. Rentgen 伦琴 X 射线 1896 A.H. Becquerel 贝可勒尔 铀放射性 1898 P. Curie 大于15Gy可致神经系统损伤，1至5天死亡。,电离辐射的生物效应 随机性效应（stochastic effect） 其发生几率（而非其严重程度）与受 照剂量大小有关的一类电离辐射生物效应。 假定

11、此类效应的发生几率正比于剂量,并且在放射防护感兴趣的小剂量范围内不 存在剂量阈值。 例如：电离辐射诱发癌症及遗传效应,随机性效应 标称概率系数 ( 危害, 10- 2 Sv-1 ) Nominal probability coefficients for stochastic effects,例： 日本原子弹 爆炸受照射 群体随机性 效应的调查 研究结果,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 1至3周内受照： 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： 可导致活产儿癌症概率增加( 随机性效应 )； 0.1 Gy以上可致胎儿畸形( 确定性效应 ) 8至15周： 可

12、致严重智力发育迟缓，智商下降 ICRP 90 号出版物 （2003年） 胚胎和胎儿出生前受过照射的生物效应,小剂量刺激效应（hormesis） 一些实验研究表明，小剂量电离辐射照射可以刺激某些细胞的增殖与修复,增强机体免疫能力，调节激素平衡等。这种现象称为小剂量刺激效应 或 兴奋效应、适应性反应(adaptive response)。但由于小剂量实验研究统计学上的复杂性，研究有待深入，尚未达到需要在放射防护中予以考虑的程度。,旁效应（Bystander effect） 一般指未被电离辐射照射击中的细胞出现的损伤。例如穿透细胞质的粒子引起细胞核的遗传效应，或穿透部分细胞的辐射引起在同一环境中未受

13、照射细胞（旁观者细胞）的损伤。可见电离辐射的照射还会发生非靶效应（辐射诱发的基因组不稳定性和旁效应）。,5.3 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 电离辐射照射的方式 电离辐射的类型 受照射机体组织的辐射敏感性,电离辐射照射剂量与剂量率的影响 电离辐射照射的吸收剂量是辐射能量传递给机体的反映。一般吸收剂量越大，生物学效应越重，机体可能引起的辐射损伤也就随之增加。 而电离辐射照射的剂量率反映照射的时间分布。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。,不同光子辐射照射剂量对人体损伤的估计,电离辐射照射

14、方式的影响 外照射，内照射 兼有内外照射的混合照射 单次照射，多次照射 单向照射，多方向照射 全身照射，局部照射,电离辐射类型的影响 电离辐射照射的生物学效应既与接受的能量有关，又与电离辐射的类型有关。不同类型电离辐射具有不同相对生物效能（RBE），各类型电离辐射的品质因子 Q 是非定限传能线密度 (LET) 的函数。国际放射防护委员会(ICRP)引入一个与辐射品质有关的辐射权重因子WR，以考虑到不同类型电离辐射 R 的相对危害效应。 于是机体某组织 T 中所受照的当量剂量 HT 即： HT = WR DT,R ICRP 92 号出版物：相对生物效能 (RBE)、品质因子 (Q)、辐射权重因子

15、 (WR) ( 2003年 ),考虑辐射类型与能量的辐射权重因子,受照射机体组织的辐射敏感性 人种，非人类物种 不同人的个体差异 胚胎-胎儿-幼年-少年-青年-成年,老年 人体不同组织器官有不同辐射敏感性 此外,辐射敏感性还与环境等因素有 关 (如：温度，氧效应，化学物质等 ),人体各组织以形态学损伤比较的辐射敏感性 高度 敏感性组织： 淋巴、胸腺、骨髓、胃肠上皮、性腺、胚胎 中度 敏感性组织： 感觉器官(角膜、眼晶体、结膜)、内皮细胞、 皮肤上皮、唾液腺、肾肝肺组织的上皮细胞 轻度 敏感性组织： 中枢神经系统、内分泌腺、心脏 不 敏感性组织： 肌肉、软骨和骨组织、结缔组织 亚细胞和分子水平的

16、辐射敏感性 细胞核的敏感性高于细胞质 DNA mRNA rRNA tRNA 蛋白质,组 织 权 重 因 子 WT 考虑到机体不同组织或器官发生辐射随机性效应的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器官 T 对总危害所起作用的相对份额,( ICRP 60 # 推荐值 ),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 E ，可表示为： E = WT HT = WT WR DT,R （Sv） 集体有效剂量 (collective effective dose) 对一给定辐射源的受照群体

17、所受的集体有效剂量 S 即： S = i Ni （人 Sv） 式中 Ni 为接受平均有效剂量 i 的第 i 组人群的人数,1 参 考 文 献 郑钧正 电离辐射的生物学效应与趋利避害. 世界医疗器械( International Medical Devices，IMD；国际标准刊号：ISSN10246924；香港出版；编辑部北京联络处: 100031 北京市宣武门西大街甲 129号金隅大厦1806室)，2005,11卷（11期）6873,6. 放射防护体系概要 6.1 放射防护体系的演进 6.2 放射防护体系的基础 6.3 放射防护体系框架 6.4 放射防护的一般原则,6.1 放射防护体系的演进

18、 X 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。,不同历史时期的 ICRP 基本建议,21世纪初的放射防护（ICRP新建议书草案） ICRP 主委员会 2002 年 5 月 2006 年征求意见稿,Radiological Protection at the Start o

19、f the 21st Century,6.2 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。,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

20、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。,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不属于受控实践或因事故而失控的源所致的照射或照射可能性的行动。 实践的防护体

21、系与干预的防护体系,区分各种照射： 依受照的行为或状态或对象可有不同的照射分类 外照射、内照射 职业照射、医疗照射、公众照射 正常（实在）照射、潜在照射 应急照射、持续照射 源相关与人相关： 运用放射防护体系进行放射防护评价及采取放射防护措施时，应区分是针对造成照射的各种来源(源相关)或者针对受到各种照射的人(人相关),6.3 放射防护体系框架 6.3.1 实践的防护体系： 实践的正当性 防护的最优化 个人剂量限值 注意防护体系的整体性,实践的正当性 凡涉及照射的实践，除非对受照个人或社会带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害（包括健康与非健康危害），否则就不得采取此实践。,防护的最优化 经正

22、当性判断后确定要进行涉及照射的实践，在考虑了经济和社会的因素之后，要采取有效防护措施，保证将辐射照射保持在可以合理达到的尽量低水平。,个人剂量限值 对所有相关实践联合产生的照射，所确定的个人剂量限制值。规定个人剂量限值旨在保证有关个人不会受到不可接受的辐射危险。 个人剂量限值不适用于医疗照射。,个人剂量限值是“不可接受的危险”与“可耐受的危险”两区域间的分界线，是放射防护最优化约束的上限对放射工作人员和公众成员分别制定相应的个人剂量限值。公众成员限制随机性效应发生几率的全身有效剂量年限值定为放射工作人员的1/20 ；而限制发生确定性效应的眼晶体和皮肤器官当量剂量年限值分别为1/10。,正常情况

23、下的 职业照射 个人剂量限值 注：1）规定的剂量限值只适用于实践所引起的照射，不适用于医疗照射，也不适用于无任何主要责任方负责的天然照射；这些剂量限值还与潜在照射无关，也与决定是否或如何实施干预无关；至于实施干预的工作人员，应遵循新基本标准 GB 188712002 第10章应急照射情况的干预等有关要求。 2）规定的剂量限值适用于在规定期间里，由外照射引起的剂量和在同一期间内摄入所致的待积剂量之和；计算待积剂量的时间，对成年人的摄入一般算至 50 年。 3）皮肤当量剂量要在任意 1 cm2的面积上平均，其标称深度为 7 mg / cm2。,1 参 考 文 献 郑钧正电离辐射防护与辐射源安全基本

24、标准关于职业照射的控制 中国职业医学 ( 国际标准刊号: ISSN 10006486，国内统一刊号: CN44-1/R 编辑部:510300 广州市新港西路海康街68号)，2006，33卷（4期）,6.3.2 干预的防护体系： 拟议中的干预应当利多于害，即由于降低剂量而减少的危害，应足以超过干预本身带来的危害与代价（包括社会代价）。 干预的形式、规模及持续时间应当最优化，以使降低剂量而获得的净利益（即减少辐射危害而得到的利益扣除干预所带来的危害）为最大值。 剂量限值对干预不适用。但可依干预的正当性和最优化原则推导出为适合于所干预情况提供指导的干预水平。,6.4 放射防护的一般原则 认真贯彻执行

25、放射防护法规、标准 重视放射防护培训大力培植安全文化素养 做好预防性放射卫生防护监督管理 切实加强经常性放射卫生防护监督管理,外照射防护原则 在选用恰当辐射源的前提下合理运用 距离防护：尽可能远离产生电离辐射照射的来源 时间防护：尽可能缩短接触电离辐射照射的时间 屏蔽防护：人与产生电离辐射照射的源之间设置合适的放射防护屏障,内照射防护的出发点 防止放射性物质经呼吸道吸入体内 （措施举例：通风橱或手套箱，防护口罩， 防护面具，穿气衣，湿式作业等） 防止放射性物质经消化道食入体内 （措施举例：禁止在工作区或污染区进食 及吸烟，加强相关监测，防止手污染等） 防止放射性物质经体表进入体内 （措施举例：避免皮肤与放射性物质接触， 穿戴工作服、工作帽、手套和防护鞋等， 离开工作场所和污染区前要注意清洗， 适时进行体表监测等）,内照射防护原则 封锁隔离防扩散： 放射