10电磁辐射课件

1、电离与非电离辐射,劳动卫生与环境卫生学系 何丽华主要内容,电磁辐射（Electromagnetic radiation ）概述 电离辐射 非电离辐射 (接触机会、对机体的影响、影响因素防护）,电磁辐射概述,电荷产生电场，电荷流动产生磁场，两者合成为电磁场；电磁场以波的形式（电场和磁场的振幅相互垂直）向外传递电磁能量，形成了电磁辐射。,电磁辐射概述,电磁辐射的波谱很宽，按照其生物学作用，可以分为电离辐射和非电离辐射。电磁辐射对生物体作用的强弱，决定于辐射的量子水平，量子能量越大，生物学作用越强，能够引起生物组织电离的最小能量为12eV（电子伏特），相应的电磁波波长小于

2、1.010-7 m；而非电离辐射包括了紫外线、可见光、红外线、微波和高频电磁场,电磁辐射谱,电离辐射（ionizing radiation）,能够直接或间接引起物质电离的射线，称 为电离辐射。 高速的带电粒子，如粒子、粒子、质子 等，能直接引起物质电离，为直接电离粒 子；而X射线、射线和中子等不带电粒子， 是通过与物质作用时产生的带电次级粒子而 引起物质电离，属于间接电离粒子。,电离辐射常用单位,1. 放射性活度（radio activity) 简称活度 国际SI单位制的单位称贝可勒尔(Becquerel),简称贝可，符号为Bq，单位是秒-1（S-1)，定义为每秒一次核衰变，即为1Bq=1s-

3、1 。旧用放射性活度单位为居里（Ci），贝可与居里的换算关系如下：1Ci = 3.71010 Bq 2.照射量 照射量的国际标准单位是库仑千克-1（C kg -1）。照射量的旧有专用单位为伦琴( R ) 。,电离辐射常用单位,3.吸收剂量（absorbed dose） 吸收剂量的 SI 单位为戈瑞（Gy），1戈瑞等于1千克被照物质吸收1焦耳（J）的辐射能量。即 1Gy=1J kg-1 。吸收剂量适用于任何类型、任何能量的电离辐射，且适用于任何受照物质。 4. 剂量当量 剂量当量的SI单位是希（Sievert，Sv）1Sv=1J kg-1 。原有专用单位为雷姆（rem）1Sv=100rem或1r

4、em=0.01Sv。 剂量当量一般在放射防护中应用，主要是在长期小剂量慢性照射时的相应剂量限制范围内使用，而不用于急性大剂量照射。,电离辐射的来源及接触机会,天然辐射源 宇宙射线（cosmic rays）、环境介质中的天 然放射性核素 （存在于土壤、矿石、建筑物中。）天然放射性核素在自然界分布十分广泛，如岩石、土壤、大气、水、各种建筑材料以及动植物组织中都含有一定量的天然放射性核素。人体受天然放射性核素外照射全世界平均剂量为0.46mSv a-1。,电离辐射的来源及接触机会,体内的放射性核素 环境介质中处处有天然放射性核素，人通过呼吸和饮食使天然放射性核素进入体内，构成对人体的内照射，平均剂量

5、约为1.52mSv a-1 。人体内必然含有可以测出的放射性物质。主要是3H 、14C、40K等。加上大气的Rn （氡）和Th（钍）。 天然辐射源对公众所致世界平均剂量水平为2.4mSv a-1，自从有人类以来一直受天然辐射源的照射，称为天然本底照射，它已是人类不可缺少的一种生存环境。,电离辐射对机体的影响,电离辐射引起的生物效应是一个非常复杂的过程。生物机体吸收辐射能量到生物效应发生，乃至机体损伤或死亡要经历许多性质不同的变化，有机体分子的变化，细胞功能、代谢和结构的变化，以及完整机体各个组成部分之间相互关系的变化。从变化时间来看，有些变化瞬间即逝，有些需时较久，甚至延迟数年。,电离辐射对机

6、体的影响,电离辐射引起生物学效应的机理十分复杂，通常将辐 射生物效应的发展过程分为原发作用和继发作用两个 方面。 原发作用 又分为电离辐射的直接作用和间接作用 直接作用（direct effects ） 是指电离辐射直接作用于具有生物活性的大分子，如核酸、蛋白质（包括酶）等。使它们发生电离和激发或化学键的断裂等变化，从而引起其正常功能和代谢作用的障碍。如DNA的断裂，酶的活性降低或丧失，膜系分子结构的破坏等。,电离辐射对机体的影响,间接作用（indirect effects ） 间接作用是指辐射粒子作用于水分子，引起电离，生成具有强氧化作用的自由基和活化分子（H、OH、e-aq、H2O2、HO

7、2等）对生物大分子的作用，引起生物大分子的损伤。生物体内一般含水量高于70% ，细胞内的生物大分子存在于含大量水的环境中，因此间接作用对生物大分子的损伤作用有重要意义。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,电离辐射生物效应的特点是机体吸收的能量不大，生物效应却很大，例如6.0Gy的X射线可使人或高等动物发生致死效应，但将这些能量转换为热能，才可使体温升高0.002度。若以热辐射代替电离辐射，需大110万倍的能量才能引起机体死亡；其次是短暂的作用引起长期效应，射线穿过受照机体只是瞬间完成，而它引起的生物效应却能持续很长时间。,职业病名单中的职业性放射性疾病 1外照射急性放射病； 2外照射亚急性放

8、射病； 3外照射慢性放射病； 4内照射放射病； 5放射性皮肤疾病； 6放射性肿瘤； 7放射性骨损伤； 8放射性甲状腺疾病； 9放射性性腺疾病； 10放射复合伤； 11根据职业性放射怀疾病诊断标准（总则）可以诊断的其他放射性损伤,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,与辐射有关的因素 辐射的物理特性 辐射的电离密度和穿透力，是影响损伤的重要因素。例如，粒子的电离密度虽较大，但穿透力很弱，其主要危害是进入人体内的内照射，而外照射的危险性很小；X射线和射线的穿透力远较粒子强，尤其是高能X射线或射线，可穿透至组织深部或整个人体组织，具有强大的贯穿辐射作用。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,受照剂量和

9、计量率 电离辐射的照射剂量与生物效应间的普遍规律是，剂量愈大，生物效应愈强，但并不完全呈直线关系。有指数及S型两种关系。指数曲线可反映病毒、细菌、某些低等原生物的规律，而S型曲线则符合于多细胞生物和高等动物的规律。一般情况下剂量率越大，生物效应越显著，但当剂量率达到一定的程度时，生物效应与剂量率之间则失去比例关系。同时，要引起急性放射损伤必须要有一定的剂量阈值。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,分次照射 由于机体有代偿修复的能力，当机体受到同一剂量的照射时，在分次给予的情况下，其生物效应低于一次给予的效应。 照射面积和部位 当其他照射条件相同时，受照面积越大，效应越显著。同样的照射量，局部

10、照射作用不明显，若全身接受照射面积达13，则可产生明显的辐射效应。机体不同部位对射线的敏感性不同。当照射剂量和剂量率相同时，各部位的敏感顺序为腹部、盆腔、头颈、部及四肢。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,照射方式 不论内照射和外照射，其对机体的作用规律原则上是一致的，但也有其特征。内照射的生物效应受放射性核素的理化性质、侵入途径、分布、代谢、排出特点以及有效半衰期等因素影响。外照射受辐射源强度、源与受部位距离及受照时间等，这些因素直接影响机体受照剂量。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,与机体有关的因素 生物个体的放射敏感性 同一种系中的不同个体其放射敏感性不同。总的规律是胚胎期 胎儿期

11、 幼儿期 青少年期 成人期 老年期。由于老年各种功能的衰退，机体代偿、修复能力以及耐受能力的下降，其敏感性较健康成人高。 不同器官组织和细胞的放射敏感性同一个体的不同组织和细胞其放射敏感性有很大差异。种系演化愈高，机体组织结构愈复杂，辐射易感性愈强。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,组织对辐射的易感性与细胞的分裂活动成正比，与分化程度成反比。故淋巴组织、胸腺、骨髓、性腺和胚胎对辐射呈高度易感性；而肌肉、结缔组织对射线耐受性较高，其他组织介于中度或轻度敏感之间。 亚细胞和分子水平的放射敏感性 同一细胞的不同亚细胞结构的放射敏感性存在着很大的差异，其放射敏感性由大到小的顺序为DNA、mRNA、

12、rRNA和 tRNA、蛋白质。,电离辐射生物学效应的特点及影响因素,与环境有关的因素 温度 机体受照时降低温度或处于冰冻状态可使辐射损伤减轻，称为温度效应。 氧浓度 受照的组织、细胞其辐射效应随周围介质中氧浓度的增加而增加，称氧效应。氧可以与自由基 R 作用而产生有机的过氧化物自由基 RO2，致使生物大分子的化学成分发生变化，并处于不可修复的状态。,放射性疾病(radiation sickness),电离辐射所致损伤或疾病的总称。 外照射急性放射病 外照射慢性放射病 内照射放射病 放射性皮肤损伤 放射性皮肤癌 放射性白内障,通过动物实验和人群流行病学研究，已证 明辐射是一种致癌因子。它有诱发几

13、乎所 有种系哺乳动物的所有组织肿瘤的能力，是任何一种化学物都不能比拟的。,电离辐射的防护,放射防护的基本原则 放射防护的目的 放射防护的目的在于防止有害的非随机效应，限制随机性效应的发生率并降低到可以接受的水平。保障从事放射工作的人员和公众的健康与安全，保护环境。 国际放射放护委员会(ICRP)提出的辐射防护三原则 * 实践的正当化为了防止不必要的照射，在引进任何伴有电离辐射的实践时，都必须经过论证，确认这种实践对社会和环境所产生的危害远小于从中获取的利益，才可以认为这种实践具有正当的理由，是值得进行的。,电离辐射的防护, 防护的最优化 即进行辐射实践时，在考虑了经济和社会的因素之后，应保证将

14、辐射照射保持在可合理达到的尽量低水平。 个人剂量限值 个人所受的剂量当量不应超过规定的相应限值。保证放射工作人员不致接受过高的照射水平。个人剂量限值不适用于医疗照射。,电离辐射的防护,外照射防护的 基本原则 根据外照射作用的特点，人们在实践中研究出一套 降低外照射剂量的科学方法 ，即时间防护、距离防护 时间防护（time protection ) 在从事放射性操作时，在满足工作需要的前提下，应尽量缩短工作时间。为此，应尽量提高操作者的技术水平；改进操作工序的自动化程度；严格执行安全操作规程等。 距离防护（distance protection ) 点状源在周围空间所产生的剂量率与距离平方成反比

15、，当距离增大一倍时，照射量可减少至原来的1/4 。因此，在不影响工作的前提下，应尽可能远离辐射源。在实际工作中常采用长柄工具、机械手等。,电离辐射的防护,屏蔽防护（shielding protection ) 时间、距离防护不能使剂量降低到剂量限值的要求，为此，必须在人体与放射源之间设置屏蔽物，以减少受照剂量。根据需要屏蔽物可设置为固定屏蔽物和活动屏蔽物。,电离辐射的防护,内照射的防护 内照射是指放射性物质经呼吸道、消化道、皮肤、粘膜和伤口以及其它各种途径进入机体后，放射性核素发出的核射线由体内对机体进行的照射。 内照射的作用特点 呈持续性照射（continuous radiation ） 放

16、射性核素一经进入体内，对机体就产生连续性照射，直至放射性核素完全衰变成稳定性核素或全部排出体外，对机体的照射才会停止。,电离辐射的防护,呈选择性照射（selective radiation )大部分的放射性核素在体内呈不均匀分布，按核素或化合物的化学性质被组织和器官选择性地吸收、分布和蓄积，致使蓄积放射性核素的组织或器官受到选择性的照射，产生较大的生物学效应与损伤。,电离辐射的防护,内照射防护的基本原则 随着原子能科学技术的发展及和平利用的普及，使用和操作开放源的种类和数量、应用范围都在迅速增加，涉及的人员越来越多，不但有工作人员，而且放射性废弃物污染环境会影响到公众。 内照射防护是比较复杂的

17、，有关国际组织和国家都很重视。为保护工作人员，预防内照射的发生，保护环境防止放射性污染，达到内照射防护目的，必须采取综合措施。,电离辐射的防护,应从工作场所的选址、设计、建造、室内配置、设施、个人防护、放射源的安全包装、运输、安全操作规程和废弃物处理等等各个环节进行。总之，采取一切措施，防止放射性物质进入体内。为此，国家为开放性放射场所制定有一系列的规定和标准。必须遵照执行。,*射频辐射（无线电波）, 高频电磁场（highfrequency electromagentic field）与微波（microwave）统称射频辐射，在电磁辐射谱中量子能量最小、波长最长的波段，波长范围为1mm3km。

18、,表1 射频辐射波谱的划分,射频辐射概述,射频辐射的辐射区域可相对地划分为近区场和远区场。以离源2D/的距离作为分界。 是波长，D是辐射源口径的最大尺寸。近区场又可分为： 感应场：以感应为主。感应场区域电场和磁场均较强，不成一定比例，评价时需分别测定。电磁场强度与辐射源距离的平方成反比。 如电台发射机房大厅或高频焊接作业地区等。 电场强度单位为A/m 磁场强度为 V/m,射频辐射概述,辐射场：以辐射为主。电磁能量以电磁波的形式向周围空间辐射，受到辐射波能作用。电场强度与 辐射源距离成反比，微波辐射在此区域内。当高频振荡电流的频率达300MHz以上时，处于辐射场内。 如远离电台发射机房的生活区域

19、或其附近的空间，以辐射形式出现。 两个作用带的分界：以/2（约为1 /6）为界划分两个作用带。 微波强度常用功率密度表示，其单位为mW/cm2 或W/cm2 。,射频辐射概述,对射频辐射的强度进行卫生学评价通常采用电场强度或功率密度等物理量。但生物系统对电磁能的吸收量、吸收速率及体内电磁场的分布与很多因素有关，与外界的辐射强度不是简单的比例关系。 为了对生物系统实际吸收的电磁辐射能量进行定量化，引入了电磁辐射剂量概念，定名为比吸收率（specific absorption rate,SAR） 表示生物体每单位质量吸收的电磁辐射功率，单位为W/kg。目前很多国家以平均SAR值作为把动物实验结果外

20、推到人和制定卫生标准的依据。,射频辐射接触机会, 高频感应加热：金属熔炼、热轧工艺、钢管焊接，使用频率在300KHz3MHz（相当于中波到短波范围）。 高频介质加热：加热对象为不良导体，如塑料热和，木材、棉纱的烘干等。使用频率在1030MHz。（相当于短波到超短波范围） 无线电通讯、医学（超短波到分米波）： 微波：雷达导航、探测、通讯、核物理研究、电视、计算机、手机、微波炉等。频率在3300GHz。（厘米到毫米波）,射频辐射接触机会,微波在农业生产上应用广泛，干燥谷物和种子，杀虫灭菌。 在轻工业中利用微波水分仪控制烟丝的含水量和干燥烟草；食品工业中用于烹调食物，食品干燥脱水，防霉等。 微波医学

21、利用微波理疗，利用微波诊断等。,射频辐射对机体的影响,生物学效应有 致热效应：射频辐射对机体加热作用而言。 非致热效应：中枢神经系统、内分泌、免 疫和生殖功能的改变 生物学效应的规律是随着频率的增加和波长的变短而递增，一般作用的强弱顺序为微波超短波短波中长波。但在微波波段以厘米波的危害最大。脉冲波的作用大于连续波。,射频辐射对机体的影响,高频电磁辐射对人体健康的影响 植物神经功能紊乱，头痛、无力、嗜睡、记忆力下降、多汗、脱发，心动过缓、血压下降，女性可有月经紊乱。 微波对人体健康影响 对人体的影响是慢性、长期、功能性影响。 - 微波对眼睛的影响: 眼睛的晶体含有较多的蛋白质和水分，无血管，能吸

22、收较多的微波能量，当眼睛表层组织还没有出现影响的时候，晶体已经出现水肿。较强的微波会使晶体浑浊以至形成白内障。,射频辐射对机体的影响,- 关于VDT对生殖的影响，目前还未在动物实验中得 到明确结论，全国范围的流行病调查未得到阳性结 果。 - 移动电话在使用中释放的是豪米波，在待机状态也释放出极微量的射频能量。目前虽然不能说移动电话就是绝对安全的，但是也没有研究可以提供移动电话对人体健康造成不良影响的证据。,影响射频辐射作用的因素, 频率：射频设备的频率高，场强高 功率：设备功率不同，辐射场强不同 波的性质：脉冲波大于连续波 暴露时间： 辐射场源间距： 辐射部位：眼睛、睾丸为较敏感部位 屏蔽情况 有无二次辐射,射频辐射的防护,高频电磁场的防护 -场源屏蔽：金属类物将场源包围，反射或吸收电磁波，减低作业场所电磁场的强度。 -距离防护：电磁场辐射源产生的场能与距 离平方成反比，尽量远离辐射源。 -尽可能远离非专业人员的作业点和休息场 所。,射频辐射的防护,微波的防护 -屏蔽及吸收装置 -工作地点在辐射强度最小的部位，避免在辐射流的正前方。 -微波防护服、防护帽、防护眼镜等。 -健康监护：12年体检，重点是眼睛、心血管及生殖系统功能。,卫生标准,工业企业设计卫生标准（GBZ2.2-2007）规定工作地点高频电磁辐射（30MH