放射性基本知识 1

1、放射性辐射防护,RADIATION AND PROTECTION,第三章章辐射对人体的危害和防护标准,第一节辐射对人体健康的影响,电离辐射,直接作用,间接作用,生物体分子激发电离,DNA周围物质(水)激发电离,原始创伤,扩散自由基,分子内能转移,与生物分子作用,生物自由基,继发反应,原核和真核细胞分裂受抑制,中枢神经系统和胃肠道损伤显现,造血障碍性死亡,晚期肾损伤肺纤维样变性,癌症和遗传变化,物理阶段,10-1810-11s,化学阶段,10-111s,生化阶段,1103s,生物阶段,数hr,数d,数月 数年,一.电离辐射的直接作用,电离辐射穿过生物组织时，射线的能量被DNA或具有生物功能的其他

2、分子直接吸收，使生物分子发生化学变化的作用。,在生物机体中直接作用主要对象是具有生物活性的分子，如核酸、蛋白质等，使其发生电离、激发或化学键断裂的变化，造成结构改变，引起正常功能和代谢作用的障碍。比如：DNA、酶、膜系结构等。,一.电离辐射的直接作用,电离辐射对核酸大分子的直接作用： 引起碱基破坏或脱落、单链或双链断裂、氢键破坏、螺旋结构出现交联或核酸之间、核酸与蛋白质之间出现交联。 电离辐射对蛋白质的直接作用： 引起蛋白质侧链发生变化，氢键、二硫键断裂，导致高度卷曲的肽链出现不同程度的伸展，空间结构改变。,二.电离辐射的间接作用,自由基是带有一个或多个不配对电子的分子或原子团，具有极强的活性

3、。当辐射作用于人体时，由于组织中含大量水分，激发或电离的水分子经迅速的分子重组，产生大量活泼的自由基，主要有OH、H和水合电子e-q，它们能扩散一定距离，有效的与生物分子反应。,1. 自由基的产生,二.电离辐射的间接作用,（1）自由基破坏细胞膜；,2. 自由基的损伤机制,（2）自由基细胞蛋白质氧化、脱氢；,（3）自由基使糖链断裂和失活；,（4）自由基引起核酸的损伤 。,一、影响辐射生物学作用的因素,与辐射有关称物理因素,与机体有关称生物因素,因 素,4. 影响电离辐射 作用的主要因素,1.辐射种类,不同种类辐射产生的生物效应不同,从辐射物理特性看,电离密度(n)和穿透能力(f)是影响生物学作用

4、的重要因素.但总体上二者正好呈反比：射线n大f小;射线nf均较大;X()线f大n小;快中子重粒子 f 强,并在射程末端n极大,此特性已用于放疗.,如：射线电离密度大，但穿透能力很弱，故外照射对人体的危害很小，但内照射大。,外照射：,内照射： ,2.辐射剂量,照射剂量与生物效应呈正相关,死亡率(%),剂量,剂量,存活率(%),病毒、细菌、原生物和植物 多细胞机体,表9：不同种类生物的半数致死剂量LD50,表10：人体受不同剂量照射后的损伤效应,3.分次照射,同一剂量的辐射，分次给予的生物效应低于一次给予的效应。分次越多，各次间隔时间越久，则生物效应越小。这显然与机体的修复过程有关。,4.照射部位

5、,机体不同部位受照产生的生物效应有较大差异。实验表明：腹部照射引起的效应最为严重。其次依次为盆腔、头颅、胸部和四肢。,5.照射面积,相同条件下,受照面积越大,生物效应越显著,5.24Gy照射皮肤面积,几平方厘米,皮肤暂时发红,几十平方厘米,恶心、头痛,占全身三分之一,急性放射病,占全身二分之一,产生致死性后果,6.照射方式,不同照射方式D相同时生物效应不同: 一次照射分次照射; 内照射外照射; 全身照射局部照射； 多向照射单向照射。,7.照射的几何条件,二、与机体有关的因素,1. 生物种系的放射敏感性,生物进化程度，机体组织结构越复杂，辐射敏感性,2. 机体状态的放射敏感性,过冷热、过累饿、过

6、虚伤病耐受,3. 个体发育的放射敏感性,幼年和老年敏感壮年 雌性耐受性雄性,3. 个体发育的放射敏感性,表子宫内不同时期受照射可能发生的畸形,个体不同发育阶段的辐射敏感性,4. 不同器官、组织和细胞的放射敏感性,严格说来，没有一种组织完全不受辐射的影响，但同一个体不同组织和细胞的辐射敏感性有很大差异。对于人体，各种组织器官可以分高度敏感、中度敏感、轻度敏感和不敏感四部分。,高度敏感组织：淋巴组织、胸腺、骨髓、胃肠 上皮、性腺和胚胎组织等。,中度敏感组织：感觉器官、内皮细胞、皮肤上 皮、唾液腺和肾、肝、肺的上皮细胞,轻度敏感组织:中枢神经系统、内分泌腺、心脏,不敏感组织：肌肉组织、软骨、骨组织和

7、结缔 组织等,5. 亚细胞和分子水平的放射敏感性,同一细胞不同亚细胞结构的辐射敏感性有很大差异。细胞核的放射敏感性显著高于胞浆。细胞内各不同“靶”分子相对辐射敏感性顺序如下：,DNA mRNA rRNA 蛋白质,三、与介质有关的因素,细胞的培养体系中或机体体液中在照射前含有辐射防腐剂,如含-SH基的化合物可减轻自由基反应, 促进损伤生物分子修复; 反之, 若含有辐射增敏剂, 如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复, 加大辐射效应. 前防护剂和增敏剂在临床放疗中都有应用，前者为保护正常组织,后者为提高放疗效果.,影响辐射生物学作用的生物因素主要是生物体对辐射的敏感性。

8、1）表示方法： a）在辐射生物学的研究中，辐射敏感性的判断指标多用研究对象的死亡率表示； b）用研究的生物对象在形态、功能或遗传学方面的改变程度来表示。,二、剂量与效应的关系,近期效应 远期效应 躯体效应 遗传效应 随机性效应 非随机性效应（确定性效应）,1、近期效应与远期效应,近期效应是指受照射数小时至几周内出现的效应.可分为急性效应和慢性效应两种.主要发生于核事故或年核武器袭击的受害者, 或在较长时间内受到超过剂量限值的辐射引起的全身慢性损伤. 例如急性放射病和急性皮肤放射损伤均属于急性效应;而慢性放射病和慢性皮肤放射损伤则属于慢性效应.,近期效应,近期效应三种类型,造血器官(骨髓)损伤型

9、,消化系统(胃肠)损伤型,中枢神经( 脑 )损伤型,表2 近期效应类型,远期效应,远期效应是指受照后数月至数年乃至数十年后才发生的效应，例如辐射致癌、辐射致白内障、辐射性遗传效应等。远期效应包括躯体晚期效应和遗传效应。,2.躯体效应和遗传效应,受照射个体本身发生的各种效应称为躯体效应.如辐射所致的骨髓造血障碍、白内障等.受照射个体生殖细胞突变；而在子代身上表现出的效应称遗传效应.这是由于电离辐射造成受照者生殖细胞遗传物质的损伤,引起基因突变和染色体畸变, 导致后代先天畸形、流产、死胎和某些遗传性疾病。,电离辐射的遗传效应,电离辐射的遗传效应是指电离辐射对受照者后代产生的辐射随机效应。它是通过损

10、伤亲代的生殖细胞 (精子或卵子)的遗传物质 (DNA)造成的, 使遗传性状在子代表现出来, 通常具有终生性特征.临床上表现为先天出生缺陷、死胎、流产、死产和新生儿死亡等。,3、确定性效应和随机性效应,确定性效应是指效应的严重程度 (取决于细胞群中受损细胞的数量或百分率) 与受照剂量的大小呈正比(注:不是指发生率). 随机效应是指效应的发生率(不是严重程度)与照射剂量的大小有关,如遗传效应和辐射诱发癌变等. 这种效应在个别细胞损伤时(主要是突变)即可出现.,确定性效应,由于射线照射杀死相当数量细胞,而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补充,由此引起的细胞丢失可在组织和器官中产生可检测出的严重功能性损

11、伤. 确定性效应存在一个阈值量. 单次(即急性)低于几Gy的剂量照射, 很少有临床意义的有害作用,但性腺、眼晶状体和骨髓因对射线敏感,效应发生的频率随剂量增加而增加.,表3:成年人性腺、眼晶状体及骨髓的确定性效应阈值估计值,确定性效应,随机性效应,随机性效应无剂量阈值.电离辐射使细胞发生了改变而未被杀死,经一段潜伏期后,可呈现恶变,即致癌效应.效应发生的概率正比于剂量.如果损伤发生在传递遗传信息的细胞上, 就会产生遗传效应.,致癌效应,ICRP列出与放射有关的12种癌症: 甲状腺癌 乳腺癌 肺癌 食管癌 胃癌 肝癌 结肠 癌 胰腺癌 唾液腺癌 肾肿瘤 膀胱肿瘤 白血病,表4 各器官对总危险的相

12、对贡献,三、短期大剂量照射引起的辐射损伤,1、全身性辐射损伤 机体全身受到均匀或不均匀照射后出现的急性放射性病。 （多数为核事故、核战争、放射性治疗、用源不当） 2、局部性辐射损伤 指机体某一器官或组织受到照射时出现的某种损伤。,骨髓型放射性病,肠型放射性病,脑型放射性病,分 类,1、性腺 2、红骨髓 3、骨 4、肺 5、甲状腺 6、乳腺 7、发生癌的其他组织 8、皮肤 9、眼晶体,四、长期小剂量照射对人体健康的影响,第二节辐射防护中使用的量一、与个体相关的辐射量,4. 当量剂量 H,品质因数 取决于辐射类型和能量大小,修正因数取决于照射条件ICRP推荐为1,单位,J/kg或Sv或rem,物理

13、,防护,旧单位,X、和电子束的Q值通常取1。,品质因数：是辐射防护领域中为了以同一的尺度衡量各种辐射水平引起的有害效应而引进的一个系数，它数值上是根据辐射在水中的传能线密度L的大小确定。,多种辐射：,2、剂量当量率 3、危险度与有效剂量当量 1）危险度,单位：Sv/s,有效剂量 HE （effective dose),定义：各组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组织权重因子（WT）的乘积的总和。,意义：评价随机效应的危险度，使辐射防 护走向定量化。,例题：某人骨表面接受0.3Sv的剂量当量，而另一个人骨表面受0.2Sv的照射，同时肝脏又受到0.1Sv的照射，哪个人危险更大些？,待积剂量 HT;

14、HE （committed dose),定义：个人单次摄入的放射性物质在此后特定时间（T）内将要产生的累积剂量。,成人T=50年；儿童T=70年,待积当量剂量,待积有效剂量,集体剂量 ST; SE （collective dose),意义：表征某一实践对社会的总危害。,定义：特定人群所受辐射照射的总剂量。,集体当量剂量：,集体有效剂量：,2、剂量当量负担与有效剂量当量负担,矿山辐射防护中的专用单位,一、危害来源 1、来自矿石和岩石的辐射 2、矿井（坑）内空气中的放射性Rn与其子体气溶胶 3、空气中含放射性物质的粉尘 二、潜能浓度Cp（ potential energy concentratio

15、n） 定义：单位体积空气中存在的短寿命氡或钍子体的任何混合物的全部子体原子按衰变链分别衰变到210Pb（RaD）或208Pb（ThD）的过程中所发射的总能量。,补充,三、潜能照射量Ep（ potential energy exposure）,1、定义：个体人员在一定时间内暴露与氡子体混合物中的潜能浓度的时间积分，即,四、潜能摄入量Ip,定义：个体人员在一定时间内吸入的氡/钍子体混合物的总潜能。,五、 潜能摄入量Ip、 潜能照射量Ep与有效剂量当量He的关系,1、氡子体潜能摄入量Ip、潜能照射量Ep与有效当量He的关系 2、 1、钍子体潜能摄入量IpTh、潜能照射量EpTh与有效当量HeTh的关

16、系,上述适用于成 年的职业照射,六、平衡当量氡浓度ECRn及平衡因子,1、定义：平衡当量氡浓度 指空气中短寿命氡子体不平衡混合物与其处于放射性平衡的氡的放射性浓度之比，该短寿命氡子体的平衡当量氡浓度ECRn所指不平衡混合物与平衡氡子体具有相同的潜能浓度Cp。,2、平衡因子 潜能的平衡因子F是指氡子体的平衡当量氡浓度ECRn与空气中氡的实际放射性浓度CRn的比值,七、氡与钍的有效剂量当量换算,例题,设某采矿工在1#采场5个月，每个月工作20天，每天工作6小时，经监测1#采场的氡子体潜能浓度平均为6J/m3，氡浓度为4000Bq/m3，估算工人在1#采场所受到的氡与氡子体照射的有效剂量当量。,外照

17、射的剂量计算,1.陆地外照射所致个人剂量有效当量 He=0.7Df He:年有效剂量当量，Sv.a-1 D:环境照射所致空气中的吸收剂量率，Gy.h-1 f:一年中实际居留的时间, h.a-1 0.7:空气吸收剂量率换算为有效剂量当量的换算因子，Sv.Gy-1,2.水浸没外照射,3.岸边沉积外照射,内照射,1.食入剂量,2.饮水产生的剂量：,第三节 人体受到的照射的辐射来源及其水平,人体受到的辐射源有两类： 一、天然本底照射,天然辐射源,人工辐射源,天 然 辐 射 源,宇宙射线,主要质子、粒子、中子、 电子、光子、介子，其它重粒子,宇生核素,原生核素,3H、32P、14C、7Be、 10Be、

18、22Na、35S,1、印度的喀拉拉邦 在喀拉拉邦沿海宽约55km的地带，由地面辐射引起的空气中的吸收剂量率平均达1.3Gy/h 2、巴西的大西洋沿岸 空气中的吸收剂量率最高可达28 Gy/h 3、广东阳江市的部分地区 地表土壤中的铀、镭、钍含量比较高，空气中的吸收剂量率0.34 Gy/h,地球上的高本底地区,二、人工辐射,人 工 辐 射 源,医疗照射,核爆炸,核动力生产,核装置泄漏,同位素利用,铀矿冶生产,苏联1986年4月26日切尔诺贝利核电站反应堆事故 基辅北面约90公里，位于乌克兰普里皮亚季河上的切尔诺贝利核电站，1986年4月26日早晨，由于发生事故而毁坏了一座水一冷却，压力管，石墨一

19、慢化的1000MWe反应堆。被损坏的反应堆是切尔诺贝利核电站的4号机组，它从1983年投入运行，是该电站4个相似机组中最新的一个。这一事故是迄今任何反应堆发生过的情况最坏的一次事故，它是造成了辐射伤亡的第一个动力堆事故，第一次造成了周围环境的广泛污染，也是第一次需要将附近居民撤离的事故。它毫无疑问是历史上代价最为昂贵的工业事故。,事故状况 1986年4月26日凌晨1时许,随着一声震天动地的巨响火光四起烈焰冲天,火柱高达30多米,切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸,其厂房屋顶被炸飞,墙壁坍塌.当时前苏联官方说事故中有31人当场死亡。200多人受到严重的放射性辐射。8吨多辐射物质混合着炙热的石墨残

20、片和核燃料碎片喷涌而出,释放出的辐射量相当于日本广岛原子弹爆炸量的200多倍。大量的放射性物质外泻,使周围环境的放射剂量高达200rem/h为安全剂量的2万倍.1700多吨石墨成了熊熊大火的燃料,火灾现场温度高达2000度以上。,大量的核辐射造成数百万人无家可归,当地寸草不生,直到现在仍有大量的儿童得白血病,当地也被人们称为“鬼城!据专家说,800年后,当地的核辐射才能降到安全标准.乌克兰,核反应堆机组,核泄露,重大核事故,现场效应 一名接近爆炸地点的工作人员死无影踪，而另一名在几小时内死于大面积烧伤。事故时在现场或参加救火或其它紧急行动的84人被诊断为已患急性放射性病。这个数目最终被加到20

21、3例。 高放污染水淋湿衣服而产生的和辐射对皮肤照射在一、二天内瞬发的红斑，在2或3周里以较严重的程度，导致形成水疱和严重的溃疡。皮肤损伤达6100的8名人员在头几周中死去。 被诊断为患辐射性疾病的203人中有31人死亡。 消防队员吸入了大量的放射性烟雾，从而对他们的鼻咽区造成了严重的烧伤。,30公里以内的效应 30公里半径以内的主要居民主要是居民住在普利皮亚特，一共45，000名。在事故后3小时左右开始的周围辐射测量在头一天期间还低于100mrh，后来在该小城的许多地方上升到高于1000mrh。该镇村民约在事故后36小时开始撤离，当时的外照范围在500到1500mrh左右。 普利皮亚特的撤离在

22、3小时以内完成，要求动用1100辆公共汽车。而撤离事故30公里以内居住的另外90000人员则到事故后约第10天才完成，总共运出人员135000人。,30Km范围以外苏联欧洲部分的效应 估计约有14MCi的放射性由这一事故沉积在30公里范围以外的苏联欧洲部分。乌克兰和白俄罗斯苏维埃共和国首当其冲。在位于切尔诺贝利核电站南约90公里，苏联的最大城市之一，基辅，事故后头15天，其外部全身辐射水平平均为0.4mRh。基辅郊区农民平均外部剂量估计1986年为0.74rem，其50年的剂量负担为2.5rem。 估计了预期由131I照射产生的额外、死亡率，结论认为在该人群中可以预期约有1500例附加的死亡率

23、产生于甲状腺癌。这将比该人群中由正常发生的甲状腺癌产生的150000例死亡增加约1。,在西欧产生的效应 测到的沉降灰总量和食品中的放射性水平在各国间存在很大变化。这是由于该事故随后气象学条件的变化，特别是同降雨情况有关。对于估计的事故后第一年有效剂量当量对于七个西欧国家成年居民范围由瑞曲的130mrem到英格兰南部的2mrem左右。对于儿童的有效剂量当量范围为瑞典的280mrem到英格兰南部的5mrem。在苏联境外的最高剂量是来自波兰的报告，在该国东部为对成年人的95mrem和儿童的660mrem。,切尔诺贝利核电站全貌,切尔诺贝利核电站航拍图， 箭头所指就是1986年4月26日发生泄漏的反应

24、,切尔诺贝利石棺,离核电站仅公里的小镇20年来成为无人居住的“死城”,“石棺”的加固工程正在进行,核事故后出生的畸形儿,第四节辐射防护的基本原则,一、辐射防护的目的： 防止有害的非随机性效应，限制随机性效应的发生率。 二、剂量限制体系 辐射防护的三原则： 辐射实践的正当化 辐射防护最优化 限制个人剂量当量,1、辐射实践的正当化 只有当该项实践所带来的利益大于为其所付出的代价时，才能认为该项辐射实践是正当的。 2、辐射防护最优化 在考虑到社会和经济因素的条件下使照射水平低到可以合理达到的程度。 代价利益分析方法：,电离辐射的标志,电离辐射警告标志,警告标志的含义是使人们注意可能发生的危险。 其背

25、景为黄色，正三角形边框及电离辐射标志 图形均为黑色，“当心电离辐射”用黑色粗等线体字。 正三角形外边a1=0.034L,内边a2=0.700a1,L为观察距离。,剂量限值 1.职业照射 1). 应对任何工作人员的职业照射水平进行控制，使之不超过下述限值：a) 由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均）20mSv；b) 任何一年中的有效剂量，50 mSv；c) 眼晶体的年当量剂量，150 mSv；d) 四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量，500 mSv。,2). 对于年龄为16岁 18岁接受涉及辐射照射就业培训的徒工和年龄为16岁 18岁在学习过程中需要使用放射源的学生，应控制其职业照射使之不超过下述限值：a) 年有效剂量，6 mSv；b) 眼晶体的年当量剂量，50 mSv；c) 四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量，150 mSv。,3). 特殊情况 a) 依照审管部门的规定，可将1)中a)项指出的剂量平均期破例延长到10个连续年；并且，在此期间内，任何工作人员所接受的年平均有效剂量不应超过20 mSv，任何单一年份不应超过50 mSv；此外，当任何一个工作人员自此延长平均期开始以来所接受的剂量累计达到100 mSv时，应对这种情况进行检查；b) 剂量限值的临时变更应遵循审管部门的规定，但任何一年内不得超过50 mSv，临时变更