培训课程-辐射安全与防护基础知识

1、辐射安全与防护基础知识 南华大学 核科学技术学院,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,内 容 提 要,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,一. 原子核与放射性,核力是短程强作用力 电磁力,原 子半径 10-10 m 原子核半径 10-14 m,一. 原子核与放射性,现代原子结构,具有确定质子数和中子数的原子核称做核素,稳定核素和不稳定核素,核素及符号表示,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,核的自发变化过程 放出粒子变为新核 能级跃迁放出粒子,核衰变与放射性,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,红外光,x射线,内层电子能级的跃迁,紫外光可见光

2、,原子和分子外层电子能级跃迁,微波,无线电波,分子振动和转动能级跃迁,分子转动能级及电子自旋能级跃迁,原子核自旋能级跃迁,电磁辐射与能级跃迁,电磁辐射与能级跃迁,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,电磁辐射谱,一. 原子核与放射性,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 T1/2 =(ln2)/ : 放射性原子核的半衰期,放射性核素衰变基本规律,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,镭,查核素 看衰变纲图,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,核反应,中子引

3、起 235U裂变,H 原子核聚变 H 的燃烧,核与核或粒子相互作用生成新核并放出能量和粒子,n + 14N 14C + p,释放巨大能量: 一公斤铀-235相当于2万吨梯恩梯炸药,核反应与能量释放,一. 原子核与放射性,核技术基础知识,核技术基础知识,原子核的贡献,巨大的能量,强有力的射线,核技术,核能工程,原子核的贡献,一. 原子核与放射性,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,二. 核辐射与物质的相互作用,常 见 的 核 辐 射 粒 子,带电粒子： p,非带电粒子：x n,二. 核辐射与物质的相互作用,核 辐 射 粒 子,直接电离辐射作用：带电粒子把能量传递给物质，引起物质的某些物理、化

4、学、生物效应。 间接电离辐射作用：非带电粒子最终也是通过它们在相互作用过程中产生的带电粒子来实现能量的传递。,电离辐射,二. 核辐射与物质的相互作用,核辐射粒子的能量传递,带电粒子种类,重带电粒子： 粒子、质子、介子,电子：射线、电子,二. 核辐射与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用,二. 核辐射与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用,轫致辐射,原子核,高速带电粒子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，一部分能量以光子的形式辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。,二. 核辐射与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用,二. 核辐射与物质的相互作用,带电粒子与物质的相互作用,

5、三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子,电离效应 次级电子使 物质原子电离,射线,第 1 步 初级作用,第 2 步 次级作用, 射线与物质的作用过程分两步,二. 核辐射与物质的相互作用, 射线与物质的相互作用,自由电子,作用机制 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。 + A A* + e- （光电子）,原子,受激原子,光电效应,二. 核辐射与物质的相互作用,核 辐 射 粒 子,二. 核辐射与物质的相互作用, 射线与物质的相互作用,当 光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将部分能量传

6、给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，而使物质电离，该电子称康普顿电子。光子本身能量减少又改变了运动方向。当光子的能量为0.5-1.0MeV时，该效应比较明显。,康普顿散射效应,二. 核辐射与物质的相互作用, 射线与物质的相互作用,二. 核辐射与物质的相互作用, 射线与物质的相互作用,能量1.02 MeV 的射线与原子核作用可能产生一对正-负电子。,M M + e+ + e- 1.02 MeV me (0.511MeV) me (0.511MeV) 基本条件： 射线能量 E 1.02 MeV 为什麽？,能量转化成质量 M = E /C2,电子对效应,二. 核辐射与物质的相互作用, 射线与物质的

7、相互作用,射线通过介质时光子的数量随物质厚度增加而减少, 射线强度服从指数衰减规律。,I(x) = I0 e-x,厚 度 X,I0, 射线的吸收,I, 指数衰减因子 线性吸收系数 射线能量高值小 原子序数高值大,二. 核辐射与物质的相互作用,中子与物质的相互作用,中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内 同原子核发生作用引起核反应,例1-中子与 H 原子核的弹性碰撞 第一步：核反应产生载能带电粒子 n + H n + p 传递能量 质子跑出来 中子被慢化 第二步： 质子引起物质电离 慢化剂 轻水(1H2O) 重水(2D2O),中子与物质的作用过程分两步,n,H,n,n,p电离物质,

8、2,1,二. 核辐射与物质的相互作用,中子与物质的相互作用,例2- 中子核反应( n,p) n + 14N 14C + p 第一步 核反应产生质子 第二步 质子对物质产生电离作用,n,p电离物质,14N,14C,1,2,p,中子不带电不能直接使原子电离 但中子容易进入原子核内 同原子核发生作用引起核反应,中子与物质的作用过程分两步,二. 核辐射与物质的相互作用,核辐射电离及穿透物质的能力,对物质电离作用的比较,二. 核辐射与物质的相互作用,核辐射电离及穿透物质的能力, 1 页 60页/本,铅,地 下 1-2 米深,铅室,n,4580本,中子源,1 MeV 的粒子穿透物质能力,二. 核辐射与物质

9、的相互作用,核辐射电离及穿透物质的能力, 射线穿透人体皮肤情况,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,三. 辐射量和单位,三. 辐射量和单位,国际辐射单位与测量委员会 (International Commission on Radiation Units and Measurements, 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,专用单位仍见使用,三. 辐射量和单位,辐射场的量及其单位,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： 法定单位： 贝可(Bq) 1

10、Bq=1s-1 专用单位： 居里(Ci) 1Ci = 3.71010Bq 1mCi =10-3Ci 1Ci =10-3mCi =10-6Ci 仪器常用单位： dps = disintegration per second 每秒钟衰变数 cps = counts per second,三. 辐射量和单位,辐射场的量及其单位,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 = N = 0.693/T1/2(Q/M) NA Q: 以克为单位的质量（g) M: 摩尔质量 NA: 阿伏伽德罗常数=6.021023

11、 mol-1,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,辐射效应的发生几率或严重程度，在很大程度上取决于辐射能量在物质中沉积的数量与分布。 现为了定量地描述辐射对人体作用的生物效应，在辐射剂量与辐射防护领域中引入若干物理量。 目前仍然使用宏观量。 照射量 吸收剂量,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,定义：光子(,-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: 库伦 / 千克 Ckg-1 专用单位: 伦琴 R 1R = 2.5810-4 Ckg-1,在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标准状况下

12、，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。,照射量(exposure, X),三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,照射量率(exposure rate),定义： 单位时间(dt)内的照射量(dX)。,单位： Ckg-1s-1 Rs-1;,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,照射量率与放射性活度的关系,：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：,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,照射量概念的应用

13、条件,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,吸收剂量 (absorbed dose, D),定义：电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商,单位： 法定单位：戈瑞，Gy 1Gy=1JKg-1 专用单位：拉德，Rad 1Rad10-2Gy,吸收剂量D的使用条件： 对所有射线适用 适用于所有介质 针对“点”的概念,三. 辐射量和单位,辐射剂量的量及其单位,吸收剂量与照射量的关系,条件：带电粒子平衡,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,1. 与个体相关的辐射量 （1）当量剂量 （2）有效剂量 （3）待积当量剂量与待积有效剂量 2. 与群体相关的辐射量 （1）集体当

14、量剂量 （2）集体有效剂量,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,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。,单位： 法定单位：西弗， Sv 1 Sv =1 JKg-1 专用单位：雷姆， rem 1rem10-2Sv,WR - 辐射权重因子； DT,R - 器官、组织的平均剂量,当量剂量(equivalent dose, HT),三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,辐射权重因子(Radiation weighting factor, 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,为

15、辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康的相对危害效应。,早期方法（ICRP26报告-1977）： 剂量当量：H=DQN Q是辐射品质因子 N是其他各种修正因子,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,辐射权重因子（WR）,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,有效剂量(effective dose, HE),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,WT组织T的权重因子； HT 器官或组织的当量剂量,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,定义： WT代表组织T接受的照射所

16、导致的随机效应的危险系数与全身受到均匀照射时的总危险系数的比值,表征组织或器官的辐射敏感性 反应了在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。,组织权重因子（tissue weighting factor, WT),三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,组织权重因子（ICRP 60）,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,当量剂量 针对某个器官或组织，是平均值 有效剂量 针对全身而言，取平均值 辐射权重因子 描述辐射类型、能量的不同对生物效应的影响 组织权重因子 描述不同器官、组织对全身总危害的贡献,概念理解,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,待积剂量(committed

17、 dose, HT;HE),成人T=50年；儿童T=70年,待积当量剂量,待积有效剂量,是指个人单次摄入放射性物质在此后50年内(儿童70年)将要产生的累积剂量，它可以用来描述内照射吸收剂量率在时间上的分布随着放射性核素的种类、形式、摄入方式以及它所结合的组织而变化的情况，是一个从内照射危害角度考虑的量。,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,放射性物质在机体内的有效半衰期：,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,集体剂量（collective dose, ST; SE),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：,单位：人西弗

18、,三. 辐射量和单位,辐射防护的量及其单位,有甲、乙2人，甲的骨表面接受0.3Sv的当量剂量照射，而乙的骨表面接受0.2Sv的当量剂量照射，同时肝脏又受到0.1Sv的照射，问哪个人危险更大些？ 答：根据当量剂量HT和组织权重因子WT值计算如下： He甲=0.010.3=0.003 Sv (骨表面WT=0.01) 甲相当于全身均匀照射0.003Sv 的危险性 He乙=0.010.2+0.050.1=0.007 Sv (肝脏WT=0.05) 乙相当于全身均匀照射0.007Sv的危险性。 显然乙受到辐射的危害大于甲,【计算例题】,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,四. 电离辐射对人体的危害,四

19、. 电离辐射对人体的危害,电离辐射将能量传递给有机体引起的任何改变统称为电离辐射生物学效应 （ionizing radiation biological effect） 电离辐射生物效应的总和构成电离辐射对人体的危害,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射对生物大分子作用的基本原理,生物分子损伤是一切辐射生物效应的物质的基础。 生物分子损伤与自由基生成密切相关。 自由基（free radical）是指一些独立存在的、带有一个或多个不成对电子的原子、分子、基团或离子。 自由基最大特性是化学不稳定性和高反应性，寿命很短。 OH（氢氧自由基）的平均寿命为10-910-8s 生

20、物分子自由基也多在10-610-4s之间,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射,自由基与疾病,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,生物分子自由基生成的两种方式,直接作用：电离辐射直接引起靶分子电离和激发而发生物理化学变化，生成生物分子自由基。,间接作用：电离辐射作用于生物分子的周围介质（主要是水）生成水射解自由基，这些自由基再与生物分子发生物理化学变化生成生物分子自由基，称次级自由基。,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射对DNA的作用,DNA是细胞增殖、遗传的物质基础。 DNA是引起细胞生化、生理改变的关键性物质。 DNA

21、是电离辐射作用的靶分子 电离辐射生物效应主要是DNA的损伤所致,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,DNA分子损伤过程,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,DNA分子损伤结果,DNA链断裂（DNA molecular breakage）： 核苷酸链断裂：由磷酸二酯键断裂，脱氧核糖分子破坏，碱基破坏或脱落等所导致。 单链断裂：双链中一条链断裂。单链断裂尚可修复。 双链断裂（doublestrand breaks）：两条链在同一处或相邻外断裂，常并发氢键断裂。双链断裂难以修复，是细胞死亡的重要原因。 DNA双链对放射线最敏感，是辐射损伤的主要形式,电离辐射生物效

22、应的演变过程,生物效应产生的过程和机理,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射生物效应的演变过程,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,（一）辐射敏感性,生物种系 的区别 植物 动物 人 生物个体的不同 不同性别 男人 女人 不同年龄 幼年 少年 青年 成年 老年,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,（一）辐射敏感性,同一个体的不同组织和器官的辐射敏感性不同,机体组织和细胞的放射敏感性分类,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,（二）受照条件,射线种类与能量 用辐射权重因子（WR）描述 照射方式 分为外照射和内照射,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,

23、（二）受照条件,剂量率和照射次数,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,（二）受照条件,照射部位 照射部位不同 受照器官不同 效应不同,特别注意腹部的防护,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,照射面积,（二）受照条件,尽量避免大剂量的全身照射,生物效应的影响因素,四. 电离辐射对人体的危害,（三）效应剂量关系,？,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,损伤分类,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,早期效应,确定性效应,急性效应,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,日本东海村核临界事故（99.09.30上午10点35分）,事故发生时的

24、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,JCO公司的一座铀转化厂工人违反操作程序，把富集度18.8%的铀溶液（相当于含16公斤铀）直接倒入沉淀槽中。铀操作量是临界质量（5.5公斤）的2.9倍。（沉淀槽容许的最大操作量限定为2.4公斤）。,临界事故现场93名工作人员受到不同程度的外照射和中子照射。2人先后不治身亡。（其中1人于12月21日死亡）。,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,巴西戈亚尼亚 (1987.9.13) 铯-137放射性事故,一家私人放射治疗研究所乔迁，将铯-137远距治疗装置留在原地，未通知

25、主管部门。两个清洁工进入该建筑，将源组件从机器的辐射头上拆下来带回家拆卸，造成源盒破裂，产生污染。,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,铯-137远距治疗装置的放射源,源 2.5 cm直径 1400 Ci, Cs-137 CsCl盐 (粉末),电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,巴西戈雅尼亚事故,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,粘污排查检测,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,探测放射性污染点,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体

26、的危害,巴西戈雅尼亚事故后果,人口1百万 被监测人数112,800 遭污染人数 衣服与鞋子120 皮肤和体内151 辐射受伤28 住院20 造血功能障碍14 急性放射病8 一个月内死亡人数4,人员伤亡,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,82,159栋房屋得到监视，101栋房屋遭到污染 200人撤离其中41栋房屋 42栋房屋得到净化，6栋被拆除 58个不同的公共场所得到净化，包括街道、商店、酒吧，以及64部车辆,巴西戈雅尼亚事故后果,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,巴西戈雅尼亚事故后果,估计有16克的Cs-137遭到被动释放，产生40吨的放射性废物 3800个金

27、属桶 (200公升) 1400个金属箱 (5吨) 10个运输集装箱 (32m3) 6套混凝土封装,3500立方米的废物！,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,巴西戈雅尼亚事故后果,最初响应持续了6个月 花费约2000-3500万美元 730名工人参与净化工作 该城经过10年才恢复到事故前的经济水平,经济损失,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,巴西戈雅尼亚事故后果,社会影响极大一个建有废物处置库的边远乡村，把象征放射性的三叶符号做成村旗。,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,只是时间问题，不是会不会发生的问题,1987伊拉克试验 1995在莫斯科的公园

28、内发现辐射散布装置 1998车臣：装填了放射性物质的地雷 2002Jose Padilla发现使用辐射散布装置的计划 2003“基地”组织在阿富汗的计划制造辐射散布装置 2004在伦敦发现大量的镅241库存,使用放射源的恐怖行动可否发生 ？,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,遗传效应,由生殖细胞的变异引起,从生物体受照到显现出遗传效应之间相隔的时间过长（超过了生物体寿命，有时甚至为寿命的数倍，即几个世代）,迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生，但不容忽视,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,晚期效应,慢性效应：受照后几个月、几年、几十年或直至终生才发生。包括

29、躯体效应和遗传效应。 发生情形：急性照射恢复后 长期接受超剂量限值水平的低剂量照射 可能效应：癌症、白血病 寿命缩短(尚无直接人类资料证明) 效应-剂量关系：随机性效应,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,晚期效应,日本原子弹爆炸受害者肿瘤发生率随时间的变化,0,10年,20年,30年,40年,白血病,白血病之外的肿瘤,2年,最小潜伏期,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,晚期效应,辐射致癌的潜伏期 ICRP Publ. 60(1990),电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,晚期效应甲状腺癌,甲状腺癌发生率随受照剂量增长而增长，且女性高于男性,电离辐射

30、对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,放射性烧伤,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,放射性烧伤,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,辐照装置事故,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,工业探伤事故,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,事故后果,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,事故后果,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,事故后果,电离辐射对人体的损伤,四. 电离辐射对人体的危害,事故后果,国家环保部“辐射安全与防护” 培训专用,五. 电离辐射防护的一般方法,外照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,外照

31、射防护的根本目的 控制体外辐射源对人体的照射，把照射水平控制在可以合理做到的尽可能低的水平。,基本原则 尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。,外照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,外照射防护的基本方法 外照射防护三要素：时间防护、距离防护、屏蔽防护,外照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,减少受照时间,外照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,增大受照距离,外照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,设置辐射屏蔽,内照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,内照射防护的基本原则： 建立规章制度； 采取有效措施； 阻断放射性物质进入人体； 最优化原则,内

32、照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,防止放射性物质经呼吸道进入体内,内照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,防止放射性物质经呼吸道进入体内包容,密闭包容就是把可能成为污染源的放射性物质存放在密闭的容器中或者在密闭的手套箱或热室中进行操作，使之与工作场所的空气隔绝。 工作场所分区控制也是一种广泛意义上的包容,内照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,防止放射性物质经呼吸道进入体内隔离,就是分隔 根据放射性核素毒性、操作量、操作方式等 将工作场所进行分级、分区管理,内照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,防止放射性物质经呼吸道进入体内隔离,（1）放射性核素毒性分组,根据各种放射性核素的毒性大小，放射性核素毒性分为四组： 极毒组 高毒组 中毒组 低毒组 ,内照射防护,五. 电离辐射防护的一般方法,（2）放射性核素日等效最大操作量 A,Ai i 种元