7.辐射防护-教学课件

1、1,第7章辐射防护,中国航空工业集团有限公司 庆安集团有限公司108所 胡学知 09-09-15,2,第7章辐射防护,7.1 剂量的定义、单位及标准 7.1.1 照射量P 7.1.2 吸收剂量D 7.1.3 吸收剂量与照射量的关系 7.1.4 剂量当量 7.2 剂量测定方法和仪器 7.3 辐射损伤的机理和防护标准 7.4 辐射防护的基本原理和防护计算 7.5 事故的处理程序,3,放射现象的发现及放射科学的发展,1895年-（德国）伦琴发现射线,并首先应用在医学领域 1896年-（法国）贝可勒尔发现铀的放射现象 1898年-（波兰）居里夫人发现镭（钍、钋）放射性元素 1899年-（新西兰）卢瑟福

2、发现和 射线 1912年-卢瑟福揭开原子结构的奥秘 1932年-詹姆斯.查德威克发现中子 1934年-费米利用中子制造出放射性元素 1951年-第一次核能发电在美国实现,4,放射性活度 (A)-表征放射性核素强度特征的物理量-, 定义：一定量的放射性核素，在时间间隔dt内原子核发生自发核变化的次数dN与此时间间隔dt的比值。 公式：A= dN/dt 注意：它表示单位时间内放射性核素发生核衰变的次数, 而不是放射性核素衰变发射出的粒子数. 国际制(SI)单位：贝克(Bq)，1 Bq = 1次衰变/秒； 专用单位：居里(Ci), 1 Ci = 3.7X1010次衰变/秒。 换算： 1 Ci = 3

3、.7 X 1010 Bq,5,7.1 剂量的定义、单位及标准- 注：剂量指辐射剂量 剂量：包括照射量、吸收剂量、剂量当量 辐射量单位：国际单位制(SI)单位。同时，专用单位还沿用。,7.1.1 照射量P 照射量：表征X或射线对空气电离本领的大小的物理量。 （1）照射量P的定义和单位 定义：X或射线光子在单位质量的空气中释放出来的所有次级电子 (负电子和正电子)，当它们被空气完全阻止时，在空气中形成的任何 一种符号的 (带正电或负电的)离子的总电荷的绝对值。 公式： （电量/质量） (7.1) 式中：dQ 当光子产生的全部电子被阻止于空气中时，在空气中所形成的 任一种符号的离子总电荷量的绝对值；

4、 dm 体积球的空气质量。 照射量(P) SI单位：库仑/千克-1 ；符号：C/kg-1表示。 专用单位：伦琴；简称“伦”。符号：R。 毫伦(mR)，微伦(R)；1R10 3 mR10 6 R 换算关系：1伦琴 2.58 10-4 库仑/千克-1 1库仑/千克 -1 3.87710 3伦,6,（2）照射量率的定义和单位 照射量率-亦称照射率，用字母p表示。 定义：单位时间的照射量。 公式： (7.2) 照射率SI单位：库仑/千克秒，-c / kgs。 专用单位：伦/秒 (R / S)，伦/分(R / mn)、毫伦/时(mR/h), 适用范围：光子能量几千伏到3兆伏的X或射线对空气的效应。 不能

5、用于所有的射线， 注意：照射量不能作为剂量的度量单位。 原因：X或射线与物质相互作用时，伦琴单位的定义不能正确反应 被照射物质实际吸收辐射能量的客观规律。 当能量相同的X射线与物质相互作用时， 物质的种类不同，吸收的辐射能量也不同。,7,7.1.2 吸收剂量D 意义： 衡量物质吸收辐射能量的多少； 研究能量吸收与辐射效应的关系; 表征受照物体吸收电离辐射能量的程度。,（1）吸收剂量D的定义和单位 定义：任何电离辐射，授予质量为dm的物质的平均能量，除以dm所得的 商，即： （能量/质量） (7.3) 式中 为平均授予能。 为进入某一体积的全部带电电离粒子和不带电电离粒子能量的总和 与离开该体积

6、的全部带电电离粒子和不带电电离粒的能量总和之 差，再减去在该体积内发生任何核反应或基本粒子反应所增加的 静止质量的等效能量。 也就是说，吸收剂量是电离辐射传给每单位质量的被照射物质的能量。 吸收剂量适用范围：适用于任何类型和任何能量的电离辐射。 适用于任何被照射物质。,8,注意：吸收剂量大小一方面取决于电离辐射的能量， 另一方面取决于被照射物质本身的性质， 因此，在讨论吸收剂量时，必须说明是什么物质的吸收剂量。 吸收剂量(D)SI单位：焦耳/千克，符号：J / kg。 专用名词： “戈瑞”，简称“戈”，以“GY”记之。 关系：1戈瑞(GY)1焦耳/千克(J / kg) 即：1戈瑞(GY)等于1

7、千克受照射的物质吸收1焦耳的辐射能量。 另：毫戈瑞(mGY)，微戈瑞(GY)：1GY10 3 mGY10 6GY专用单位：拉德，符号：“rd”：换算关系：1拉德10 -2 戈瑞。,（2）吸收剂量率D的定义和单位 电离辐射的生物效应，不仅与吸收剂量大小有关，还与吸收剂量速率有关。 吸收剂量率(D)定义：某一时间间隔dt内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所得的商(即：单位时间内吸收剂量的增量)。即 D = d D/ d t (7.4) 吸收剂量率SI单位:焦耳千克-1秒-1(Jkg-1S-1)， 专用名词：戈/秒 (GY / S)；毫戈/时 (m GY / h)等。,9,7.1.3 吸收剂量与

8、照射量的关系-常见有两种换算方式： 照射量和吸收剂量是两个物理意义完全不同的物理量， 在相同的照射条件下，这两个量之间存在着一定的关系。 仪器测量和计算的只能是照射量，而不是吸收剂量。 要计算辐射场中某点被照射体的吸收剂量，只能用该点照射量进行换算。,（1）将空气中某点的照射量P空换算成该点空气的吸收剂量D空。 D空8.6910-3 P空(戈瑞) ( 7.5 ) D空8.6910-1 P空(拉德) ( 7.6 ) 式中：D空-空气的吸收剂量； P空-空气的照射量(单位：仑琴)。 （2）将空气中某点的照射量换算成该点被照射物质的吸收剂量。 D物质 = f x P ( 7.7 ) 式中： D物质受

9、照射物的吸收剂量(戈瑞) P空气的照射量(伦琴) f 换算因子/转换系数。单位是戈 / 伦。 f 是以“伦琴”表示的照射量换算成以“戈瑞”为单位的吸收剂量的系数。 换算因子f：既能反映入射光子能量，又能反映被照射物质性质。 表7.1中列出了水、肌肉和骨骼同能量光子的f系数值。 表7.1见：低能光子，照射量相同，骨骼的吸收剂量比肌肉高34倍， 光子能量200kev，相同照射量，各种物质的吸收剂量非常接近。,10,7.1.4 剂量当量 在生物学系统中，对不同类型的电离辐射和照射条件，即使吸收剂量相同，所产生的生物损伤程度，即电离辐射生物效应也是不同的。 剂量当量是辐射防护的物理量：可以反映出不同电

10、离辐射生物效应的大小，以及不同照射形式所致的危害程度。 例如，0.01戈瑞(1拉德)的快中子吸收剂量所产生的生物损伤与0.1戈瑞的射线吸收剂量所产生的生物损伤相同。,（1）剂量当量H的定义和单位 剂量当量H定义：吸收剂量(D)与品质因素(Q)及其它修正因素(N)的乘积， 即：HDQN -剂量当量H 吸收剂量D x 品质因素Q x 修正因素N (7.8) 品质因素Q ：与辐射引起的电离密度有关，亦相当于与带电粒子在每单位 径迹长度上损失的平均能量有关。 这个平均能量叫做线能量转移(LET)，用千电子伏/微米表示。 例如：粒子在组织中每毫米径迹长度上约产生一百万个离子对， 粒子在组织中每毫米径迹长

11、度上只产生一万个离子对， 显而易见，粒子的线能量转移大于粒子的线能量转移。 一般说来，LET值越大，生物效应也就越大， 不同类型和能量的射线有不同的LET值，即有不同的Q值。 表7.2给出了品质因素(Q)与线能量转移(LET)的关系， 表7.3给出了射线种类与品质因素(Q)的关系。,11,修正因素N：考虑吸收剂量在空间或时间上分布不均而引起的修正因素乘积。 ICRP(国际放射防护委员会)指定：X、射线，不管内外照射一一律取N1。 对于X、射线：因为品质因素Q1，修正因素N1，且Q和N是无量纲的， 因此，剂量当量和吸收剂量具有相同的数值和量纲。 剂量当量SI单位：焦耳/千克 ( J / kg )

12、。 为了与吸收剂量区别，剂量当量SI单位专名希沃特。 简称“希”，以“S”表示之。因此： 1希(S)1焦耳/千克 另：毫希(ms)、微希(S)： 1Sv10 2 m Sv10 6S 剂量当量专用单位：雷姆，符号“rem”。 1雷姆(rem)10 -2 焦耳 / 千克10 -2 希(S) 1Sv100rem 当吸收剂量分别以“戈瑞”或“拉德”为单位时， 则剂量当量的单位分别为“希沃特”或“雷姆”。,（2）剂量当量率H的定义和单位 剂量当量率H定义：单位时间内的剂量当量的增量。 即：在dt时问内剂量当量的增量为dH，则剂量当量率为： (7.9) 剂量当量率SI单位: 焦耳/千克秒，专门名称: 希/

13、秒(S/S)。 另：希/时，(S/h）毫希/时 (mS/h )等。 专用单位：雷姆/秒(rem/S)，雷姆/时(rem/h)，毫雷姆/时(mrem/h)等。,12,（3）有效剂量当量（RT-III内容）辐射效应的危险度 (或称危险度系数) ：指单位剂量当量(IS) 在受照的器官或组织中引起随机性损害效应的几率。 辐射致癌的危险度，损害的几率是用死亡率来表示的； 辐射致遗传性损害的危险度，是用严重遗传疾患的发生率来表示。 ICRP根据放射学生物实验及流行病学调查的结果， 对于人体受到辐射危险的主要组织可能出现的随机效应给予了定量估计， 规定了组织器官危险度的数值。 见表7.5。, 有效剂量当量H

14、 E 概念 身体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个组织， 为了计算所有受到照射的组织带来的总危险度， 对随机性效应引进了有效剂量当量HE。 H ET T H TW ( 7.10 ) 式中： H T 组织T受到的剂量当量； W T 组织T的权重因子。见表7.5。 有效剂量当量H E 是以辐射诱发的随机性效应的发生率为基础， 表示当身体各部分受到不同程度照射时，对人体造成的总随机性辐射损伤。 有效剂量当量H E 有效剂量当量H E 单位：因为WT没有量纲， 所以有效剂量当量H E的单位和剂量当量H的单位一致。,13,辐射量用途比较,活度：表示放射源的强度,照射量：X、 射线的量,吸收剂量： 物体

15、吸收的能量,剂量当量、吸收剂量： 与射线种类及危害相联系,14,7.2 剂量测定方法和仪器7.2.1 辐射监测方法：放射卫生防护基本标准 ( GB 4792 84 ) 辐射监测任务：（i） 辐射测量； (ii) 参照(GB479284)对测定结果进行卫生学评价。 辐射监测内容：（i）工作场所辐射监测； (ii) 个人剂量监测。 -两者相辅相成, ICRP35号出版物建议：按职业性工作者条件，分为甲、乙两种工作条件。 甲种工作条件： 一年内放射工作者年剂量当量可能超过职业者个人年剂量当量限值的3/10者； 乙种工作条件： 一年内放射工作者年剂量当量很少可能超过职业者个人年剂量当量的3/10者。

16、只有在甲种工作条件下的职业工作者，才需要进行个人剂量监测。 在乙种工作条件下的职业工作者，一般不需要进行个人剂量监测，,15,7.2.2 剂量测定仪器组成：探测器和测量装置(电子学线路)。 前者是选用某种物质按一定方式对辐射产生响应(即物理、化学效应) 后者是选用电子学线路测量响应的程度。 常见仪器：电离室、正比计数器、盖革-弥勒计数管，各种半导体探测器等。,剂量仪原理概述 基本原理：电离辐射的物理和化学效应。 这些效应包括： (a) 利用射线通过气体时的电离效应； (b) 利用射线通过某些固体时的电离和激发； (c) 利用射线对某种物质的核反应或弹性碰撞所产生的易于探测的次级粒子； (d)

17、利用射线的能量在物质中所产生的热效应； (e) 利用射线(、等)所带的电荷； (f) 利用射线和物质作用而产生的化学变化。,16,7.3 辐射损伤的机理和防护标准辐射损伤：一定量辐射作用于肌体后，受照机体所引起的病理反应。急性放射损伤：一次或短时间内受大剂量照射所致-事故性照射。慢性放射损伤：平日不注意防护，较长时间接受超允许剂量所引起的。电离辐射：不仅能引起全身急、慢性放射损伤，而且也能引起局部皮肤损伤。,7.3.1 影响辐射损伤的因素 - 辐射性质、剂量、剂量率、照射方式、机体的生理状态等。 （1）辐射性质 -辐射种类和能量 不同质的辐射在介质中的线能量转移(LET)不一， 所产生的电离密

18、度不同，因而相对生物效应有异。 x射线和射线的生物效应基本一致。 中子和相比，由于中子的LET较大，所以中子产生的生物效应比射线大。 对同一种类型的辐射，由于射线能量不同，产生的生物效应也不同。 低能x射线造成皮肤红斑所需的照射量小于高能x射线。 原因：低能x射线照射时，主要被皮肤所吸收； 高能x射线照射时，能量同时分布到较深的组织中去的缘故。,17,（2）剂量-吸收剂量越大，生物效应也越大。 以一次全身照射为例，不同剂量的照射对人体损伤可大致估计为： 25拉德以下一次照射，观察不出明显的病理变化； 吸收剂量50拉德左右，可见一时性迹象变化； 吸收剂量再大时便出现机能的和血象的改变， 因个体差

19、异有的可能表现出轻的辐射症状； 100拉德以上能引起程度不同(轻度、中度、重度、极重度)的急性放射病。 一次全身照射的半致死剂量约500拉德。 剂量达1000拉德以上，受照者在一、二个月内100%死亡。 几千拉德的全身照射，可破坏中枢神经系统而在几分钟至小时内致死。,（3）剂量率 由于人体对射线生物损伤有一定恢复作用， 故在受照总剂量相同时，小剂量分散照射比一次大剂量率急性照射 所造成的生物损伤要小得多。 举例： 若一生全身均匀照射累积剂量为200拉德， 并不会发生急性生物损伤， 如一次急性照射剂量为200拉， 可能产生严重驱体效应，临床表现急性放射病。 因此，进行剂量控制时，应在尽可能低的剂

20、量水平下分散进行。,18,(4) 照射方式-分外照射和内照射两种 对于射线探伤者来说，主要是外照射。 外照射的情况下， 单方向与多方向进行照射，生物损伤不一样。 一次照射与多次照射，生物损伤不一样。 多次照射之间的时间间隔不同，生物损伤也有差别。,（5）照射部位-受照部位不同，产生的生物损伤也不同 例如以600拉德照射全身可引起致死， 而同样以600拉德的剂量照射手或足， 可能不会发生明显的临床症状。 相同剂量/剂量率照射条件下， 不同部位辐射敏感性的高低依次排列为： 腹部、盆腔、头部、胸部、四肢。 因此，要特别注意腹部的防护。,19,（6）照射面积 -在相同剂量照射下，受照面积愈大，产生的效

21、应也愈大。,以600拉德照射为例， 在几平方厘米面积上照射，仅引起皮肤暂时变红， 不出现全身症状； 受照面积增大到几十平方厘米，就会有恶心，头痛等症状出现， 但经过一个时期就会消失； 若再增大受照射面积，症状就会更严重， 如受照面积达到全身的1/3以上，就有致死的危险。 因此，应尽量避免大剂量的全身照射。 当然，照射面积所产生的影响同时还与照射部位密切相关， 如果受照部位是重要的器官所在， 即使是小面积的照射也会造成该器官的严重损伤。,20,7.3.2 我国现行的放射防护标准 -放射卫生防护基本标准(GB479284) 标准宗旨：保障放射工作人员、公众及其后代的健康与安全， 提高放射防护措施的

22、效益；促进我国放射科技工作的发展。 效应分类：在放射防护中，根据效应发生规律性质， 将其分为随机性效应和非随机性效应两类。随机性效应：发生机率(而非其严重程度)与剂量的大小有关的效应。 这种效应被认为不存在剂量的阈值。非随机性效应：严重程度随剂量而变化的生物效应。 这种效应可能存在着剂量的阈值。 如眼品体的白内障，皮肤的良性损伤等。, 放射工作人员的剂量限值： 放射工作人员的年剂量当量：指一年工作期间所受外照射的剂量与一年内摄入放射性核素所产生的待积剂量当量二者的总和， 但不包括天然本底照射和医疗照射。 为防止有害的非随机性效应，任一器官或组织所受的年剂量当量不得超过下列限值： 眼晶体：150

23、msv（毫希沃特）(15rem)（雷姆） 其它单个器官或组织：500msv(50rem),21,为了限制随机性效应；放射工作人员受到全身均匀照射时的 年剂量当量不应超过50rnsv ( 5 rem )。 一般情况下，连续三个月内一次或多次接受的 总剂量当量不要超过年剂量当量限值的一半。 特殊情况，少数工作人员接受超过年剂量当量限值的照射。有效剂量当量在一 次事件中不大于100msv(10rem)，一生中不大于250msv(25rem)。 从事放射性工作的孕妇、授乳妇(仅指内照射而言)及1618岁的实习人员， 不应在一年照射的有效剂量当量可能超过15msv(1.5rem)的工作条件下工作， 从事

24、放射工作的育龄妇女所接受的照射，应严格按均匀的月剂量率加以控制。未满16岁者，不得参与放射工作。, 公众中个受到的年剂量当量应低于下列限值： 全身 5msv(0.5rem) 任何单个组织或器官50msv(5rem) 当长期持续受到电离辐射的照射时，公众中个人在其一生中 每年的全身照射的年剂量当量限值应不高于1msv ( 0.1 rem )。,22,国际剂量限值的变迁,国际放射防护委员会（ICRP） 1936 0.2R/日 耐受剂量 1950 0 .05R/日 最大允许剂量 1958 5rem /年 最大允许剂量 1977 50mSv/年 有效剂量当量 1990 20mSv/年 5年平均有效剂量

25、,23,7.4 辐射防护的基本原理和防护计算7.4.1 辐射防护的基本原理 对于探伤而言，只需要考虑外照射的防护。 外照射防护比内照射防护容易解决。下面三个因素是外照射防护基本因素： （1）时间要控制射线对人体的曝光时间。 （ 2）距离要控制射线源到人体间的距离。 （3 ）屏蔽层在人体和射线源之间隔一层吸收物质。,(1) 时间 剂量剂量率时间 即：照射率不变，照射时间愈长，工作人员所接受的剂量越大。 (2) 距离 (7.11) 即：辐射源一定时，照射剂量或剂量率与离源的距离平方成反比。 式中：D 1 距辐射源R1处的剂量或剂量率； D 2 距辐射源R2处的剂量或剂量率； R 1 辐射源到1点的

26、距离； R 2 辐射源到2点的距离。 上式可见，当距离增加一倍时，剂量或剂量率减少到原来的1/4。 为减少工作人员所接受的剂量，应尽量增大人体与辐射源之间的距离， 无屏蔽室外工作，充分利用联接电缆长度达到距离防护的目的。 无论何时，不得用手直接抓取放射源。,24,(3) 屏蔽 人与辐射源之间加一层厚屏蔽物，把外照射剂量减少到容许剂量水平以下。 屏蔽方式：固定式: 防护墙、地板、开花板、防护门等 移动式：包装容器、防护屏及铅砖等。 屏蔽材料：原子序数高/密度大的防护材料 实用：铅和混凝土是最常用的防护材料。 屏蔽材料，必须根据辐射源强度、用途和工作性质来具体选择， 同时还必须考虑成本和材料来源。

27、,7.4.2 照射量的计算 (1) 照射量和毫克镭当量的关系式 实验测定，1毫克镭当量的射源在空气中距射源1厘米处的 照射率为 8.4 伦/时，因此照射量与毫克镭当量的关系式是： (7.12) 式中： 照射量(伦) M 以毫克镭当量为当量的射源强度； R 到点源的距离 (厘米)； t 受照时间(时)。,25,照射率与毫克镭当量的关系： 由于照射率 Px / t 故： PM 8.4 / R 2 (伦 / 时 ) (7.13) 实际计算时，伦-单位太大，可在原公式的基础上，乘上不同的系数。 例如：若以微伦/秒表示照射率单位，则： (7.14) 式中：10 6 将伦化为微伦的系数； 3600将小时化

28、为秒的系数。 式中符号的物理意义和单位同(7.12)式。,(2) 照射量和毫居里的关系式 (7.15) 式中：照射量(伦) A 放射性活度(毫居里)； K 常数(照射量率常数) (伦厘米2 / 时毫居里)； R 到点源的距离(厘米)； t 受照时间(小时)。,26,同理，照射率和毫居里的关系式是： (7.16) 式中符号的物理意义和单位同(7.15)式。 K：放射性同位素的属性， 表示从1毫居里(或1居里)点源释放出的未经过滤的射线 在距源1厘米 (1米)处所造成的照射率(伦/时)， K单位：伦厘米2 / 时毫居里或伦米 2 / 时居里。 探伤中常见放射源的K常数 与当量(1毫居里相当多少毫克

29、镭当量的数值)列于表7.6中。 适用条件：放射源必须是点源， 点源：指测量点到源的距离(R)应至少比源的尺寸大510倍,例1 今有探伤用Co60源5居里，工作人员操作时离源5米，问工作人员所在处 的照射率是多少? 解1：由7.16式： A5居里5000毫居里 R5米500厘米 从表7.6中查得K13.2伦厘米2 / 时毫居里 代入 P5000 13.2 / 500 2 0.26 伦 / 时 解2：由7.13式： P M 8.4 / R 2 由表7.6查得Co60的当量是1.57毫克镭当量/毫居里 M1.57 50007850毫克镭当量 R5米500厘米 代入P7850 8.4 / 500 20

30、.26 伦 / 时。,27,7.4.3 防护计算-时间、距离、屏蔽(1) 时间防护例1 已知辐射场中某点的剂量率为50微希沃特/时，在不超过剂量限值的情况下， 问工作人员每周可从事工作多少时间?（年剂量当量不应超过50 rnsv）解：一年的工作时间按50周计算，每周剂量限值为 50毫希沃特/ 501毫希沃特。 剂量剂量率时间 ； 1毫希沃特10 3 微希沃特50微希沃特 / 时 t t10 3 / 50 20小时 答：每周可以工作20小时。例2 如果一个工作人员，需要在某照射场停留40小时，在不允许超过剂量限值的 情况下，试问照射场中所允许的最大剂量率为多少?解：每周的剂量限值为1000 微希沃特 剂量剂量率时间；1000剂量率 40；剂量率1000 / 4025微希沃特/时答：照射场中所允许的最大剂量率为25微希沃特/时。,（2）距离防护 例3 距离某源2米处的剂量率是400微希沃特/时(40毫雷姆/时)，在距源多远处的 剂量率为