放射性基础知识与辐射防护

1、放射性基础知识放射性基础知识与辐射防护与辐射防护对辐射及防护与安全基础知识有一个对辐射及防护与安全基础知识有一个概念性的了解概念性的了解1.1.辐射防护的含义辐射防护的含义（1）什么是辐射？）什么是辐射？从某种物质中发射出来的波或粒子。（热辐射、核辐射等）（2）辐射的分类）辐射的分类非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、 可见光、红外线和射频辐射电离辐射： 能量大于10eV，如X射线、 射线、中子、射线、 射线等（3）什么是电离辐射？）什么是电离辐射？电离：电离：从一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程。电离辐射电离辐射：能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子（4

2、）常见的电离辐射）常见的电离辐射辐射辐射组成组成质量质量电荷电荷速度速度 2 protons + 2 neutronsRelatively HeavyDouble PositiveSlow electronRelativelyLightSingle Negative 3 x 108 m/snneutronMiddle weightnonvariousPprotonMiddle weightpositivevarious High Energy Electromagnetic Photonsnonnon3 x 108 m/sXSame as Gamma-Raysnonnon3 x 108 m/s

3、放射性衰变基本规律放射性衰变基本规律原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过程。程。对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无法预测的；法预测的；但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确定的，并服从量子力学的统计规律。定的，并服从量子力学的统计规律。（5）为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？）为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？电电 离离、激激发发损损伤伤、修修复复辐射辐射原子、分子原子、分子组织、器官组织、器官机体损伤机体损伤确定性效应确定性效应随机性

4、效应随机性效应2. 2. 辐射防护简史辐射防护简史v1895, 伦琴（伦琴（ Roentgen ）发现）发现 X 射线射线伦琴伦琴Nobel Prize in 1901世界上第一张世界上第一张X射线照片射线照片v1896, 贝克勒尔（贝克勒尔（Becquerel）发现）发现 铀（铀（Uranium）发现了天然放射性发现了天然放射性Nobel Prize in 1903v1898, 居里夫妇发现钋（居里夫妇发现钋（ Polonium）和镭（）和镭（ Radium） 同位素的工业应用同位素的工业应用Nobel Prize in 1903 and 1911v1898, 卢瑟福（卢瑟福（Rutherf

5、ord） 发现了发现了、粒子。粒子。 法国化学家维拉尔发现法国化学家维拉尔发现 射线射线v1932, 查德威克（查德威克（Chadwick） 发现中子。发现中子。 3. 3.辐射防护的基本任务和目辐射防护的基本任务和目的的基本任务基本任务： （1）允许可能产生辐射的实践）允许可能产生辐射的实践 （2）保护人员、后代、环境）保护人员、后代、环境目的：目的： （1）防止有害的确定性效应；）防止有害的确定性效应； （2）限制随机性效应的发生率，合理尽）限制随机性效应的发生率，合理尽 可能低。可能低。 ICRP（Publication）International Commission on Radio

6、logical Protection 国际放射防护委员会国际放射防护委员会 ICRU（Report） International Commission on Radiation Units and Measurements 国际辐射单国际辐射单位与测量委员会位与测量委员会 UNSCEAR United Nations Scientific committee on the Effects of Atomic Radiation 联合国原子联合国原子辐射效应科学委员会辐射效应科学委员会 IAEA（Safety Series） International Atomic Energy Agency

7、国际原子能机构国际原子能机构 ISO International Standardization Organization 国际标准化组织国际标准化组织NCRP（Report）（）（Handbook） National Council on Radiation Protection and Measurements 辐射防护辐射防护 与测量国家委员会（美）与测量国家委员会（美） BEIR committee on the Biological Effects of Ionizing Radiations 电离辐射生物效应委员会（美）电离辐射生物效应委员会（美）ANSI American Nat

8、ional Standard Institute 美国国家美国国家标准标准NRPB National Radiological Protection Board 国家放国家放射防护委员会（英）射防护委员会（英）原子核中子质子电子(电子云)+ +将原子核与电子结合核力核力 将核中质子与中子结合核力核力 电磁力电磁力核力是短程力核核与电子电子处于不同的能量状态(能级结构能级结构)原子半径：10-10m 原子核半径：10-14m核素核素 ：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称核核 素素质子数质子数中子数中子数质量数质量数符符 号号氦氦-4-42 22 24 44 4HeHe碳碳-12-126 6

9、6 612121212C C碳碳-13-136 67 713131313C C碳碳-14-146 68 814141414C C核素及符号表示核素及符号表示同位素：同位素：质子数相同而中子数不同的核素名称质子数中子数质量数举例同位素相同不同不同1H 2H 3H同中子素不同相同不同2H 3He同量素不同不同相同3H 3He放射性核素放射性核素 ：能自发地发射各种射线或粒子的核素。二、原子核衰变及衰变规律二、原子核衰变及衰变规律-放射性放射性原子核衰变：原子核衰变：原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新核的变化过程。放射性：放射性：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。+从母核中射出的4He原子核

10、 粒子得到大部分衰变能238U4He + 234Th放射性母核!放射性衰变及衰变规律放射性衰变及衰变规律+发生原因：母核中子或质子过多发生原因：母核中子或质子过多质子转变成中子，并且带走一个单位的正电荷中子转变成质子，并且带走一个单位的负电荷+反中微子中微子三种子体分享裂变能因此电子具有连续能量+中微子 光子 衰变特点：衰变特点：1 1、从原子核中发射出光子、从原子核中发射出光子2 2、常常在、常常在 或或 衰变后核子从激发态退衰变后核子从激发态退 激时发生激时发生3 3、产生的射线能量不连续、产生的射线能量不连续4 4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类

11、类别类别半衰期半衰期 (T(T1/21/2) )定义定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来一定量的某种放射性原子核衰变至原来 的一半所需要的时间。的一半所需要的时间。时间时间 t t (T (T1/21/2 ) )0 01 12 23 34 45 5n n放射性原放射性原子核数目子核数目N N0 0N N0 0 /2/2 N N0 0 /4/4N N0 0 /16/16N N0 0 /32/32N N0 0 /64/64N N0 0 /2/2n n经过经过n n个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的1/2n放射性衰变规律放射性衰变规律

12、放射性衰变基本规律放射性衰变基本规律1. 1. 指数衰减规律指数衰减规律 N = NN = N0 0e e- - t t N N0:0:（t = 0t = 0）时放射性原子）时放射性原子 核的数目核的数目N: N: 经过经过t t时间后未发生衰变时间后未发生衰变 的放射性原子核数目的放射性原子核数目 : : 放射性原子核衰变常数放射性原子核衰变常数 大小只与原子核本身性质大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关有关，与外界条件无关; ; 数值越大衰变越快数值越大衰变越快N = NN = N0 0e e- - t t电离辐射电离辐射 直接或间接使介质发生电离直接或间接使介质发生电离效应的带电

13、或不带电的射线效应的带电或不带电的射线或粒子或粒子 ( (能量能量 keV )keV )、 x x、 n n、p p、裂变碎片裂变碎片 介子等介子等 非电离辐射非电离辐射 紫外线、红外线、微紫外线、红外线、微波等，这些粒子虽能波等，这些粒子虽能够同物质发生作用但够同物质发生作用但都不能使物质发生电都不能使物质发生电离效应离效应 eVeV 量级量级移动电话移动电话 800-1800 800-1800 MHzMHz 0.01 0.01 eV eV ( (没有电离作用）没有电离作用）三、三、电离辐射的来源电离辐射的来源1 MeV 1 MeV 的粒子穿透物质能力的粒子穿透物质能力 1 1 页页 60

14、60页页/ /本本 铅铅铅室铅室n n45804580本本地地 下下1-2 1-2 米深米深中子源中子源射线穿透物质能力射线穿透物质能力 射线穿透射线穿透 人体皮肤情况人体皮肤情况1 1 原子核裂变或聚变时可以放出巨大的能量，既可造福人类，原子核裂变或聚变时可以放出巨大的能量，既可造福人类，也可能对环境和人类产生危害。也可能对环境和人类产生危害。2 2 核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递 的过程；的过程；没有能量和动量传递就没有作用。没有能量和动量传递就没有作用。3 3 通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会通常遇到的核辐射主要是对物质的电

15、离作用，会 对物体产生一系列的影响，人体也不例外。对物体产生一系列的影响，人体也不例外。定义：定义：电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机体后引起的机体的变化和反应体后引起的机体的变化和反应。即电离辐射的能量传递给生。即电离辐射的能量传递给生物机体后造成的后果。物机体后造成的后果。细胞死亡和细胞变异细胞死亡和细胞变异间期死亡：大剂量照射时，处于分裂间期的细胞核遭到破坏间期死亡：大剂量照射时，处于分裂间期的细胞核遭到破坏 立即死亡立即死亡增殖性死亡：照射后，有丝分裂受到抑制，细胞增殖时死亡增殖性死亡：照射后，有丝分裂受到抑制，细胞增殖时死亡

16、受照一段时间后死亡受照一段时间后死亡细胞变异：受照后没有发生细胞死亡细胞变异：受照后没有发生细胞死亡 出现错误修复出现错误修复 错误信息传给后代错误信息传给后代分子水平分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应多细胞死亡导致随机性效应单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平细胞水平临床症状临床症状效应效应 影响辐射生物效应的因素影响辐射生物效应的因素物理因素物理因素 辐射类型：辐射类型：外照射 内照射 剂量率及分次照射：剂量率及分次照射： 吸收剂量相同，剂量率越大，生物效应越显著； 剂量相同，一次大剂量急性照射的效应大于分 次慢照射，分次越多，各次照射间隔

17、时间越长， 生物效应越小。照射部位和面积：照射部位和面积： 与受照部位对应的器官的敏感性有关，如全 身5Gy照射可能产生骨髓型急性放射病，照 射局部可能不会出现临床症状；面积越大， 效应越重。 照射的几何条件：照射的几何条件： 外照射时人受照姿势、在辐射场内的取向等。 另外，内照射时核素种类、数量、理化特性、沉 积和滞留特性等。生物因素生物因素 不同生物种系的辐射敏感性不同生物种系的辐射敏感性 种系的进化程度越高、机体结构越复杂，其辐射敏感性越高。使生物死亡50%所需要的吸收剂量称为LD50 。表 不同生物的LD50 生物 种系 人 猴 大鼠 鸡 龟 大肠 杆菌 病毒 LD50(Gy) 4.0

18、 6.0 7.0 7.15 15.0 56.0 2104 个体不同的发育阶段个体不同的发育阶段 不同阶段敏感性不同不同细胞、组织或器官的辐射敏感性不同不同细胞、组织或器官的辐射敏感性不同 骨髓、胃肠上皮、性腺较敏感，肌肉和骨组织 不敏感，见WT表二二、分类与应用、分类与应用依据效应发生的个体：依据效应发生的个体：1.躯体效应（躯体效应（somatic effects）定义：发生在受照者本人身上的效应定义：发生在受照者本人身上的效应2.遗传效应（遗传效应（hereditary effects）定义：发生在受照者后代身上的效应定义：发生在受照者后代身上的效应电离辐射所致生物效应的分类电离辐射所致生

19、物效应的分类依据效应发生的时期依据效应发生的时期1.潜伏期（潜伏期（latent period): 从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间2.早期效应（早期效应（early effects） 受到照射后数周之内发生的效应受到照射后数周之内发生的效应3.晚发效应（晚发效应（Late effects） 受到照射后数月以后发生的效应受到照射后数月以后发生的效应致死致死剂量剂量( (Lethal Dose), LD接受曝露接受曝露后后T天，造成曝露群天，造成曝露群体体中中50%死亡的死亡的全身急性全身急性剂量为剂量为 LD50/T 。如：如： LD50/3

20、0 表示接受表示接受这个剂量这个剂量的人，在的人，在30天內天內会会有一半的人死亡。有一半的人死亡。( (约约 5 5 Sv)早期效应早期效应早期效早期效应应接受急性接受急性辐射辐射曝露的早期效曝露的早期效应应和血液有和血液有关关。急性急性剂量剂量 3 Sv 后后的血球的血球数变数变化化O氏（氏（17Gy）：）：意识丧失、呕吐、意识丧失、呕吐、腹泻、淋巴细胞数腹泻、淋巴细胞数S氏（氏（10Gy）20分钟后感觉麻木、分钟后感觉麻木、呕吐、腹泻呕吐、腹泻晚晚期效期效应应1. 癌症2. 白內障3. 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短当剂量小于2西弗时不会发生)(当剂量小于1西弗时，发生白血

21、病 的几率与正常人无显著差別)1. 癌症2. 白內障3. 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短1. 癌症2. 白內障3. 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短剂量(Gy)可能效应1.52.55-68短期的不孕1至2年不孕大部分的人永远不孕所有的人永远不孕 射线对人体生殖腺的可能效应晚晚期效期效应应1. 癌症2. 白內障3. 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短(大剂量对組织器官的伤害，造成 新陈代谢失常)(当急性剂量在0.2西弗到2西弗之间 时，突变的几率是正常情況的2倍)1. 癌症2. 白內障3. 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短1. 癌症2. 白內障3.

22、 不孕症4. 突变5. 萎縮效应6. 寿命減短白血病白血病之外的肿瘤日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化0国际辐射单位与测量委员会国际辐射单位与测量委员会（International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU)1975年 国际单位制单位国际单位制单位(SI) 1984年 中华人民共和国法定计量单位中华人民共和国法定计量单位1.1 放射性活度（activity, A)定义：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：单位： SI: Becqu

23、erel(Bq) 1Bq=1s-1 专用单位：居里 1Ci=3.71010Bq 1mCi=10-3Ci=3.7 107Bq 1Ci= 10-3mCi=10-6Ci 比放射性活度：比放射性活度：定义：定义：单位质量或体积中放射性核素 的放射性活度。单位：单位： Bq/kg; Bq/m3; Bq/l放射性活度与质量的关系：放射性活度与质量的关系： A=N = 0.693/T1/2(Q/M) NAHere, Q:以克为单位的质量（g) M: 摩尔质量 NA:阿伏伽德罗常数=6.021023mol1.2 照射量（exposure, X)定义：定义：光子(,-ray)在单位质量(dm)空气中释放出来的所

24、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：单位： SI: Ckg-1; 曾用单位：伦琴，R 1R=2.5810-4 Ckg-1dmdQX 照射量率（exposure rate)：定义：单位时间(dt)内的照射量(dX)。dtdXX 单位：Ckg-1s-1; Rs-1; mRh-1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： 2RAX1.3 吸收剂量（absorbed dose, D)定义和单位：定义和单位：授予单位物质(dm)（或被单位物质吸收）的任何致电

25、离辐射的平均能量（dE)。单位：单位： J/kg ; 1 J/kg =1Gy; 1Gy=100raddmdED 1.3 吸收剂量（absorbed dose, D)吸收剂量率 单位时间(dt)内吸收剂量的增量(dD)。空气中：空气中：1R8.7310-3Gy某组织中：某组织中：Dtissue=fm X (fm 转换因子；转换因子；10-3Gy/R）E0.2MeV以后：以后：Dtissue=9.610-3 X(Gy)吸收剂量与照射量的关系定义定义：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。1.4 当量剂量（当量剂量（equivalent dose, HT)单位：单位：

26、 J/kg 专用名称：专用名称：Sievert, SvRRRTTWDH,辐射权重因子辐射权重因子(Radiation weighting factor, WR)数值上数值上：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。性质性质：表征射线种类，能量与生物效应关 系。旧名称：辐射品质因子旧名称：辐射品质因子（Q）辐射权重因子（辐射权重因子（WR）辐射类型能量范围WR光子电子和介子中子质子（反冲质子除外）粒子，裂变碎片，重核所有能量所有能量能量10keV 10-100keV100keV-2MeV2-20MeV20MeV能量2MeV1151020105520表表 ICRP103新建议书推荐的辐射权重因数新建议