日本核电泄漏

日本核电泄漏第1页/共31页Uraniumfission第2页/共31页沸水堆第3页/共31页压水堆第4页/共31页电磁波谱：波长范围产生

γ射线∠

0.1nm

核能级跃迁

X射线0.1~50nm内层电子能级跃迁

真空紫外光50~200nm气体放电灯近紫外光200~400nm气体放电灯可见光400~800nm钨丝灯或日光灯

近红外光800~2500nm热源中红外光2500~50000nm热源远红外光50000~106nm热源微波0.1~100cm

无线电波1~1000m可引起化学反应电离辐射辐射化学主要为热效应（臭氧光解除外；激光可引起化学反应）第5页/共31页电磁波波长/nm能量kJ·einstein-11个光子的能量eVγ射线＜

0.1＞1.2×106＞1.2×104X射线0.1～501.2×106～2.4×1031200

～24远紫外光50～2002.4×103～60024～6近紫外光200～400600～300

6～3可见光400～800300～1503～1.5近红外800~2500150～481.5～0.5中红外2500~5000048～2.40.5～0.025远红外50000～1062.4～0.120.025～0.0012eV：电子伏特，能量单位，等于一个电子在1个伏特电位差中所获得的能量，1eV=1.6×10-19J

≈97kJ·mol-1。第6页/共31页第7页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理核辐射与普通的辐射（如热和光）之间的基本区别在于，核辐射具有足够的能量引起电离。细胞主要由水组成的。在水中的电离将使分子发生变化并会形成一种对染色体有害的化学物质。这种损伤使细胞的结构和功能发生变化。第8页/共31页

人们发现辐射生物效应有2个特点：

第一个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，若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1~10万倍的能量才能引起机体死亡；第二个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3.3电离辐射生物学效应的机理第9页/共31页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，有机体物质分子的变化，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。在人体内，这些变化可能显示出临床症状，如放射性病、白内障或在以后较长时期内出现的癌。可分为：物理阶段，物理—化学阶段，化学阶段，生物学阶段。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。可归纳于图2-1。3.3电离辐射生物学效应的机理第10页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理1最初的物理阶段只持续很短的时间（~10-16秒），在这一瞬间能量沉积在细胞内并引起电离。在水中这个过程可以写作为：H2OH2O+e第11页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理2物理-化学阶段大约持续10-6秒，在这段时间，离子在水中将产生多种反应产物，其中的两种产物H和OH，称之为自由基，它们在化学上是很活泼的。还有一种反应产物是强氧化剂过氧化氢（H2O2）：

OH+OHH2O2第12页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理3化学阶段持续几秒钟，在此期间，反应产物与细胞的重要有机分子相互作用。自由基和氧化剂可能破坏构成染色体的复杂分子。例如，它们可能附着于分子上并破坏长分子链中的键。第13页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理4生物阶段在这个阶段，时间长短可从几十分钟到几十年，这要看特定的症状而定。第14页/共31页3.3电离辐射生物学效应的机理第15页/共31页第16页/共31页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损伤细胞水平临床症状效应生物效应产生的过程和机理3.3电离辐射生物学效应的机理第17页/共31页尽管电离辐射引起生物学效应的机理十分复杂，目前已得初步成果，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。（1）原发作用

1）直接作用（directeffects）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3.3电离辐射生物学效应的机理第18页/共31页2）间接作用（indirecteffects）

间接作用是指溶质分子与辐射引起的溶剂分子的反应产物之间的相互作用。在生物体中，间接作用主要是指辐射通过水的原发辐解产物（•H、•OH、e-aq、H2O2、•HO2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。辐射作用于水分子形成化学性质非常活泼的一系列产物，如下图：3.3电离辐射生物学效应的机理第19页/共31页第20页/共31页第21页/共31页（2）继发作用

辐射作用中原发作用和继发作用的划分至尽并无确切界限。一般将原发作用视为从辐射能被吸收后，通过直接和间接作用，造成生物大分子的损伤和细胞微细结构的损伤及破坏，导致细胞的代谢、生理功能以及结构和形态改变，甚至引起细胞死亡。而继发作用是在细胞损伤的基础上，引起各组织器官和系统的损伤，导致临床症状的出现，甚至机体的死亡。放射损伤中的继发作用可能是多因素综合作用的结果3.3电离辐射生物学效应的机理第22页/共31页

2.几种电离辐射的相对危害性第23页/共31页核电厂常见的辐射为α辐射、β辐射、γ辐射和中子辐射。电离辐射对人体的危害，主要在于辐射的能量导致构成人体组织的细胞受到损伤。由于电离辐射的类型不同，因此它们对人体的危害情况也不一样。相对而言，有的辐射产生外照射的危害性大一些，而有的辐射产生内照射的危害性大一些。所谓外照射和内照射就是辐射源分别在人体外和人体内对人体形成的照射。第24页/共31页3.1α粒子的相对危害性α粒子质量大，电荷多，在物质中的射程很短。能量最大的α粒子在空气中的射程只有几厘米，但难以穿透人体皮肤外表的角质层。因为角质层是一层无生命组织，α粒子几乎不存在外照射危害的问题。第25页/共31页3.1α粒子的相对危害性α粒子一旦进入人体，其射程短这一特点就显得非常重要了。此时，α辐射源被人体活组织所包围，损伤几乎都集中在α粒子源点的附近。若α粒子沉积在人体内的某个器官，α粒子的能量就会被该器官全部吸收。这样，该器官就会受到严重的损害。因此，α粒子的内照射危害是很值得重视的。第26页/共31页2.2β粒子的相对危害性与α粒子相比，β粒子在空气中的射程较远。能量较高的β粒子才能穿透人体皮肤进入浅表组织几毫米。因此，β粒子具有外照射的危害。不过，它只能造成人体皮肤和浅表组织的受照，是一个轻微的外照射源。β粒子同样也有内照射的危害，但与α粒子相比，其危害性要小些。因为β粒子在组织中射程较远，在组织的某个小体积内放出的能量较α粒子小，因此，这个小体积内组织的损伤也较小。第27页/共31页3.3γ射线（包括Ｘ射线）的相对危害性Ｘ射线和γ射线在空气和其它物质中射程很远，穿透力强，即使离辐射源很远，也可能对人体造成外照射的危害。当人体处于Ｘ射线或γ射线辐射场中时，可能会使所有的器官和组织均受到照射。因此，就外照射而言，Ｘ、γ射线与α、β粒子相比具有更大的危害性。由于Ｘ、γ射线在人体组织中的射程很远，甚至贯穿人体，因而交给组织中某一小体积内的能量较少，损伤也较小。可见，就内照射而言，Ｘ、γ射线对人体的危害要比α、β粒子小得多。第28页/共31页3.4中子的相对危害性中子不带电，无论在空气中还是在其它物质中，它均有很远的射程。因此，与Ｘ射线和γ射线一样，中子对人体的影响主要是外照射的危害。但由于中子的品质因子是Ｘ射线和γ射线的20倍，因此，同样的