医学辐射防护学讲解

核医学基础与放射防护

第一章绪论核医学是核技术在医学领域中的应用。核医学的内容及其特点：

临床核医学诊断

X线检查(radiology)

超声检查(ultrasound)MRI检查(magneticresonanceimage)

解剖成像SPECT/CTPET/CT功能成像器官功能测定、体外放射分析(RIA)等。治疗：甲状腺机能亢进(hyperthyreosis)甲状腺癌(thyroidcarcinoma)转移性骨痛(multisitemetastaticpain)骨肿瘤(bonecancer)实验核医学核素示踪技术(radionuclidetracertechnique)体外放射分析法(radioimmunoassay)放射自显影术(radioautogram)

影像医学、核医学和放射医学三个不同的研究和应用方向难以截然分开，共同点均为利用核技术在医学领域中进行临床诊疗和基础研究工作。

这些研究工作均需要进行放射防护安全方面的理论知识。核医学与放射防护发展简史1895年WilhelmRoentgen发现X线1896年HenriBecquerel发现放射性核素1898年Mariecurie和PierreCurie提取polonium和radium

1934年Joliet和Curie发现人工放射性核素1938年32P治疗白血病、1941年131I治疗甲亢、1946年131I治疗甲癌。核医学方面1949年发明了第一台闪烁扫描仪1949年有了商品γ-照相机

1964年DavidKuhl和Edwards研制了第一台SPECT1975年研制了第一台PET放射防护方面惨痛的代价

Mariecurie和女儿均死于放射引起的白血病20世纪初的镭(Ra)事件

多次核事故以及核灾难的发生放射防护事业的发展历程1913年德国首先成立伦琴学会发布了有关指南1925年召开了第一届国际放射学大会，并成立—国际辐射单位与测量委员会(internationalcommissiononradiationunitsandmeasurements，ICRU)1928年成立了第一个国际组织“X线和镭的防护委员会”1950年成立国际辐射防护委员会(internationalcommissiononradiologicalprotection，ICRP)之后相继成立了IAEA、UNSCEAR、ICNIRP、ABCC-RERF等国际性组织和研究机构联合国UnitedNationsIAEAUNSCEAR独立的非政府国际组织ICRP辐射剂量出版物机构环境保护医疗照射防护放射生物效应ICRU推荐剂量和单位测量方法提供有关参数ICNIRP提供健康指导推荐曝露限值值发布出版物辐射防护相关国际组织我国放射防护事业的发展法行政法规部门规章技术标准技术报告导则指南国家标准化管理局全国各有关专业标准化技术委员会全国人民代表大会国务院各部委我国放射防护法规与标准体系结构图法律《中华人民共和国职业病防治法》《中华人民共和国放射性污染防治法》

行政法规《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》《中华人民共和国民用核设施安全监督管制条例》

《中华人民共和国核材料管理条例》

《核电厂核事故应急管理条例》《突发公共卫生事件应急条例》

部门规章卫生部、国家环境保护总局、国防科工委，以及公安部等，这些有关部委局先后制定颁发了一批有关放射工作许可制度及放射防护管理办法、核与放射事故管理规定、放射工作人员职业健康管理办法、放射防护器材与含放射性产品管理办法、核动力厂设计及运行安全规定、城市放射性废物管理办法、放射环境管理办法、放射性物质运输管理办法等等《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》《放射诊疗管理规定》《放射工作人员职业健康管理办法》

技术标准

以我国《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871—2002)最重要，派生出了一大批各种放射防护次级专项标准，包括国家职业卫生标准、各类行业标准等。

技术报告和导则指南没有强制性效力，乃是有关机构、组织和专家所撰写的，属于进一步具体诠释各有关法规与标准，以增加对法律、法规的理解。第二章核辐射的物理基础

原子结构、X射线与核素

元素（element）的基本单位是原子，原子由原子核和核外电子构成。

原子核内有不同数目的质子(proton,P)和中子(neutron,N)，统称为核子(nucleon)。

原子核内质子数目和中子数目之和为原子核的质量数，用“A”表示，因此，整个原子核内中子数目N=A－Z。

原子结构

核素、同位素和同质异能素

一般情况下原子核处于最低能量状态，称为基态(groundstate)。当受到高能量粒子轰击或核内部发生结构改变，原子可暂处于高能量状态，称之为激发态(excitedstate)。激发态不会持久，将迅速释放能量，而恢复至基态，这种能量的释放过程称为跃迁(transition)。基态和激发态groundstateexcitedstate核素、同位素和同质异能素的概念

质子数相同，中子数相同，能量状态相同的一类原子的集合称为核素（nuclide）。

核内质子数相同，即在元素周期表中处于同一位置，但中子数不同的核素互称为某元素的同位素（isotope）。

质子数、中子数均相同，但能量状态不同的核素称为同质异能素（isomer）。稳定性核素和放射性核素

原子核内的核子之间存在着引力，称为核力（nuclearforce），为短程力，受核子数目的影响。

除了核力外，还存在静电斥力，该力为长程力，不受核子数目影响，但与电荷量有关。P﹕N=1﹕0～1.5时，核力与静电斥力基本平衡，原子核处于稳定状态。处于稳定状态的核素称为稳定性核素（stablenuclide）。

当原子核内部处于不稳定状态，产生了能级的变化，转化为另一种核素。这种自发的核内结构或能量的变化过程称为核衰变（nucleardecay），变化过程中释放的具有一定能量的粒子称为放射线（radiation）。释出放射线的核素称为放射性核素（radio-nuclide）。原子核的衰变、裂变与聚变

核衰变类型与规律1.α衰变（alphadecay）原子核内要释放2个质子和2个中子组成的称之为“α”粒子。

2.β衰变（betadecay）

当核内质子、中子比例不当时，质子和中子将产生相互转换，达到核内调整结构的目的。其特点是原子的质量数不变，只有原子序数改变（相差1），分为β-和β+

和电子俘获三种形式。

（1）β¯衰变

主要发生在中子相对过多的核素。中子转化为质子，释放负电子，称为β¯粒子。

（2）β+衰变

主要发生在中子数相对不足的核素，核内由质子转化为中子，释放正电子，称为β+粒子。

（3）电子俘获（electroncapture，EC）

对于中子数相对较少某些核素，原子核从核外内层的电子壳层俘获一个电子，使核内的一个质子转化为中子，同时释放一个中微子，随后较外层的电子跃入内层轨道填补空穴。由于外层能级高于内层能级，因此，多余能量以电磁辐射（即特征X射线）形式释放。或者该能量传递给另一壳层电子，使之脱离轨道逸出，称为俄歇电子（augerelectron）。

（4）γ跃迁与内转换现象

经过α或β衰变的核素，在衰变的过程中可能导致原子核处于高能的激发态，核内多余能量以电磁辐射形式释放后返回基态，该过程称为γ跃迁。

有时在核内多余能量释放过程中，也可能将能量传递给核外壳层电子，使之脱离其运行轨道而逸出，这种现象称为内转换现象。逸出的电子称为内转换电子（internalconversionelectron）

X射线和γ射线都是光子，它们的不同之处：γ射线来源于核内能量释放，而X射线为核外电子跃迁过程中的能量释放。

放射性核素衰变规律及其度量

核衰变是随机性的，单位时间衰变的原子核数目与核的总数成正比，并且随着时间的增长，遵循一定的规律而减少。

物理半衰期(physicalhalflife，T1/2):指放射性核素的原子核数目衰变到原来的一半所需要的时间。λ称为衰变常数（decayconstant），是放射性核素衰变的特征参数，表征单位时间原子核发生衰变的速率。

放射性活度、放射性比活度与放射性浓度

放射性活度（A）是指在一定的时间（dt）内处于特定能态的一定量的放射性核素发生自发衰变（dN）的期望值。国际制单位为Bq，Bq其表示每秒内核衰变的次数，1Bq表示每秒有1次衰变。旧有单位为居里（Ci），1Ci=3.7×1010Bq

单位质量中所含的放射性活度称为比活度或比放射性。一般用Bq/kg或Bq/mol为单位。

单位容积溶液中所含放射性活度称为放射性浓度，以Bq/ml或Bq/L为单位。核裂变与核聚变反应

原子核的核裂变反应是目前获得核能的主要途径一些重核如果分裂成二个中等质量的原子核时，会同时释放出中子和能量，这一过程称为原子核裂变（nuclearfission）。

自发裂变是原子核在没有入射粒子轰击的情况下自行发生的核裂变。诱发裂变是在入射粒子的轰击下重核发生的裂变。由两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变。

放射线与物质作用的物理基础电离与激发作用

带电粒子与物质的核外电子发生静电作用，如果导致物质中的原子失去轨道电子形成正负离子对，称为电离（ionization）作用。

传能线密度(linearenergytransfer，LET)是指带电粒子穿过物质时，在其单位长度径迹上所转移的能量。如果带电粒子使照射物质轨道电子从内层跃迁至外层，整个原子处于能量较高的激发态，此过程称为激发（excitation）作用。带电粒子与物质的相互作用

散射与吸收

带电粒子受到物质原子核库仓电场作用而发生方向偏折和能量的改变，称为散射（scattering），只改变运动方向而能量不变者称为弹性散射（elasticscattering）。

如果射线通过物质时，由于各种作用的机制，导致带电粒子的动能全部丧失而不复存在的过程称为吸收（absorption）。β粒子在介质中受到阻滞而急剧减速，部分能量甚至全部能量转化为电磁辐射，称为轫致辐射（bremsstrahlung）。其发生的几率与β能量及介质的原子序数成正比。因此在放射防护中要注意，β粒子吸收体和屏蔽应采用低密度材料，如有机玻璃、铝或塑料等。

轫致辐射与湮没辐射

β+通过物质时和核外电子相互作用，消耗能量而相互结合，同时转化为两个方向相反，能量各为0.511MeV的γ光子而自身消失，这种过程称为湮没辐射（annihilationradiation）

X、γ射线与物质的相互作用

光电效应：光子与介质原子的轨道电子碰撞，把能量全部交给轨道电子，使之脱离原子，光子消失，这一作用能够过程称为光电效应(photoelectriceffect)。脱离轨道的电子称为光电子。

康普顿效应：能量较高的光子与核外电子碰撞，将一部分能量传递给电子，使之脱离原子轨道成为高速运行的电子，而光子本身能量降低，运行方向发生改变，成为康普顿效应(Comptoneffect)。

电子对生成：当光子能量大于1.022MeV时，在物质原子核电场作用下转化为一个正电子和一个负电子，称为电子对生成(electronpairproduction)。第三章人体辐射计量学辐射的基本概念

辐射是不需要介质参与而进行能量传递的一种现象。性质分类：电磁辐射其本质是电磁波，X射线、γ射线和紫外线等。粒子辐射如α粒子、β粒子、中子等。作用分类：电离辐射可以产生电离作用非电离辐射不产生电离作用狭义的辐射仅指电离辐射。电离辐射计量学

X射线或γ射线照射dm质量空气时便与空气中的原子相互作用，部分放射线损失的能量被原子中的电子获得而使原子电离，当这些获能电子被完全吸收时所产生的同种符号离子（或带电荷原子）的总电荷量（dQ）称为照射量（exposure，X）。

照射量(X)

照射量的国际单位(SI)是库仑/千克(C/kg)，目前照射量的测量仅适用能量在10keV～3MeV范围内的X射线和γ射线，其他放射性粒子不能用照射量来度量。单位时间内的照射量称为照射量率(exposurerate)。

吸收剂量(D)

吸收剂量(absorbeddose，D)指单位质量物质所接受的电离辐射的平均能量。dm为被照射物质的质量，dE为其吸收的辐射能。

吸收剂量(D)是放射领域内一个非常重要的量，它适用于任何类型的电离辐射和任何被照射的物质，并适用于内、外照射。吸收剂量的国际单位(SI)为：J/kg，专用名称：戈瑞(gray,Gy),1Gy=1J/kg。旧制单位是拉德(rad)。1Gy=100rad同样也存在吸收剂量率(Gy/s)

比释动能（K）

比释动能(kineticenergyreleasedinmass，kerma，K)指不带电致电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子的初始动能的总和。dEtr是不带电致电离粒子在特定物质的体积内释放出来的所有带电粒子的初始动能总和；dm为所考虑的物质质量。比释动能的单位与吸收剂量相同

当量剂量(equivalentdose，HT,R)就是吸收剂量与辐射权重因数(radiationweightingfactor,WR)的乘积。

当量剂量(HT,R)HT,R为R类辐射在组织或器官T中所受到的当量剂量；DT,R为R类辐射在组织或器官中所致的平均吸收剂量；WR为R类辐射的辐射权重因数。专用单位希沃特(Sievert，Sv)

表3-2不同辐射类型的辐射权重因数WR

辐射类型

能量范围WR

光子

所有能量1

电子和介子

所有能量1

中子

＜10keV510keV～100keV10100keV～2MeV202MeV～20MeV10

＞20MeV5

质子(反冲质子除外)

＞2MeV5α粒子、裂变碎片、重核20有效剂量（E）

是指全身受到均匀照射或不均匀照射时，将不同组织当量剂量（HT，R）与组织权重因数加权的平均值。

表3-3组织权重因数(WT)专用单位希沃特(Sievert，Sv)

待积剂量

待积剂量（committeddose）指放射性核素进入体内的剂量积分估算，根据待积剂量的概念还可以推倒出待积吸收剂量、待积当量剂量和待积有效剂量等。

待积当量剂量（committedequivalentdose,HT（τ））指单次摄入的放射性物质在其后的τ年内对所关心的器官或组织所造成的总剂量累积值。待积有效剂量(committedeffectivedose，E(τ))

如果单次摄入R类放射性核素对人体器官或组织（T）造成的待积当量剂量HT（τ）乘以相应的权重因子WT，随后对所涉及的器官或组织（T）求积，HT（τ）为积分至τ时间时组织（T）的待积当量剂量；WT为组织T的组织权重因数。比释动能K当量剂量H辐射场(照射量X)空气待积剂量核素进入体内待积当量剂量待积有效剂量）吸收剂量D有效剂量E电离辐射源常用电离辐射量间相互关系非电离辐射计量学

电磁辐射计量电磁辐射来源自然界，如雷电、台风、太阳的黑子活动与黑体辐射等人工电磁辐射,如一些医疗设备、电脑、微波炉、手机、收音机、电视广播发射机和卫星通讯装置等。

无线电波、微波、红外线、可见光和紫外线等一般称为非电离辐射或称电磁辐射。

频率极高的X射线和γ射线可造成人体组织的间接电离，归在电离辐射的范畴。公式：

电磁波频率（frequency，f）、波长（wavelength，λ）与波速（wavevelocity，c），h为Plank常数。λZEH平面电磁波空间传播图第四章电离辐射生物学作用原理

电离辐射对生物体作用的化学基础自由基等活性基团

自由基(freeradical)是指能够独立存在、具有一个或多个未配对电子的原子、分子、离子或原子团。如

较分子氧的化学性质更为活泼的氧衍生物或其代谢产物统称为活性氧(reactiveoxygenspecies)。如等等。

概括说大部分含氧自由基是活性氧，但活性氧不一定都是自由基。

氧的单电子还原物，如O2-

和O-，及HO2·和HO·；氧的双电子还原物H2O2；烷烃过氧化物ROOH及其均裂产物RO·和ROO