第五章 核辐射防护

第五章

核辐射防护

随着核科学的迅速发展，核技术在农业上的应用亦日益广泛。为了保护生态环境，保障放射性工作人员和居民的健康与安全，凡从事核技术应用的人员都必须了解和掌握辐射安全防护知识，有效地使用和控制辐射剂量，并在工作中严格遵守各项安全防护规定。以便更好地应用核技术造福于人类。为此，本章将根据理论与实践的结合论述常用辐照量、电离辐射对人体的危害以及放射防护标准及污染去除等问题。

第一节常用的辐照量

自从1895年W．C．Röntgen公布X射线的发现后，第二年X射线就被用于诊治某些疾病，随即提出了应用X射线的计量问题。辐射与放射性物质的应用，在当前远已超出早期的医学范围，计量的单位和名称长期以来曾经过多次改革，但“计量”这一名称却仍然沿用到今天。辐照计量（简称辐照量）是用以表征辐射源的特性、描述辐照场的性质、度量电离辐射与物质相互作用时能量传递以及受照物体所产生的效应的物理量。在电离辐射领域里陆续建立了一些专用单位。国际上为了统一计量单位，从1975年起执行国际单位制（SI），我国于1984年开始执行。下面将简述几类常用的辐照量及其单位。

一、照射量及照射量率1．照射量照射量这个物理量仅适用于X和γ射线。它是以这些射线在空气中所产生的电子的电离状况为依据的。即X和γ射线通过空气时，与空气发生相互作用而产生具有一定动能的次级电子，然后再由这些次级电子使空气电离。次级电子在使空气中产生的任何一种符号的离子（电子或正离子）的总电荷量，反映着X和γ射线对空气的电离本领。照射量就是根据其对空气电离本领的大小来度量X和γ射线的一个量。

2．照射量率照射量率X˙定义为：dX除以dt所得的商，即：X˙=dX/dt二、吸收剂量及吸收剂量率

上述照射量只限于用来度量X或γ辐射在单位质量的某一体积元内空气中产生电离电荷多少的一个辐射量。照射量并不能度量暴露在该辐射场中的物质所吸收的能量。为了表示在辐射场中某一体积元中物质所吸收的辐射能量，在1953年，ICRV提出了吸收剂量的概念和它的单位。

1．吸收剂量

吸收剂量是所有类型的电离辐射在任何一种介质中的能量沉积的度量，或者说吸收剂量就是单位质量被照的物质吸收的辐射能量。

2．吸收剂量率实际应用中，吸收剂量常用吸收剂量率（D——D˙）来说明。其定义为某一时间隔（dt）内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔的商，即三、剂量当量及剂量当量率在实践中发现，即使受照物的吸收剂量相同，由于辐射类型和辐照条件等不同，所产生的生物效应也各有相同。在辐射防护中，为了能够把人体所受各种电离辐射剂量所诱发的有害效应的发生几率或严重程度统一衡量，1962年，ICRV与国际放射防护委员会（ICRP）共同商定并提出剂量当量这一概念。

1．剂量当量辐射防护上常采用辐射当量这一物理量。其定义是：生物组织内被研究的某一点上的剂量当量（H），为吸收剂量（D）、品质因数（Q）及其它修正因数的乘积（N）的积。

2．剂量当量率剂量当量率（˙H）是单位时间内剂量当量的增量。如果时间间隔dt内的剂量当量增量为dH，那么，剂量当量率为：˙H＝dH/dt

四、照射量和吸收剂量的测量1．照射量的测量电离室是直接测定照射量的仪器。它是用一个充气的电流电离室，室壁和电极都是空气等效的，要做到空气等效有效Z值应该是相同的，用石墨作充填物(为了导电)的酚醛塑料，再添加少量二氧化钛，是空气等效的。但应用空气电离室测得的照射量，通常只适用于光子能量在100~300kev。当能量再低时可采用量热法测定，光子能量过高时，多采用高压电离室。由于这种电离室内要充以几百千帕到几千千帕压力的气体，要把离子完全收集起来存在着许多技术上的困难，因此多半用空腔电离室测量。

2．吸收剂量的测量

(1)量热法：量热法是测量吸收剂量最直接的方法，因为在辐射作用下，物质所吸收的能量除极少部分消耗于介质的化学变化外(通常可以忽略)，绝大部分转化为热能。因此，量热法是以介质吸收辐射能量使本身升温为基础的。通常情况下这种温度的变化非常微弱，只能在相当大的吸收剂量时，介质的温升才较明显。即使如此，实现精度较高的测量在技术上的困难也不少，所以在一般测量中没有应用。(2)空腔电离室法：吸收剂量不同于照射量，它适用于任何类型的辐射和任何介质。在实际工作中，测定空气中的照射量并不困难，而测定任意固体和液体的吸收剂量，一般来说是困难的。因此人们就想到，借助测定气体的电离来间接测量非空气介质中的吸收剂量。

(3)化学剂量计：核辐射能引起某些物质的化学变化。只要能够确定某种变化量与物质吸收的辐射能量之间的关系(最好是线性关系)，则此物质即可作为剂量计物质。化学剂量计就是根据这个原理。目前有几十种用作化学剂量的物质，基本上都是液体。其特点是材料组成等效性好，采用不同的溶质、溶剂和浓度来调节溶液的组成，其有效原子系数尽可能与待测介质一致。

第二节

电离辐射对人体的危害

电离辐射对人体的作用是伴随着人类的历史而存在的。因为人类生存在宇宙中，生活在地球上，一直受到来自空间和这个星球的天然放射性的作用，人类也是在这些电离辐射照射下生活和繁衍的。电离辐射一发现，很快就为人类所利用，但也很快发现它会对人体造成伤害，甚至致死。X射线发现后的第二年，X线管的制造者格鲁伯的手就发生了特异性皮炎。最早发现放射性的贝可勒尔由于经常将铀盐带在身上，结果也患了皮炎。对放射性作出卓越贡献的居里夫人及其女儿艾里.居里最后者因辐射所致白血病而死。20世纪20年代，放射性镭被用于夜光表，涂表盘的工人经常用舌尖舔沾有镭粉的笔尖，使镭进入体内，最后沉积于骨中，结果许多工人死于贫血或骨癌

一、辐射效应的分类电离辐射对人体的危害无论来自体外的核辐射，还是进入体内的放射性物质由体内的照射，均可能对人体产生有害的生物效应，并出现损伤临床症状。这种危害效应可分躯体效应和遗传效应。躯体效应是辐射显现在受照者本人身上的效应，由人体普通细胞受到损伤而引起的，如白内障，放射病、癌、胎儿在母体内受照射致畸等。遗传效应是指辐射损伤了生殖细胞而产生染色体畸变或基因突变，并传递给后代产生遗传疾患的效应。国际放射防护委员会(ICRP)在1977年的新建议中，将辐射产生的上述生物效应分为随机性和非随机效应。

(一)随机性效应这类效应是指受照者有可能发生癌症，也可能对其后代产生某些不良的遗传效应（如先天缺陷），这类效应的发生几率与所受剂量大小成比例。而其严重程度与剂量无关。受照剂量大时，致癌或发生不良遗传的可能性大；受照剂量小时，发病的可能性小。如某些非放射性区域得癌症的人不少，这些病人当中，也不排除接受天然放射性致病的可能，而其它的人同样接受天然辐射甚至接受的剂量更大却不致病。所以，随机性效应不存在剂量阈值，并假设某种效应的发生率与所受剂量之间存在线性无阈的关系。

（二）非随机性效应所受辐射剂量较大时，人体组织中大量细胞集体损伤，使组织、器官或系统功能紊乱，出现临床症状。例如眼晶体的白内障、皮肤的良性损伤、骨髓细胞减少引起的造血障碍、性细胞损伤引起的生育力衰退等。这些症状的严重程度与所受剂量的大小有关，并存在一个确定的剂量阈值。这种效应称为非随机性效应。非随机性效应只有当所受剂量超过某一阈值时才会发生，且其效应的严重程度随剂量的大小而改变。不同组织其阈值不同，照射方式不同阈值也不同

1．性腺睾丸和卵巢的生殖细胞对辐射是高度敏感的器官。辐射对两性均可导致生育力障碍，但这种疾患依赖于剂量的大小。根据联合国原子能效应科学委员会1982年报告的剂量效应资料，对职业性照射，当剂量率为1mGy/天（或0.3~0.4Gy/年）时，睾丸或卵巢可无限期接受照射而未观察到受照者在生育能力上有任何可见的损伤。目前对性腺单独受照的年剂量当量限值为0.2Sv，对该器官能提供恰当的防护。实际上正常工作时，性腺单独受照是少见的。

2．眼晶体眼晶体是对辐射最为敏感的器官之一。其主要损伤表现为晶体混浊，严重的将导致白内障。延续低水平职业性照射情况下，导致视力障碍白内障的剂量阈值估计大于8Sv。对眼晶体即使在目前规定的年剂量当量限值（0.15希——Sv）的极限条件下照射50年，其总剂量为7.5Sv，也不至于导致视力障碍的白内障，但少部分受照者中可见到眼科可见性的混浊。

3．骨髓造血细胞也是辐射最为敏感的组织。但由于骨髓细胞的再生及再殖能力很强，单次照射引起造血功能抑制的阈值剂量估计为0.5希——Sv，但多次分隔照射及延续照射则不会产生这种效应。4．胚胎胎内受照是一种特殊的非随机性效应。胎内受照效应可分为致死效应、畸形和发育障碍三大类。国际放射防护委员会认为，胎儿死亡发生率为1~5%的剂量为2Gy，死亡发生率为25~50%的剂量为4.5Gy。据日本广岛、长畸原子弹爆炸时受照胎儿共1599例的调查，在儿童发育期共发生严重智力障碍的有30例，占总例数的1.88%，认为胎儿最严重的前脑损伤发生于神经单元增殖最快的时期，即妊娠后8~15周。这一时期的危险相当于以后时期的5倍或更高。

二、影响辐射损伤的因素辐射对人体引起的有害效应的发生率或严重程度与辐射的性质、剂量、剂量给与——予方式、照射部位和范围等因素有关。

1．辐射的性质辐射性质包括辐射的类型和能量。不同辐射在组织中的电离本领不同，相互作用机制不同，引起的生物效应程度也不同。在相同吸收剂量下，α射线、快中子所产生的损伤程度为β射线和γ射线的10倍；内照射中的α射线为20倍。同类型而不同能量的射线，其生物效应也不相同。对X或γ射线而言，即使在相同照射量下，能量为30kev的射线对骨组织的效应为1Mev的4.9倍；1Mev中子的生物效应为0.1kev中子的5.5倍。

2．剂量随机效应的发生率与累积的总剂量成正比，剂量愈大，发生率愈高。非随机性效应只有超过阈剂量时才会发生，且其严重程度与所受剂量大小有关。对非随机性效应而言，一般人们一次接受0.25Gy以下的剂量时无明显损伤；受照在0.25~1Gy时，虽在功能和血相上存在某些变化，但无临床症状：当受照剂量大干——于1Gy，则出现不同程度的造血型急性放射病；达4Gy时，会有50％的人死于造血型放射病，故4Gy被称为半致死剂量；大于8Gy时，几乎全部死亡，故称为绝对致死剂量。

3．剂量给予方式在总剂量相同的条件下，延长照射时间、降低剂量率或者分次照射，均能使辐射效应降低和减轻辐射损伤。这是因为生物体对辐射损伤具有一定的修复能力和再殖能力。在细胞群体水平上消除辐射损伤，可能包括由于修复过程使得细胞存活率的提高，有丝分裂恢复，并进而使各系统的结构和功能恢复．

4．照射部位和范围机体的不同器官对辐射敏感性是不同的。如在相同剂量下，造血器官、消化道、粘膜、皮肤及性腺的损伤要比神经系统、肌肉及结缔组织发生较早，范围要广。因此更应注意对敏感器官的防护。小体积组织受一定剂量照射时，其反应要比受同样剂量的大体积组织轻得多。因为小体积的受照细胞数目少，大体积受照细胞数目多，因此全身照射比局部照射的危害大。

第三节核辐射防护

辐射危害的事例促进了人们重视辐射安全防护，并开展有关辐射损伤及安全防护的研究。人们对电离辐射的安全间——问题的关心远远超过其它行业。今天人们对辐射防护的了解和制定的标准及规程等要比任何一种其它工业部门的安全防护都要深入和系统。各国均结合本国情况制定辐射防护标准，它是进行辐射防护的依据

一、放射防护标准防护标准的制定是防止和限制电离辐射对人类的健康危害，以便更好地应用它为人类造福。随着人类对辐射危害认识的深化，放射防护标准也不断变化和发展，对辐射危害的“可接受水平”的认识也随之变化。目前，世界各国所实行的辐射防护标准，主要是参照国际放射防护委员会的建议制订的。

二、内、外照射的防护射线对人体的照射有两种：一种内照射，另一种是外照射。放射性物质进入体内，使机体受到的照射称内照射。放射性物质进入人体的途径主要是通过呼吸、进食、饮水甚至伤口或皮肤进入人体内。当辐射源处于机体外部时，使机体受到的照射称外照射。外照射主要来自中子、γ、X及高能β射线。

（一）内照射的防护内照射主要发生于从事放射性示踪的工作人员，是由开放型放射源所引起。所谓开放型放射源是指直接与外界接触的放射性核素。开放型放射源可能呈现各种物理状态（液态、气态、粉末和气溶胶等），这取决于放射性核素的不同用途。对开放型放射源若缺乏必要的防护条件或未严格遵守操作规程就可能会引起内照射。内照射的特点是已进入体内的放射性核素积存于体内，不断地照射组织与器官，尤其是有效半衰期长，毒性大的核素（如亲骨核素45Ca、90Sr、90Y等）内照射损伤更加严重。决定放射性核素在人体内最大容许积存量（指关键器官或组织承受最大容许剂量时全身积存的某种放射性核素的数量）的因素是：射线的能量，放射性半衰期，传能线密度，机体内的分布及生物半衰期。放射性核素从机体的排出服从于一定规律，即有效半衰期。

内照射的防护措施如下：1．降低空气中放射性核素的浓度：（1）静态隔离。用一个物理屏障（如手套箱等）把放射性核素局限在某一空间操作，防止放射性核素污染室内空气。（2）动态隔离。在通风柜内操作，将放射性物质外排。（3）良好的通风。引入新鲜空气降低工作场所中空气的放射性浓度。2．保持表面清洁：及时清除表面污染。3．加强个人防护：严格遵守个人卫生规则和执行安全操作规程；遵守放射性去污及废物处置的规章制度等。（二）外照射的防护外照射是指体外电离辐射源对人体的照射，外照射防护的主要对象是γ射线、X射线、β射线和中子射线等。外照射的特点是，在辐射场中停留的时间短，受到的照射就小；离开放射源远就不受照射或少受照射；用屏蔽物阻挡，就能避免和减少照射。所以外照射防护的目的是减少人体受照剂量，把它控制在最大允许剂量当量之内，一般采用时间防护、距离防护、屏蔽防护和剂量防护等防护措施。究竟采取其哪一种得视情况而定。在具体应用中，有时采取不同的组合方法来达到更为合理的防护。

1．时间防护：从事放射性的工作人员，在剂量率不变时，所接受外照射剂量与受照射的总时间成正比。即：剂量＝剂量率×时间。因此用限制或缩短在辐射场的停留时间来减少受照剂量。这要求在操作放射源时，动作要敏捷、准确，必要时可事先反复进行无源空白操作，这样将有助于缩短操作时间，降低受照剂量。

2．距离防护：辐射源对周围空间产生的剂量率是随距离增加而减少的。对点状源而言，空间辐照场中某点的剂量率与该点到源的距离平方成反比。因此增大与源的距离能大大减少操作者所接受的剂量。操作不大——活度较小的点状源，常使用某些工具来增大源与操作者的距离，如使用长柄钳或机械手等。

3．屏蔽防护：采用距离防护方法是有一定限度的，当源强度较大，操作时在空间上又受到某些限制时，采取屏蔽手段是一种积极的防护方法。屏蔽是利用射线通过物质时的减弱