辐射安全与防护知识培训

辐射平安与防护

知识培训

主讲：阮积海

2021年3月31日一放射性根底知识二电离辐射及其生物效应三辐射平安与防护四柳钢放射源使用和管理现状五电磁辐射介绍原子核中子质子电子(电子云)+++现代原子结构原子半径：10-10m原子核半径：10-14m电磁力

将原子核与电子结合核力

将核中质子与中子结合

核与电子处于不同的能量状态(能级结构)核力>>>电磁力，核力是短程力，只有在距离很短的时候才发生作用核素：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称同位素：质子数相同而中子数不同的核素核素质子数中子数质量数符号氢1011H氘1122H氚1233H碳-12661212C碳-13671313C碳-14681414C放射性衰变原子〔或分子、离子〕有趋稳性，它总是力图使自己的能量状态处于基态上，处于不稳定态或被激发到高能级后的粒子，力图回到基态上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。基态是粒子能量最平衡最稳定的状态，从高级回到低能级去的过程称为跃迁，跃迁时释放的能量即辐射。原子核自发地放射出射线后，原子核本身就从一种核素转变成另一种核素，这种过程就叫做原子核的衰变，又叫放射性衰变。放射性活度原子核衰变：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：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。放射性核素：能自发地发射各种射线或粒子的核素。核素放射性的强弱用放射性活度表示，放射性核素在单位时间(dt)内发生核衰变的数目(dN)，称为放射性活度〔A〕，即A=dN/dt单位为贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。1Bq等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。1Bq=1次衰变/秒专用单位：居里1Ci=3.7×1010Bq放射性衰变的类型在放射性的衰变中，发生衰变的原子核叫母核，衰变后所产生的核叫子核。放射性原子核的衰变主要有三种类型：α衰变β衰变γ跃迁α衰变原子核自发地放射出α粒子而发生的转变，叫做α衰变。经过α衰变以后，子核的质量数比母核减少4，原子序数减少2。α粒子是由高速运动的氦原子核〔又称α射线〕组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。它的电离作用大，贯穿本领小，在空气中的射程只有几个厘米。β衰变原子核的β衰变有三种形式。它们是正离子衰变、负离子衰变和电子俘获。β射线是高速运动的电子流，它的电离作用较小，贯穿本领较大。它在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米。γ跃迁

原子核通过放射γ射线由高能态自发地向低能态跃迁，叫做γ跃迁，也叫γ衰变。γ跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化，只是原子核内部能量状态发生了改变。γ射线是波长很短、频率很高的电磁波，所以它在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯穿本领很大。它在空气中的射程通常为几百米。X射线X射线不属于原子核的衰变形式，但它跟γ射线一样是波长很短的电磁波，并具有电离作用。发生机理原子核外层电子发生跃迁时会伴随发生X射线，高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小局部〔1％左右〕能量转变为X射线，而绝大局部〔99％左右〕能量转变成热能使物体温度升高。放射性衰变规律某种原子核在时刻t的数量与其起始时刻〔t=0〕的数量之间存在着指数衰减的关系，即这种原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，这就是放射性核素指数衰减规律。N=N0e-tλ为核素的衰变常数，即放射性核素在单位时间内发生衰变的几率；它的单位为1/秒。它只与核素的种类有关，是放射性原子核的特征量；由放射性核素本身的性质决定的，与放射性核素有确定的对应关系。

放射性衰变根本规律1.指数衰减规律N=N0e-tN0:〔t=0〕时放射性原子核的数目N:经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目:放射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快N=N0e-t半衰期(T1/2)定义：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。时间t(T1/2)012345n放射性原子核数目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n核素名称60-Co137-Cs192-Ir241-Am14-C226-Ra131-I半衰期5.26a30.1a74d433a6730a1600a8.04d电离辐射及其生物效应微观粒子间碰撞有动量和能量的传递自由电子正离子α射线是一种带电粒子流，β射线也是一种高速带电粒子，与物质作用时，物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子

+e-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用一带电粒子与物质的作用γ射线是波长很短能量高的电磁辐射不带电，静止质量0。〔﹤10-11米，keV，MeV〕，不能直接使原子电离但同物质原子发生作用能够产生载能次级带电粒子，次级带电粒子能够对物质发生电离作用。当光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将局部能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康普顿－吴有训电子，而使物质电离。γ射线与物质的相互作用2γ射线对物质的作用--两步过程三种作用效应

光电效应康普顿效应电子对效应

产生次级电子电离效应次级电子使物质原子电离γ射线第1步初级作用第2步次级作用电离：就是原子受到外界的作用,如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子摆脱原子核的束缚而脱离，原子成为带一个或几个正电荷的离子,这就是正离子，如果在碰撞中原子得到了电子,那么就成为负离子。电离作用，即物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对。α、β、γ、×射线与物质〔包括液体、气体、固体和人体等〕发生作用时，微观粒子间会产生碰撞并有动量和能量的传递，导致物质发生电离作用。电离作用1.0086650n中子1.007276+1p质子00

5.486×10-4

±1e±

β

4.00279+24Heα质量(u)电荷（e)符号种类

α

β常见射线的根本性质αβγ对物质电离作用的比较2MeV射程(m)离子对密度/mmα0.016000β2-360

γ10几个1MeV的粒子穿透物质能力

α1页β60页/本

铅地下1-2米深铅室γn4580本中子源电离辐射直接或间接使介质发生电离效应的带电或不带电的射线或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂变碎片介子等来源1)放射性物质(人造天然〕2)加速器3)反响堆4)宇宙射线5)地球环境电离辐射和非电离辐射电磁辐射紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应，故也称非电离辐射～eV量级移动800-1800MHz﹤0.01eV(没有电离作用〕常用辐射量和单位与辐射剂量学有关的经常使用的量主要有：比释动能、照射量吸收剂量当量剂量有效剂量。比释动能K〔Kerma〕辐射与物质相互作用最主要的标志是给物质传递能量，这是产生辐射效应的依据。不带电粒子在物质中传递能量时首先把能量转移给一个带电粒子。接着带电粒子通过碰撞把能量消耗在介质中，产生大量的次级带电粒子。比释动能的定义：不带电电离粒子在单位质量的某一物质内释放出的全部带电电离粒子的初始动能的总和。在国际单位制〔SI〕中，它的单位是焦耳每千克〔J·kg-1〕，专用名称是戈[瑞]〔Gray〕，符号为Gy。其表示式是：K=dEtr/dm1Gy=1J·kg-1照射量X〔exposure〕电离是电离辐射最重要的特点。根据电离电荷测量电离辐射是一种广泛应用的方法。照射量就是根据光子对空气的电离能力来度量光子辐射场的一个物理量。照射量定义指X或γ射线的光子在单位质量空气中释放出的所有电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生同一种符号离子的总电荷量。其表示式为：X=dQ/dm照射量的SI单位是库仑每千克，符号为C·kg-1。吸收剂量D〔absorbeddose〕吸收剂量的定义单位质量受照物质吸收的任何电离辐射的平均能量。D=dε/dm其中dm为物质的质量〔kg〕；dε是dm物质所吸收的平均辐射能量〔焦耳〕。吸收剂量D的SI制单位与比释动能相同，也是Gy〔戈端〕，常用的单位有rad。吸收剂量是辐射剂量学中的一个最重要的物理量。物质吸收辐射的能量越多，辐射引起的效应越明显。吸收剂量就是对物质吸收辐射能量的定量描述。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。当量剂量〔equivalentdose,HT)单位：J/kg，专用名称为希[沃特]〔Sievert〕，符号为Sv1Sv=103mSv=106μSv

WR——辐射权重因子，表征射线种类、能量与生物效应关系。各种射线的辐射权重因子，WR辐射类型和能量范围辐射权重因子光子中子所有能量1电子和

子所有能量1中子能量<10keV510-100keV10100keV-2MeV202-20MeV10>20MeV5质子能量>2MeV5

粒子，裂变碎片，重核20有效剂量〔effectivedose,HE)定义：各组织或器官的当量剂量〔HT〕与相应的组织权重因子〔WT〕的乘积的总和。WT——组织权重因子，表征组织或器官的辐射敏感性组织权重因子—WT

组织或器官组织权重因子，WT组织或器官组织权重因子，WT性腺0.20肝0.05红骨髓0.12食道0.05结肠0.12甲状腺0.05肺0.12皮肤0.01胃0.12骨表面0.01膀胱0.05其余组织或器官0.05乳腺0.051核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递的过程；没有能量和动量传递就没有作用。2通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会对物体产生一系列的影响，人体也不例外。电离辐射的生物效应定义：电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机体后引起的机体的变化和反响。即电离辐射的能量传递给生物机体后造成的后果。一、作用机理躯体效应：大剂量照射时，处于分裂期间的细胞核遭到破坏，导致细胞立即死亡，从而造成躯体损伤甚至个体死亡遗传效应：受照量相对较小，没有发生细胞死亡，但在自我修复过程出现错误修复，导致细胞变异，错误信息传给后代而产生遗传效应按照发生的个体的不同来划分，分为躯体效应和遗传效应。发生在被照射个体本身的生物效应叫躯体效应；由于生殖细胞受到损伤而表达在其后代活体上的生物效应叫遗传效应。电离辐射生物效应随机效应：发生几率与受照剂量成正比而严重程度与剂量无关的辐射效应叫随机效应。它们主要是发生受照个体的癌症及其后代的遗传效应。一般认为，在低剂量范围内，这种效应的发生不存在剂量阈值。按照辐射引起的生物效应发生的可能性来划分，可以分为随机效应和确定性效应。确定性效应：通常情况下存在剂量阈值的一种辐射效应叫确定性效应。接受的剂量超过阈值越多，产生的效应越严重。因此只有当受照剂量到达或超过阈值时，确定性效应才会发生。阈值就是发生某种效应所需要的最低剂量值。确定性效应剂量阈值

组织或器官确定性效应一次急性照射(Gy)慢性照射(Gy/a)睪丸一时性不育0.150.4永久性不育3.5-6.02.0卵巢一时性不孕0.65-1.50.4永久性不孕2.5-6.0>0.2眼晶体晶体混浊0.5-2.0>0.1白內障5.0>0.15骨髓造血功能障碍0.5>0.4致死性再生不良1.5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电离辐射生物效应图解电离辐射的应用1、医学应用X射线摄影、CT、放射性治疗2、辐照装置食品保鲜用于灭菌〔1000居里〕3、工业应用工业探伤、料位计等γ刀〔立体定向γ放射治疗装置〕辐射平安与防护放射源和射线装置分类放射性同位素，是指某种发生放射性衰变的元素中具有相同原子序数但质量不同的核素。放射源，是指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性材料。非密封放射性物质，是指非永久密封在包壳里或者紧密地固结在覆盖层里的放射性物质。射线装置，是指X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。放射源分类原那么放射源分类表核素名称I类源II类源III类源IV类源V类源（贝可）（贝可）（贝可）（贝可）（贝可）Am-241≥6×1013≥6×1011≥6×1010≥6×108≥1×104Co-60≥3×1013≥3×1011≥3×1010≥3×108≥1×105Cs-137≥1×1014≥1×1012≥1×1011≥1×109≥1×104I-131≥2×1014≥2×1012≥2×1011≥2×109≥1×106Ir-192≥8×1013≥8×1011≥8×1010≥8×108≥1×104Ra-226≥4×1013≥4×1011≥4×1010≥4×108≥1×104射线装置分类原那么根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害的程度，从高到低将射线装置分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。按照使用用途分医用射线装置和非医用射线装置。

〔一〕Ⅰ类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照射人员产生严重放射损伤，甚至死亡,或对环境造成严重影响；

〔二〕Ⅱ类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡；

〔三〕Ⅲ类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照人员的放射损伤。射线装置分类表装置类别医用射线装置非医用射线装置Ⅰ射线装置能量大于100兆电子伏的生产放射性同位素的加速器（不含制备PET用放射性药物的加速器）医用加速器能量大于100兆电子伏的加速器Ⅱ类射线装置放射治疗用X射线、电子束加速器工业探伤加速器重离子治疗加速器安全检查用加速器质子治疗装置辐照装置用加速器制备正电子发射计算机断层显像装置（PET）用放射性药物的加速器其它非医用加速器其他医用加速器中子发生器X射线深部治疗机工业用X射线CT机数字减影血管造影装置X射线探伤机Ⅲ类射线装置医用X射线CT机X射线行李包检查装置放射诊断用普通X射线机X射线衍射仪X射线摄影装置兽医用X射线机牙科X射线机

乳腺X射线机

放射治疗模拟定位机

其它高于豁免水平的X射线机辐射防护的根本原那么〔1〕实践的正当性〔justificationofpractice〕对一任何一项实践，只有在考虑了社会、经济、和其他有关因素之后，其对受照个人或社会所带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害时，该实践才是正当的。只有在确认某实践可以带来净利益时才能予以批准。辐射防护的根本原那么〔2〕防护与平安的最优化〔optimizationofradiationprotection〕对于来自一项实践中的任一特定源的照射，应使防护与平安最优化，使得在考虑了经济和社会因素之后，个人的受照剂量大小、受照射的人数、受照射的可能性均保持在可以合理做到的尽量低的水平。这种最优化应以剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件。辐射防护的根本原那么〔3〕剂量约束和潜在照射危险约束除了医疗照射之外，对于任一项实践，其剂量约束和潜在照射危险约束应不大于审管部门对这类源规定或认可的值，并不大于可能导致剂量限值和潜在照射危险限值的值。根本限值、有效剂量限值有效剂量限值名称受照人群照射条件剂量限值职业照射放射工作人员连续5年的年平均有效剂量20mSv任何一年中的有效剂量50mSv眼晶体的年当量剂量150mSv四肢（手和足）或皮肤的年当量剂量500mSv公众照射一般公众年有效剂量1mSv特殊情况下，某一单年份的有效剂量5mSv眼晶体的年当量剂量15mSv皮肤的年当量剂量50mSv慰问者或探视人员护理、探视接受放射治疗患者的一般人员的有效剂量5mSv探视接受治放射治疗患者的儿童的有效剂量1mSv剂量限值为内外照射之和，但不包括天然本底照射和医疗照射有效剂量生物效应0<HE<100mSv无论人和动物，都没有确切观察到癌症或遗传疾病的增加，故称低剂量电离辐射HE>100mSv可观察到统计学上有显著意义的癌症危险。HE>200mSv统计上出现明显增高的癌症发病率。日常生活所产生的辐射照射辐射来源剂量天然辐射2.4mSv标准的胸部X射线检查0.1~0.2mSvCT检查10mSvPET/CT检查达到20mSv全身急性照射引起的躯体效应急性剂量躯体效应症状100mSv没有明显效应250mSv极个别人有轻度恶心，乏力等感觉，血液形状非常微小的变化，1000mSv部分人员有恶心，呕吐，食欲减退，头晕乏力2000mSv恶心，呕吐，流鼻血、传染病、发烧，有一半人员失去工作能力3000mSv腹泻；暂时性脱毛；可能永久性不育5000mSv接受该剂量水平的人的死亡率达50%，半致死剂量8000mSv以上一般将100％死亡+20d+39d2001年9月2日凌晨，某施工队在探伤检测后，将放射源〔192Ir〕从仪器中掉出，遗留在工地上。一工作人员在第二天上班时，发现放射源并拾起,双手来回玩耍、观看约20分钟，然后放入左裤兜2小时后，发现右大腿有2x2cm的充血性红斑。当晚入院治疗。辐射防护根本方法根据射线对人体发生作用的途径，可分为内照射和外照射。辐射源处于人身外面，射线从外面与人体发生作用，称为外照射。反之辐射源处于人体内的辐射，称为内照射。内照射主要是由于放射性核素通过口、呼吸道和皮肤进入人体内而产生的辐射照射。对内照射的防护措施是防止和减少放射性核素进入人体，并加快排出。

外照射的防护根本原那么尽量减少或防止射线从外部对人体的辐射,使之所受照射不超过国家规定的剂量限值.时间,距离,屏蔽为外辐射防护三要素根本方法(1)减少接触辐射源的时间---时间防护(2)增大与放射源的距离---距离防护(3)设置屏蔽---屏蔽防护1、时间防护对于相同条件下的照射，人体接受的剂量与照射的时间成正比。因此减少接受照射的时间，就可以明显减少吸收剂量。2、距离防护对于点源，如果不考虑介质的散射和吸收，它所产生的直接照射剂量与距离的平方成反比。因此随着与源的距离的增加，直接照射剂量会迅速衰减。KN—在距离为a0时，该点的最高比释动能率A—放射源的预期最大放射性活度(GBq)TK—比释动能常数(mGy·m2)/(h·GBq)

3、物质屏蔽射线与物质发生作用，可以被吸收和散射，即物质对射线有屏蔽作用。对于不同的射线，其屏蔽方法是不同的：γ射线和X射线—用原子序数高的物质〔例如铅〕效果较好。β射线—用低原子序数的材料〔例如有机玻璃〕。α射线—α射线的屏蔽很容易，一张普通纸张即可，在体外，它根本上不会对人体造成危害，但它由于它的电离作用很大，因此内照射危害特别严重。对于γ、X射线强度随通过介质层厚度增加而减弱，其服从指数衰减规律。

I(x)=I0e-μx

μ指数衰减因子半减层厚度d1/2

射线强度减弱1/2所通过的物质层的厚度屏蔽材料不同放射源的半减层厚(HVL)(mm)60Co192Ir169Yb170Tm铝70502720混凝土705027

钢241495铅1330.80.6钨102.5

0.09铀62.3

0.035柳钢放射源使用和管理现状放射源贮存和使用台帐核素名称活度GBq放射源分类用途数量安放或使用位置生产单位或供应商进厂时间Cs1373mCiⅤ钢水液面控制7转炉厂4#方坯连铸机结晶器湖南衡阳镭目公司2007.5Cs1374.5mCiⅤ钢水液面控制12转炉厂1#、2#、3#方坯连铸机结晶器湖南衡阳镭目公司2004.12Cs1374.5mCiⅤ钢水液面控制7转炉厂5#方坯连铸机结晶器湖南衡阳镭目公司2004.4射线装置贮存和使用台帐射线装置名称射线种类管电压（Kv）管电流（mA）射线类别用途数量安放或使用位置生产或销售单位进厂时间X射线测厚仪X射线160kv1.2Ⅲ钢板产品测厚1热轧厂精轧机出口美国瑞美公司2007.7.X射线测厚仪X射线30~801~5Ⅲ钢板产品测厚3冷轧厂酸轧机出口英国赛默飞公司2008.5移动式诊断X线机X射线75-853-50Ⅲ诊断1透视室上海医疗器械厂1994.3高频摄影X光机X射线70-150100-500Ⅲ诊断1拍片室上海医疗器械厂2006.9.连铸机结晶器钢水液面控制系统的检测原理

放射源的γ射线射穿透待待测物质〔钢水〕后，局部射线被待测物质吸收，其余局部照射到电离室〔γ射线射探测器〕，产生带电粒子，带电粒子经收集转变成电流信号，电流信号经过采集卡输送到计量控制的计算机，计算机根据水口的钢水流速、电流信号等进行运算，从而测得待测物质〔钢水〕的液面高度。钢水液面控制系统根据实际液面与给定值进行比较，输出控制信号，控制水口的钢水流速，实现自动控制。放射源装置周围辐射监测测试地点流口号点位点位描述结果（μGy/h）备注4#方坯机1流1距结晶器口30cm0.2362距结晶器口50cm0.1543距结晶器口1m0.1324距结晶器口2m0.1232流5距结晶器口30cm0.2326距结晶器口50cm0.1487距结晶器口1m0.1308距结晶器口2m0.122监测结果未扣除宇宙射线的响应。环境本底值约为0.1~0.15μGy/hX射线测厚仪的检测原理在X射线测厚中，产生X射线的装置主要由X射线管和高压电源组成。X射线管由安装在真空玻璃壳中的阴极和阳极组成。阴极是钨制灯丝，它装在聚焦杯中，当灯丝通电加热时，电子就“蒸发〞出来，而聚焦杯使这些电子聚集成束，直接向嵌在金属阳极中的靶体射击。靶体一般采用高原子序数的难熔金属制成。高电压加在X射线管的两极之间，使电子在射到靶体之前被加速到达很高的速度，这些高速电子到达靶面为靶所突然阻挡从而产生X射线。利用X射线测厚仪进行产品厚度测量时，X射线管在通电状态下产生的X射线一局部被钢板吸收，其余局部穿透钢板，照射到探测器上，X射线的透射强度与钢板的厚度有对应关系接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X射线管剖面示意图X射线测厚仪辐射监测测试地点点位点位描述结果（μSv/h）备

注精轧机组出口测厚仪安装位置1距接收器所在机柜30cm0.2852距接收器所在机柜50cm0.2313距接收器所在机柜1m0.1804距X射线球管所在机柜30cm0.2905距X射线球管所在机柜50cm0.2416距X射线球管所在机柜1m0.1957距精轧机生产线1m0.1688距精轧机生产线1.5m0.1609距精轧机生产线2m0.15510距精轧机生产线3m0.155环境本底0.155测厚仪未运行表中的监测结果均未扣除宇宙射线的响应柳钢放射源平安管理方法电离辐射标志电磁辐射电磁辐射电磁辐射：能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。

电磁辐射是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成，而该能量是由电荷移动所产生；电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。电磁辐射衍生的能量大小，取决于无线电频率的上下，频率越高，能量越大。一般来说，电磁辐射可以分为“电离辐射〞和“非电离辐射〞两类。X射线、γ射线可以使原子和分子电离化，这种电磁辐射即称为“电离辐射〞。管理范畴所指的电磁辐射均为非电离辐射。E=h,=c/

小能量高

大能量低

电磁辐射谱电磁辐射谱电磁辐射产生的来源γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波高能