辐射防护及危害

核科学概论东华理工大学核工系本堂课主要内容??辐射剂量学基本知识辐射对人体的危害第一节辐射剂量学基本知识辐射防护的概念与含义辐射防护已成为核科学领域中一个重要分支，是专门研究防止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科。它与许多学科存在交叉领域。辐射防护和核安全有许多交叉的地方。其主要内容 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 涉及到的学科有：原子核物理学、核化学、辐射剂量学、核辐射探测技术、核电子学、放射生物学、放射卫生学、放射生态学和辐射评价学等。内容极为丰富，至今在理论上或在应用上仍处在发展和深化阶段，有许多新课题尚待研究和介决。辐射防护的目的与任务辐射防护和核安全的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。辐射防护和核安全的基本任务：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全；保护好环境；又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。电离辐射对人类和环境的影响日常生活中所遇到的射线——来源生活中的辐射来源｛人工辐射天然辐射天然辐射是人类的主要辐射来源天然辐射源对人类和环境的影响天然本底照射宇宙射线天然辐射宇生放射性核素原生放射性核素一般场所：天然本底为2.4mSv/a,222多为内照射(Rn,60%)天然辐射源照射世界平均辐射剂量值（UNSCEAR2000）辐射源外照射年有效剂量mSv平均值典型范围值宇宙辐射直接电离辐射和光子中子成分0.28（0.30）a0.10（0.08）宇生核素宇宙射线与宇生核素小计陆地外照射室外室内陆地外照射小计外照射合计0.01（0.01）0.390.07（0.07）0.41（0.39）0.480.870.3―0.6c0.6―1.60.3―1.0天然辐射源照射世界平均辐射剂量值（续）辐射源内照射吸入内照射铀、钍系列氡（222Rn）钍（220Rn）吸入内照射小计食入内照射0.006（0.01）1.15（1.2）0.10（0.07）1.260.2―10年有效剂量mSv平均值典型范围值40K铀和钍系食入内照射小计0.17（0.17）0.12（0.06）0.290.2―0.8内照射合计1.55总计2.41―10正常本底地区天然辐射源致人体的年有效剂量辐射来源年有效剂量,mSv宇宙射线宇生核素陆地g外照射陆地放射性核素内照射(不包括氡)氡及其子体0.380.010.480.291.25总计2.4人工辐射源对人类和环境的影响人工辐射——医疗辐射1.放射诊断2.放射治疗3.核医学医疗辐射是最大的人工辐射来源；各种人工放射性核素，大约80％用于医学目的。全世界医用X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（1991-1996）检查胸部X射线摄影胸部X射线透视腰椎胸椎骨盆和腹部上胃肠道每1000人口检查次数8737154.11113每次检查的有效剂年集体剂量，量，mSv人Sv0.141.11.81.40.833.7712002347001590003340053300274000全世界医用X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（1991-1996）（续）检查下胃肠道尿路造影CT血管造影每1000人口检查每次检查的有效剂量，年集体剂量，mSv次数人?Sv3.43.8162.16.43.78.61212700081300785000143000介入程序总计0.8433020980002330000人工辐射——核电站3H、14C、16N、大气，Kr、Xe、I、反应堆运行：35S、41Ar；水中，3H和裂变产物。3H、14C、85Kr、90Sr等，长寿命核素，后处理：以及超铀元素的同位素。核能生产所致居民人均年剂量当量，美国、加拿大为3?10-8Sv，英国-6为2.5?10Sv核电力生产持续到2500年时的年人均当量剂量预计值项目年核发电预计值[GW(e)]年集体有效剂量(人·Sv)世界人口(109)年人均当量剂量(mSv)占天然辐射源平均暴露量的百分数(％)年份19808050040.10.0052000100010001010.052100100002500100002000002500001020110251燃煤的放射性污染问题燃煤对环境的影响化学物质污染放射性物质污染煤散逸飞灰中放射性核素的平均含量：40K为265Bq/kg，238U为200Bq/kg，210Pb为930Bq/kg，210Po为1700Bq/kg，232Th为70Bq/kg，228Th为为110Bq/kg，228Ra为130Bq/kg人工辐射——核爆炸局部沉降放射性落下灰（含200多种放射性物质）带状沉降全球性沉降外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；内照射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等。食物链转移问题大气层核试验产生的放射性核素的平均年有效剂量μSv（UNSCEAR2000）年度北半球南半球总和3281575321802720外照射食入★吸入总和外照射食入★吸入1945-38253116410761151783519992000-1241412643112620992100-1251633.15021992000-1.4218021810.32180∞1945-52029001643580149253035∞★包括在全球扩散的3H和14C的贡献。人工辐射的组成人类生活方式对辐射水平的影响类型剂量水平(mSv)看电视每天2小时夜光表乘飞机2000km<0.01mSv/a0.02mSv/a0.005mSv/h眼镜（局部）家用天然气（局部）假牙（局部）吸烟每天20支（“钋弹”）诊断X射线人均年有效剂量CT人均单次有效剂量使用火力发电厂带来的照射核电站附近人均年有效剂量核设施附近人均年有效剂量0.01～0.04mSv/a0.06～0.09mSv/a1μSv/a0.5～1mSv/a0.38.60.0050.001-0.020.001-0.2辐射照射的类别照射是指受照的行为或状态。根据不同的行为或状态，照射的分类方法就有好几种。照射可以是外照射（体外源的照射），也可以是内照射（体内源的照射）。照射可以分为正常照射或潜在照射；也可以分为职业照射、医疗照射或公众照射；在干预情况下，还可以分为应急照射或持续照射。?照射量定义：X、γ射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。dQX?dm式中：dQ－在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm－体积元内空气的质量。照射量SI单位：C/kg库伦/千克照射量X应用条件X、γ射线；介质为空气。有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少量空气后测得的照射量值。?比释动能（Kerma，kineticenergyinmaterial）定义：不带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能总和的平均值除以物质质量的商。dEtrK?dmSI单位：戈瑞，Gy历史上曾使用过的单位：拉德，符号rad1Gy＝100rad间接带电粒子（比释动能）带电粒子间接电离粒子的能量沉积过程：带电粒子物质（吸收剂量）比释动能K的使用条件对不带电粒子适用；适用于所有介质；针对“点”的概念。?吸收剂量（absorbeddose）吸收剂量D在剂量学的实际应用中是一个非常重要的基本的剂量学量。电离辐射授予某一体积元中物质的平均定义：能量除以该体积元中物质的质量的商d?D?dmSI单位：戈瑞，Gy1Gy＝1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，rad1Gy＝100rad吸收剂量D的使用条件对所有射线适用；适用于所有介质；针对“点”的概念。吸收剂量率定义：某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。dDD?dt?SI单位：戈瑞/秒，Gy/s?当量剂量HT,R(equivalentdose)这是一个与个体相关的辐射量器官或组织T中的平均吸收剂量DT,R与辐射权重因子WR的乘积HT,R?WR?DT,R式中：WR－辐射权重因子；DT,R－器官、组织的平均剂量如果辐射场由具有不同WR值的不同类型和（或）不同能量的辐射所构成时，则当量剂量HT为HT??WR?DT,RRSI单位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv＝100rem辐射权重因子WR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：表征射线种类，能量与生物效应关系为辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康的相对危害效应。辐射权重因子（WR）（ICRP60）辐射类型光子电子和介子中子质子（反冲质子除外）α粒子，裂变碎片，重核能量范围所有能量所有能量＜10keV10-100keV＞100keV-2MeV＞2-20MeV＞20MeV能量＞2MeVWR1151020105520?有效剂量E(effectivedose)这也是一个与个体相关的辐射量当所考虑的效应是随机效应时，在全身受到不均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的加权后的当量剂量之和。E??WT?HTT式中：WT－组织T的权重因子；HT－器官或组织的当量剂量有效剂量表示了在非均匀照射下随机性效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量。有效剂量也表示了为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之和：E??WT?HT??WT?WR?DT,RTTRSI单位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem1Sv＝100rem意义：评价随机效应的危险度，使辐射防护走向定量化。组织权重因子（tissueweightingfactor,WT)定义：WT代表组织T接受的照射所导致的随机效应的危险系数与全身受到均匀照射时的总危险系数的比值。表征组织或器官的辐射敏感性反应了在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。为辐射防护的目的，器官和组织的当量剂量所乘的因数，乘以该因数是为了考虑不同器官和组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。组织权重因子（ICRP60）组织或器官睾丸红骨髓结肠肺胃膀胱乳腺旰食道甲状腺皮肤骨表面其余组织或器官组织权重因子WT0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05?待积当量剂量与待积有效剂量?待积当量剂量（committedequivalentdose）人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在50年内将要受到的累积的剂量当量。to??HT(?)?t0?HT(t)dt?式中：t0是摄入放射性物质的起始时刻；?(t)是在t时刻器官或组织受到的当量剂量率；Htτ是摄入放射性物质之后经过的时间。当没有给出积分的时间期限时，成年人－50年；儿童－70年?待积有效剂量（committedeffectivedose）受到辐射危害的各器官或组织的待积当量剂量HT（τ）经WT加权处理后的总和称为待积有效剂量E（τ），即E(?)??wT?HT(?)T式中：HT（τ）是积分到时间器官或组织T的待积当量剂量；WT是器官或组织T的组织权重因子。待积有效剂量可用来预计个人因摄入放射性核素后将发生随机性效应的平均几率。HT（τ）与E（τ）的单位、名称与符号都和H、E相同。?集体当量剂量与集体有效剂量一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人。因此，采用集体剂量来定量地表示这一次放射性实践或事故对该群总的危害。?集体当量剂量ST(collectiveequivalentdose)表示一组人某指定的器官或组织的当量剂量的总和。ST??HT,i?NiiH式中：T.j是所考虑的群体中，第i组的人群中每个人的T器官或组织平均所受到的当量剂量；Ni是第i人群组的人数。单位：人?希?集体有效剂量SE(collectiveeffectivedose)受照群体每个成员的有效剂量的总和。SE??Ei?Niii式中：E是第I组人群接受的平均有效剂量。单位：人?希注意：时间、人群第二节辐射对人体的危害辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应。效应的性质和程度主要决定于人体组织吸收的辐射能量。从生物体吸收辐射能量到生物效应的发生，乃至机体损伤或死亡，要经历许多性质不同的变化，以及机体组织、器官、系统及其相互关系的变化，过程十分复杂。?辐射的作用过程?辐射的初始作用目的：在分子水平上，了解辐射损伤的机理。基础：电离和激发，改变原子或分子的状态，从而导致细胞功能或遗传结构的变化。辐射的生物效应的特点：（1）很低的吸收能量就能引起高的生物效应；（2）短暂作用引起长期效应。细胞水平临床症状功能障碍效应分子水平体细胞细胞死亡确定性效应多细胞死亡导致生殖细胞DNA损伤不孕体细胞肿瘤细胞变异生殖细胞随机性效应单一细胞变异导致遗传效应?影响辐射生物学作用的因素?物理因素总结（1）辐射类型外照射:g＞b＞a(危害程度)内照射:a＞b＞g(危害程度)（2）剂量率、受照时间间隔剂量率??生物效应?时间间隔??生物效应?（3）照射部位与面积不同部位?不同的敏感度面积??生物效应?（4）几何条件不同的几何条件?不同的生物效应?生物因素（1）不同生物种系对辐射的敏感性不同生物种系人猴大鼠鸡龟大肠杆菌病毒LD50（Gy）4.06.07.07.1515.056.02?104（2）不同年龄对辐射的敏感性不同胚胎不同发育阶段，2GyX射线照射下死胎或畸形的发生率（3）不同组织或器官对辐射的敏感性不同高度敏感:淋巴组织、胸腺、骨髓、性腺、胚胎肠胃上皮中度敏感:感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、唾液腺、肾、肝等轻度敏感:中枢神经系统、内分泌腺、心脏不敏感:肌肉组织、软骨组织、结缔组织?剂量与效应的关系电离辐射所致生物效应的分类（1）依据效应发生的个体躯体效应（somaticeffects）定义：发生在受照者本人身上的效应。遗传效应（hereditaryeffects）定义：发生在受照者后代身上的效应。关于遗传效应遗传效应是由生殖细胞的变异引起的。辐射照射引起的遗传效应没有特异性。迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生。?电离辐射所致生物效应的分类（2）依据效应发生的时期早期效应（earlyeffects）受到照射后数周之内发生的效应。晚发效应（Lateeffects）受到照射后数月以后发生的效应。潜伏期（latentperiod):从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间。关于早期效应日本东海村核燃料加工厂核临界事故（99.09.30上午）根据推算，铀的临界量为2.4kg，而这名工作人员却将16kg的铀硝酸盐溶液一下子都倒入沉淀池中，于是即引发了链式核裂变反应，在瞬间三人都看见了“兰色的闪光”辐射射监测报警器立即呜响，临界事故已发生。O氏（16—23Gy），意识丧失、呕吐、腹泻、淋巴细胞数，事故82天后死亡。S氏（6—10Gy）20分钟后感觉麻木、呕吐、腹泻，在210天后死亡。事故发生时的位置图关于晚期效应的潜伏期白血病之外的肿瘤白血病02年10年20年30年40年日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化?电离辐射所致生物效应的分类（3）依据效应-剂量关系分类随机性效应(stochasticeffects)确定性效应（deterministiceffects）?发生几率与剂量成正比?无剂量阈值?有剂量阈值?效应的严重程度与剂量成正比?严重程度与剂量无关总结?辐射剂量学基本知识辐射防护概念、辐射防护的任务与目的、天然辐射、人工辐射、辐射照射类型；照射量、吸收剂量、授予能、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量、待积有效剂量?辐射对人体的危害物理因素、生物因素、随机效应、确定性效应、躯体效应、遗传效应