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1、核辐射测量方法主讲：周四春,核技术与自动化工程学院,第三章 放射性测量单位与核辐防护,第一节 放射性测量常用单位 第二节 标准源与标准模型 第三节 核辐射防护简述,第三节 核辐射防护简述,1、生物效应产生的过程和机理,一、核辐射对人体的影响,电离辐射的能量转移过程,单链断裂：,DNA损伤（分子水平）,双链断裂： 错误修复,可以实现无差错 修复,细胞水平损伤,细胞死亡,间期死亡,增殖死亡,增殖死亡,间期死亡,增殖死亡,间期死亡,间期死亡,功能障碍 结构改变,增殖死亡,细胞水平损伤,细胞变异（modification),异常细胞 克隆,细胞转化,癌症,transformation,cancer,变
2、异,细胞凋亡(apoptosis),变异细胞的程序性死亡（programmed death） 镜下表现：胞核浓缩、断裂 凋亡小体 机理：P53基因 激活自我致死程序 是变异细胞免于患癌的重要机制,细胞凋亡(apoptosis),生物效应产生的过程和机理,电离辐射所致生物效应的分类,躯体效应（somatic effects） 定义：发生在受照者本人身上的效应,依据效应发生的个体：,遗传效应（hereditary effects） 定义：发生在受照者后代身上的效应,关于遗传效应,由生殖细胞的变异引起,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
3、应的分类,依据效应发生的时期,潜伏期（latent period): 从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间,早期效应（early effects） 受到照射后数周之内发生的效应,晚发效应（Late effects） 受到照射后数月以后发生的效应,关于早期效应,日本核临界事故（99.09.30）,事故发生时的位置图,S氏（10Gy） 20分钟后感觉麻木、呕吐、腹泻,O氏（17Gy）： 意识丧失、呕吐、 腹泻、淋巴细胞数,关于晚期效应的潜伏期,日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化,0,10年,20年,30年,40年,白血病,白血病之外的肿瘤,2年,辐射致癌的潜伏期,ICRP Publ. 60
4、(1990),电离辐射所致生物效应的分类,确定性效应 （deterministic effects）,随机性效应 (stochastic effects),依据效应-剂量关系分类,有剂量阈值,无剂量阈值,效应的严重程度 与剂量成正比,发生几率与剂量 成正比,严重程度与剂量无关,确定性效应与随机性效应,剂量,剂量,几率,严重程度,阈值,随机性效应,确定性效应,？,确定性效应,急性放射病 定义：人体一次或短时间内分次受到大 剂量照射引起的全身性疾患。 外照射：1Gy,急性放射病症状与剂量的关系:,对造血组织影响,血细胞寿命,生殖系统的影响,男性,女性,皮肤的放射损伤,眼组织的放射损伤,症状与阈值,
5、随机性效应-辐射致癌,癌症的概念与起源 癌症(cancer):增生失控并侵入周围组织或向远隔部位转移的恶性肿瘤,致癌因子(carcinogen):能使正常细胞转变为恶性细胞最后发展为癌症的因子 化学因素 物理因素 病毒 机体遗传特性, 激素水平, 环境因素, 生活因素,癌症的多阶段发生学说 (multi-stage),始动期(initiation): 原癌基因的激活; 抑癌基因的失活 淘汰机制:DNA修复, 免疫系统的识别监视消除 癌症是否出现和何时出现,人类辐射致癌的分析方法,流行病学(epidemiology): 对人群中某种疾病的时间, 空间分布及 其影响因素的研究,癌症危险: 危险(r
6、isk): 某种有害效应发生的概率 发病率(incidence) 死亡率(mortality),人类的放射性癌症 (radiogenic cancer),辐射致癌危险系数,危险系数(risk coefficient): (危险度) 单位剂量照射引起的危险 12种癌症： 一般公众: 510-2 Sv-1 职业照射: 410-2 Sv-1,小剂量刺激效应（hormesis),定义： 低剂量照射可以刺激某些细胞功能， 提高机体自然防御功能的现象。 机制：刺激DNA修复酶； 免疫学机制,2、人类受到的辐射照射和水平,第三节 核辐射防护简述,一、核辐射对人体的影响,人类受到照射的辐射源有两类，即天然辐射
7、源和人工辐射源。 在地球上生命体的形成和人类诞生及生活的整个历史的各个阶段中，每时每刻都受到宇宙射线和地球环境中原始存在的放射性物质发射出射线的照射，这种天然放射性是客观存在，通常称之为天然本底照射。天然本底照射是迄今人类受到电离辐射照射的最主要来源。 近半个世纪以来，由于医疗照射及核能核技术的开发与应用，以及核动力生产、核试验等，产生了不少新的放射性物质和辐射照射。这类辐射照射称之为人工辐射源照射。,2、人类受到的辐射照射和水平,（1）天然辐射(natural exposure)： 来自于天然辐射源的电离辐射,宇宙射线： 存在于地球上的天然放射性核素：,宇生核素(cosmogenic)：3H
8、;14C;7Be; 22Na 原生核素(primordial)：三大放射系+钾40 238U；232Th；235U,第三节 核辐射防护简述,一、核辐射对人体的影响,氡（radon): 226Ra 222Rn,人体也是一个小放射源,摄入途径：食物、饮水、呼吸 核素种类： 40K、 14C、87Rb、氡子体 我国标准成人 40K：4.11105/min 14C: 1.93 105/min,天然辐射所致的年平均有效剂量(UNSCEAR 2000 report),（2）人为活动引起天然辐射照射增加,医疗照射：透视、CT等 核试验：原子弹爆炸等 核工业：铀矿冶炼、核能生产 航空：宇宙射线照射 燃煤：燃煤
9、发电 建材成分的改变： 煤渣、粉煤灰的再利用 天然石材的利用,2、人类受到的辐射照射和水平,一、核辐射对人体的影响,医疗照射,全世界医用X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（1991-1996）,大气层核试验是环境中人工辐射源对全球公众产生照射的最主要源因。核试验在大气中形成的人工放射性物质最初大多进入大气层的上部，然后从大气层上部缓慢地向大气层下部转移，最终降落到地面，称之为落下灰。当落下灰的各种放射性核素存在于地面空气时，可通过吸入而引起内照射，当其沉降于植物上或土壤中时，则可通过外照射和食入引起内照射。 核试验始于1945年, 1954年1958年及19611962年间曾在大气中进行过大
10、量的核试验，最后一次是在1980年10月。这期间共进行了543次大气层中的核试验，440Mt当量。地下核试验所造成环境的污染较小，但到1998年仍在进行地下核试验，地下核试验共进行了1876次，90Mt当量。,核试验,世界主要核国家核试验次数统计,核试验产生的几百种放射性核素中，多数产量很少，且在很短时间内已全部衰变，对世界居民的有效剂量负担贡献大于1%的只有7种。按对人体照射水平的递减顺序，它们是：14C, 137Cs, 95Zr, 90Sr, 106Ru, 144Ce和3H。但从1965年起剩余累积沉积中主要的核素是137Cs和90Sr。 落下灰对居民的照射水平，因居住地所处的纬度而异，南
11、半球居民受到的照射要比北半球低。后页表列出了核试验给生活在南、北温带及全世界居民造成的有效剂量负担值。 核试验对居民照射的主要途径是食入，其次是外照射。1980年底前由大气核试验造成的集体有效剂量负担总计为3107人Sv, 相当于当今世界人口额外受到大约4年的天然本底辐射的照射。就核试验引起的人均年剂量而言，1963年最大, 相当于天然辐射源所致平均年剂量的7%，1966年则下降为2%左右, 目前已低于1%。,大气层核试验产生的放射性核素的年平均有效剂量，单位 Sv,a.包括在全球扩散的3H和14C的贡,根据国际原子能机构2001年5月3日发布的数据，截止2000年底，全世界共有438台核电机
12、组在运行，总装机容量为51327MWt，核电运行经验达9819堆年。 2003年，全世界核发电量达24475亿千瓦小时，3台新机组开工建设，在建机组数为31台。核电约占全世界电力供应的17%。83%的装机容量在工业化国家。共有包括法国、日本、德国、乌克兰、瑞典、西班牙、比利时等在内的17个国家的核电比例超过25%，其中法国最高为76.4%。,核能生产,用核反应堆生产电能是以核燃料循环为先决条件的。核燃料循环包括：铀矿石的开采和水冶，转变成不同的化学形态；235U同位素含量的富集；燃料元件的制造；通过核反应产生能量；受照燃料的贮存和后处理；乏燃料中易裂变和有用物质的循环利用和回收；核燃料循环不同
13、阶段、不同设施之间放射性物质的运输；最后，还要对放射性废物进行处置。,虽然，核动力生产中产生的所有人工放射性核素几乎都存留在受照过的核燃料中，但是上述循环的每一环节都会少量放射性物质被释放入环境。由于其中大多数放射性核素的半衰期较短，在环境中的迁移速率较低，因此释放到环境的放射性物质多半只在局部或本地区产生影响，当然也有一些半衰期很长或在环境中弥散较快的放射性核素可分布到全球从而在世界范围内使人类和环境受到照射和污染。后页表列出核燃料循环的放射性释放对局部和区域公众的集体有效剂量。,核燃料循环的放射性释放对局部和区域公众的集体有效剂量,下表给出按现有的技术水平，核电生产持续到2500年时由核燃
14、料循环所致的年集体有效剂量和人均有效剂量的预计值。可见1980年由于核能生产所致的人均当量剂量只及天然辐射源照射水平的0.005%, 即使到2500年也不过是天然辐射源照射水平的1%。,表 核电生产持续到2500年时年人均当量剂量预计值,年核发电量预计值GW(e)a 年集体有效剂量(人Sv) 世界人口(109人) 年人均当量剂量(,不同情況下的吸收劑量(圖片來源: 英國國家放射防護局出版的“Living with Radiation”(一九九八年),后页表给出了全球人口由于各种辐射源引起的照射剂量的比较，为了对辐射照射水平有一个完整了解，在此表中还列入了职业照射等非环境辐射所致的照射水平。 人
15、类除了受到上述三种主要人工辐射源的照射外，还受到由于工业技术发展造成的增大了的天然辐射源的照射（例如，燃煤发电、磷肥生产造成的环境放射性污染，空中旅行、宇宙航行导致额外的宇宙射线照射等）以及各种消费品（例如夜光钟、表，含铀、钍的制品，某些电子、电气器件等）的人工辐射源的照射。不过，由这些人工辐射源所致的世界居民的集体有效剂量负担与天然辐射源所致的相比，一般都很小，总计不过天然辐射源的1%。,各种辐照源引起的照射剂量,表 2000年天然和人工源所致年均个人有效剂量,公众所受辐射照射比例（1993年）,1、吸收剂量( D ),定义：单位质量受照射物质所吸收的平均电离辐射 能称为吸收剂量。,第三节
16、核辐射防护简述,二、剂量当量限值,法定单位：戈瑞 1戈瑞1焦耳 / 千克 1 Gy 1 J/ kg 曾用单位：拉德 1 rad0.01Gy,吸收剂量1 戈瑞（1焦耳/千克）时的能量效应,1）水温升高 （比热 4.2103J/千克度） 1 kg水物质吸收剂量 1 Gy 水温度上升 1/（4.2103）= 2.410-4 C,2）转化为物体的动能 m D= (1/2)m v2 运动速度 v = 1.4 m/s,3) 转化为物体的势能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m,剂量实际上是单位物质吸收电离辐射能大小 的一种量度。吸收剂量大，生物体受到 的损害大。,2、剂量当量( H ),意义：表示电离辐射引起的生物效应的大小,第三节 核辐射防护简述,二、剂量当量限值,Q 电离辐射的品质因数生物放大效应 D 吸收剂量（戈瑞） N所有其它修正因子的乘积。对外照射：N1,法定单位：
