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1、射线检测工作的辐射防护 夏纪真编1 射线防护的基本概念1.1 描述辐射与物质相互作用的物理量及其单位 放射线能使物质的中性原子或分子形成离子（正离子和负离子），这种现象称为电离，我们把这种能够在通过物质时能间接或直接地诱生离子的粒子或电磁辐射的辐射，称作电离辐射（或致电离辐射）。直接电离辐射通常是指阴极射线、射线、射线和质子射线，间接电离辐射是指X射线、射线和中子射线。 电离辐射传递给每单位质量的被照射物质的平均能量，称为吸收剂量，吸收剂量的国际单位是戈瑞,Gy,专用单位是拉德,rad,两者的换算关系是1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德,1拉德=10-2戈瑞，1拉德=100尔格/克。 单位时间内
2、的吸收剂量就称为吸收剂量率，其单位是戈瑞/小时（Gy/h）。由于不同种类的射线（X、中子、电子、等），不同类型的照射条件（内照射、外照射），即使吸收剂量相同，对生物所产生的辐射损伤程度也可以是不同的，为了统一衡量评价不同类型的电离辐射在不同照射条件下对生物引起的辐射损伤危害，引入了剂量当量这一物理概念。通用于各种辐射的当量，表示被照射人员所受到的辐射。剂量当量H是生物组织内被研究的一点上的吸收剂量D与辐射的品质因素Q（也称做线质因数，表示吸收能量微观分布对辐射生物效应的影响，对生物因数与辐射类型和能量的关系作了适当修正）及其修正因素N（吸收剂量空间、时间等分布不均匀性对辐射生物效应的影响）的乘
3、积，即H=DQN, 吸收剂量当量的国际单位是希沃特,Sv,专用单位是雷姆,rem,两者的换算关系是1希沃特=1焦耳/千克=100雷姆,1雷姆=10-2希沃特。对于X射线、射线，就防护而言，Q和N值均近似取为1，所以可以认为吸收剂量和剂量当量在数值上是相等的。 直接测量吸收剂量是比较困难的，但是可以通过仪器测量照射量来计算被辐照物体的吸收剂量。X射线或射线穿过空气时能使空气的分子发生电离，形成带有正电荷的正离子和带有负电荷的负离子，描述X射线或射线使空气产生电离能力的物理量是照射量，其定义为X射线或射线（光子）在每单位质量空气内，释放出来的所有电子（正、负电子）被空气完全阻止时，在空气中产生的任
4、一种符号的离子总电荷的绝对值，照射量的国际单位是库仑/千克(C/Kg) ，专用单位是伦琴,R,两者的换算关系是1库仑/千克3.877x103伦琴,1伦琴=2.58x10-4库仑/千克。 单位时间内的照射量就称为照射率，其国际单位是库仑/千克秒,专用单位是伦琴/小时。空气的吸收剂量D与照射量X的关系为：D空气=33.7X (Gy)，这里照射量X的单位是采用国际单位库仑/千克。如果照射量X的单位是采用伦琴，则关系式变为：D空气=8.69x10-3X (Gy)。因此，只要知道辐照场中某点的照射量，就可以按照此关系式计算该点的吸收剂量。 在一定条件（“电子平衡”）下，不同物质的吸收剂量之间存在一定的关
5、系，因此可以通过空气的吸收剂量求出其他物体的吸收剂量。实际应用中常常直接应用这种物体的吸收剂量与照射量的关系式：D物体=fX，式中D物体-物体的吸收剂量，单位Gy；X-物体所在处的照射量，单位C/Kg；f-换算因子（GyKg/C）。换算因子的值与射线能量以及被辐照物体的性质相关。 下面列表示出部分能量下人体某些部分的换算因子值。部分能量光量子的f值 光量子 能量(MeV) 水 骨骼 肌肉组织 GyKg/C Gy/R GyKg/C Gy/R GyKg/C Gy/R 0.010 35.35 0.00912 137.21 0.0354 35.85 0.00925 0.015 34.46 0.0088
6、9 153.86 0.0397 35.50 0.00916 0.020 34.15 0.00881 163.95 0.0423 35.50 0.00916 0.030 33.68 0.00869 170.15 0.0439 35.27 0.00910 0.040 34.03 0.00878 160.46 0.0414 35.62 0.00919 0.050 34.57 0.00892 138.76 0.0358 35.89 0.00926 0.060 35.08 0.00905 112.79 0.0291 36.01 0.00929 0.080 36.12 0.00932 74.03 0.01
7、91 36.39 0.00939 0.10 36.74 0.00948 56.20 0.0145 36.74 0.00948 0.15 37.29 0.00962 40.70 0.0105 37.05 0.00956 0.20 37.71 0.00973 37.95 0.00979 37.33 0.00963 0.30 37.44 0.00966 36.36 0.00938 37.09 0.00957 0.40 37.44 0.00966 35.97 0.00928 36.98 0.00954 0.50 37.44 0.00966 35.85 0.00925 37.09 0.00957 1.0
8、 37.40 0.00965 35.74 0.00922 37.05 0.00956 1.2 辐射生物效应 辐射作用于生物体时能造成电离辐射，这种电离作用能造成生物体的细胞、组织、器官等损伤，引起病理反应，称为辐射生物效应。辐射对生物体的作用是一个非常复杂的过程，生物体从吸收辐射能量开始到产生辐射生物效应，要经历许多不同性质的变化，一般认为将经历四个阶段的变化： 物理变化阶段：持续约10-16秒，细胞被电离； 物理-化学变化阶段：持续约10-6秒，离子与水分子作用，形成新产物； 化学变化阶段：持续约几秒，反应产物与细胞分子作用，可能破坏复杂分子；生物变化阶段：持续时间可以是几十分钟至几十年，上
9、述的化学变化可能破坏细胞或其功能。辐射生物效应可以表现在受照者本身，也可以出现在受照者的后代。表现在受照者本身的称为躯体效应（按照显现的时间早晚又分为近期效应和远期效应），出现在受照者后代时称为遗传效应。从辐射防护的观点，电离辐射引起的生物效应（辐射生物效应）可以分为随机效应与非随机效应两类： 随机效应是在放射防护中，发生几率与剂量的大小有关的效应，即剂量越大，随机效应的发生率越大，但效应的严重程度与剂量大小无关，即这种效应的发生不存在剂量的阈值。例如遗传效应和躯体致癌效应；衡量随机效应的重要概念是危险度（单位剂量当量在受照器官或组织诱发恶性疾患的死亡率，或出现严重遗传疾病的发生率）和权重因子
10、（各器官或组织的危险度与全身受到均匀照射的危险度之比）。 器官和组织的危险度与权重因子 器官、组织 效应 危险度(1/Sv) W(权重因子) 生殖腺 二代重大遗传疾病 4x10-3 0.25 乳腺 乳腺癌 2.5x10-3 0.15 红骨髓 白血病 2x10-3 0.12 肺 肺癌 2x10-3 0.12 骨 骨癌 5x10-4 0.03 甲状腺 甲状腺癌 5x10-4 0.03 其他组织 癌 5x10-3 0.30（注） 全身 诱发癌症 1x10-2 一代遗传疾病 4x10-3 注：选取其他五个接受剂量当量最大的器官或组织，每个器官或组织的权重因子取为0.06，其他器官或组织不计。胃、小肠、
11、大肠上段、大肠下段可作为四个独立器官。 非随机效应是效应的严重程度随剂量而变化，即这种效应要在剂量超过一定的阈值后才能发生，效应严重程度与剂量大小有关，亦即只要限制剂量当量就可以避免非随机效应的发生。例如对眼（眼晶体的白内障）、皮肤（皮肤的良性损伤）和血液引起的效应。射线防护的目的在于防止有害的非随机效应，并限制随机效应的发生率，使之达到可以接受的水平。非随机效应的剂量阈值 器官、组织 效应 单次照射的剂量阈值 多次照射累积剂量阈值 生殖腺 永久性不育 3 Gy 眼晶体 晶体浑浊 0.52.0 Sv 15 Gy 红骨髓 造血机能损伤 1.5 Sv 20 Gy 皮肤 难以接受的变化 20 Gy
12、1.3 辐射损伤 电离辐射产生的各种生物效应对人体造成的损伤称为辐射损伤，它可以来自人体之外的辐射照射，也可以产生于吸入（例如放射性尘埃）或进入（例如受放射性污染的水、食物或其他物体）人体内的放射性物质的照射。 辐射损伤过程主要有急性损伤和慢性损伤两种类型。 急性损伤是指短时间内全身受到大剂量的照射（例如数戈瑞）而产生的辐射损伤。典型症候常表现为三个阶段： 前驱期：受照者出现恶心、呕吐等症状，约持续12天； 潜伏期：一切症状消失，可持续数日或数周；发症期：表现出辐射损伤的各种症状，如呕吐、腹泻、出血、嗜眠、毛发脱落等，严重者导致死亡。急性损伤主要是中枢神经系统损伤、造血系统损伤、消化系统损伤，
13、以及可以造成性腺损伤、皮肤损伤等。急性损伤将会造成严重后果，必须防止短时间内大剂量照射的情况发生。急性损伤的主要效应特点如下表。 急性损伤的主要效应特点 剂量(Gy) 可能产生的效应 00.25 无可检出效应，可能无迟发效应 0.5 血象轻度暂时变化，可能有迟发效应 1 恶心、疲劳 2 受照后24小时内出现恶心、呕吐，一周潜伏期后出现毛发脱落、厌食、虚弱等(例如腹泻、喉炎) 4(称为半致死剂量) 受照后几小时出现恶心、呕吐，两周内可见毛发脱落、厌食、虚弱、体温增高，第三周出现紫斑、口腔和咽部感染，第四周出现苍白、腹泻、迅速消瘦，50%个体可能死亡。 6(称为致死剂量) 受照后12小时出现恶心、
14、腹泻，一周出现呕吐等，体温升高，迅速消瘦，第二周出现死亡，死亡率可达80%100% 注：半致死剂量-辐射在一定时间间隔内，杀死某一群落动物或某一人群的50%时，所需的剂量称为半致死剂量，常用符号LD50表示。 概括来说，射线辐射引起的生物效应与射线的性质和能量有关,但更主要的是与机体吸收剂量的多少有关。不同剂量的照射对人体的损伤在D（0.25Gy）的一次照射时，无明显病理变化；D（0.5Gy）时，出现一时性血象变化；D（1Gy）时，会引起急性放射病。 慢性损伤是长时间受到超过允许水平的低剂量的照射时，在受照后数年甚至数十年后出现的辐射生物效应。对于慢性损伤目前还难以确定辐射与损伤之间的因果关系。目前认为慢性损伤主要有：白血病、癌症（皮肤癌、甲状腺癌、乳腺癌、肺癌、骨癌等）、再生不良性贫血、白内障、寿命缩短等。不过对于寿命缩短的问题，在国际放射防护委员会的第26号出版物中指出：“寿命缩短效应，除了由于诱发肿瘤所造成的以外，缺乏确凿的证据，不能用于定量估计。” 除了上述两种情况外，实际中存在的另一种情况是慢性、小剂量的照射，亦即长时间受到低于最大允许剂量的照射，虽然这种低剂量、低剂量率引起的辐射生物效应大大低于高剂量、高剂量率引起的结果，但是其累积剂量的问题是不应忽视的，因为慢性、小剂量照射产生的辐射损伤有可能会诱发
