辐射剂量及防护

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1、第八章第八章 辐射剂量及防护辐射剂量及防护第二节第二节 辐射对人体的影响及其防护辐射对人体的影响及其防护1第一节第一节 辐射剂量及其单位辐射剂量及其单位 一、照射量（一、照射量（X X） 仅适用于仅适用于X X和和射线。其定义为：射线。其定义为： X X和和射线在某一体积元的空气中所产生的全部射线在某一体积元的空气中所产生的全部电子（电子和正电子）被空气完全阻止时所电子（电子和正电子）被空气完全阻止时所形成的一种符号离子总电荷形成的一种符号离子总电荷dQdQ的绝对值，的绝对值， 与该体积元空气的质量与该体积元空气的质量dmdm之比的商之比的商： X=dQdm2 照射量的国际单位为照射量的国际单

2、位为C/kgC/kg; ; 与它暂时并与它暂时并用的用的专用单位是伦琴专用单位是伦琴，简称为伦（，简称为伦（R R）。 1R= 2.58 101R= 2.58 10-4-4 C/kg C/kg 由于一个电子的电荷为由于一个电子的电荷为1.60 101.60 10-19-19 C, C, 于是于是伦的照射量相当于伦的照射量相当于cmcm3 3 标准空气中产生：标准空气中产生： 2.58 102.58 10-4 -4 1.293 10 1.293 10-6-6/ (1.60 / (1.60 1010-19)-19) =2.08 10 =2.08 109 9 对离子。对离子。3 同时，在空气中产生一

3、对离子平均消耗同时，在空气中产生一对离子平均消耗 33.73 eV, 33.73 eV, 那么那么1 1伦的照射量相当于伦的照射量相当于1kg1kg空气吸空气吸收收X X和和射线的能量为射线的能量为： （2.08 102.08 109 9 /( 1.293 10/( 1.293 10-6-6) ) ) ) 33.73eV33.73eV = 5.43 10 = 5.43 101616 eV eV = 8.69 = 8.69 1010-3-3 J J4 照射量率照射量率 定义：定义： 单位时间内被照空气所受的照单位时间内被照空气所受的照射量射量，或照射量对时间的变化。，或照射量对时间的变化。 X

4、=X = dXdXdtdt5 二、吸收剂量（二、吸收剂量（D D） 吸收剂量则是表示任何一种电离辐射给吸收剂量则是表示任何一种电离辐射给予任何一种物质的能量的物理量。予任何一种物质的能量的物理量。其定义其定义为：为：致电离辐射授予某一体积元中物质的致电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量平均能量dd除以该体积元中的物质质量除以该体积元中的物质质量dmdm的商的商： D = ddm6 吸收剂量的国际单位为吸收剂量的国际单位为 J / kgJ / kg, , 单位单位的专用名称为的专用名称为戈瑞（戈瑞（Gray, Gray, 简写简写GyGy）或戈）或戈: : 1Gy = 1 J / kg 1Gy

5、 = 1 J / kg 与戈瑞暂时并用的专用单位为拉德与戈瑞暂时并用的专用单位为拉德（radrad）: : 1 rad = 10 1 rad = 10-2-2 Gy Gy 或或 1Gy = 100 rad1Gy = 100 rad7 吸收剂量率吸收剂量率 定义：定义： 吸收吸剂对于时间的变化率吸收吸剂对于时间的变化率。 D =d Dd t 8 三、三、 比释动能（比释动能（K K） 间接电离辐射如间接电离辐射如射线和中子与物质的射线和中子与物质的相互作用的过程可分为相互作用的过程可分为两步两步：首先是把能量：首先是把能量传递给带电粒子，传递给带电粒子， 然后通过带电粒子与物质然后通过带电粒子与

6、物质之间的库仑作用把能量沉积在物质中。之间的库仑作用把能量沉积在物质中。后一后一步步沉积在物质中的能量可以用沉积在物质中的能量可以用吸收剂量吸收剂量来表来表示。前一步则用比释动能来描述。示。前一步则用比释动能来描述。9 比释动能的定义比释动能的定义 间接电离粒子与物质相互作用时，在间接电离粒子与物质相互作用时，在单位质量物质中产生的带电粒子初始动能单位质量物质中产生的带电粒子初始动能的总和的总和: : K = K = 式中式中dEdE为间接电离粒子在特定物质的体积元为间接电离粒子在特定物质的体积元内释放出来的所有带电粒子初始动能的总和；内释放出来的所有带电粒子初始动能的总和； dmdm为所研究

7、元的物质的质量。为所研究元的物质的质量。dEdm10 比释动能的国际单位与吸收剂量相同，比释动能的国际单位与吸收剂量相同，即：即：J/ kgJ/ kg；专用名称为；专用名称为GyGy，暂时并用单位，暂时并用单位为为radrad。 比释动能率比释动能率 dKdK dt dt K =K =11 四、四、X X和和 K K、D D之间的关系之间的关系 比释动能和照射量都是用来描述间接比释动能和照射量都是用来描述间接带电辐射与物质的相互作用结果；带电辐射与物质的相互作用结果；比释动比释动能能适合于适合于任何间接电离辐射和任何物质任何间接电离辐射和任何物质，而而照射量照射量仅适用于仅适用于X X与与射线

8、与空气射线与空气的相的相互作用。互作用。 吸收剂量吸收剂量则适用于则适用于任何电离辐射的任任何电离辐射的任何物质何物质。12 当轫致辐射损失的能量可以忽略时当轫致辐射损失的能量可以忽略时，间接电离粒子传递给直接电离粒子能量就间接电离粒子传递给直接电离粒子能量就等于该物质吸收的平均能量（等于该物质吸收的平均能量（ ？）；即）；即此时比释动能等于吸收剂量：此时比释动能等于吸收剂量： K = DK = D13 照射量与吸收剂量的关系：照射量与吸收剂量的关系： D = f D = f X X （ 其中，其中，f f 为转换系数）为转换系数） D D空气空气 = 8.7310= 8.7310-3-3 X

9、 (Gy)X (Gy) D D物质物质 = D= D空气空气 = f X ( Gy ) = f X ( Gy ) 式中，式中， （en/en/）空气空气表示空气中的质量能量吸表示空气中的质量能量吸收系数；（收系数；（en/en/）物质物质表示其他照射物质的质量能表示其他照射物质的质量能量吸收系数量吸收系数。（en/en/）物质物质（en/en/）空气空气14 f =f = 8.73108.7310-3-3 转换系数转换系数f f值：值：空气：空气： 0.873 rad/ R;0.873 rad/ R;骨胳：骨胳： 0.935 rad/ R;0.935 rad/ R;肌肉：肌肉： 0.964 r

10、ad/ R;0.964 rad/ R;水：水： 0.974 rad/ R;0.974 rad/ R;聚乙烯：聚乙烯： 1.005 rad /R1.005 rad /R。（en/en/）物质物质（en/en/）空气空气15 例：例： 在在6060Co Co 射线下的水受到射线下的水受到 2000 2000 伦琴照射，伦琴照射，问水受的吸收剂量是多少？问水受的吸收剂量是多少？ 解：解： 已知：已知： X = 2000 R;X = 2000 R; 转换系数转换系数 f = 0.974 rad/R;f = 0.974 rad/R; D D水水 = f = f X X = 0.9742000 ( rad

11、 ) = 0.9742000 ( rad ) = 19.5 Gy = 19.5 Gy16 五、剂量当量 H = D Q NH = D Q N 式式中中，D D 为为吸吸收收剂剂量量；Q Q为为品品质质因因素素；N N为为修正系数，目前指定为修正系数，目前指定为1 1。 如如果果吸吸收收剂剂量量以以radrad表表示示，则则剂剂量量当当量量的的专专用用单单位位是是雷雷姆姆（remrem）。如如果果吸吸收收剂剂量量以以GyGy表表示示，则则剂剂量量当当量量的的专专用用单单位位是是希希沃沃（SvSv）: : 1 Sv = 100 rem 1 Sv = 100 rem。17 品质因数品质因数Q Q 表

12、示吸收能量的微观分布表示吸收能量的微观分布对生物效应的影响系数。对于内、外照射，对生物效应的影响系数。对于内、外照射，其取值如下表所示。其取值如下表所示。18 剂量当量率剂量当量率 定义：定义： 单位时间内的剂量当量。单位时间内的剂量当量。 H =H = 其国际单位为其国际单位为Sv/hSv/h等。等。 应该注意：应该注意：剂量当量只用于辐射防护，剂量当量只用于辐射防护，适用于容许剂量当量的范围，而不适用于适用于容许剂量当量的范围，而不适用于大剂量及大剂量率的急性照射大剂量及大剂量率的急性照射。 dHdHdtdt19 18951895年年发发现现X X射射线线后后不不久久就就报报道道了了各各种

13、种射射线线会会使使操操作作人人员员眼眼痛痛、皮皮肤肤烧烧伤伤，白白血血球球减减少少，毛毛发发脱脱落落等等病病症症。随随着着原原子子能能科科学学技技术术的的发发展展，人人们们对对辐辐射射有有了了较较深深入入的的了了解解，掌掌握握了了监监测测和和防防止止辐辐射射危危害害的的有有效效方法。方法。第二节第二节 辐射对人体的影响及其防护辐射对人体的影响及其防护20 一、自然辐射与医疗照射一、自然辐射与医疗照射 人类生活在一个人类生活在一个“辐射世界辐射世界”中中，每个人，每个人不可避免地承受着一定水平的照射。如宇宙不可避免地承受着一定水平的照射。如宇宙射线和周围物质中微量放射性元素产生的照射线和周围物质

14、中微量放射性元素产生的照射。空气、水源、食物中含有的微量放射性射。空气、水源、食物中含有的微量放射性物质通过不同途径进入人体引起的照射。此物质通过不同途径进入人体引起的照射。此外，在某些医疗过程中也可能受到照射。外，在某些医疗过程中也可能受到照射。21 例如，人们摄入的空气、食物、水例如，人们摄入的空气、食物、水中的辐射照射剂量约为中的辐射照射剂量约为0.250.25毫希毫希/ /年。年。 带夜光表每年有带夜光表每年有0.020.02毫希；毫希； 乘飞机旅行乘飞机旅行20002000公里约公里约0.010.01毫希；毫希； 每每 天抽天抽2020支烟，每年有支烟，每年有0.5-10.5-1毫希

15、；毫希； 一次一次X X光检查光检查0.10.1毫希等等。毫希等等。25 二、二、 辐射对人体的危害辐射对人体的危害 在小剂量范围内，低于大约在小剂量范围内，低于大约100mSv100mSv，癌症或遗，癌症或遗传效应的发病率随相关器官和组织的剂量当量的传效应的发病率随相关器官和组织的剂量当量的增加成正比地增加。增加成正比地增加。 辐射作用于人体，可能造成组织或器官的损伤，辐射作用于人体，可能造成组织或器官的损伤，因而引起各种生物学效应，称为因而引起各种生物学效应，称为辐射损伤辐射损伤。 26 国际放射防护委员会国际放射防护委员会(ICRP)(ICRP)建议把电建议把电离辐射对人体产生的有害生物

16、效应分为两离辐射对人体产生的有害生物效应分为两种：种：随机效应随机效应与与非随机效应非随机效应。27 1. 1. 随机效应随机效应 其特点是：其特点是：无剂量阈值，其发生的几率（而无剂量阈值，其发生的几率（而非其严重程度）与受照射剂量的大小有关非其严重程度）与受照射剂量的大小有关。 （1 1）癌症）癌症 癌症是某些组织的恶性过度增生，使患癌症是某些组织的恶性过度增生，使患病器官失去功能。辐射诱变的潜伏期从几年病器官失去功能。辐射诱变的潜伏期从几年到几十年，其长短不但与受照剂量、剂量率，到几十年，其长短不但与受照剂量、剂量率，辐射的种类等有关，而且与其他因素有关，辐射的种类等有关，而且与其他因素

17、有关，如吸烟。如吸烟。28 （2 2）白血病）白血病 其发生率与受照剂量和剂量率有关。其发生率与受照剂量和剂量率有关。例如：在日本的原子弹爆炸受害者中，白例如：在日本的原子弹爆炸受害者中，白血病的发生率明显高于未受照的居民。受血病的发生率明显高于未受照的居民。受照者的吸收剂量在照者的吸收剂量在15 Sv15 Sv时，白血病的发时，白血病的发生率与受照剂量成线性关系。辐射诱发白生率与受照剂量成线性关系。辐射诱发白血病的发病率在照后几年内达到最高峰，血病的发病率在照后几年内达到最高峰，大约经过大约经过2525年后恢复到受照前的水平。年后恢复到受照前的水平。29 （3 3）遗传效应）遗传效应 电离辐

18、射可以引起基因突变或改变携电离辐射可以引起基因突变或改变携带基因的染色体结构与数目，引起染色带基因的染色体结构与数目，引起染色体畸变体畸变。30(4) (4) 受照器官或组织的危险度受照器官或组织的危险度 所谓危险度是表示每单位剂量当量所谓危险度是表示每单位剂量当量（希沃）所致的恶性病死亡率，或所诱（希沃）所致的恶性病死亡率，或所诱发的严重遗传疾患（最初二代）的几率。发的严重遗传疾患（最初二代）的几率。它是定量表示辐射对健康危害的一种量它是定量表示辐射对健康危害的一种量度。在评价辐射危害和制订辐射标准时，度。在评价辐射危害和制订辐射标准时，都要采用危险度的概念。都要采用危险度的概念。31（1

19、1）红骨髓）红骨髓 在辐射防护上最关心的是红骨髓受照后在辐射防护上最关心的是红骨髓受照后能诱发白血病。其危险度取为能诱发白血病。其危险度取为210210-3-3希沃希沃-1-1。（2 2）肺）肺 暴露于高浓度的氡及其衰变产物的矿工暴露于高浓度的氡及其衰变产物的矿工中，发现有辐射所致的肺癌。外照射也可以中，发现有辐射所致的肺癌。外照射也可以引起肺癌。其危险度也取为引起肺癌。其危险度也取为210210-3-3希沃希沃-1-1。32 2. 2. 非随机效应非随机效应 只有当受照射剂量超过某阈值时才发只有当受照射剂量超过某阈值时才发生，也就是说效应的发生存在剂量阈值的。生，也就是说效应的发生存在剂量阈

20、值的。其效应的严重程度随受照剂量的大小而异其效应的严重程度随受照剂量的大小而异。 （1 1）诱发白内障）诱发白内障 眼晶体对电离辐射比较敏感。一般认为眼晶体对电离辐射比较敏感。一般认为X X或或射线引起白内障的最低剂量为一次射线引起白内障的最低剂量为一次200rad200rad以上，如三个月内分次照射则需累以上，如三个月内分次照射则需累积积 500rad500rad以上。以上。33 （2 2）对胚胎的影响）对胚胎的影响 分为致死效应、畸形或发育障碍三大类。分为致死效应、畸形或发育障碍三大类。 在剂量低于在剂量低于100mGy的情况下，致死效应将是非常少见的。的情况下，致死效应将是非常少见的。关

21、于辐射畸形，宫内辐射敏感性与妊娠龄有关，在主要器官关于辐射畸形，宫内辐射敏感性与妊娠龄有关，在主要器官形成期敏感性最高。根据动物数据判断，对于诱发畸形存在形成期敏感性最高。根据动物数据判断，对于诱发畸形存在一个约为一个约为100mGy真实的剂量阈。真实的剂量阈。 对于日本原爆幸存者在生前最敏感时期（受孕后对于日本原爆幸存者在生前最敏感时期（受孕后815周）受照诱发的严重智力迟钝的评议，支持该效应具有至少周）受照诱发的严重智力迟钝的评议，支持该效应具有至少300mGy剂量阈的意见，因此在小剂量情况下没有这种危险。剂量阈的意见，因此在小剂量情况下没有这种危险。34（3 3）外照射慢性放射病）外照射

22、慢性放射病 目前还难以确切的引起慢性放射性病目前还难以确切的引起慢性放射性病的剂量范围，暂定为累积剂量在的剂量范围，暂定为累积剂量在1.5Sv1.5Sv以以上。上。皮肤营养障碍：皮肤营养障碍：表现为皮肤干燥、表现为皮肤干燥、粗糙、毛发脱落等。粗糙、毛发脱落等。造血系统的改变造血系统的改变是是本病的最常见的客观检查指标。本病的最常见的客观检查指标。35 （4 4）辐射的急性效应）辐射的急性效应 这是受照者一次或短时间接受大剂量照射时发这是受照者一次或短时间接受大剂量照射时发生的效应。生的效应。 0.5Gy: 0.5Gy: 可使血象有轻度暂时性变化；可使血象有轻度暂时性变化； 1Gy: 1Gy:

23、可产生乏力、不适及食欲减退；可产生乏力、不适及食欲减退； 2Gy: 2Gy: 可致头昏、乏力、恶心、呕吐等；可致头昏、乏力、恶心、呕吐等； 4Gy: 4Gy: 为半致死剂量，多次呕吐，可有腹泻、为半致死剂量，多次呕吐，可有腹泻、白细胞数明显下降。白细胞数明显下降。 8Gy: 8Gy: 为致死剂量为致死剂量; ; 大于大于 8Gy 100%8Gy 100%死亡。死亡。36 （一）辐射防护的基本原则（一）辐射防护的基本原则 1 1、实践的正当性实践的正当性 2 2、辐射防护的最优化辐射防护的最优化 3 3、个人剂量限值个人剂量限值二、辐射防护原则和标准二、辐射防护原则和标准37（二）辐射防护标准（

24、二）辐射防护标准 放射卫生防护基本标准放射卫生防护基本标准由国家卫由国家卫生部批准已于生部批准已于19851985年年4 4月月1 1日起实施。此标日起实施。此标准采纳了国际放射防护委员会（准采纳了国际放射防护委员会（ICRPICRP）第）第2626号出版物（号出版物（19771977）所推荐的基本原则。）所推荐的基本原则。38 (1) (1) 有效剂量当量有效剂量当量H HE E H HE E= = T T W WT T H HT T 其中：其中：W WT T为为器官或组织的权重因子器官或组织的权重因子； H HT T为器官或组织的剂量当量；为器官或组织的剂量当量； 由于由于W WT T没有

25、量纲，所以有效剂量当量没有量纲，所以有效剂量当量H HE E和剂量当量和剂量当量H H的单位一样，也是的单位一样，也是Sv Sv 或或remrem。39 （2）剂量当量限值）剂量当量限值 习惯上称作最大容许剂量，其含义是：习惯上称作最大容许剂量，其含义是：从现在积累的资料看，经受该剂量照射在从现在积累的资料看，经受该剂量照射在人的一生中不会引起显著的躯体损伤和遗人的一生中不会引起显著的躯体损伤和遗传效应（具体见下表传效应（具体见下表2-12-1）。）。 41表表2-1：在计划照射情况下推荐的剂量限值：在计划照射情况下推荐的剂量限值11 国际放射防护委员会2007年建议书，潘自强等译，原子能出版

26、社。42 三、辐射防护三、辐射防护 （一）外照射防护（一）外照射防护 当辐射源处于机体外部时，其所受之当辐射源处于机体外部时，其所受之照射称为外照射。外照射主要来自中子、照射称为外照射。外照射主要来自中子、X X射线，其次是射线，其次是射线。射线。 1. 1. 防护措施防护措施 （1 1）缩短受照时间缩短受照时间； （2 2）增加与辐射源的距离增加与辐射源的距离； （3 3）屏蔽屏蔽。43 2. 2. 外照射剂量的计算外照射剂量的计算（ 点源的计算点源的计算） 利用利用照射量率常数照射量率常数来计算来计算 定义：定义：由给定放射性核素的由给定放射性核素的点源在点源在距离距离l l处所产生的照射

27、量率处所产生的照射量率X X乘以乘以l l2 2, ,再除以再除以该源的放射性活度。该源的放射性活度。 = X = X l l2 2 / A/ A 的国际单位为的国际单位为C Cm m2 2 kgkg-1-1，专用单位为，专用单位为R R cm cm2 2 h h-1-1 mCi mCi-1-1。44 这样，点状这样，点状源于源于 r(m)r(m)处的照射量：处的照射量： X = X = 举例：某工作人员在离源举例：某工作人员在离源1m1m处操作放射处操作放射性活度为性活度为50mCi50mCi的的6060CoCo源，试计算该工作人员源，试计算该工作人员工作工作3 3小时所受的剂量当量是多少？

28、小时所受的剂量当量是多少？A tr245解：解： A= 50mCi = 0.05Ci;A= 50mCi = 0.05Ci; 查表得：查表得： = 1.32 ; = 1.32 ; t= 3h; r = 1m; t= 3h; r = 1m; X = X = = =0.198RA tr20.051.32 31246 由由 D D物质物质 = f X ; = f X ; 肌肉：肌肉：f = 0.964 rad/Rf = 0.964 rad/R 得：得：D D肌肉肌肉 = = 0.964 0.198 = 0.191 ( rad )0.964 0.198 = 0.191 ( rad ) 由由 H=DQN

29、H=DQN 和和 Q=N=1Q=N=1； 得：得：H H肌肉肌肉 = 0.191 = 0.191 1 1 1 1 = 0.191rem = 0.191rem = 1.91mSv = 1.91mSv47（二）内照射的防护（二）内照射的防护 防止放射性物质通过各种可能途径进入人体，或防止放射性物质通过各种可能途径进入人体，或者使进入人体的放射性物质的数量减低到最低限度，者使进入人体的放射性物质的数量减低到最低限度，以保证人体不受到超过剂量限值的照射。以保证人体不受到超过剂量限值的照射。 基本方法：基本方法： 1. 1. 隔离：隔离：把操作人员与放射性物质隔离开，防把操作人员与放射性物质隔离开，防止放射性物质进入人体。止放射性物质进入人体。 2. 2. 稀释：稀释： 把放射性物质的浓度降低到容许水平。把放射性物质的浓度降低到容许水平。48本讲总结本讲总结一、讲述的内容：一、讲述的内容： 辐射剂量及其单位和辐射剂量及其单位和 辐射对人体的影辐射对人体的影响及其防护。响及其防护。 其中重点：其中重点： 辐射防护；辐射防护； 难点：难点： 剂量当量的计算。剂量当量的计算。二、课后复习的要求二、课后复习的要求49