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1、第九章第九章 铀及铀系主要核素的放射毒理学铀及铀系主要核素的放射毒理学第三节第三节 氡及其短寿命子体的放射毒理学氡及其短寿命子体的放射毒理学概述概述辐射和化学特性辐射和化学特性体内代谢体内代谢损伤效应损伤效应减少吸收和加速排除减少吸收和加速排除氡（氡（Radon） 1899年，欧文和卢瑟福在研究钍的放射性时，发现了氡，年，欧文和卢瑟福在研究钍的放射性时，发现了氡，当时称为钍射气，当时称为钍射气， 1900年德国物理学家道恩同样发现了镭射气年德国物理学家道恩同样发现了镭射气（radium emantion），符号为），符号为RaEm。1918年，德国化学家年，德国化学家施密特把它改称施密特把它改
2、称radon，元素符号定为，元素符号定为Rn。 钍射气是氡钍射气是氡220，锕射气是氡，锕射气是氡219，镭射气是氡，镭射气是氡222 。发现发现 铀铀衰衰变变生生成成镭镭，镭镭再再衰衰变变生生成成氡氡。所所以以有有铀铀的的地地方方就就有有镭镭，也也就就会会有有氡氡。铀铀（镭镭）是是自自然然界界中中广广泛泛分分布布的的微微量量元元素素，全全球球环环境境空空气气中中77.7%的的氡氡来来源源于于陆陆地地释释放放，此此外外陆陆地地植植物物、地地下下水水约约占占10.2%，核核工工业业释释放放约约占占10.2%，磷酸盐工业释放约占，磷酸盐工业释放约占1%。 在在铀铀矿矿开开采采、冶冶炼炼工工业业，发
3、发光光涂涂料料及及镭镭提提炼炼工工业业的的工作场所空气中，均含有氡及其子体。工作场所空气中，均含有氡及其子体。来源来源 预报地震预报地震 氡泉、人工氡浴氡泉、人工氡浴 实验用的中子源实验用的中子源 气体示踪剂气体示踪剂用途用途 共共27种同位素，即种同位素，即200Rn226 Rn，其中，其中225 Rn尚未完全尚未完全测定，最重要的是三个天然放射系的成员测定，最重要的是三个天然放射系的成员222Rn，220Rn和和219Rn，辐射特性见下表：，辐射特性见下表：辐射特性辐射特性质量数质量数曾用曾用名称名称衰变衰变方式方式半衰期半衰期粒子能量粒子能量（Mev） 所属放射系所属放射系219锕射气锕
4、射气3.96秒秒 6.819锕系锕系220钍射气钍射气55.6秒秒 6.288 钍系钍系222镭射气镭射气3.83天天 5.689 铀系铀系辐射特性辐射特性天然氡放射性同位素的辐射特性天然氡放射性同位素的辐射特性 222Rn 218Po(RaA) 206Pb(RaG) 在衰变过程中，所产生氡子体既有在衰变过程中，所产生氡子体既有辐射，也有辐射，也有和和辐射。因此，辐射。因此，Rn及其子体是及其子体是 、 、 的混合辐射体。的混合辐射体。辐射特性辐射特性核素核素半衰期半衰期粒子能量粒子能量MeV粒子能量粒子能量MeV射线能量射线能量MeV 222Rn3.825d5.490.51218Po(RaA
5、)3.05min6.000.33214Pb(RaB)26.8min0.2950.352214Bi(RaC)19.7min5.455.511.01.513.260.6091.121.76214Po(RaC)164us7.690.799210Pb(RaD)22.3a0.0180.047210Bi(RaE)5.0d1.16210Po(RaF)138.4d5.30206Pb(RaG)稳定稳定222Rn及其子体的辐射特性及其子体的辐射特性 在在氡氡的的子子体体中中，RaARaC称称为为短短寿寿命命子子体体（short lived daughter） RaDRaF为为长寿命子体长寿命子体（long liv
6、ed daughter）辐射特性辐射特性 为惰性气体，低温下可变成液态和固态。为惰性气体，低温下可变成液态和固态。 在在0以下能与水生成结晶水合物，易溶于水及有机溶剂中。以下能与水生成结晶水合物，易溶于水及有机溶剂中。 极易溶于脂肪，在体温条件下，极易溶于脂肪，在体温条件下，Rn在脂肪和水中分配比是在脂肪和水中分配比是125:1。 易易吸吸附附于于橡橡胶胶、塑塑料料、活活性性炭炭上上，如如在在椰椰子子壳壳制制成成的的活活性性炭炭上上，常常温温下下几几乎乎吸吸收收100%的的Rn，并并在在360400时时又又可可100%被被释释放放出出来来，此特性常被用于除此特性常被用于除Rn及微量及微量Ra的
7、检测。的检测。理化特性理化特性（1）Rn浓浓度度：常常用用Bq/m3 表表示示，曾曾用用艾艾曼曼表表示示（eman），1艾艾曼曼相相当当于于10-10 Ci/L，即即3.7kBq/m3，并并规规定定放放射射性性矿矿山山井下井下Rn的最大允许浓度为的最大允许浓度为1艾曼。艾曼。（2）衰衰变变潜潜能能浓浓度度：指指单单位位体体积积空空气气中中含含有有氡氡短短寿寿命命子子体体RaA、RaB、RaC的的某某种种混混合合物物全全部部衰衰变变成成RaD时时所所释释放放的的总总能能量量，用用来来表表示示Rn短短寿寿命命子子体体浓浓度度，单单位位为为J/m3， MeV L， 或或 工工 作作 水水 平平 WL
8、（ workly level） 。1WL=1.3105MeV/L=2.0810-5J/m3 1WL相相当当于于222Rn子子体体与与放放射射性性浓浓度度为为3.7Bq/L的的222Rn处处于放射性平衡时的于放射性平衡时的 潜能浓度。潜能浓度。在空气中的物理特征在空气中的物理特征（3）平平衡衡系系数数（F）：为为空空气气中中氡氡子子体体浓浓度度与与氡氡浓浓度度的的比比值值，是是表表示示氡子体混合物危害性的另一种指标。氡子体混合物危害性的另一种指标。 F值与值与通风率通风率有关：有关： 当当通通风风率率为为0时时，经经过过3小小时时，氡氡子子体体与与氡氡的的浓浓度度基基本本达达到到平平衡衡，即即2
9、22Rn:RaA:RaB:RaC=1:1:1:1，Rn子体的平衡系数子体的平衡系数F为为1.0。 当当流流通通较较好好时时，有有些些子子体体尚尚未未来来得得及及衰衰变变就就被被气气体体带带走走，这这时时F值值便便低于低于1.0，F值是反映矿井下通风率的主要指标。值是反映矿井下通风率的主要指标。在空气中的物理特征在空气中的物理特征标准井下通风率应该控制在标准井下通风率应该控制在 F0.3F0.3。（4） Rn子体存在形式子体存在形式离子态或未结合态离子态或未结合态 Rn子体未与空气中气溶胶粒子结合子体未与空气中气溶胶粒子结合结合态氡子体结合态氡子体 Rn子体与气溶胶粒子结合子体与气溶胶粒子结合根
10、据气溶胶粒子大小，分为凝集核氡子体和粒子型氡子体。根据气溶胶粒子大小，分为凝集核氡子体和粒子型氡子体。 在空气中的物理特征在空气中的物理特征 离子态氡子体：离子态氡子体：Rn子体未与空气中气溶胶粒结合，主要是子体未与空气中气溶胶粒结合，主要是RaA，RaB，RaC的游离原子，因此在呼吸道的沉积过程主的游离原子，因此在呼吸道的沉积过程主要是靠离子的扩散作用，扩散系数很大要是靠离子的扩散作用，扩散系数很大 ，平均寿命很短，仅，平均寿命很短，仅约约50秒。秒。 凝集核氡子体：直径为凝集核氡子体：直径为0.0010.1um的气溶胶粒子，氡子的气溶胶粒子，氡子体吸附在凝集核表面，形成粒径较小的结合态氡子
11、体，扩体吸附在凝集核表面，形成粒径较小的结合态氡子体，扩散系数小。在呼吸道的沉积过程主要靠粒子扩散作用，在散系数小。在呼吸道的沉积过程主要靠粒子扩散作用，在湿度较大的空间，凝集核可迅速增大。湿度较大的空间，凝集核可迅速增大。 粒粒子子型型氡氡子子体体：粒粒子子是是直直径径大大于于0.1um的的气气溶溶胶胶粒粒子子，在在静静止止的的空空气气中中不不易易扩扩散散，易易于于沉沉降降。主主要要靠靠粒粒子子沉沉降和碰撞作用沉积于呼吸道。降和碰撞作用沉积于呼吸道。分类分类粒子直径粒子直径(um)扩散扩散系数系数沉积沉积原理原理离子态（未结合态）离子态（未结合态）0大大扩散扩散凝集核氡子体凝集核氡子体0.0
12、010.1中中扩散扩散粒子型氡子体粒子型氡子体0.1小小沉降和碰撞沉降和碰撞 1Rn子体在呼吸道的沉积子体在呼吸道的沉积（1） 主要途径：呼吸道主要途径：呼吸道（2） 沉积机理：未结合态和凝胶型沉积机理：未结合态和凝胶型 扩散作用扩散作用 粒子型子体粒子型子体 沉降和碰撞沉降和碰撞（3） 沉积部位：沉积部位：未结合态氡子体未结合态氡子体扩散系数和沉积速率大，主要扩散系数和沉积速率大，主要 沉积在沉积在鼻咽区和气管鼻咽区和气管- -支气管区支气管区。 结合态氡子体结合态氡子体扩散系数和沉积速率小，因此主要沉积在扩散系数和沉积速率小，因此主要沉积在肺区肺区。 （4）影影响响因因素素：受受颗颗粒粒大
13、大小小，肺肺活活量量呼呼吸吸频频率率等等因因素素有有关关，其其中中颗颗粒粒大大小小，肺肺活活量量对对沉沉积积率率影影响响最最大大。肺肺内内沉沉积积率率随随颗颗粒粒减减少而增加，随呼吸频率增大而增加。少而增加，随呼吸频率增大而增加。在呼吸道内的转运及衰变在呼吸道内的转运及衰变2肺模型肺模型 为为了了估估算算氡氡子子体体对对呼呼吸吸道道造造成成的的损损伤伤剂剂量量，可可以以利利用用Weibel肺肺模模型型。该该模模型型假假定定呼呼吸吸系系统统是是由由鼻鼻腔腔、喉、气管和支气管树组成。喉、气管和支气管树组成。 未结合态氡子体未结合态氡子体肺区肺区结合态氡子体结合态氡子体鼻咽区和气管支气管区鼻咽区和气
14、管支气管区在呼吸道内的转运及衰变在呼吸道内的转运及衰变3Rn子体在呼吸道的转运子体在呼吸道的转运 由于肺组织的清除率，气管支气管各纤毛运动的作用，由于肺组织的清除率，气管支气管各纤毛运动的作用，使使Rn子体由原始部位逐渐转移，其转移有子体由原始部位逐渐转移，其转移有3种途径种途径。 （1）立即呼出体外；）立即呼出体外； （2）吸收入血和淋巴液；）吸收入血和淋巴液； （3）呼呼吸吸道道纤纤毛毛运运动动排排至至咽咽喉喉部部，咽咽入入胃胃肠肠道道，沉沉积积于于呼呼吸吸道道中中的的Rn子子体体廓廓清清主主要要靠靠纤纤毛毛运运动动，转转移移速速度度取取决决于呼吸道相应部位的粘液传递速度。于呼吸道相应部位
15、的粘液传递速度。在呼吸道内的转运及衰变在呼吸道内的转运及衰变4衰变衰变 沉积于呼吸道中的沉积于呼吸道中的Rn子体，一方面不断的清除，另一方子体，一方面不断的清除，另一方面不断地衰变。面不断地衰变。 短寿命子体沉积于叶支气管以下部位的氡子体在其被清除短寿命子体沉积于叶支气管以下部位的氡子体在其被清除前，几乎都衰变完毕，只有沉积在气管和前，几乎都衰变完毕，只有沉积在气管和 主支气管的子体有少主支气管的子体有少数可能在其尚未完全衰变时，被粘膜留置到咽喉，咽入胃肠数可能在其尚未完全衰变时，被粘膜留置到咽喉，咽入胃肠道。可见，叶段支气管受照射剂量最高，当未结合态子体份额道。可见，叶段支气管受照射剂量最高
16、，当未结合态子体份额较高时，叶段支气管剂量当量的增加尤为突出。较高时，叶段支气管剂量当量的增加尤为突出。在呼吸道内的转运及衰变在呼吸道内的转运及衰变 体内体内Rn主要经呼吸道排出，约占总量的主要经呼吸道排出，约占总量的90%。Rn经胃肠道吸收入血后约经胃肠道吸收入血后约2/3由肺排出，镭中毒病人由肺排出，镭中毒病人呼出的呼出的Rn约为体内约为体内Rn总量的总量的6164%。排出排出 体体内内210Pb、210Po主主要要经经肾肾脏脏和和肠肠道道排排出出，且且速速度度缓缓慢慢，如如骨骨内内Pb排排出出“快快组组分分”约约有有25，半半排排出出期期88天天，“慢慢组组分分”半半排排出出期期1320
17、天天。铀铀矿矿工工人人血血液液、头头发发和和尿尿中中210Pb、210Po含含量量与与空空气气中中氡氡及及子子体体浓浓度度有有相相关关性性，因因此此可可测测量量尿尿、血血液液、骨骨中中Po、Pb，作作为为检检测测氡氡及及子子体体浓浓度的手段，具有实际意义。度的手段，具有实际意义。排出排出1 Rn及子体的毒性：及子体的毒性： 一般认为主要为短寿命子体的作用。一般认为主要为短寿命子体的作用。当当Rn及子体达平衡时，作用于机体的辐射剂量有及子体达平衡时，作用于机体的辐射剂量有99.9%来来自子体自子体218Po、214Pb、214Po、214Bi，来自，来自Rn年本身的仅占年本身的仅占0.1%。 R
18、n子体为子体为、混合体，但其中以混合体，但其中以粒子为主，因粒子为主，因此对机体的损伤主要为此对机体的损伤主要为粒子的作用。粒子的作用。损伤效应损伤效应2确定性效应：确定性效应： 在在实实践践中中，从从来来未未见见人人类类吸吸入入Rn及及子子体体引引起起急急性性损损伤伤的的事事件件，只只有有给给动动物物吸吸入入Rn浓浓度度高高达达数数十十个个MBq/m3时，才能引起急性损伤。时，才能引起急性损伤。 急急性性损损伤伤的的主主要要表表现现类类似似于于急急性性放放射射性性肺肺炎炎所所见见，即即支支气气管管炎炎、肺肺水水肿肿、肺肺充充血血、出出血血和和感感染染，同同时时伴伴有有相应的血液学变化。相应的
19、血液学变化。 损伤效应损伤效应3随机性效应：随机性效应：（1） 肺癌（肺癌（pulmonary cancer） ： Rn及子体附着于肺泡及支气管内膜上，可致呼吸道及子体附着于肺泡及支气管内膜上，可致呼吸道慢性炎症，如支气管炎、支气管硬化。慢性炎症，如支气管炎、支气管硬化。 Rn子体长期滞留于肺内可致肺癌。子体长期滞留于肺内可致肺癌。损伤效应损伤效应 病因：由短寿命子体造成的。病因：由短寿命子体造成的。发病率高：发病率高： Rn及子体浓度越大，发病率越高。及子体浓度越大，发病率越高。 潜伏期长。潜伏期长。 发病年龄低，转移快，病程短。发病年龄低，转移快，病程短。 发生部位多见于肺门部、支气管处。
20、发生部位多见于肺门部、支气管处。 多为小细胞未分化癌，也有鳞癌。多为小细胞未分化癌，也有鳞癌。 复合作用：吸烟与复合作用：吸烟与Rn及子体诱发肺癌具有复合作用。二及子体诱发肺癌具有复合作用。二氧化矽与氧化矽与Rn子体同时存在，支气管肺癌发生率增高。子体同时存在，支气管肺癌发生率增高。铀矿工人铀矿工人肺癌特点肺癌特点（2）对造血器官的损伤：）对造血器官的损伤： 由由于于Rn在在脂脂肪肪中中含含量量较较高高，骨骨髓髓中中含含量量高高于于骨骨组组织织。Rn在在造造血血组组织织中中衰衰变变，其其子子体体为为Pb、Po。Pb是是亲亲骨骨性性核核素素，而而Po是是亲亲网网状状内内皮皮系系统统核核素素，故故
21、对对造造血血器器官官的的损损伤伤也也较为明显。较为明显。 外外周周血血液液出出现现类类似似外外照照射射的的慢慢性性放放射射病病的的变变化化，骨骨髓髓内内造造血血细细胞胞减减少少和和出出现现坏坏死死灶灶，脾脾脏脏及及淋淋巴巴结结中中淋淋巴巴成成分分减少，甚至萎缩。减少，甚至萎缩。损伤效应损伤效应 Rn本身易由呼吸道排出，所以促排措施的实际意义不大。本身易由呼吸道排出，所以促排措施的实际意义不大。一般可多用呼吸兴奋剂，如山梗茶碱。一般可多用呼吸兴奋剂，如山梗茶碱。 Rn子体的促排适合选用氨羧型络合剂和巯基络合剂，以降子体的促排适合选用氨羧型络合剂和巯基络合剂，以降低低Rn及子体尤其是及子体尤其是2
22、10Pb和和210Po对机体的危害作用。对机体的危害作用。促排促排控制氡子体致肺癌发生的措施控制氡子体致肺癌发生的措施 通风通风 防尘防尘 体检（体检（定期进行痰细胞检查）定期进行痰细胞检查） 估算暴露水平和累积暴露水平估算暴露水平和累积暴露水平 医医学学观观察察发发现现肺肺内内癌癌前前性性变变化化，应应采采取取相相应应措措施施，停停止止井井下下作作业业，应应用用维维生生素素类类药药物物进进行行癌前阻断治疗，定期医学随访。癌前阻断治疗，定期医学随访。 氡浓度及其单位氡浓度及其单位 衰变潜能浓度衰变潜能浓度 平衡系数平衡系数 Rn子体存在形式，它在呼吸道的沉积机理及部位子体存在形式，它在呼吸道的沉积机理及部位 Rn子体在呼吸道的转运方式子体在呼吸道的转运方式Rn子体引起的主要随机性效应及其特点子体引起的主要随机性效应及其特点 控制氡子体致肺癌发生的措施控制氡子体致肺癌发生的措施氡及其短寿命子体的放射毒理学氡及其短寿命子体的放射毒理学
