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1、電離輻射防護基礎,電離輻射的定義 電離輻射的類型及防護措施 常用輻射防護量及單位 輻射防護目的及原則,電離輻射的定義,輻射 是一種能量傳遞方式，能量通過一點向周圍輻射傳遞，介質有真空、空氣和其他物質。 輻射分類 粒子輻射和電磁輻射； 電離輻射和非電離輻射； 天然輻射和人工輻射。,粒子輻射 帶有一定能量并有一定質量的粒子（在高速運動時將能量傳遞給其他物質）。電子、質子、中子、負介子等。 電磁輻射 是帶能量的電磁波，僅有能量而無靜止質量。無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、 X射線、 射線。,電離輻射 能量較高的粒子輻射和電磁輻射使物質電離和激發(fā)（自由電子或電子躍遷），稱電離輻射。電子、質子、
2、中子、負介子、紫外線、X射線、 射線等。 非電離輻射 能量較低的粒子輻射和電磁輻射不能使物質電離，稱非電離輻射。無線電波、微波、紅外線、可見光等。（俗稱電磁輻射）,電離作用 當帶電粒子在原子的電子旁通過時，由于靜電作用，使軌道電子獲得足夠的能量而克服原子核的束縛成為自由電子，原子則變成一個自由電子和一個正離子，形成離子對，這個過程稱為電離作用。 激發(fā)作用 如果殼層電子獲得的能量比較小，不足以使殼層電子脫離原子的束縛而成為自由電子，電子只是由能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道上，這個過程稱為激發(fā)作用。,電離、激發(fā)的起因 具足夠動能的帶電粒子(電子、質子、粒子 等)與物質原子的碰撞直接引起； 低能
3、帶電粒子、不帶電的中子、光子通過相互作用產生的次級帶電粒子間接引起。,電離輻射的定義 通過直接過程或間接過程引起物質電離的帶電粒子、不帶電粒子組成的輻射稱為電離輻射。,電離輻射的類型及防護措施,帶電粒子 粒子、粒子（電子）、質子等。 不帶電粒子 X射線、 射線、中子等。,放射性同位素 能自發(fā)地發(fā)射核子（包括光子），而轉變成另一種核素或改變自己的能態(tài)的核素被稱為放射性同位素。 放射性同位素又可分為兩類： 一類是天然存在的，稱為天然放射性同位素。例如鐳226、釷232等； 另一類是用人工方法（例如反應堆、加速器）制備的，稱為人工放射性同位素。例如碘131、鈷60等。,射線裝置 是指X射線機、加速
4、器、中子發(fā)生器以及含放射源的裝置。,放射性發(fā)現(xiàn)史 1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)放射性元素鈾 1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性元素鐳和釙 目前已發(fā)現(xiàn)近2000種放射性核素,圖1l 鈾礦物發(fā)出的3種射線在電場中的偏轉。,衰變 原子核自發(fā)地放射出粒子而發(fā)生轉變，叫做衰變。在衰變中，衰變后的剩余核（通常叫子核）與衰變前的原子核（通常叫母核）相比，電荷數(shù)減少2，質量數(shù)減少4。 射線 是由高速運動的氦原子核（又稱粒子）組成的。它的電離作用大，貫穿本領小。,粒子的電荷數(shù)為粒子的 2倍，質量為粒子的7300倍。在能量相等的情況下，其速度較慢，射程較短、穿透本領很弱，它很容易被物質吸收。 10c
5、m空氣、薄玻璃板、外科手套、衣服一張紙或生物組織的表皮就足以擋住粒子。 但是粒子的電離本領特別大，一旦不小心讓粒子發(fā)射體進入人體，則由粒子內照射所引起的大量電離造成的危害特別大。,衰變 原子核自發(fā)地放射出電子或正電子或俘獲一個軌道電子而發(fā)生的轉變，統(tǒng)稱為衰變。在衰變中，子核與母核的質量數(shù)相同，只是電荷數(shù)相差1。 射線 是高速運動的電子流。它的電離作用較小，貫穿本領較大。,粒子帶電荷少，質量輕，所以與物質作用時其能量損失率比同能量的粒子小，因此它比粒子具有更大的穿透本領，亦即具有更大的射程。 粒子由于受到多次散射，方向不斷改變，因此路徑是彎彎曲曲的。 對于射線的防護，應采用原子序數(shù)較低的材料。
6、幾毫米的鋁片、衣服或有機玻璃等能較好防護射線的外照射。防軔致輻射。 粒子能引起內、外照射損傷。,躍遷 和衰變的子核往往處于激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子核要向基態(tài)躍遷，這種躍遷稱為躍遷。在躍遷中通常要放出射線。因此射線的自發(fā)放射一般是伴隨或射線產生的。 射線 是波長很短的電磁波。它的電離作用較小，貫穿本領大。,例如，放射源60Co既具有放射性，也具有放射性。這是由于放射性原子核60Co首先經(jīng)衰變至60Ni的激發(fā)態(tài)，然后當激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會放射出射線。 躍遷與或衰變不同，不會導致核素的變化，而只改變原子核的能量狀態(tài)。因此躍遷的子核和母核，其電荷數(shù)和質量數(shù)均相同，只是內部狀態(tài)不同而已。, 、X射線的防
7、護 光電效應內層電子光子吸收 康普頓效應外層電子散射光子 電子對效應原子核光子吸收 都與物質的Z成正比。 所以用高Z的材料防護射線較好，但要考 慮經(jīng)濟代價，考慮康普頓效應。 水、磚、混凝土、鋁、鐵、、銅、鉛、鎢、 貧鈾等。,中子的產生 超鈾核素的裂變252Cf；輕核的聚變（2H， 3H）；光中子反應（，n）；放射性同位素（ ，n ）241Am-Be。 中子的防護 快中子通過散射使其慢化為熱中子；熱 中子可以被各種物質吸收。用低Z材料。 中子慢化和吸收過程中可能產生輻射 ，用高Z材料防護。,如果中子和一個氫原子核（質子）發(fā)生一次“正向”的碰撞，中子的能量幾乎可以全部損失掉，平均每次可以消耗其能量
8、的50；面對鐵核，平均每次只能消耗33的能量；鉛核則更少，大約為0.9。 所以用含氫量高的材料來防護中子是比較理想的。如石蠟、水、硼等。,中子對人體的損傷效應 快中子和人體組織中的氫原子核（在人體組織中占70%）發(fā)生彈性碰撞，損失能量后成為慢中子。慢中子被氫原子核吸收后放出射線，被氮核吸收后放出質子。 高能中子還可以使碳核放出粒子和中子。 所以中子對人體的損傷效應是射線的2.5倍到10倍。,半衰期 描述衰變的快慢，除了用衰變常數(shù)以外,還可用半衰期T1/2表示。半衰期T1/2是放射性原子核衰減到原來數(shù)目的一半所需的時間。 T 1/2 ln2 = 0.693 可見T1/2與成反比,越大，表示
9、放射性衰變得越快，自然它衰減到一半所需的時間越短。,X射線產生的原理 高速運動的電子在原子核的電場中掠過時，由于電子和原子核庫侖場間的強烈相互作用，電子被減速，同時將其一部分能量轉為電磁輻射，以光子（x射線）的形式發(fā)射出來，這就是軔致輻射。 電子的能量越高、元素的原子序數(shù)越高，產生的軔致輻射越強。,X射線產生的條件 X射線機是指能產生X射線并用其實現(xiàn)某種目的的一種裝置。它由X射線管、高壓發(fā)生器、控制臺及其他附屬設備幾部分組成。當X射線管的陰極燈絲被通電加熱時，就產生了電子，這些電子經(jīng)高壓加速后，打擊陽極靶面，產生了X射線。,圖l2 X射線管的示意圖,加速器 加速器是用人工方法產生帶電粒子并使其
10、加速到具有較高能量的裝置。利用加速器可以產生各種能量的電子、質子、氘核、粒子和其他重粒子。 加速器的主要部分是：產生帶電粒子的電子槍和粒子源，保證加速粒子順利地加速到預定能量的加速器主體及粒子引出裝置等。,常用輻射防護量及單位,放射性活度 照射量 吸收劑量 比釋動能 劑量當量和有效劑量當量 當量劑量和有效劑量,放射性活度 放射源每秒鐘發(fā)生的核衰變次數(shù)就稱為這個放射源的放射性活度。 某種放射性核素的活度A，是在時間間隔dt內，該核素發(fā)生核躍遷數(shù)的期望值dN除以dt所得的商，即：A=dNdt,放射性活度的SI單位是“秒-1”（s-1），專名是貝可勒爾，簡稱貝可（Bq）。 1Bq表示放射性核素在1s
11、內發(fā)生1次核躍遷, 即：1Bq1s-1 放射性活度舊的專用單位是居里（Ci），表示放射性核素在1秒內發(fā)生3.71010次核衰變，即：1Ci=3.7 1010s-1=3.7 1010Bq,活度常用KBq、MBq、GBq、TBq、PBq和mCi、Ci等單位表示。 它們之間的關系： lCi=3.7 101OBq37 GBq 1Ci=103mCi=l06Ci 1Ci37 kBq 1mCi37 MBq 1Bq2.703 10-11Ci,放射性比活度 單位質量物質中的放射性活度被稱為放射性比活度。單位是Bqkg-1等。 放射性濃度 單位體積物質中的放射性活度被稱為放射性濃度。單位是Bqm-3等。 克鐳當量
12、 在相同的測量條件下,某活度的源對空氣的電離作用和1克鐳的輻射的電離作用相同,那么該放射源的活度被稱為1克鐳當量。,活度的計算 一個放射源中的放射性核數(shù)是有限的，經(jīng)過衰變核數(shù)會越來越少，所以放射源的活度也會越來越小。 放射性活度隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減。 設放射性核素t時刻的活度 A， 則：A=A0e-（0.693/T1/2）t A0為t=0時的活度；T1/2為核素的半衰期。,照射量（X） 照射量（X）是指X或射線的光子在單位質量（dm）的空氣中釋出的全部電子（正電子和負電子）完全被空氣阻止時，在空氣中產生的同一種符號的離子的總電荷量的絕對值（dQ），即：X=dQdm,照射量的 SI單位是 Ckg
13、-1。 它沒有國際單位制的專門名稱。 舊的專用單位是倫（R）或其分數(shù)mR、R等。 1R等于在1kg空氣中產生2.58x10-4庫侖的電荷量，即：1R=2.5810-4Ckg-l 1Ckg-1= 3.877 103R,關于照射量的幾點說明： 照射量只適用于X、射線； 且受照介質為空氣； 它不包括次級電子產生的軔致輻射被吸收而產生的電離； 它只能用于能量在 10 keV到 3MeV范圍內的X或射線。,照射量率： 兩組射線，對空氣的電離能力是否一樣，不僅取決于照射量是否一樣，而且還取決于照射時間是否相同，因而引人了照射量率的概念。是單位時間內照射量的增量。 SI單位是Ckg-1S-1，Ckg-1
14、h-1等。 其專用單位是 Rmin-1、Rh-1等。,吸收劑量（D） 授予單位質量物質的任何致電離輻射的平均能量，稱為吸收劑量。 若致電離輻射授予某一體積元物質的平均能量為d，該體積元物質的質量為dm，則該體積元內物質的吸收劑量為： D=d/dm,吸收劑量用于任何電離輻射和任何介質。 SI單位Jkg-1，專門名稱是戈瑞（Gy）。1Gy等于1kg物質吸收了1J的輻射能量，即：1Cy=1Jkg-l 舊的專用單位是拉德（rad）。lrad表示電離輻射授予1g受照物質的平均輻射能量是100爾格(erg），即： lrad=100 ergg-1=0.01Jkg-l=0.01 Gy 1Gy=100 rad,
15、吸收劑量率 是單位時間內授與單位質量物質的電離輻射的平均能量。 SI單位是Gys-1，mGymin-1等。 專用單位是rads-1，mradmin -1等。,比釋動能 對于非帶電粒子，它與物質相互作用時，其能量的傳遞分2個過程： 首先把其能量傳遞給與物質相互作用中釋放出的次級帶電粒子。用比釋動能來量度。 然后次級帶電粒子通過電離和激發(fā)，把先前獲得的能量授與物質。用吸收劑量來度量。,比釋動能指非電離粒子在單位質量物質中傳遞給帶電粒子的動能。 定義為：在質量為dm的某一物質內，由不帶電粒子釋放出來的全部帶電電離粒子的初始動能的總和dEtr除以dm而得的商。 即：KdEtrdm SI單位是戈瑞（
16、Gy） 專用單位是拉德（rad）,劑量當量（H） 一定吸收劑量的生物效應取決于輻射的品質和照射條件。不同類型輻射所致吸收劑量相同，而所產生的生物效應的嚴重程度或發(fā)生概率可能不同。在放射防護領域，采用輻射品質因數(shù)表示傳能線密度對生物效應的影響，對吸收劑量加權，使得加權后的吸收劑量能較好地表達發(fā)生生物效應的概率和嚴重程度。這種加權后的吸收劑量稱為劑量當量（H）。,其計算公式為： H= DQN H為劑量當量，Sv；D為吸收劑量，Gy； N為除輻射品質以外的所有其他因素的乘積,ICRP指定其值為1； Q為品質因數(shù)，用于衡量不同類型的電離輻射在產生有害效應的效果方面的差異。,表22 我國規(guī)定的品質因
17、數(shù) 射線種類 品質因數(shù)Q X射線、射線、電子 1 裂變中和未知量的中子、 質子、靜止質量大于1原 10 子單位的單電荷粒子 在內照射中的粒子 電荷數(shù)未知粒子 20,,,,因為 Q和 N都是無量綱的量，所以劑量當量的SI單位和吸收劑量的SI單位相同，都是J.kg-1。為了避免與吸收劑量混淆，特給予它一個專名，即希沃特（Sv）。 舊的專用單位是雷姆（rem）。 1Sv100 rem,有效劑量當量（HE） 人體所受的任何照射，幾乎總是不止涉及一個器官或組織，而且各個器官或組織的輻射效應的危險度也是不同的，為了計算受到照射的有關器官或組織帶來的總危險度，對隨機性效應，輻射防護
18、領域引進了有效劑量當量HE： HE=TWTHT,HT為組織或器官T受到的劑量當量，SV； WT為組織或器官T的權重因子，它表示當全身受到非均勻照射時，由于組織T受照所產生的隨機性效應危險度與總危險度的比值。 即：WT = 組織T接受1Sv時的危險度/全身均勻受照1SV時的危險度,各種組織T的權重因子WT值 組織或器官WT組織或器官 WT 性腺 0.25 甲狀腺 0.03 乳腺 0.15 骨表面 0.03 紅骨髓 0.12 其余組織 50.06 肺 0.12,,,,集體劑量當量和集體有效劑量當量 由于輻射的隨機效應僅以一定的概率發(fā)生在某些個體身上，并非受到照射的每個人都會發(fā)生，因而在
19、評價群體所受的健康危害時，將采用集體劑量當量和集體有效劑量當量。,當量劑量 已知隨機效應的概率不僅依賴于吸收劑量，而且還依賴產生這種劑量的輻射種類和能量。(過去用輻射的品質因素Q對組織或器官中某一點吸收劑量加權，加權后的吸收劑量稱為劑量當量H。),在放射防護中感興趣的是某一組織器官的吸收劑量的平均值（而不是某一點上的劑量），并按輻射的質加權。 用輻射權重因子WR（由輻射種類與能量決定）對某一組織器官的平均吸收劑量加權，這加權個后的吸收劑量稱為在這一組織或器官中的當量劑量HT 即：HT=RWR.DT，R,式中DT，R，為按組織或器官T平均計算的來自輻射R的吸收劑量，其單位為Jkg-1，專門名稱
20、為希沃特（Sv）。,輻射權重因子 種類與能量范圍 輻射權重因子WR 光子，所有能量 1 電子及介子，所有能量 1 中子，能量10keV 5 10100keV 10 100keV2MeV 20 220MeV 10 20MeV 5 質子，不是反沖質子，能量2MeV 5 粒子，裂變碎片，重核 20,,,,劑量當量與當量劑量的比較 劑量當量 (H) 當量劑量(HT，R ) 組織中某點的吸收 組織中平均吸收 劑量的加權值 劑量的加權值 品質因數(shù)Q 輻射權重因子WR 組織某點的 組織中平
21、均 吸收劑量D 吸收劑量DT，R,,,,有效劑量 隨機性效應的概率與當量劑量的關系還與受照組織或器官有關。 當不同組織或器官受到相同當量劑量（全身均勻受照）照射時，由于各組織、器官輻射的敏感性不同，因此各自對總危害的相對貢獻亦不同。 反映器官或組織T這種相對貢獻大小的數(shù)值稱為組織權重因子WT。全身所有組織和器官的WT之和等于1。,人體所受到的任何照射（均勻或非均勻照射），幾乎總是不止涉及一個組織，為了計算所有受到照射的組織帶來的總危害，對隨機效應引入了有效劑量（過去稱有效劑量當量HE）E公式為： E=TWTHT 式中HT為器官或組織T的當量劑量；WT為組織T的組織權重因子
22、 有效劑量也可表示為身體各組織和器官的雙重加權的吸收劑量，即： E=RWR.TDT，R,表25 組織權重因子WT 組織 WT 組織 WT 性腺 0.20 肝 0.05 紅骨髓 0.12 食管 0.05 結腸 0.12 甲狀腺 0.05 肺 0.12 皮膚 0.01 胃 0.12 骨表面 0.01 膀胱 0.05 其余組織 0.05 乳腺 0.05,,,,輻射防護的目的及原則,輻射防護目的 防止確定性效應的發(fā)生 減少隨機性效應的發(fā)生率,確定性效應：效應的發(fā)生存在劑量閾值，效應的嚴重程度與劑量有關的一類輻射效應。 隨機性效應：效應的發(fā)生不存在劑量閾值，發(fā)生幾率與
23、劑量成正比，嚴重程度與劑量無關的一類輻射效應。,輻射防護的基本原則 輻射實踐的正當化 放射防護的最優(yōu)化 個人劑量限值,實踐的正當化 為防止不必要的照射，在引入任何伴有輻射照射的實踐之前，都必須權衡利弊，帶來的利益大于所付出的代價（包括對健康損害的代價）是才認為是正當?shù)?，那么該實踐為正當化實踐。,放射防護最優(yōu)化 考慮到經(jīng)濟和社會因素之后，使任何輻射照射應當保持在可以合理做到的最低水平。但不是說劑量越低越好，而是在考慮社會和經(jīng)濟因素的條件下使照射低到合理地可以做到的程度。,個人劑量限值：個人劑量限值涉及的是職業(yè)性人員個人和公眾個人，與人有關；正當化是最優(yōu)化的前提，個人劑量限值是最優(yōu)化的約束條件。
24、 個人劑量限值是不允許接受劑量范圍的下限，不能直接作為放射防護設計和工作安排的依據(jù)，只能依據(jù)放射防護最優(yōu)化的原則。 個人劑量限值不適用于患者的醫(yī)療照射。,外照射防護基本方法： 時間防護：就是縮短受照時間以達到減少受照劑量的目的。 距離防護：增加人體到輻射源的距離，減少受照劑量，即為距離防護。 屏蔽防護：在輻射源與人體之間設置能夠吸收輻射的屏蔽物，以減少輻射對人體的照射劑量。,內照射防護的基本措施： 降低空氣中放射性核素的濃度 降低表面污染水平 防止放射性核素進入人體 加速體內放射性核素的排出,外照射防護屏蔽材料的選擇： 選擇防護性能好、結構性能穩(wěn)定、抗輻射、耐腐蝕以及經(jīng)濟成本低的屏蔽材料。 常用的屏蔽材料：鉛、鐵、磚、水、混凝土 屏蔽材料的鉛當量：通常把達到與一定厚度的某屏蔽材料相同屏蔽效果的鉛層厚度稱為該屏蔽材料的鉛當量，單位以mmPb表示。,謝謝！,
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