chapter3放射性测量单位及核辐射防护(2)
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依据效应-剂量关系分类
随机性效应 （deterministic effects） (stochastic effects) 无剂量阈值 有剂量阈值 确定性效应 发生几率与剂量 效应的严重程度 成正比 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
随机性效应 几 率 严 重 程 度 确定性效应
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 促进期(promotion): 变异细胞 癌细胞
发展期(progression):癌细胞的恶性性质增加 癌症
人类辐射致癌的分析方法
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 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 3×107人· 相当于当今世界人口额外受到大约4年的天然 Sv, 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%。
依据效应发生的个体：
躯体效应（somatic effects） 定义：发生在受照者本人身上的效应
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应的分类
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
分子水平 细胞水平
体细胞 细胞死亡 生殖细胞 DNA损伤 体细胞 细胞变异 肿瘤 随机性效应 单一细胞变异导致 不孕
临床症状
功能障碍
效应
确定性效应 多细胞死亡导致
生殖细胞
遗传效应
电离辐射所致生物效应的分类
12种癌症： 一般公众: 职业照射:
5×10-2 Sv-1 4×10-2 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
第三节 核辐射防护简述
一、核辐射对人体的影响 2、人类受到的辐射照射和水平
剂量
阈值
剂量
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:
剂量(Gy) 0.1 0.5 1.0 1.5 3-5 7-10 症 状
染色体变化 末梢血中淋巴细胞减少 10%的人恶心，呕吐 死亡阈值 LD50/60天(造血器官死亡) LD100/60天(消化器官死亡)
天然辐射所致的年平均有效剂量 (UNSCEAR 2000 report)
照射成分 宇宙射线 宇生核素 地表放射性物质：外照射 地表放射性物质：内照射 （氡除外） 氡及其子体引起的内照射 Rn-222 的吸收 Rn-220 的吸收 Rn-222 的经口摄取 共计 年有效剂量(mSv) 普通本底地区 高本底地区 0.38 0.01 0.46 0.23 2.0 0.01 4.3 0.6
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
一、核辐射对人体的影响
1、生物效应产生的过程和机理
电离辐射的能量转移过程
DNA损伤（分子水平）
单链断裂：
可以实现无差错
对造血组织影响
细胞类型 正常值 减少阈 值(Gy) 白细胞 3500-1000 0.5 红细胞 (400-500)×104 1.0 血小板 20 ×104 1.0 淋巴细胞 天 红细胞 血小板 3-4
血细胞寿命
120天 8-9天
生殖系统的影响
不孕的阈值(Gy): 1次急性照射 一时性不孕 0.15 永久性不孕 3.5-6 1次急性照射 0.65 –1.5 2.5-6 慢性照射 0.4/年 2.0/年 慢性照射 0.4/年 2.0/年
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(risk): 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
2180
吸 入
吸 入 35
外 照 射 353 114 11 1.3
食 入 492 139 51
大气层核试验产生的放射性核素的年平均有效剂量，单位 μSv
时间 外 照 射 19451999 20002099 21002199 2200-∞ 1945-∞ 382 124 12 1.4 北半球 食 入 531 141 51
2180
南半球 总 和 外 照 射 食 入 178 126 50
2180
全 球 总 和 328 157 53
男性
女性
一时性不孕 永久性不孕
皮肤的放射损伤
剂量 (Gy)
0.5 5 10 15 急性损伤 染色体畸变 一时性脱发及红斑 红肿,疼痛,烧灼感 无 伴有功能障碍 慢性损伤
一时性溃疡,水泡疤痕色素沉 萎缩, 着WBC上升全身中毒症状
永久性溃疡,合并感染 败血症
慢性顽固性溃疡
眼组织的放射损伤
眼晶体: 放射敏感性大于结膜等其他眼组织 前面部位的上皮细胞发生分裂障碍 混浊 白内障(从前向后
C
修复
双链断裂：
错误修复
细胞水平损伤
细胞死亡
间期死亡 增殖死亡 间期死亡 间期死亡
增殖死亡 间期死亡 增殖死亡
功能障碍 结构改变
增殖死亡
细胞水平损伤
细胞变异（modification)
变异
异常细胞 克隆
细胞转化
癌症
transformation
cancer
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 机理：P53基因 凋亡小体
世界主要核国家核试验次数统计
国家 至1992年 试验总数 大气核试验 时间 美国 前苏联 英国 法国 中国 印度 942 715 44 210 38 1 19451962 19491962 19521958 19601974 19641980 次数 212 214 21 50 23 0 1945.7.16 1949.8.29 1952.10.3 1960.2.13 1964.10.1 6 1952.10.3 1 1953.8.12 1957.5.15 1968.8.24 1967.6.17 1951.11.2 9 1961.10.1 1 1962.3.1 1961.11.7 1969.9.23 1974.5.18 第一次原 子弹试验 第一次 氢弹试验 第一次地 下核试验
事故发生时的位置图
关于晚期效应的潜伏期
白血病之外的肿瘤 白血病
0 2年 10年
2Байду номын сангаас年
30年
40年
日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化
辐射致癌的潜伏期
最小潜伏期 中央值
白血病 其他癌症 2年 10年 8年 16-24年
最大潜伏期
40年 终生
ICRP Publ. 60(1990)
电离辐射所致生物效应的分类
1.2 0.07 0.005 2.4
10 0.1 0.1 -
一、核辐射对人体的影响 2、人类受到的辐射照射和水平 （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
第三节 核辐射防护简述
一、核辐射对人体的影响 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;14C;7Be; 22Na 原生核素(primordial)：三大放射系+钾40 238U；232Th；235U
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）
检 查 胸部X射线摄影 胸部X射线透视 腰椎 每1000人口检查 次数 87 37 15 每次检查的有效剂量， mSv 0.14 1.1 1.8 年集体剂量， 人Sv 71200 234700 159000
胸椎
骨盆和腹部 上胃肠道 下胃肠道
眼晶体
推移) 潜伏期：6个月-35年，与剂量成反比 一次急性照射 多次照射 症状与阈值
混浊
白内障
0.5-2.0
5.0
5
8
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
氡（radon):
核素
222
226Ra
222Rn
主要衰变类型 α α β ，γ β ，γ α β ，γ
半衰期 3.824d 3.05min 26.8min 19.9min 164μ s 21a
Rn 218 Po 214 Pb 214 Bi 214 Po 210 Pb
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：4.11×105/min 14C: 1.93 ×105/min
人类受到照射的辐射源有两类，即天然辐射源和人 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。
4.1
11 13 3.4
1.4
0.83 3.7 6.4
33400
53300 274000 127000
尿路造影
CT 血管造影 介入程序 总 计 330
3.8
16 2.1 0.84
3.7
8.6 12 20
81300
785000 143000 98000 2330000
核试验
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1961~1962年 间曾在大气中进行过大量的核试验，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。
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） O氏（17Gy）： 意识丧失、呕吐、 腹泻、淋巴细胞数 S氏（10Gy） 20分钟后感觉麻木、 呕吐、腹泻
随机性效应 （deterministic effects） (stochastic effects) 无剂量阈值 有剂量阈值 确定性效应 发生几率与剂量 效应的严重程度 成正比 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
随机性效应 几 率 严 重 程 度 确定性效应
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 促进期(promotion): 变异细胞 癌细胞
发展期(progression):癌细胞的恶性性质增加 癌症
人类辐射致癌的分析方法
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 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 3×107人· 相当于当今世界人口额外受到大约4年的天然 Sv, 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%。
依据效应发生的个体：
躯体效应（somatic effects） 定义：发生在受照者本人身上的效应
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应的分类
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
分子水平 细胞水平
体细胞 细胞死亡 生殖细胞 DNA损伤 体细胞 细胞变异 肿瘤 随机性效应 单一细胞变异导致 不孕
临床症状
功能障碍
效应
确定性效应 多细胞死亡导致
生殖细胞
遗传效应
电离辐射所致生物效应的分类
12种癌症： 一般公众: 职业照射:
5×10-2 Sv-1 4×10-2 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
第三节 核辐射防护简述
一、核辐射对人体的影响 2、人类受到的辐射照射和水平
剂量
阈值
剂量
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:
剂量(Gy) 0.1 0.5 1.0 1.5 3-5 7-10 症 状
染色体变化 末梢血中淋巴细胞减少 10%的人恶心，呕吐 死亡阈值 LD50/60天(造血器官死亡) LD100/60天(消化器官死亡)
天然辐射所致的年平均有效剂量 (UNSCEAR 2000 report)
照射成分 宇宙射线 宇生核素 地表放射性物质：外照射 地表放射性物质：内照射 （氡除外） 氡及其子体引起的内照射 Rn-222 的吸收 Rn-220 的吸收 Rn-222 的经口摄取 共计 年有效剂量(mSv) 普通本底地区 高本底地区 0.38 0.01 0.46 0.23 2.0 0.01 4.3 0.6
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
一、核辐射对人体的影响
1、生物效应产生的过程和机理
电离辐射的能量转移过程
DNA损伤（分子水平）
单链断裂：
可以实现无差错
对造血组织影响
细胞类型 正常值 减少阈 值(Gy) 白细胞 3500-1000 0.5 红细胞 (400-500)×104 1.0 血小板 20 ×104 1.0 淋巴细胞 天 红细胞 血小板 3-4
血细胞寿命
120天 8-9天
生殖系统的影响
不孕的阈值(Gy): 1次急性照射 一时性不孕 0.15 永久性不孕 3.5-6 1次急性照射 0.65 –1.5 2.5-6 慢性照射 0.4/年 2.0/年 慢性照射 0.4/年 2.0/年
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(risk): 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
2180
吸 入
吸 入 35
外 照 射 353 114 11 1.3
食 入 492 139 51
大气层核试验产生的放射性核素的年平均有效剂量，单位 μSv
时间 外 照 射 19451999 20002099 21002199 2200-∞ 1945-∞ 382 124 12 1.4 北半球 食 入 531 141 51
2180
南半球 总 和 外 照 射 食 入 178 126 50
2180
全 球 总 和 328 157 53
男性
女性
一时性不孕 永久性不孕
皮肤的放射损伤
剂量 (Gy)
0.5 5 10 15 急性损伤 染色体畸变 一时性脱发及红斑 红肿,疼痛,烧灼感 无 伴有功能障碍 慢性损伤
一时性溃疡,水泡疤痕色素沉 萎缩, 着WBC上升全身中毒症状
永久性溃疡,合并感染 败血症
慢性顽固性溃疡
眼组织的放射损伤
眼晶体: 放射敏感性大于结膜等其他眼组织 前面部位的上皮细胞发生分裂障碍 混浊 白内障(从前向后
C
修复
双链断裂：
错误修复
细胞水平损伤
细胞死亡
间期死亡 增殖死亡 间期死亡 间期死亡
增殖死亡 间期死亡 增殖死亡
功能障碍 结构改变
增殖死亡
细胞水平损伤
细胞变异（modification)
变异
异常细胞 克隆
细胞转化
癌症
transformation
cancer
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 机理：P53基因 凋亡小体
世界主要核国家核试验次数统计
国家 至1992年 试验总数 大气核试验 时间 美国 前苏联 英国 法国 中国 印度 942 715 44 210 38 1 19451962 19491962 19521958 19601974 19641980 次数 212 214 21 50 23 0 1945.7.16 1949.8.29 1952.10.3 1960.2.13 1964.10.1 6 1952.10.3 1 1953.8.12 1957.5.15 1968.8.24 1967.6.17 1951.11.2 9 1961.10.1 1 1962.3.1 1961.11.7 1969.9.23 1974.5.18 第一次原 子弹试验 第一次 氢弹试验 第一次地 下核试验
事故发生时的位置图
关于晚期效应的潜伏期
白血病之外的肿瘤 白血病
0 2年 10年
2Байду номын сангаас年
30年
40年
日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化
辐射致癌的潜伏期
最小潜伏期 中央值
白血病 其他癌症 2年 10年 8年 16-24年
最大潜伏期
40年 终生
ICRP Publ. 60(1990)
电离辐射所致生物效应的分类
1.2 0.07 0.005 2.4
10 0.1 0.1 -
一、核辐射对人体的影响 2、人类受到的辐射照射和水平 （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
第三节 核辐射防护简述
一、核辐射对人体的影响 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;14C;7Be; 22Na 原生核素(primordial)：三大放射系+钾40 238U；232Th；235U
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）
检 查 胸部X射线摄影 胸部X射线透视 腰椎 每1000人口检查 次数 87 37 15 每次检查的有效剂量， mSv 0.14 1.1 1.8 年集体剂量， 人Sv 71200 234700 159000
胸椎
骨盆和腹部 上胃肠道 下胃肠道
眼晶体
推移) 潜伏期：6个月-35年，与剂量成反比 一次急性照射 多次照射 症状与阈值
混浊
白内障
0.5-2.0
5.0
5
8
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
氡（radon):
核素
222
226Ra
222Rn
主要衰变类型 α α β ，γ β ，γ α β ，γ
半衰期 3.824d 3.05min 26.8min 19.9min 164μ s 21a
Rn 218 Po 214 Pb 214 Bi 214 Po 210 Pb
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：4.11×105/min 14C: 1.93 ×105/min
人类受到照射的辐射源有两类，即天然辐射源和人 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。
4.1
11 13 3.4
1.4
0.83 3.7 6.4
33400
53300 274000 127000
尿路造影
CT 血管造影 介入程序 总 计 330
3.8
16 2.1 0.84
3.7
8.6 12 20
81300
785000 143000 98000 2330000
核试验
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1961~1962年 间曾在大气中进行过大量的核试验，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。
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） O氏（17Gy）： 意识丧失、呕吐、 腹泻、淋巴细胞数 S氏（10Gy） 20分钟后感觉麻木、 呕吐、腹泻