放射性基础知识与辐射防护

第四节
常用辐射量和单位
国际辐射单位与测量委员会
（International Commission on Radiation Units and Measurements, ICRU) 1975年 国际单位制单位(SI) • 1984年 中华人民共和国法定计量单位
1.1 放射性活度（activity, A)
不同细胞、组织或器官的辐射敏感性不同
骨髓、胃肠上皮、性腺较敏感，肌肉和骨组织
不敏感，见WT表
二、源自文库类与应用
电离辐射所致生物效应的分类
依据效应发生的个体：
1.躯体效应（somatic effects） 定义：发生在受照者本人身上的效应
2.遗传效应（hereditary effects） 定义：发生在受照者后代身上的效应
放射性基础知识 与辐射防护
目的
对辐射及防护与安全基础知识有一个 概念性的了解
第一节
前言(绪论)
1.辐射防护的含义
（1）什么是辐射？
从某种物质中发射出来的波或粒子。 （热辐射、核辐射等）
（2）辐射的分类
非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、 可见光、红外线和射频辐射 电离辐射： 能量大于10eV，如X射线、 γ射线、中子、α射线、 β射线等
第二节 原子核与放射性 一、现代原子结构
核与电子处于不同的能 量状态(能级结构) 原子半径：10-10m 原子核半径：10-14m 原子核
电磁力 将原子 核与电子结合
核力 将核中 质子与中子结合 核力 〉〉电磁力 核力是短程力
+ ++
中子 质子 电子 (电子云)
核素及符号表示
核素 ：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称
非电离辐射 紫外线、红外线、微 波等，这些粒子虽能 够同物质发生作用但 都不能使物质发生电 离效应 ～ eV 量级
移动电话 MHz
800-1800
﹤0.01 eV (没有电离作用）
1 MeV 的粒子穿透物质能力 α β
γ 4580本
1 页 60页/本
n
铅
铅室 地 下 1-2 米深
中子源
αβγ射线穿透物质能力
同中子素 不同
二、原子核衰变及衰变规律---放射性
原子核衰变：原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新 核的变化过程。 放射性：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。 放射性核素 ：能自发地发射各种射线或粒子的核素。
放射性衰变及衰变规律
基本衰变——衰变
+ + + 放射性母核 !! + + + + + +
晚期效应
1. 癌症 2. 白內障 3. 不孕症 4. 突变 5. 萎縮效应 6. 寿命減短
(当剂量小于1西弗时，发生白血病 的几率与正常人无显著差別) 当剂量小于2西弗时不会发生)
射线对人体生殖腺的可能效应 剂量(Gy) 可能效应
1.5 2.5 5-6 8
短期的不孕 1至2年不孕 大部分的人永远不孕 所有的人永远不孕
照射部位和面积：
与受照部位对应的器官的敏感性有关，如全
身5Gyγ照射可能产生骨髓型急性放射病，照 射局部可能不会出现临床症状；面积越大， 效应越重。 照射的几何条件：
外照射时人受照姿势、在辐射场内的取向等。
另外，内照射时核素种类、数量、理化特性、沉 积和滞留特性等。
②生物因素
不同生物种系的辐射敏感性
发现了天然放射性
Nobel Prize in 1903
1898, 居里夫妇发现钋（ Polonium）和镭（ Radium） 同位素的工业应用
Nobel Prize in 1903 and 1911
1898, 卢瑟福（Rutherford） 发现了α、β粒子。
法国化学家维拉尔发现 射线
1932, 查德威克（Chadwick） 发现中子。
•
•
• •
NCRP（Report）（Handbook） National Council on Radiation Protection and Measurements 辐射防护 与测量国家委员会（美） BEIR committee on the Biological Effects of Ionizing Radiations 电离辐射生物效应委员会（美） ANSI American National Standard Institute 美国国家 标准 NRPB National Radiological Protection Board 国家放 射防护委员会（英）
从母核中射出 的4He原子核
238U4He
+ 234Th
粒子得到大部分衰变能
基本衰变——衰变
发生原因：母核中子或质子过多
+ + + + + + + + +
反中微子
+ 质子转变成中子，并且 带走一个单位的正电荷 中子转变成质子，并且 带走一个单位的负电荷
－
中微子
三种子体分享裂变能——因此电子具有连续能量
确定性效应 多细胞死亡导致
随机性效应 单一细胞变异导致
生殖细胞
遗传效应
影响辐射生物效应的因素
①物理因素
辐射类型：外照射 γ＞β＞α 内照射 α＞β＞γ 剂量率及分次照射： 吸收剂量相同，剂量率越大，生物效应越显著；
剂量相同，一次大剂量急性照射的效应大于分
次慢照射，分次越多，各次照射间隔时间越长， 生物效应越小。
依据效应发生的时期
1.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
2.早期效应（early effects）
受到照射后数周之内发生的效应
3.晚发效应（Late effects）
受到照射后数月以后发生的效应
早期效应
致死剂量(Lethal Dose), LD
接受曝露后T天，造成曝露群体中50%死亡的 全身急性剂量为 LD50/T 。 如：
定义：放射性核素在单位时间(dt)内 发生核衰变的数目(dN) A=dN/dt 单位： SI: Becquerel(Bq) 专用单位：居里 1Bq=1s-1
电荷 Double Positive
速度
Slow

electron
neutron proton High Energy Electromagnetic Photons Same as Gamma-Rays
Single Negative
non positive non
< 3 x 108 m/s
various various 3 x 108 m/s
（5）为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？
电 离 、 激 发 损 伤 、 修 复
辐射
原子、分子
组织、器官
确定性效应 机体损伤 随机性效应
2. 辐射防护简史
1895, 伦琴（ Roentgen ）发现 X 射线
伦琴Nobel Prize in 1901 世界上第一张X射线照片
1896, 贝克勒尔（Becquerel）发现 铀（Uranium）
（3）什么是电离辐射？
电离：从一个原子、分子从其束缚状态释
放一个或多个电子的过程。
电离辐射：能通过初级过程或次级过程引
起电离的带电粒子或不带电粒 子
（4）常见的电离辐射
辐射
组成 2 protons + 2 neutrons 质量 Relatively Heavy
Relatively Light
1. 指数衰减规律
N = N 0e -t N0:（t = 0）时放射性原子 核的数目 N: 经过t时间后未发生衰变 的放射性原子核数目
N = N0 e - t
: 放射性原子核衰变常数
大小只与原子核本身性质 有关，与外界条件无关;
数值越大衰变越快
三、电离辐射的来源
电离辐射 直接或间接使介质发生电离 效应的带电或不带电的射线 或粒子 (能量 ﹥keV ) α、β、γ、 x、 n、p、 裂变碎片 介子等
电子俘获——7Be 7Li
基本衰变——衰变
+ + +
光子
+ +
+ +
+ +
－
中微子
基本衰变——衰变
衰变特点：
1、从原子核中发射出光子 2、常常在 或 衰变后核子从激发态退 激时发生
3、产生的射线能量不连续
4、可以通过测量光子能量来鉴定核素种类
类别
放射性衰变规律
半衰期 (T1/2)
物机体后造成的后果。
细胞死亡和细胞变异 间期死亡：大剂量照射时，处于分裂间期的细胞核遭到破坏 立即死亡
增殖性死亡：照射后，有丝分裂受到抑制，细胞增殖时死亡
受照一段时间后死亡 细胞变异：受照后没有发生细胞死亡 出现错误修复 错误信息传给后代
分子水平
细胞水平
体细胞
临床症状
功能障碍
效应
细胞死亡
生殖细胞 DNA损伤 体细胞 细胞变异 肿瘤 不孕
LD50/30 表示接受这个剂量的人，在30天內 会有一半的人死亡。(约 5 Sv)
早期效应
接受急性辐射曝露的早期效应和血液有关。
急性剂量 3 Sv 后的血球数变化
早期效应
日本核临界事故（99.09.30）
事故发生时的位置图
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
定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来 的一半所需要的时间。 时间 t (T1/2 ) 放射性原 子核数目 0 N0 1 2 3 N0 /16 4 N0 /32 5 N0 /64 n N0 /2n
N0 /2 N0 /4
经过n个半衰期后，未发生衰变的放射性原子核数目是原有的1/2n
放射性衰变基本规律
αβγ 射线穿透 人体皮肤情况
第三节
电离辐射的生物效应
1 原子核裂变或聚变时可以放出巨大的能量，既可造福人类， 也可能对环境和人类产生危害。
2 核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递 没有能量和动量传递就没有作用。 3 通常遇到的核辐射主要是对物质的电离作用，会 对物体产生一系列的影响，人体也不例外。 定义：电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机 体后引起的机体的变化和反应。即电离辐射的能量传递给生 的过程；
晚期效应
1. 癌症 2. 白內障 3. 不孕症 4. 突变 5. 萎縮效应 6. 寿命減短
(当急性剂量在0.2西弗到2西弗之间 时，突变的几率是正常情況的2倍) (大剂量对組织器官的伤害，造成 新陈代谢失常)
晚期效应的潜伏期
白血病之外的肿瘤
白血病
0 2年 10年
20年
30年
40年
日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化
种系的进化程度越高、机体结构越复杂，其辐射 敏感性越高。使生物死亡50%所需要的吸收剂量称 为LD50 。
表 不同生物的LD50
生物 种系 LD50(Gy) 人 4.0 猴 6.0 大鼠 7.0 鸡 7.15 龟 15.0 大肠 杆菌 56.0 病毒 2×104
个体不同的发育阶段
不同阶段敏感性不同
核 素 质子数 中子数 质量数 符 号 2 6 6 6 2 6 7 8 4 12 13 14
4He 12C 13C 14C
氦-4 碳-12 碳-13 碳-14
同位素：质子数相同而中子数不同的核素
名称 同位素 同量素 质子数 相同 不同 中子数 不同 相同 不同 质量数 不同 不同 相同 举例
1H 2H 3H 2H 3H 3He 3He
n
P X
Middle weight Middle weight non
non
non
3 x 108 m/s
放射性衰变基本规律
原子核是一个量子体系，核衰变是一个量子跃迁过 程。 对一个特定的放射性核素，其衰变的精确时间是无 法预测的； 但对足够多的放射性核素的集合，其衰变规律是确 定的，并服从量子力学的统计规律。
3.辐射防护的基本任务和目的
基本任务： （1）允许可能产生辐射的实践 （2）保护人员、后代、环境 目的： （1）防止有害的确定性效应； （2）限制随机性效应的发生率，合理尽 可能低。
• ICRP（Publication）International Commission on Radiological Protection 国际放射防护委员会 • ICRU（Report） International Commission on Radiation Units and Measurements 国际辐射单 位与测量委员会 • UNSCEAR United Nations Scientific committee on the Effects of Atomic Radiation 联合国原子 辐射效应科学委员会 • IAEA（Safety Series） International Atomic Energy Agency 国际原子能机构 • ISO International Standardization Organization 国际标准化组织