第6章放射性污染与防治

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第 6章 放射性污染与防治
放射性物质标志
利用射线——利用钴60的γ射线治疗癌症(放疗)
利用射线——食物保鲜(延缓发芽,生长,长期保存)
作为示踪原子
植物吸收放射性 磷-32后的照片
6.1 概述
6.1.1 环境中放射性的来源
天然辐射源和人工辐射源。
天然辐射主要来自宇宙辐射、地球和人体内的放
射性物质,这种辐射通常称为天然本底辐射。在世
H E WT HT
HE 有效剂量当量,Sv HT器官或组织接受的剂量当量, Sv WT该器官的相对危险系数

6. 集体剂量当量和集体有效剂量 一次大的放射性实践或放射性事故,会涉 及许多人,采用集体剂量当量定量表示一次 放射性实践对社会总的危害。
集体当量剂量 是以各组织内人均接受的剂 量当量与该组织人数相乘,然后相加即得总 的剂量当量数。
ST HT Ni
ST 集体剂量当量,人 Sv HT 所考虑的群体中,第i人群组中每个人的器官或 组织T平均所接受的剂量当量, Sv Ni 第i人群组的人数
集体有效剂量 如果要求某一人群所受辐射的照射,可以 计算其集体有效剂量
S Ei Ni
S 集体有效剂量,人 Sv Ei 第i人群组接受的平均有效剂量,人 Sv Ni 第i人群组的人数


辐射防护最优化:应该避免一切不必要的照射, 在考虑到经济和社会因素的条件下,所有辐照 都应保持在可合理达到的尽量低的水平。
个人剂量当量的限值:用剂量当量限值对个人 所受的照射加以限制。


(2)基本限值 个人受到由可控制的源和实践产生的辐射 照射(包括内外照射),不得超过有关权威标 准中规定的剂量当量限值。基本限值分为两 类,一类适用于辐射工作人员的职业照射, 另一类适用于公众成员的公众照射。剂量当 量限值不包括医疗照射和天然本底照射。


(4)关键核素 某种辐射实践可能向环境中释放几种放射 性核素,对受照人体或人体若干个器古或组 织而言,其中一种核素比其他核素有更重要 的意义时,称该核素为关键核素。


2.剂量与效应的关系 根据辐射效应的发生与剂量之间的关系,可把辐 射对人体的危害分为随机性效应和确定性效应两类。 1.随机性效应 指发生概率(而非其严重程度)与 剂量大小有关的效应。随机性效应发生概率极低, 在一般辐射防护所遇到的剂量水平下,随机性效应 发生的概率与剂量之间的关系尚未完全肯定,辐射 防护中把随机性效应与剂量的关系简化地假设为 “线性”、“无阈”。线性是指随机性效应的发生 概率与所受剂量之间呈线性关系。这一假设是从大 剂量和高剂量率情况下的结果外推得到的。无阈意 味着任何微小的剂量都可能诱发随机性效应。
G hi ri gi
G 危害 hi 第i人群组接受的平均剂量当量,Sv ri 发生有害效应的频数 gi 严重程度,可治愈的癌症为0,致死的癌症为1
(2)关键人群组 在某一给定实践所涉及的各受照人群组中, 预期将受到最大辐射照射的人群组称为关键 人群组,简称关键组。 (3)关键照射途径 指某种辐射实践对人产生照射剂量的各种 途径(食入、吸入和外照射等),其中某一 种照射途径比其他途径有更重要的意义。

(3)导出限值 辐射防护监测中,测量结果很少能直接用 剂量当量来表示。可以根据基本限值,通过 一定的模式导出一个供辐射监测结果比较用 的限值,这种限值称为导出限值。
6.3 放射性废物处理与防护
6.3.1 放射性废物的来源与特点
放射性废物的来源主要有核设施、伴生矿 和核技术的应用等三个方面
核设施产生的放射性废物

公众照射:ICRP建议公众的有效剂量当量年 限值为1mSv/a,但在特殊情况下,只要按5年 平均不超过1mSv/a,在单独的一年里可以有 较高的有效剂量当量。《辐射防护规定》 (GB8703—88)规定:公众成员的年有效剂量 当量不超过1mSv。如果按终生剂量平均的年 有效剂量当量不超1mSv,则在某些年份里允 许以每年5mSv作为剂量限制。公众成员的皮 肤和眼晶体的年剂量当量限制为50mSv。

1. 固化技术 放射性废液处理产生的泥浆、蒸发残渣和 废树脂等湿固体和焚烧炉灰等干固体,都是 弥散性物质,需要固化处理。固化是在放射 性废物中添加固化剂,使其转变为不易向环 境扩散的固体的过程,固化产物是结构完整 的整块密实固体。
固化的途径是将放射性核素通过化学转变,引入
到某种稳定固体物质的放射性废物
核技术的应用产生的放射性废物
放射性废物的特点: (1)长期危害性:放射性废物中含有的放射性物 质辐射强度(活度)只能随时间的推移按指数规律 逐渐衰减,任何物理、化学、生物处理方法或环 境过程都不能予以消除,只能利用自然衰变的方 法使之消失。

(2)处理难度大:废物处理过程中产生的各种 浓缩物(沉渣、污泥、废离子交换树脂及其固 化体)和乏燃料元件等中、高放射性废物,不 但会对人体产生内外照射的危害,核素的衰变 还会释放出大量的热量,所以处理放射性废物 必须采取复杂的屏蔽和封闭措施,并应采取远 距离操作及通风冷却措施。
d D dm
D 吸收剂量,Gy(戈瑞),曾用单位(rad)拉德,1rad=0.01Gy d 电离辐射授予质量为dm的物质的平均能量,J dm受照射的空气质量,kg
吸收剂量率 单位时间内的吸收剂量
dD D dt
D 吸收剂量率,Gy/s
dD时间间隔dt吸收剂量的增量,Gy dt 时间间隔

遗传效应是由于生殖细胞受到损伤引起的, 表现为受照者后代的身体缺陷。一般认为在 已有的人体细胞中,基因的非自然性的突变 基本上是有害的。所以必须避免人工辐射引 起的人体细胞内的基因突变。
2. 辐射对人体的危害
辐射对人体的危害主要表现为受到射线过量照射 而引起的急性放射病及因辐射导致的远期影响。
急性放射病是由大剂量的急性照射所引起,多 为意外核事故、核战争造成的。按射线的作用范围, 短期大剂量外照射引起的辐射损伤可分成全身性辐 射损伤和局部性辐射损伤。远期影响主要是慢性放 射病和长期小剂量照射对人体健康的影响,多属于 随机效应。
6.2.2 辐射防护
1. 与辐射防护有关的概念 (1)危险度与危害 危险度(ri) 指某个组织或器官接受单 位剂量照射后引起的第i种有害效应的概率。 国际放射性委员会规定全身均匀受照时的危 险度为10-2/Sv。

下表列出几种辐射敏感度较高的组织诱发 致死性癌的危险度。

危害 指有害效应的发生频数与效应的严重 程度的乘积,
界范围内,天然本底辐射每年对个人的平均辐射剂
量当量约为2.4 mSV(毫希),有些地区的天然本底辐
射水平比平均值高得多。

对公众造成自然条件下原本不存在的辐射的
辐射源称为人工辐射源,主要有核试验造成的全
球性放射性污染,核能生产、放射性同位素的生
产和应用导致放射性物质以气态或液态的形式释
放而直接进入环境,核材料贮存、运输或放射性 固体废物处理与处置和核设施退役等则可能造成 放射性物质间接地进入环境。
对核试验的控诉
93年世界新闻摄影获奖作品
6.2 辐射剂量学基础
6.2.1 辐射剂量学的基本量和单位

1. 放射性活度
放射性活度A表示在单位时间内放射性原 子核所发生的核转变数,SI单位为Bq(贝可), 1 Bq表示1秒钟发生一次核衰变。曾用单位Ci 居里, Ci= 3.7×1010Bq

2. 照射量 照射量(X)表示γ射线或X射线在空气中 产生电离能力大小的辐射量。
程把放射性核素直接掺人到惰性基材中。此外,沾 污的废过滤器芯子、切割解体的沾污设备装在钢桶 或箱中,用水泥沙浆或熔融态沥青灌注填充空隙, 进行固定处理。

职业照射:为了将随机性效应发生概率限制到 可接受的水平,ICRP推荐按5年平均,每年20 mSv的有效剂量限值,同时规定这5年中任一年中 的有效剂量不得超过50mSv。《辐射防护规定》 (GB8703—88)规定:为了限制随机性效应,职业 工作人员的年有效剂量当量限值为50mSv。为了 防止非随机性效应,眼晶体的年剂量当量限值为 150 mSv;其他单个器官或组织的年剂量当量限 值为500 mSv。

(3)处理技术复杂:放射性废物中核素含量非 常小,同时也含有多种非放射性污染物质,一 般情况下放射性核素的质量浓度远低于非放射 性污染物的浓度,但其净化要求极高,须采取 极其复杂的处理手段,多次处理才能达到要求。
6.3.2 放射性废物处理技术

一、放射性固体废物处理技术 放射性固体废物种类繁多,可分为湿固体 (蒸发残渣、沉淀泥浆、废树脂等)和干固体 (污染劳保用品、工具、设备、废过滤器芯、 活性炭等)两大类。为了减容和适于运输、贮 存和最终处置,要对固体废物进行焚烧、压 缩、固化或固定等处理。
4. 吸收当量
生物效应受辐射类型与能量、剂量与剂量 率大小、照射条件及个体差异等因素的影响, 故相同的吸收剂量未必产生同等程度的生物 效应。为了用同一尺度表示不同类型和能量 的辐射照射对人体造成的生物效应的严重程 度或发生概率的大小,辐射防护上采用剂量 当量这一辐射量。
组织内某一点的剂量当量为 H=DQN
dQ X dm
X照射量,C/kg,曾用单位(R)伦琴,1R=2.58×10-4 C/kg dQ 射线在质量为dm的空气中释放出来的全部电子(正负电子) 被空气完全阻止时,在空气中产生的一种符号离子的总电荷的 绝对值,C dm受照射的空气质量,kg

3. 吸收剂量和吸收剂量率 吸收剂量(D)是单位质量受照射物质中所 吸收的平均辐射能量
辐射与细胞作用的生物因素主要是指生物 体对辐射的敏感性。生物受到X射线、γ射线 照射的不同种系的生物死亡50%(LD50)所需的 吸收剂量值不同。种系的演化程度越高,机 体结构越复杂,其对辐射的敏感性越高。
生物死亡50%的吸收剂量
个体不同发育阶段的辐射敏感性也不同, 一般幼年和老年期对辐射的敏感性比成年时 高。不同细胞、组织或器官的辐射敏感性各 异,一般人体内繁殖能力越强,代谢越活跃, 分化程度越低的细胞对辐射越敏感,因而不 同组织也具有不同的敏感性。
6.1.2
辐射的生物效应及其危害
过量的放射性会对环境造成污染,对人类和 自然界产生破坏作用.
20世纪人们在毫无防 备的情况下研究放射性
遭原子弹炸后的广岛
1. 辐射的生物效应
辐射与人体相互作用会导致某些特有生物 效应,其性质和程度主要取决于人体组织吸 收的辐射能量。
辐射生物反应的演变过程

(1)辐射对细胞的作用 辐射对细胞作用的影响因素很多,基本上 可归纳为与辐射有关的物理因素和与机体有 关的生物因素。 辐射与细胞作用的物理因素主要是指辐射 类型、辐射能量、吸收剂量、剂量率以及照 射方式等。外照射时,γ>β>α;内照射时, α>β>γ。在吸收剂量相同情况下,照射分 次越多,间隔时间越短,生物效应就越大。 另外,各部位器官对辐射的敏感性不同。

2.辐射的确定性效应 是一种有“阈值”的效 应。受照剂量大于阈值,就会发生确定性效 应,其严重程度与所受的剂量大小有关,剂 量越大后果越严重。
3. 剂量限制体系 (1) 辐射防护原则 为了达到辐射防护目的,国际放射防护委员 会(1CRP)提出了辐射实践正当性、辐射防护最 优化和限制个人剂量当量三项基本原则。 辐射实践正当性:在施行伴有辐射照射的任何 实践之前,必须经过正当性判断,确认这种实 践具有正当的理由,获得的利益大于代价(包 括健康损害和非健康损害的代价)。
H剂量当量,Sv,曾用rem(雷姆),1 rem =0.01Sv D在该点接受的剂量当量,Gy Q品质因素,用来计量剂量的微观分别对危害的影响 N 国际放射防护委员会规定的其他修正系数,目前N=1

5. 有效剂量当量
为了计算受照射的有关器官和组织带来 的总的危险,相对随机性效应而言,在辐射 防护中引进有效剂量当量HE
(2)辐射的人体生物效应
电离辐射对人体辐射的生物效应可分为躯体效 应和遗传效应。
躯体效应是由辐照引起的显现在受照者本人身 上的有害效应,是由于人体普通细胞受到损伤引起 的,只影响到受照者个人本身。辐射的远期效应是 需要经过很长时间潜伏期才显现在受照者身上的效 应,主要表现为诱发白血病和癌症,也可能导致寿 命的非特异性缩短,即过早衰老或提前死亡。
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