电离辐射防护原则和目的.ppt

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1、电离辐射防护基础,电离辐射的定义 电离辐射的类型及防护措施 常用辐射防护量及单位 辐射防护目的及原则,电离辐射的定义,辐射 是一种能量传递方式，能量通过一点向周围辐射传递，介质有真空、空气和其他物质。 辐射分类 粒子辐射和电磁辐射； 电离辐射和非电离辐射； 天然辐射和人工辐射。,粒子辐射 带有一定能量并有一定质量的粒子（在高速运动时将能量传递给其他物质）。电子、质子、中子、负介子等。 电磁辐射 是带能量的电磁波，仅有能量而无静止质量。无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、 X射线、 射线。,电离辐射 能量较高的粒子辐射和电磁辐射使物质电离和激发（自由电子或电子跃迁），称电离辐射。电子、质子、

2、中子、负介子、紫外线、X射线、 射线等。 非电离辐射 能量较低的粒子辐射和电磁辐射不能使物质电离，称非电离辐射。无线电波、微波、红外线、可见光等。（俗称电磁辐射）,电离作用 当带电粒子在原子的电子旁通过时，由于静电作用，使轨道电子获得足够的能量而克服原子核的束缚成为自由电子，原子则变成一个自由电子和一个正离子，形成离子对，这个过程称为电离作用。 激发作用 如果壳层电子获得的能量比较小，不足以使壳层电子脱离原子的束缚而成为自由电子，电子只是由能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道上，这个过程称为激发作用。,电离、激发的起因 具足够动能的带电粒子(电子、质子、粒子 等)与物质原子的碰撞直接引起； 低能

3、带电粒子、不带电的中子、光子通过相互作用产生的次级带电粒子间接引起。,电离辐射的定义 通过直接过程或间接过程引起物质电离的带电粒子、不带电粒子组成的辐射称为电离辐射。,电离辐射的类型及防护措施,带电粒子 粒子、粒子（电子）、质子等。 不带电粒子 X射线、 射线、中子等。,放射性同位素 能自发地发射核子（包括光子），而转变成另一种核素或改变自己的能态的核素被称为放射性同位素。 放射性同位素又可分为两类： 一类是天然存在的，称为天然放射性同位素。例如镭226、钍232等； 另一类是用人工方法（例如反应堆、加速器）制备的，称为人工放射性同位素。例如碘131、钴60等。,射线装置 是指X射线机、加速器

4、、中子发生器以及含放射源的装置。,放射性发现史 1895年伦琴发现X射线 1896年贝克勒尔发现放射性元素铀 1898年居里夫妇发现放射性元素镭和钋 目前已发现近2000种放射性核素,图1l 铀矿物发出的3种射线在电场中的偏转。,衰变 原子核自发地放射出粒子而发生转变，叫做衰变。在衰变中，衰变后的剩余核（通常叫子核）与衰变前的原子核（通常叫母核）相比，电荷数减少2，质量数减少4。 射线 是由高速运动的氦原子核（又称粒子）组成的。它的电离作用大，贯穿本领小。,粒子的电荷数为粒子的 2倍，质量为粒子的7300倍。在能量相等的情况下，其速度较慢，射程较短、穿透本领很弱，它很容易被物质吸收。 10cm

5、空气、薄玻璃板、外科手套、衣服一张纸或生物组织的表皮就足以挡住粒子。 但是粒子的电离本领特别大，一旦不小心让粒子发射体进入人体，则由粒子内照射所引起的大量电离造成的危害特别大。,衰变 原子核自发地放射出电子或正电子或俘获一个轨道电子而发生的转变，统称为衰变。在衰变中，子核与母核的质量数相同，只是电荷数相差1。 射线 是高速运动的电子流。它的电离作用较小，贯穿本领较大。,粒子带电荷少，质量轻，所以与物质作用时其能量损失率比同能量的粒子小，因此它比粒子具有更大的穿透本领，亦即具有更大的射程。 粒子由于受到多次散射，方向不断改变，因此路径是弯弯曲曲的。 对于射线的防护，应采用原子序数较低的材料。几毫

6、米的铝片、衣服或有机玻璃等能较好防护射线的外照射。防轫致辐射。 粒子能引起内、外照射损伤。,跃迁 和衰变的子核往往处于激发态，处于激发态的原子核要向基态跃迁，这种跃迁称为跃迁。在跃迁中通常要放出射线。因此射线的自发放射一般是伴随或射线产生的。 射线 是波长很短的电磁波。它的电离作用较小，贯穿本领大。,例如，放射源60Co既具有放射性，也具有放射性。这是由于放射性原子核60Co首先经衰变至60Ni的激发态，然后当激发态跃迁到基态时会放射出射线。 跃迁与或衰变不同，不会导致核素的变化，而只改变原子核的能量状态。因此跃迁的子核和母核，其电荷数和质量数均相同，只是内部状态不同而已。, 、X射线的防护

7、光电效应内层电子光子吸收 康普顿效应外层电子散射光子 电子对效应原子核光子吸收 都与物质的Z成正比。 所以用高Z的材料防护射线较好，但要考 虑经济代价，考虑康普顿效应。 水、砖、混凝土、铝、铁、铜、铅、钨、 贫铀等。,中子的产生 超铀核素的裂变252Cf；轻核的聚变（2H， 3H）；光中子反应（，n）；放射性同位素（ ，n ）241Am-Be。 中子的防护 快中子通过散射使其慢化为热中子；热 中子可以被各种物质吸收。用低Z材料。 中子慢化和吸收过程中可能产生辐射 ，用高Z材料防护。,如果中子和一个氢原子核（质子）发生一次“正向”的碰撞，中子的能量几乎可以全部损失掉，平均每次可以消耗其能量的50

8、；面对铁核，平均每次只能消耗33的能量；铅核则更少，大约为0.9。 所以用含氢量高的材料来防护中子是比较理想的。如石蜡、水、硼等。,中子对人体的损伤效应 快中子和人体组织中的氢原子核（在人体组织中占70%）发生弹性碰撞，损失能量后成为慢中子。慢中子被氢原子核吸收后放出射线，被氮核吸收后放出质子。 高能中子还可以使碳核放出粒子和中子。 所以中子对人体的损伤效应是射线的2.5倍到10倍。,半衰期 描述衰变的快慢，除了用衰变常数以外,还可用半衰期T1/2表示。半衰期T1/2是放射性原子核衰减到原来数目的一半所需的时间。 T 1/2 ln2 = 0.693 可见T1/2与成反比,越大，表示放射性衰变得

9、越快，自然它衰减到一半所需的时间越短。,X射线产生的原理 高速运动的电子在原子核的电场中掠过时，由于电子和原子核库仑场间的强烈相互作用，电子被减速，同时将其一部分能量转为电磁辐射，以光子（x射线）的形式发射出来，这就是轫致辐射。 电子的能量越高、元素的原子序数越高，产生的轫致辐射越强。,X射线产生的条件 X射线机是指能产生X射线并用其实现某种目的的一种装置。它由X射线管、高压发生器、控制台及其他附属设备几部分组成。当X射线管的阴极灯丝被通电加热时，就产生了电子，这些电子经高压加速后，打击阳极靶面，产生了X射线。,图l2 X射线管的示意图,加速器 加速器是用人工方法产生带电粒子并使其加速到具有较

10、高能量的装置。利用加速器可以产生各种能量的电子、质子、氘核、粒子和其他重粒子。 加速器的主要部分是：产生带电粒子的电子枪和粒子源，保证加速粒子顺利地加速到预定能量的加速器主体及粒子引出装置等。,常用辐射防护量及单位,放射性活度 照射量 吸收剂量 比释动能 剂量当量和有效剂量当量 当量剂量和有效剂量,放射性活度 放射源每秒钟发生的核衰变次数就称为这个放射源的放射性活度。 某种放射性核素的活度A，是在时间间隔dt内，该核素发生核跃迁数的期望值dN除以dt所得的商，即：A=dNdt,放射性活度的SI单位是“秒-1”（s-1），专名是贝可勒尔，简称贝可（Bq）。 1Bq表示放射性核素在1s内发生1次核

11、跃迁, 即：1Bq1s-1 放射性活度旧的专用单位是居里（Ci），表示放射性核素在1秒内发生3.71010次核衰变，即：1Ci=3.7 1010s-1=3.7 1010Bq,活度常用KBq、MBq、GBq、TBq、PBq和mCi、Ci等单位表示。 它们之间的关系： lCi=3.7 101OBq37 GBq 1Ci=103mCi=l06Ci 1Ci37 kBq 1mCi37 MBq 1Bq2.703 10-11Ci,放射性比活度 单位质量物质中的放射性活度被称为放射性比活度。单位是Bqkg-1等。 放射性浓度 单位体积物质中的放射性活度被称为放射性浓度。单位是Bqm-3等。 克镭当量 在相同的测

12、量条件下,某活度的源对空气的电离作用和1克镭的辐射的电离作用相同,那么该放射源的活度被称为1克镭当量。,活度的计算 一个放射源中的放射性核数是有限的，经过衰变核数会越来越少，所以放射源的活度也会越来越小。 放射性活度随时间按指数规律衰减。 设放射性核素t时刻的活度 A， 则：A=A0e-（0.693/T1/2）t A0为t=0时的活度；T1/2为核素的半衰期。,照射量（X） 照射量（X）是指X或射线的光子在单位质量（dm）的空气中释出的全部电子（正电子和负电子）完全被空气阻止时，在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量的绝对值（dQ），即：X=dQdm,照射量的 SI单位是 Ckg-1。 它没

13、有国际单位制的专门名称。 旧的专用单位是伦（R）或其分数mR、R等。 1R等于在1kg空气中产生2.58x10-4库仑的电荷量，即：1R=2.5810-4Ckg-l 1Ckg-1= 3.877 103R,关于照射量的几点说明： 照射量只适用于X、射线； 且受照介质为空气； 它不包括次级电子产生的轫致辐射被吸收而产生的电离； 它只能用于能量在 10 keV到 3MeV范围内的X或射线。,照射量率： 两组射线，对空气的电离能力是否一样，不仅取决于照射量是否一样，而且还取决于照射时间是否相同，因而引人了照射量率的概念。是单位时间内照射量的增量。 SI单位是Ckg-1S-1，Ckg-1h-1等。 其专

14、用单位是 Rmin-1、Rh-1等。,吸收剂量（D） 授予单位质量物质的任何致电离辐射的平均能量，称为吸收剂量。 若致电离辐射授予某一体积元物质的平均能量为d，该体积元物质的质量为dm，则该体积元内物质的吸收剂量为： D=d/dm,吸收剂量用于任何电离辐射和任何介质。 SI单位Jkg-1，专门名称是戈瑞（Gy）。1Gy等于1kg物质吸收了1J的辐射能量，即：1Cy=1Jkg-l 旧的专用单位是拉德（rad）。lrad表示电离辐射授予1g受照物质的平均辐射能量是100尔格(erg），即： lrad=100 ergg-1=0.01Jkg-l=0.01 Gy 1Gy=100 rad,吸收剂量率 是单

15、位时间内授与单位质量物质的电离辐射的平均能量。 SI单位是Gys-1，mGymin-1等。 专用单位是rads-1，mradmin -1等。,比释动能 对于非带电粒子，它与物质相互作用时，其能量的传递分2个过程： 首先把其能量传递给与物质相互作用中释放出的次级带电粒子。用比释动能来量度。 然后次级带电粒子通过电离和激发，把先前获得的能量授与物质。用吸收剂量来度量。,比释动能指非电离粒子在单位质量物质中传递给带电粒子的动能。 定义为：在质量为dm的某一物质内，由不带电粒子释放出来的全部带电电离粒子的初始动能的总和dEtr除以dm而得的商。 即：KdEtrdm SI单位是戈瑞（Gy） 专用单位是拉

16、德（rad）,剂量当量（H） 一定吸收剂量的生物效应取决于辐射的品质和照射条件。不同类型辐射所致吸收剂量相同，而所产生的生物效应的严重程度或发生概率可能不同。在放射防护领域，采用辐射品质因数表示传能线密度对生物效应的影响，对吸收剂量加权，使得加权后的吸收剂量能较好地表达发生生物效应的概率和严重程度。这种加权后的吸收剂量称为剂量当量（H）。,其计算公式为： H= DQN H为剂量当量，Sv；D为吸收剂量，Gy； N为除辐射品质以外的所有其他因素的乘积,ICRP指定其值为1； Q为品质因数，用于衡量不同类型的电离辐射在产生有害效应的效果方面的差异。,表22 我国规定的品质因数 射线种类 品质因数Q

17、 X射线、射线、电子 1 裂变中和未知量的中子、 质子、静止质量大于1原 10 子单位的单电荷粒子 在内照射中的粒子 电荷数未知粒子 20,因为 Q和 N都是无量纲的量，所以剂量当量的SI单位和吸收剂量的SI单位相同，都是J.kg-1。为了避免与吸收剂量混淆，特给予它一个专名，即希沃特（Sv）。 旧的专用单位是雷姆（rem）。 1Sv100 rem,有效剂量当量（HE） 人体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个器官或组织，而且各个器官或组织的辐射效应的危险度也是不同的，为了计算受到照射的有关器官或组织带来的总危险度，对随机性效应，辐射防护领域引进了有效剂量当量HE： HE=TWTHT,HT为组

18、织或器官T受到的剂量当量，SV； WT为组织或器官T的权重因子，它表示当全身受到非均匀照射时，由于组织T受照所产生的随机性效应危险度与总危险度的比值。 即：WT = 组织T接受1Sv时的危险度/全身均匀受照1SV时的危险度,各种组织T的权重因子WT值 组织或器官 WT 组织或器官 WT 性腺 0.25 甲状腺 0.03 乳腺 0.15 骨表面 0.03 红骨髓 0.12 其余组织 50.06 肺 0.12,集体剂量当量和集体有效剂量当量 由于辐射的随机效应仅以一定的概率发生在某些个体身上，并非受到照射的每个人都会发生，因而在评价群体所受的健康危害时，将采用集体剂量当量和集体有效剂量当量。,当量

19、剂量 已知随机效应的概率不仅依赖于吸收剂量，而且还依赖产生这种剂量的辐射种类和能量。(过去用辐射的品质因素Q对组织或器官中某一点吸收剂量加权，加权后的吸收剂量称为剂量当量H。),在放射防护中感兴趣的是某一组织器官的吸收剂量的平均值（而不是某一点上的剂量），并按辐射的质加权。 用辐射权重因子WR（由辐射种类与能量决定）对某一组织器官的平均吸收剂量加权，这加权个后的吸收剂量称为在这一组织或器官中的当量剂量HT 即：HT=RWR.DT，R,式中DT，R，为按组织或器官T平均计算的来自辐射R的吸收剂量，其单位为Jkg-1，专门名称为希沃特（Sv）。,辐射权重因子 种类与能量范围 辐射权重因子WR 光子

20、，所有能量 1 电子及介子，所有能量 1 中子，能量10keV 5 10100keV 10 100keV2MeV 20 220MeV 10 20MeV 5 质子，不是反冲质子，能量2MeV 5 粒子，裂变碎片，重核 20,剂量当量与当量剂量的比较 剂量当量 (H) 当量剂量(HT，R ) 组织中某点的吸收 组织中平均吸收 剂量的加权值 剂量的加权值 品质因数Q 辐射权重因子WR 组织某点的 组织中平均 吸收剂量D 吸收剂量DT，R,有效剂量 随机性效应的概率与当量剂量的关系还与受照组织或器官有关。 当不同组织或器官受到相同当量剂量（全身均匀受照）照射时，由于各组织、器官辐射的敏感性不同，因此各

21、自对总危害的相对贡献亦不同。 反映器官或组织T这种相对贡献大小的数值称为组织权重因子WT。全身所有组织和器官的WT之和等于1。,人体所受到的任何照射（均匀或非均匀照射），几乎总是不止涉及一个组织，为了计算所有受到照射的组织带来的总危害，对随机效应引入了有效剂量（过去称有效剂量当量HE）E公式为： E=TWTHT 式中HT为器官或组织T的当量剂量；WT为组织T的组织权重因子 有效剂量也可表示为身体各组织和器官的双重加权的吸收剂量，即： E=RWR.TDT，R,表25 组织权重因子WT 组织 WT 组织 WT 性腺 0.20 肝 0.05 红骨髓 0.12 食管 0.05 结肠 0.12 甲状腺

22、0.05 肺 0.12 皮肤 0.01 胃 0.12 骨表面 0.01 膀胱 0.05 其余组织 0.05 乳腺 0.05,辐射防护的目的及原则,辐射防护目的 防止确定性效应的发生 减少随机性效应的发生率,确定性效应：效应的发生存在剂量阈值，效应的严重程度与剂量有关的一类辐射效应。 随机性效应：效应的发生不存在剂量阈值，发生几率与剂量成正比，严重程度与剂量无关的一类辐射效应。,辐射防护的基本原则 辐射实践的正当化 放射防护的最优化 个人剂量限值,实践的正当化 为防止不必要的照射，在引入任何伴有辐射照射的实践之前，都必须权衡利弊，带来的利益大于所付出的代价（包括对健康损害的代价）是才认为是正当的

23、，那么该实践为正当化实践。,放射防护最优化 考虑到经济和社会因素之后，使任何辐射照射应当保持在可以合理做到的最低水平。但不是说剂量越低越好，而是在考虑社会和经济因素的条件下使照射低到合理地可以做到的程度。,个人剂量限值：个人剂量限值涉及的是职业性人员个人和公众个人，与人有关；正当化是最优化的前提，个人剂量限值是最优化的约束条件。 个人剂量限值是不允许接受剂量范围的下限，不能直接作为放射防护设计和工作安排的依据，只能依据放射防护最优化的原则。 个人剂量限值不适用于患者的医疗照射。,外照射防护基本方法： 时间防护：就是缩短受照时间以达到减少受照剂量的目的。 距离防护：增加人体到辐射源的距离，减少受照剂量，即为距离防护。 屏蔽防护：在辐射源与人体之间设置能够吸收辐射的屏蔽物，以减少辐射对人体的照射剂量。,内照射防护的基本措施： 降低空气中放射性核素的浓度 降低表面污染水平 防止放射性核素进入人体 加速体内放射性核素的排出,外照射防护屏蔽材料的选择： 选择防护性能好、结构性能稳定、抗辐射、耐腐蚀以及经济成本低的屏蔽材料。 常用的屏蔽材料：铅、铁、砖、水、混凝土 屏蔽材料的铅当量：通常把达到与一定厚度的某屏蔽材料相同屏蔽效果的铅层厚度称为该屏蔽材料的铅当量，单位以mmPb表示。,谢谢！,