辐射应用.ppt

1,輻射應用,2,輻射與我們息息相關，很多時我們不知不覺間已經享用到輻射應用所帶來的好處。無論在發電、醫療、工業方面，輻射的應用都多不勝數。只要運用得宜，輻射也可以造福社會。,3,發電,隨著世界人口不斷膨脹及經濟增長，人們對能源的需求日益增加。我們消耗能源的速度，遠超過地球所能負擔，核能是解決能源需求日增的其中一個方法。目前世界各地的核能發電反應堆有大約四百四十個，供應全球所需電力的約百分之十七。這些發電廠主要利用鈾的原子核分裂而發電。,4,醫學,輻射在醫療上的用途為人所熟識，它可以協助醫生診斷及治療多種疾病。 在診斷方面， X射線可用來判斷身體器官和組織的異常變化。 運用現時先進的造影技術及電腦科技，只要我們將放射性同位素注入或進食入病人體內，就可以產生立體或動態的影像，從而研究病人的情況。 在治療方面， 放射性同位素碘-131用於醫治甲狀線癌； 在治療某幾種癌症時，亦會利用鈷-60所放出的射線或高能量的X射線，射入人體內，將癌細胞殺死。事實證明，放射治療有效抑制腫瘤生長，甚至能將癌症根治。,5,消毒,今很多醫療用品都利用鈷-60所放出的射線進行消毒。這種消毒程序比用蒸氣消毒更有效及便宜。用完即棄的針筒、棉花、手術用品就是很好的例子。由於不需經過高溫處理，很多會被高溫破壞的物料，例如塑膠等，都可以使用放射程序消毒。加上射線有穿透能力，物件可以在包裝封密後才進行消毒，確保物件在解封前不會受到細菌污染。 二零零一年十月期間，在美國發現了炭疽菌郵件後，美國政府亦是利用X射線，為可疑的郵件消毒，以免炭疽菌在美國引起恐慌，其消毒的原理亦是一樣。,6,工業,射線穿透力特強，可用作探測焊接點和金屬鑄件的裂縫。 在工業生產線上的自動品質控制系統，例如測檢罐裝飲品內的飲料高度或香煙的煙草密度等，都廣泛應用了輻射。 輻射更可用於量度電鍍薄膜的厚度，也可用於消除靜電。,7,農業,放射性同位素經常被用作追蹤劑。將放射性物質加入肥料中，然後量度農作物的放射性，便可以知道有多少肥料被吸收，及有多少流失。 輻射亦可供滅蟲之用。Sterile Insect Technique (SIT) 可以令昆蟲失去繁殖能力，從以減少牠們的數目。,8,消費品用途,有些用品，如煙火感應器、螢光指示牌和避雷針等都包含放射性物質。通過合適的設計和適當的使用，輻射的好處其實遠遠大於其所引起的危害。,9,考古用途,透過量度古物內天然放射性物質的濃度，我們可以鑑定古物所屬的年代，常用的技術包括碳-14定年法和熱釋光定年法，對地質學、人類學及考古學的研究都有莫大的幫助。,10,碳-14定年法 碳-14是因宇宙射線撞擊地球大氣層而產生的，碳-14氧化成二氧化碳後會被植物吸收。同時，動物又會進食植物，所以大部份有機體都會有一定份量的碳-14。但當植物和動物死去，他們便會停止吸取碳-14。碳-14的份量因衰變會隨時間而減少，每經過一個半衰期(即大約5,730年)，含量便會減半。透過量度古代有機體的碳-14含量，我們便可以估計該有機體的死亡年份。,11,熱釋光定年法 泥土中含有微量的鈾、釷和鉀等天然放射性物質，這些放射性同位素的半衰期可以長達10億年。同時，粘土中又含有各種無機晶體和礦物質。當無機晶體受到上述放射性物質照射後，一部份輻射能量會令晶體發熱，另一部分能量則貯藏在晶體中。如果晶體被加熱，部份能量會以可見光的形式釋放出來，這種現象叫做熱釋光現象。熱釋光定年法可判斷古物距離最近的一次加熱的時間，古物發出的熱釋光越強，年代就越遠，反之，則屬較近期。熱釋光定年法常被用作判斷陶器的年代。,12,軍事,核子武器,13,水文及地球科學,測定地下水分佈、年代、流量等 地質上之年代測定 石油蘊藏量之測定,14,輻射與健康,15,輻射來源,人類在生活上所接觸到的輻射源，有天然的和人造的兩類。 人體接受輻射劑量則是經由體外曝露與體內曝露兩大途徑所造成。,16,天然輻射源,來自太空的宇宙射線。 土壤及建築材料中所含的天然放射性核種（鉀40、鈾238、釷232及它們一系列的子核種）。 食物中的鉀40。 空氣中的氡222和它的子核種等等，從體內、體外使人體接受輻射劑量。,17,18,美國民眾所接受各種劑量的來源百分比，其中由空氣中氡222造成體內劑量的比例最高 (佔55 % 左右),19,20,世界上有數個天然輻射比較高的地區，曾經做過調查其致癌率及遺傳疾病，結果與一般正常地區的民眾並無任何差異。,21,人造輻射源,人為因素產生的輻射，例如醫療診斷、使用含放射性之民生用品、核爆落塵、核能發電等屬之，其中以醫療診斷為人造輻射的主要來源（佔15 % ），大家關心的核能發電，每年所造成的輻射劑量比例不及0.1%。,22,電磁輻射與放射性核種的應用給人類社會帶來了巨大的利益，與此同時其危害亦逐漸顯現出來。一些從事早期研究，應用X射線的物理學家和醫生，以及發現和研究某些放射性核素的科學家，由於當時對輻射可能帶來的危害還沒有充分的認識，加上各方面條件的限制，因而付出了不少的代價甚至生命。 發現鐳的居禮夫人，在長期研究工作中，骨髓遭到過量照射，因而患上再生障礙性貧血病而付出了寶貴的生命。 在30年代初期，X射線和放射性核素曾應用於治療某些疾病。由於病人累積過高劑量，曾誘發白血病和肝癌、骨癌等惡性腫瘤。其後種種因輻射而誘發的疾病相繼發現，引起了人們對輻射危害的關注。,輻射利與害,23,居禮先生及居禮夫人,24,倫琴與太太的手骨影像,25,輻射如何對人體造成危害？,輻射對人體的作用是一個極其複雜的過程。人體從吸收輻射能量開始，到產生生物效應，乃至機體的損傷和死亡為止，涉及許多不同性質的變化。 雖然輻射可能對人體造成損傷，但如劑量不高，機體可以通過自身的代謝過程對受損傷的細胞或局部組織進行修復，這種修復作用程度的大小，既與原初損傷的程度有關，又可能因個體間的差異而有所不同。,26,直接效應與間接效應,在輻射的作用下，人體內的生物大分子，如核酸、蛋白質等會被游離或激發。這些生物大分子的性質會因此而改變，細胞的功能及代謝亦遭到破壞。實驗證明輻射可令DNA斷裂或阻礙分子複製。此外，人體內的生物大分子存在於大量水分子中，當輻射作用於水分子時，水分子亦會被電離或激發，產生有害的自由基(如 OH-1、 H+ 自由基等)，繼而使在水分子環境中的生物大分子受到損傷。,27,輻射對人體造成什麼生物效應？,特點 輻射影響人體的第一個特點是所吸收的能量不大，但生物效應嚴重。例如，接受了達10Gy的致死劑量後，人體溫度只因所吸收的能量而升高0.02oC，而這個劑量卻可使全部受照者死亡。 第二個特點是生物損傷有潛伏期。急性效應可以在幾小時到幾天內出現，而遠期效應一般都在幾年以後出現。,28,效應類型,一般來說，因輻射照射而產生的生物效應，可按照效應發生的規律、出現的時間或出現的對象來分類,29,確定性效應及隨機性效應,確定性效應 通過大量的動物實驗和其它實驗研究，再加上理論探討，科學家發現有些有害的效應，在劑量愈大時，對人的損害愈嚴重。當劑量降低到一定水平後，即劑量閾值，這類效應就察覺不到。 隨機性效應 嚴重程度是不受吸收劑量的大小影響。在一定的照射條件下，效應可能出現，也可能不出現，而發生的機率則與劑量大小有關，並且不存在劑量閾值。,30,確定性效應,確定性效應特點: 損害程度取決於吸收劑量 存在劑量閾值 例: 白內障，皮膚損傷，生育能力損害等,31,確定性效應與劑量的關係,確定性效應的嚴重程度取決於劑量的大小，但只有在劑量超過一定閾值時才會出現。國際輻射防護委員會(ICRP)認為，輻射工作者的眼晶體所受劑量只要限制在每年150毫西弗以下(對於X射線，等於150毫葛雷以下)，因輻射誘發的白內障在他/她一生中(假設工作五十年) 都不會出現。至於其他主要人體組織確定性效應的劑量閾值如下:,32,隨機性效應特點: 損害程度與吸收劑量無關 不存在劑量閾值 發生的機率與吸收劑量有關 例: 輻射引致的癌病，遺傳效應 由於現時隨機性效應引發的癌症和遺傳病的治癒率仍然相當低，又不存在劑量閾值，所以隨機性效應出現率與劑量的關係便成為輻射防護研究的主要課題。,隨機性效應,33,近期效應及遠期效應,按照出現損傷的時間，輻射照射所做成的生物效應，可分為近期效應和遠期效應。,34,近期效應,近期效應所出現的急性放射病主要分三類型: 1. 造血器官損傷型 2. 消化系統損傷型 3. 中樞神經損傷型 下面的列表顯示近期效應與吸收劑量的關係:,35,遠期效應,遠期效應是指受照射後六個月以後出現的機體變化，根據表現形式可分為軀體效應和遺傳效應兩類。前者顯現在受照者本人身上，如白內障，放射病，癌病等。後者因生殖細胞受照後產生突變而顯現在受照者的後代上。,36,軀體效應及遺傳效應,按照效應出現的對象分類，輻射照射所做成的生物效應，可分為軀體效應和遺傳效應。 軀體效應 軀體效應是指損傷顯現在受照者身上的生物效應。 遺傳效應 遺傳效應是指因生殖細胞受照後產生突變而顯現在受照者後代身上的生物效應。 當生殖細胞受照時，細胞中的基因或染色體會發生變異，其中包括基因突變、染色體變形或染色體的數量改變，因而導致遺傳疾病發生率增高，對受照者的後代造成不利的影響。,37,人體關鍵組織對輻射的反應,38,活組織的輻射敏感度,幹細胞是輻射敏感的，細胞愈成熟它對輻射的抗性愈高。 組織或器官愈年輕，它對輻射的敏感度愈高。 當代謝活力程度愈高，它對輻射也愈敏感。 當細胞的增殖速率或組織的生長速率增加，它對輻射敏感程度也會增加。,39,影響輻射敏感度因子,物理因素(physical factor) 直線能量轉移、分次照射 生物因素(biological factor) 年紀，性別和細胞週期 化學因素(chemical factor) 氧效應、化學藥劑,40,物理因子 直線能量轉移(LET)是度量游離輻射能量轉移至軟組織的速率，LET的單位為keV/m，即每微米軟組織轉移多少keV的能量。游離輻射產生生物反應的能力會隨著LET的增加而增加，表五列出各種游離輻射大概的LET。診斷型光的LET約為3keV/m，它在所有的輻射中算是相當小的。當輻射的LET增加，產生生物傷害的能力也增加，這個相對效應的定量是以相對生物效應(RBE)來描述。 分次照射和延長照射：如果輻射劑量是在一段的時間給予而不是很快給予，則這個劑量所產生的效應較小。換言之，如果照射的時間愈長，則要產生相同輻射效應所需的輻射劑量愈高。可分為延長照射(protracted)和分次照射(fractionated)。如果劑量是以低劑量率連續給予即稱之延長照射(protracted) 。一個大劑量分為多次給予即稱之為分次照射分次照射(fractionated)。,41,生物因子 年紀(Age) 生物體的年紀會影響輻射的敏感度，人類輻射敏感度的反應是年紀依持性的。人類在出生前是最敏感的，然後敏感度會隨著年紀增加敏感度會下降，直至成年為人類對輻射誘發產生效應最抗性的時期，到老年人輻射敏感度又增加。 性別(Gender) 許多實驗想要證實那一種性別對輻射產生的效應有較高的抗性，最後的結果並沒有一致性，但是指出女性能忍受輻射劑量比男生多5%10%。 細胞週期(cell cycle) 細胞週期分為M期分裂期、G1期第一間隙期、S期DNA的合成期、G2期第二間隙期，其中S末期為輻射抗性期；M期和G2為輻射敏感期。 修復(Recovery) 從活體外的實驗毫無疑問的顯示，人類細胞能從輻射傷害中修復。在一個分裂之前輻射劑量無法將細胞殺死，如果給予細胞足夠時間，則細胞可從次致死輻射傷害(sublethal damage)中修復。細胞內的修復是細胞天生生化的修復機制。有些型式的細胞比其它種類更有修復次致死傷害的能力。,42,化學因子 氧效應 (Oxygen Effect) 當照射的生物組織充氧時，它對輻射的敏感度比缺氧時更敏感，這種生物組織的特性稱之為氧效應 。 化學藥劑(Chemical Agents) 有些化學藥劑可修飾細胞、組織和器官對輻射的反應，化學藥劑必須在照射輻射的同時存在，才會發生它的效用。 輻射敏感劑為增強輻射效應的藥劑，例如：含鹵素的嘧啶，methotrexate，actinomycine D，hydrroxyurea和維他命K。含鹵素的嘧啶會接合到細胞的DNA上，造成輻射對分子的效應增大。所有的輻射敏感劑有效比值可達到2。 輻射保護劑是含有硫醇基的化合物，例如半胱胺酸和cysteamine。數百種其他的藥劑曾經被測試方式，且發現有效比值大約為2。,43,不同的劑量會對健康有什麼影響？,輻射可能對身體細胞和組織造成損害。輻射的影響，視乎輻射的強度、接觸時間的長短及受影響身體細胞的種類而定。 人體若突然受到大量輻照，即1西弗，會引致急性輻射傷害，並產生短期症狀如作悶、嘔吐、極度疲倦和脫髮等現象。如所受輻射劑量達到 10西弗或以上而又缺乏適當治理，則會有生命危險。此外，輻射會增加患癌和子女出現遺傳缺陷的機會。 一般人在日常生活中也受到來自自然界的輻照，但輻照量極低，即使在工作時暴露於輻射中的工人，估計由輻射引致的死亡率仍較一些常見致命因素所引致的死亡率為低。詳情見下表:,44,45,各種職業危險度比較,46,輻射劑量（毫西弗）比較,0.002：蘭嶼貯存場(每年)。 0.01：核電廠放射性廢料倉庫(每年)。 0.1：胸腔X光照相(每次)。 2：平均每人接受自然輻射(每年)。 5：法規規定一般民眾限制劑量(每年)。 50：法規規定工作人員限制劑量(每年)。 1000：使遺傳變異機率提高一倍所需的劑量。 2000：鈷60治療(每次)。 4000：人的半致死劑量。,47,常人對風險率的感覺,輻射致癌危險率 10-2 一般民眾5mSv 5x10-5 職業工作者50mSv 5x10-4,48,低輻射劑量對健康有益?,1993年聯合國原子輻射效應科學委員會（簡稱 UNSCEAR ）定義 200 毫西弗以下為低劑量。 低劑量對人體健康有益的相關調查結果，發現低劑量使致癌率較正常人低的現象，他們稱這個現象為激效。 廣島、長崎 美國核子潛艇工作人員 加拿大接受乳癌X光攝影患者 以及匹茲堡大學住戶氡氣效應研究 有人認為這些證據不足以證明，因此低輻射劑量的健康效應是正面還是負面，至今仍未清楚定論，尚需要人類長期的研究與探討。,49,謝 謝 ! !,