职业照射防护导论.ppt
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1、职业照射防护导论,内容提要,电离辐射特点及其与物质的相互作用 电离辐射的健康效应 放射防护的概念体系及其应用 内、外照射的辐射防护 职业照射概述 放射工作人员的健康管理,电离辐射特点及其与物质的相互作用,第一部分 电离辐射的特点及其与物质相互作用,一、几个基本概念,(电离)辐射 (ionizing) radiation: 在辐射防护领域,指能在生物物质中产生离子对的辐射。 电离事件 ionizing event:粒子与物质相互作用产生离子对或离子群的过程。,放射性 radioactivity:某些核素自发地放出粒子或射线,或在发生轨道电子俘获之后放出X射线,或发生自发裂变的性质。 放射性核素
2、radionuclide:具有放射性的核素。,(辐射)源 (Radiation) Source:可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体。例如, 发射氡的物质是存在于环境中的源, 辐照消毒装置是食品辐照保鲜实践中的源, X射线机可以是放射诊断实践中的源, 核电厂是核动力发电实践中的源。,照射 Exposure :受照的行为或状态。照射可以是外照射(体外源的照射), 也可以是内照射(体内源的照射)。照射可以分为正常照射或潜在照射;也可以分为职业照射、医疗照射或公众照射;在干预情况下, 还可以分为应急照射或持续照射。,实践 Practice:任何引入新的照射源或照射途径、
3、或扩大受照人员范围、或改变现有源的照射途径网络,从而使人们受到的照射或受到照射的可能性或受到照射的人数增加的人类活动。,干预 Intervention:任何旨在减小或避免不属于受控实践的或因事故而失控的源所致的照射或照射可能性的行动。,防护与安全 Protection and safety:保护人员免受电离辐射或放射性物质的照射和保持实践中源的安全, 包括为实现这种防护与安全的措施,如使人员的剂量和危险保持在可合理达到的尽量低水平并低于规定约束值的各种方法或设备, 以及防止事故和缓解事故后果的各种措施等。,电离辐射标志,电离辐射警告标志,警告标志的含义是使人们注意可能发生的危险。其背景为黄色,
4、正三角形边框及电离辐射标志图形均为黑色,“当心电离辐射”用黑色粗等线体字。,二、电离辐射与非电离辐射,人工电离辐射: 2 000多种人工放射性核素:如60Co, 137Cs, 90Sr, 131I,140Ba等 半衰期10年以上100种 射线装置:X线机、CT、医用放射性同位素,天然电离辐射: 初级宇宙线,次级宇宙线 宇生核素:3H, 7Be, 14C, 22Na 地壳中的放射性核素: 铀系 (44.7亿年);钍系(141亿年 锕系 (7.04亿年);镎系(2.2百万年) 40K(128亿年),87Rb(475亿年),电离辐射- 可引起物质电离的辐射: 、X 射线, 宇宙线, 中子、质子、正负
5、电子、重粒子、 裂变碎片等。,非电离辐射 - 不能引起物质电离的辐射 电磁辐射、微波、激光、红外线、紫外线、超声波(B超)等。 不能用电离辐射的理论,来解释非电离辐射造成的健康问题。,三、电离辐射种类及其特点,电磁辐射:实质上是电磁波,仅有能量没有静止质量。 粒子辐射:一些组成物质的基本粒子,或者是由这些基本粒子构成的原子核,粒子辐射既有能量,又有静止质量,是一些高速运动的粒子。,(一)电磁辐射,X射线和射线都是电磁辐射。此外,无线电波、微波、红外线、可见光和紫外线也都属于电磁辐射。 只有X和射线能引起物质分子的电离,为电离辐射。其它为非电离辐射,不能引起物质分子的电离,只能引起分子振动、转动
6、或电子能级状态的改变。,在这些电磁辐射中,它们具有相同的波速,但频率和波长彼此不同,波长越短,频率愈大者,其能量愈高,穿过物质的能力愈大 。,101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10,(波长 cm),可见光,1. X 射线,X射线是用电子装置产生的。在这种电子装置中,电子被加速到高能,然后轰击靶(靶材料通常为钨或金)而产生X射线。,X射线由两种原子核外的物理过程产生:,高速电子在物质中受阻而减速,其能量以电磁辐射的形式放出。 高速电子与靶原子碰撞,把内壳层某一能级上的电子击出原子,然后外壳层某一能级上的电子去填补内壳层
7、留下的空位,放出能量等于这两个能级之差的光子。,前者的能量为连续谱,最大能量等于轰击靶的电子的动能。 后者为几种单能的光子,能量取决于靶原子的电子壳层结构。轰击电子的能量越高,后者所占的比例越小。,2.射线,射线来自放射性核素的衰变,当不稳定的核分裂或衰变,变成稳定的核时,多余的能量以射线方式放出。 射线不带电,它的穿透本领最强,要比射线大50100倍,比射线大10000倍。射线在空气中的射程可达几百米,但它的电离本领却比射线、射线都小。故对射线主要是防止体外照射。,X和射线均由光子组成,它们在本质上或物理特性上没有什么差别,在电磁辐射能谱中所占的范围基本相同。只能从它们的来源不同加以区分。
8、X射线是从核外产生的,而射线是从核内产生的。,(二)粒子辐射,粒子辐射是一些组成物质的基本粒子,或者由这些基本粒子构成的原子核,这些粒子具有运动能量和静止质量,通过消耗自己的动能把能量传递给其它物质。 主要的粒子辐射有粒子、粒子(或电子)、质子、中子、负介子和带电重离子等。,1. 射线,一般只有当原子序数在83以上的重元素,例如氡、锕、钍、镭与铀等原子核才能释放出此种射线。 射线是某种粒子流。经过实验证明,射线的质量为氢原子的四倍,并带有两个正电荷,核内有二个中子和二个质子,所以它是氦原子核。,射线的初速度每秒为10,00020,000km,相当于410 MeV的动能。用它轰击其他核时,可以制
9、成同位素。 射线通过某些物质时,使物质的原子发生电离。这时射线把能量给了阻止物质的原子,本身的能量逐渐减少,速度也随之减慢。射线穿过阻止物质的距离就叫射线在该物质中的射程。,射线的电离本领强,所以它的穿透力很弱。 在空气中的射程只有几个厘米,如果遇到固体物质或液体物质时,射程更要缩短。数千分之一厘米厚的铝片或一张普通的纸,就可以完全挡住射线。 但因它的电离本领强,进入生物机体后,能引起很大的损伤。所以对射线,主要是防止进入体内。,2. 射线,当原子核内某一个中子转变成质子时,伴随着电子的产生。这个电子就是射线。 射线的电离本领不如射线大。,3. 中子,中子是原子核的组成部分,每当U或Pu等原子
10、核分裂时,都能释放出中子来。因此在原子反应堆里或原子弹爆炸时,都能产生大量的中子流。 中子的质量几乎与质子相等,但不带电荷,因此它的穿透本领与射线近似。但中子通常不稳定,很快放出一个电子而变为质子。质子是重带电粒子,其电离本领很强,故中子射入人体后,在体内的损伤作用也是很强的。尤其是中子在轻物质(如水)中很快减速,故对人体组织损害更大。,但中子通常不稳定,很快放出一个电子而变为质子。 质子是重带电粒子,其电离本领很强,故中子射入人体后,在体内的损伤作用也是很强的。 尤其是中子在轻物质(如水)中很快减速,故对人体组织损害更大。,穿透性辐射照射所致生物细胞中分子成分的电不稳定性可引起损伤。引起原子
11、或分子中电不稳定性的过程称为电离(ionization)。虽然中子不带电荷,但质量较大,通过与构成组织的原子的碰撞造成组织损伤。,电离辐射穿透组织的能力,粒子质量较大,几乎不能穿透皮肤表皮的角化层,因此,发射射线的放射性核素不会造成有意义的损害,除非通过吸入、食入或污染伤口而进入体内。 射线有很强的电离本领,一旦进入人体组织和器官时破坏较大。,粒子质量小,能穿透1cm左右的组织,因此发射射线的放射性核素尤其对诸如皮肤上皮、肺泡和肠绒毛等浅表组织有害,但是,只有在吸收或沉积于体内的情况下才对内脏器官造成损害。,射线、X射线和中子穿透性更强,因而也对内脏器官更具有潜在的危害。,辐射的贯穿能力,粒子
12、几乎不能穿透皮肤表皮的角化层(纸) 原子序数较低的物质(铝、有机玻璃)屏蔽粒子 高原子序数的重物质(铅)屏蔽光子( 、X射线) 含氢多的物质(石蜡、水)屏蔽中子 射线与铍(Be)的相互作用可产生中子 粒子被高原子序数的重物质(例如铅)可能产生X射线,某些类型的辐射与其他类型的辐射相比较产生生物学损伤的能力更强。 例如,在器官或组织中一定剂量的中子或粒子造成的生物学损伤,与1020倍剂量的粒子或射线造成的生物学损伤相当。,四、放射性同位素的衰变,1.衰变方式,任何一种放射性同位素在放出或射线后,它本身就变成另一种新的元素。凡是能放出射线者,就叫做衰变;能释放射线的就叫衰变。假使在衰变或衰变后,放
13、射性同位素的原子核内仍有多余的能量,则此原子核处于激发状态,它往往是以放出射线来回到稳定的原子核。在衰变时,常伴随有射线的产生。,2. 衰变规律与半衰期,一定量的放射性物质,测量它在每时刻放射出来的粒子数,发现它并不是一成不变的。它们是按照指数规律衰减的: N = N0e-t N0是t=0时刻的原子数,N是t时刻尚未衰变的原子数。称为衰变常数,衰变常数大,衰变的快。原子核衰变到原来的一半所需的时间称之为半衰期。,对任何一种放射性同位素来说,单位时间衰变的原子越多,放射性越强,同种元素则量多的放射性就强;等量放射性元素半衰期短的放射性就强。,五、射线与物质的相互作用,电离和激发 散射 轫致辐射
14、吸收,射线与物质相互作用的各种类型,六、辐射量和单位,放射性活度与辐射剂量 射线能量 吸收剂量 射线种类 - 辐射权重因数 当量剂量 组织和器官种类 组织权重因数 有效剂量,放射性的特征 - 活度,放射性衰变:N = Noe-t 随机性 半衰期T1/2:475亿年(87Rb)- 2.810-10s(133Cs) “一尺之棰,日取其半,万世不竭” 衰变常数: = 0.693/ T1/2 放射性活度:单位:贝可(Bq),1Bq=1decay/s, 旧单位:居里(Ci), 1Ci = 3.71010Bq。,放射性的特征 - 能量,137Cs 662 kev; 60Co 1332.5 kev 谱仪、谱
15、仪(多道脉冲幅度分析器)。 没有谱仪; NaI(Tl) 谱仪:探测效率:与能量、晶体有关, 分辨率: 9% - (662 kev) 半导体谱仪:相对探测效率:20%以上 分辨率:2.2 kev (1332.5 kev),考虑能量吸收的吸收剂量,吸收剂量D:表示吸收了多少能量。 单位:焦耳/千克(J/kg) 专用名称:戈瑞(Gy) 旧单位:拉德(rad):每克物质吸 收100尔格的能量为1拉德。 1 Gy = 100 rad,考虑辐射权重因子的当量剂量,当量剂量H:考虑了辐射权重因数的吸收剂量称为当量剂量。在组织T中的当量剂量为: HT - 组织或器官T的当量剂量,单位:焦耳/千克 专用名称:希
16、沃特(Sv) wR - 辐射权重因数 DT.R - 组织或器官T接受的来自射线R的吸收剂量(Gy)。 对于、X射线而言,其辐射权重因数为1, 所以 1 Sv = 1 Gy。对其它射线可不一样。,辐射权重因数值,辐射权重因数wR:受照后人体的损伤程度,与接受的能量有关,还与射线种类有关。因此必须引入一个与射线品质有关的辐射权重因数wR。,考虑组织权重因数的有效剂量,有效剂量E - 考虑到组织权重因子的当量剂量,称为有效剂量。 有效剂量为体内所有组织和器官的加权当量剂量之和。表示为: E - 人体接受的有效剂量,单位:焦耳/千克(J/kg), 专用名称:希沃特(Sv),与当量剂量同 T - 器官或
17、组织T的组织权重因数, HT - 器官或组织的当量剂量。,组织权重因数值,组织权重因数T - 引入组织权重因数的目的是为了表明器官或组织T的危险度对全身总危险度的贡献。,活度A、吸收剂量DT、当量剂量HT和有效剂量E之间关系,第二部分 电离辐射的健康效应,一、辐射作用于人体的方式,根据辐射源与人体的相对位置,可将辐射作用于人体的方式分为: 外照射 内照射 放射性核素体表污染 复合照射,1. 外照射,是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射。 外照射可以是全身受照或局部受照。 如果位于人体外的X射线、射线或射线的辐射源被关闭或移走,则不会有进一步的辐射发生。,如果辐射源体积很小,且紧贴身体(在衣
18、服口袋里或用手摸),一般只发生局部照射; 若人员离源相对较远或源的大小与人体大小相当,人体围绕源移动,则可导致受照剂量近似均匀分布的全身照射。离源越远,移动越频繁,剂量分布越均匀。,如果源相对紧贴身体,并有一些屏蔽,将导致部分或局部受照;源贴身越近,照射范围越小,但局部照射剂量越大。,2. 内照射,是指进入人体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射。 辐射源沉积的器官,称为源器官;受到从源器官发出辐射照射的器官,称为靶器官。,均匀或比较均匀地分布于全身的放射性核素引起全身性损害(例如氚)。 选择性分布的放射性核素以靶器官的损害为主,靶器官的损害因放射性核素种类而异 放射性碘可引起甲状腺损伤 镭、
19、钚等亲骨放射性核素可导致骨损伤 稀土元素和以胶体形式进入体内的放射性核素可导致网状内皮系统的损伤,3. 放射性核素外污染,放射性核素外污染是指放射性核素沾附于人体表面(皮肤或粘膜),或为健康的体表,或为创伤的表面。 所沾附的放射性核素对沾附局部构成外照射源,同时可经过体表吸收进入血液构成内照射。,二、辐射生物效应,电离辐射作用于人体后,其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官所造成的形态和功能的后果,称为辐射生物效应。 在较大剂量的辐射全身照射后,机体的几乎所有系统、器官和组织均可发生形态和功能的改变,从而导致有害的健康后果。 但是,在一定剂量辐射作用下,各组织所产生的损伤效应的严重程度有较大
20、的差异,这主要与各种组织的辐射敏感性有关。,人体组织的辐射敏感性,变化(change)- 可能有害,也可能无害。 损伤(damage)- 表示某种程度的有害变化,如对细胞,但未必对人有害。 损害(harm)- 临床上可观察到的有害效应。 危害(detriment)- 是一个较复杂的概念,要考虑损害的概率、严重程度与持续时间,不易用量表达。,辐射效应分类,按其作用机理可分为: 随机性效应(stochastic effects) 确定性效应(deterministic effects)。,确定性效应,通常情况下存在剂量阈值。 超过阈值时,剂量愈高则效应的严重程度越大。 超过阈剂量值时,发生率100
21、%。 出现确定性效应常见的器官和组织有骨髓、肺、甲状腺、眼晶状体、生殖腺和皮肤 。,随机性效应,发生几率与剂量成正比而严重程度与剂量无关。 主要的随机性效应是遗传效应和致癌效应。 癌症发病率与接受的剂量有关,接受的剂量越大,癌症发病率越高 严重程度与接受的剂量无关。 没有最低剂量阈值。,主要组织器官不发生确定性效应的剂量水平上限,正常人群受到小剂量射线一次全身外照射后,主要出现以自主神经系统功能紊乱为主的早期临床症状,在受照后12天内可自行消失,人体受到小剂量射线照射后早期临床症状,#全身照射急性放射病,概念 全身短时间内受到1Gy以上照射后发生的全身性疾病。 发生条件 1)核爆炸;2)临界事
22、故;3)反应堆事故;4)辐射源事故;5)辐射源丢失、被盗等;6)放疗事故;7)同位素应用事故;8)恐怖活动,根据照射后的基本损伤、临床表现和预后,可分为骨髓型、肠型、脑型急性放射病。,正常骨髓,辐射损伤骨髓,1Gy,3Gy,忻州事故 2.54 Gy 乏力、脱发、牙龈出血、白细胞降低、皮肤红斑、溃疡、放射病,肠损伤,全身受照慢性放射病,长期接受超过剂量限值的照射时可引起以造血组织损伤为主要病变的慢性放射病。 诊断外照射慢性放射病的累积剂量的下限为1.5Gy,同时必须满足法定个人剂量记录显示平均年剂量0.15Gy以上或最大年剂量超过0.25Gy的条件。 早年在防护条件较差的情况下从事X射线诊断和镭
23、疗的工作人员可能达到这个水平。,局部放射损伤,局部放射损伤是指身体局部受到超过阈剂量的射线照射后发生的辐射损伤效应,其损伤变化主要发生在受照局部组织,全身也会有相应的反应。 局部辐射损伤比全身辐射损伤发生的概率高得多。 局部损伤通常虽无生命危险,但其迁延性效应可导致严重的身体残疾。,引起辐射损伤的常见来源,192Ir 60Co 137Cs 裂变产物 () 90Sr X射线机 X射线荧光衍射 回旋加速器产物,局部放射损伤主要发生原因,事故照射,局部、高度不均匀 放疗过量,失误(操作、计算) 误拾放射源 治疗机放射源不回位,导致部分身体辐射损伤的典型场景,发现丢失未屏蔽的源,局部放射损伤皮肤,皮肤
24、放射损伤是最常发生的局部放射损伤。受照皮肤基底组织的进行性病理反应是局部辐射损伤的典型特征。 急性放射性皮肤损伤是身体局部受到一次或短时间(数日)内多次大剂量(X、及射线等)外照射所引起的急性放射性皮炎及放射性溃疡。通常接受的剂量越高,病理演进越快,预后越严重。,从中心向各方向有非常陡的剂量梯度 “反平方法则”,水泡形成,湿性剥离,照射后右手严重水泡; 左手表皮脱落。透明液体使水泡有半透明的外观,溃疡和坏疽,过量皮肤色素沉着,急性放射性皮肤损伤分度诊断标准,慢性放射性皮肤损伤是由急性放射性皮肤损伤迁延而来或由小剂量射线长期照射(职业性或医源性)后引起的慢性放射性皮肤炎及慢性放射性皮肤溃疡。 局
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