1、核科學(xué)概論,東華理工大學(xué)核工系,本堂課主要內(nèi)容,輻射劑量學(xué)基本知識輻射對人體的危害,第一節(jié) 輻射劑量學(xué)基本知識,輻射防護(hù)已成為核科學(xué)領(lǐng)域中一個重要分支，是專門研究防止電離輻射對人體危害的綜合性邊緣學(xué)科。它與許多學(xué)科存在交叉領(lǐng)域。輻射防護(hù)和核安全有許多交叉的地方。其主要內(nèi)容要求涉及到的學(xué)科有：原子核物理學(xué)、核化學(xué)、輻射劑量學(xué)、核輻射探測技術(shù)、核電子學(xué)、放射生物學(xué)、放射衛(wèi)生學(xué)、放射生態(tài)學(xué)和輻射評價學(xué)等。內(nèi)容極為豐富，至今在理論上或在

2、應(yīng)用上仍處在發(fā)展和深化階段，有許多新課題尚待研究和介決。,輻射防護(hù)的概念與含義,輻射防護(hù)的目的與任務(wù),輻射防護(hù)和核安全的目的是防止有害的確定性效應(yīng)，并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生概率，使它們達(dá)到被認(rèn)為可以接受的水平。 輻射防護(hù)和核安全的基本任務(wù)：既要保護(hù)從事放射工作者本人和后代以及廣大公眾乃至全人類的安全；保護(hù)好環(huán)境；又要允許進(jìn)行那些可能會產(chǎn)生輻射的必要實踐以造福于人類。,日常生活中所遇到的射線——來源,天然輻射是人類的主要輻射來

3、源,生活中的輻射來源,｛,天然輻射,人工輻射,電離輻射對人類和環(huán)境的影響,天然輻射,宇宙射線,宇生放射性核素,原生放射性核素,一般場所： 天然本底為 2. 4mSv/a, 多為內(nèi)照射 (222Rn, 60%),天然本底照射,,天然輻射源對人類和環(huán)境的影響,天然輻射源照射世界平均輻射劑量值,（UNSCEAR 2000）,天然輻射源照射世界平均輻射劑量值（續(xù)）,正常本底地區(qū)天然輻射源

4、 致人體的年有效劑量,醫(yī)療輻射是最大的人工輻射來源；各種人工放射性核素，大約80％用于醫(yī)學(xué)目的。,人工輻射——醫(yī)療輻射,1.放射診斷 2.放射治療 3.核醫(yī)學(xué),人工輻射源對人類和環(huán)境的影響,全世界醫(yī)用X射線檢查的頻率、有效劑量和集體劑量（1991-1996）,全世界醫(yī)用X射線檢查的頻率、有效劑量和集體劑量（1991-1996）（續(xù)）,反應(yīng)堆運(yùn)行：,大氣，Kr、Xe、I、3H、14C、16N、35S、41Ar；水中，3

5、H和裂變產(chǎn)物。,長壽命核素，3H、14C、85Kr、90Sr等，以及超鈾元素的同位素。,后處理：,核能生產(chǎn)所致居民人均年劑量當(dāng)量，美國、加拿大為 3?10-8Sv，英國為 2.5?10-6Sv,人工輻射——核電站,核電力生產(chǎn)持續(xù)到2500年時的年人均當(dāng)量劑量預(yù)計值,燃煤的放射性污染問題,燃煤對環(huán)境的影響,化學(xué)物質(zhì)污染,放射性物質(zhì)污染,煤散逸飛灰中放射性核素的平均含量： 40K為265Bq/kg， 238U為200Bq/kg

6、， 210Pb為930Bq/kg，210Po為1700Bq/kg， 232Th為70Bq/kg，228Th為為110Bq/kg， 228Ra為130Bq/kg,燃煤電站導(dǎo)致的居民輻射劑量是核電站的3倍！,,,放射性落下灰,局部沉降,帶狀沉降,全球性沉降,（含200多種放射性物質(zhì)）,外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；內(nèi)照射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等

7、。,食物鏈轉(zhuǎn)移問題,人工輻射——核爆炸,,,大氣層核試驗產(chǎn)生的放射性核素的平均年有效劑量 μSv （UNSCEAR2000）,★ 包括在全球擴(kuò)散的3H和14C的貢獻(xiàn)。,人工輻射的組成,人類生活方式對輻射水平的影響,,輻射照射的類別,照射是指受照的行為或狀態(tài)。根據(jù)不同的行為或狀態(tài)，照射的分類方法就有好幾種。照射可以是外照射（體外源的照射），也可以是內(nèi)照射（體內(nèi)源的照射）。照射可以分為正常照射或潛在照射；也可以分為職業(yè)照射、醫(yī)療照射

8、或公眾照射；在干預(yù)情況下，還可以分為應(yīng)急照射或持續(xù)照射。,照射量,定義：,X、γ射線，在空氣中，單位體積元內(nèi)產(chǎn)生的全部電子均被阻留在空氣中時，形成的總電荷除以該體積元空氣質(zhì)量。,式中：,dQ－在一個體積元的空氣中，產(chǎn)生的一種符號的離子總電荷的絕對值；dm－體積元內(nèi)空氣的質(zhì)量。,照射量SI單位：C / kg 庫倫 / 千克,照射量X應(yīng)用條件,有些文獻(xiàn)提到介質(zhì)的照射量時，是指在介質(zhì)中放置少量空氣后測得的照射量值。,X、γ射線；

9、介質(zhì)為空氣。,定義：,不帶電粒子在體積元內(nèi)產(chǎn)生的所有帶電粒子的初始動能總和的平均值除以物質(zhì)質(zhì)量的商。,SI單位：戈瑞，Gy歷史上曾使用過的單位：拉德，符號rad 1Gy＝100rad,比釋動能,（Kerma，kinetic energy in material）,對不帶電粒子適用 ； 適用于所有介質(zhì) ； 針對“點(diǎn)”的概念 。,比釋動能K的使用條件,間接電離粒子的能量沉積過程：,間

10、接帶電粒子,帶電粒子,帶電粒子,物質(zhì),,,,（比釋動能）,（吸收劑量）,吸收劑量,電離輻射授予某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商,定義：,SI單位：戈瑞，Gy 1Gy＝1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，rad 1Gy ＝100rad,,吸收劑量D在劑量學(xué)的實際應(yīng)用中是一個非常重要的基本的劑量學(xué)量。,（absorbed dose）,對所有射線適用 ； 適用于所有介

11、質(zhì) ； 針對“點(diǎn)”的概念 。,吸收劑量D的使用條件,吸收劑量率,SI單位：戈瑞/秒，Gy/s,某一時間間隔內(nèi)吸收劑量的增量除以該時間間隔的商。,,定義：,這是一個與個體相關(guān)的輻射量,式中：,WR－輻射權(quán)重因子；DT,R－器官、組織的平均劑量,器官或組織T中的平均吸收劑量DT,R與輻射權(quán)重因子WR的乘積,(equivalent dose),當(dāng)量劑量HT,R,SI單位：希沃特，Sv 1Sv＝1J/kg

12、 歷史上曾使用過的單位：雷姆，rem 1Sv ＝100 rem,如果輻射場由具有不同WR值的不同類型和（或）不同能量的輻射所構(gòu)成時，則當(dāng)量劑量HT為,輻射權(quán)重因子WR,數(shù)值上：依據(jù)輻射在低劑量率時誘發(fā)隨機(jī)效 應(yīng)的相對生物效應(yīng)值選取的。性質(zhì)：表征射線種類，能量與生物效應(yīng)關(guān)系,為輻射防護(hù)目的，對吸收劑量乘以的因數(shù)，用以考慮不同類型的輻射對健康的相對危害效應(yīng)。,輻射權(quán)重因子（WR

13、）（ICRP60）,有效劑量E,式中：,WT－組織T的權(quán)重因子；HT －器官或組織的當(dāng)量劑量,當(dāng)所考慮的效應(yīng)是隨機(jī)效應(yīng)時，在全身受到不均勻照射的情況下，人體所有組織或器官的加權(quán)后的當(dāng)量劑量之和。,(effective dose),這也是一個與個體相關(guān)的輻射量,SI單位：希沃特，Sv 1Sv＝1J/kg歷史上曾使用過的單位：雷姆，rem 1Sv ＝100rem 意義：評

14、價隨機(jī)效應(yīng)的危險度，使輻射防護(hù)走向定量化。,有效劑量表示了在非均勻照射下隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時所對應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。 有效劑量也表示了為身體各器官或組織的雙疊加權(quán)的吸收劑量之和：,組織權(quán)重因子（tissue weighting factor, WT),定義： WT代表組織T接受的照射所導(dǎo)致的隨機(jī)效應(yīng)的危險系數(shù)與全身受到均勻照射時的總危險系數(shù)的比值。,表征組織或器官的輻射敏感性反應(yīng)了在全身均

15、勻受照下各該組織或器官對總危害的相對貢獻(xiàn)。為輻射防護(hù)的目的，器官和組織的當(dāng)量劑量所乘的因數(shù)，乘以該因數(shù)是為了考慮不同器官和組織對發(fā)生輻射隨機(jī)性效應(yīng)的不同敏感性。,組織權(quán)重因子（ICRP 60）,待積當(dāng)量劑量（committed equivalent dose）,,,,人體單次攝入放射性物質(zhì)后，某一器官或組織在50年內(nèi)將要受到的累積的劑量當(dāng)量。,式中：t0是攝入放射性物質(zhì)的起始時刻； 是在t時刻器官或

16、組織受到的當(dāng)量劑量率； τ是攝入放射性物質(zhì)之后經(jīng)過的時間。當(dāng)沒 有給出積分的時間期限時，成年人－50年； 兒童－70年,待積當(dāng)量劑量與待積有效劑量,待積有效劑量（committed effective dose）,式中：HT（τ）是積分到時間器官或組織T的待積 當(dāng)量劑量； WT 是器官或組織T的組織權(quán)重因子。,受到輻射危害的各器官或組織的待積當(dāng)

17、量劑量HT（τ）經(jīng)WT加權(quán)處理后的總和稱為待積有效劑量E（τ），即,待積有效劑量可用來預(yù)計個人因攝入放射性核素后將發(fā)生隨機(jī)性效應(yīng)的平均幾率。,HT（τ）與E（τ）的單位、名稱與符號都和H、E相同。,集體當(dāng)量劑量與集體有效劑量,,,,單位：人?希,集體當(dāng)量劑量ST,表示一組人某指定的器官或組織的當(dāng)量劑量的總和。,(collective equivalent dose),一次大的放射性實踐或放射性事故，會涉及許多人。因此，采用集體劑量

18、來定量地表示這一次放射性實踐或事故對該群總的危害。,式中： 是所考慮的群體中，第i組的人群中每個人 的T器官或組織平均所受到的當(dāng)量劑量； Ni是第i人群組的人數(shù)。,集體有效劑量 SE(collective effective dose),受照群體每個成員的有效劑量的總和。,注意：時間、人群,,單位：人?希,式中： 是第I組人群接受的平均有效劑量。,第二節(jié) 輻射

19、對人體的危害,輻射與人體相互作用會導(dǎo)致某些特有生物效應(yīng)。效應(yīng)的性質(zhì)和程度主要決定于人體組織吸收的輻射能量。從生物體吸收輻射能量到生物效應(yīng)的發(fā)生，乃至機(jī)體損傷或死亡，要經(jīng)歷許多性質(zhì)不同的變化，以及機(jī)體組織、器官、系統(tǒng)及其相互關(guān)系的變化，過程十分復(fù)雜。,目的：在分子水平上，了解輻射損傷的機(jī)理?；A(chǔ)：電離和激發(fā)，改變原子或分子的狀態(tài)，從 而導(dǎo)致細(xì)胞功能或遺傳結(jié)構(gòu)的變化。輻射的生物效應(yīng)的特點(diǎn) ：（1）很低的吸收能量就能引起高的

20、生物效應(yīng)；（2）短暫作用引起長期效應(yīng)。,輻射的初始作用,輻射的作用過程,,物理因素總結(jié)（1）輻射類型 外照射: g＞b＞a (危害程度) 內(nèi)照射 : a＞b＞g (危害程度)（2）劑量率、受照時間間隔 劑量率?? 生物效應(yīng) ? 時間間隔 ? ? 生物效應(yīng) ?,影響輻射生物學(xué)作用的因素,（3）照射部位與面積

21、 不同部位 ? 不同的敏感度 面積?? 生物效應(yīng) ?（4）幾何條件 不同的幾何條件 ? 不同的生物效應(yīng),生物因素,（1）不同生物種系對輻射的敏感性不同,胚胎不同發(fā)育階段，2Gy X射線照射下死胎或畸形的發(fā)生率,,,（2）不同年齡對輻射的敏感性不同,（3）不同組織或器官對輻射的敏感性不同,高度敏感: 淋巴組織、 胸腺、骨髓、性

22、腺、胚胎 腸胃上皮 中度敏感: 感覺器官、內(nèi)皮細(xì)胞、皮膚上皮、 唾液腺、腎、肝等 輕度敏感: 中樞神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌腺、心臟 不敏感: 肌肉組織、軟骨組織、結(jié)締組織,軀體效應(yīng)（somatic effects）定義：發(fā)生在受照者本人身上的效應(yīng)。,（1）依據(jù)效應(yīng)發(fā)生的個體,遺傳效應(yīng)（hereditary ef

23、fects）定義：發(fā)生在受照者后代身上的效應(yīng)。,電離輻射所致生物效應(yīng)的分類,劑量與效應(yīng)的關(guān)系,關(guān)于遺傳效應(yīng),遺傳效應(yīng)是由生殖細(xì)胞的變異引起的。,輻射照射引起的遺傳效應(yīng)沒有特異性。,迄今沒有人類資料肯定輻射所致遺傳效應(yīng)的發(fā)生。,電離輻射所致生物效應(yīng)的分類,（2）依據(jù)效應(yīng)發(fā)生的時期,潛伏期（latent period): 從受到照射到臨床上特定效應(yīng)的發(fā)生所需的時間。,早期效應(yīng)（early effects）受到照射后數(shù)周之內(nèi)發(fā)生的

24、效應(yīng)。,晚發(fā)效應(yīng)（Late effects）受到照射后數(shù)月以后發(fā)生的效應(yīng)。,日本東海村核燃料加工廠核臨界事故（99.09.30上午）根據(jù)推算，鈾的臨界量為2.4kg，而這名工作人員卻將16kg的鈾硝酸 鹽溶液一下子都倒入沉淀池中， 于是即引發(fā)了鏈?zhǔn)胶肆炎兎磻?yīng)， 在瞬間三人都看見了 “蘭色的 閃光”輻射射監(jiān)測報警器立即 嗚響，臨界事故已發(fā)生。,S氏（6—10Gy）20分鐘后感覺麻木、嘔吐、腹瀉

25、，在210天后死亡。,O氏（16—23Gy），意識喪失、嘔吐、腹瀉、淋巴細(xì)胞數(shù)，事故82天后死亡。,事故發(fā)生時的位置圖,關(guān)于早期效應(yīng),關(guān)于晚期效應(yīng)的潛伏期,日本原爆受害者腫瘤發(fā)生率隨時間的變化,,0,10年,20年,30年,40年,白血病,白血病之外的腫瘤,2年,電離輻射所致生物效應(yīng)的分類,確定性效應(yīng)（deterministic effects）,隨機(jī)性效應(yīng)(stochastic effects),（3）依據(jù)效應(yīng)-劑量關(guān)系分類