1、辐射安全培训辐射安全与防护基础知识中国原子能科学研究院 肖雪夫 Tel: 010-69357188(O) , 13693126455(手机) Email: xiaoxue9420_,目 录,1 原子与原子核 2 电离辐射场与放射性 3 电离辐射与物质的相互作用 辐射防护及其量与单位,1 原子与原子核 “原子”源自希腊文，意思是“不可分割的”。按照现代的观点，原子仅作为物质结构的一个层次。研究原子的组成、组成物的运动规律及其相互作用的规律，其表征量为物质的物理、化学性质和光谱特性。“原子核”则是研究物质结构的另一个更深的层次，研究原子核的组成、性质、核力、核模型、核的蜕变及核能的利用等，其表征为
2、原子核的放射性。,实际上元素符号X和原子序数Z具有唯一、确定的关系，所以用符号X足以表示一个特定的核素。,元素的表示,原子序数,化学符号,每一个原子隶属于某一种元素，例如： 原子属于氢元素，在元素周期表中为1号元素，一般表示为 ；元素的原子量是该元素各原子的原子质量的加权平均值。对 ：A=1.008u,地球上三分之一的智慧,(1) 电子的发现 J.J.汤姆逊1897年，利用阴极射线管发现电子，成为人类向原子世界进军的里程碑。 电子电荷为基本电荷：电子质量：为氢原子质量的1/1837，即,1.1 原子结构模型,(2) 原子的汤姆逊模型 由于原子呈电中性，及气体原子的电离现象，1903年，汤姆逊提
3、出了新的原子构造模型：原子是一个半径大约为10-8 厘米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型。,(3)原子的核式模型,18711937,1908年诺贝尔化学奖,1909年卢瑟福散射试验，1911年提出原子的核式模型。,卢瑟福散射实验结论：正电荷集中在原子的中心，即原子核；线度为1012 10-13 cm量级，为原子的104 量级；质量为整个原子的99.9%以上； 从此建立了原子的有核模型。,原子的电中性，要求：原子核所带电量与核外电子电量相等，核电荷与核外电子电荷符号相反。 即：核电荷Ze，核外电子电荷Ze。,现代原子结构,中子发现后，海
4、森堡(W.Heisenberg)很快提出：原子核由质子和中子组成，并得到实验支持。中子和质子统称为核子。中子不带电。质子带正电，电量为e。电荷数为 的原子核含有 个质子。,19011976,因量子力学方面贡献，获1932年诺贝尔物理奖。,1.2 原子核的组成,1932年查德威克(J. Chadwick)发现中子。(据此获1935年诺贝尔物理学奖),235U原子核裂变模型,光量子,1kg TNT爆炸释能： 4.2106 焦耳(J)1kg 235U全部裂变释能： 8.2 1013 焦耳(J)其威力约为2万吨TNT(相当于TNT的2 106 倍)E : (W/MA) NA200MeV= (1000/
5、235) 6.023 1023 200= 5.126 1026 MeV(1MeV=1.6 10-13 J) = 8.2 1013 J 1kg 3T完全燃烧(聚变)释能： 7.38 1014 焦耳(J)其威力约为18万吨 TNT(相当于TNT的1.8108 倍),235U原子核裂变的释能计算,图1.6-1 核燃料循环示意图,实际上核素符号X和质子数Z具有唯一、确定的关系，所以用符号AX足以表示一个特定的核素。,原子核的表示,例如：,为三个核素，可 表示为,1.3 原子核物理常用术语及意义,(1) 核素（nuclide）,具有一定数目的中子和质子以及特定能态的一种原子核或原子称为核素。,核子数、中
6、子数、质子数和能态只要有一个不同，就是不同的核素。,两种核素，A同，Z、N不同。,两种核素，N同，A、Z不同。,两种核素，Z同，A、N不同。,两种核素，A、Z、N同，能态不同。,某元素中各同位素天然含量的原子数百分比称为同位素丰度。,具有相同原子序数但质量数不同的核素称为某元素的同位素。(即Z相同，N不同，在元素周期表中处于同一个位置，具有基本相同化学性质。),(2) 同位素（Isotope）和同位素丰度,铀的二种同位素。,氢的三种同位素；,99.756%、0.039%、0.205%,99.985%、0.015%,0.724%、99.276%,99.985%、0.015%,(3) 稳定核素和放
7、射性同位素,其中，稳定同位素为：,而 为放射性同位素，具有 放射性，放出最大能量为18keV的 射线，其半衰期 。它的产生是宇宙射线与空气中的N和O发生核反应，称为宇生放射性。,氢的三种同位素具有相同的化学性质，但其放射性却不同。,(4) 核素和核素图根据原子核的稳定性, 可以把核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。原子核的稳定性与核内质子数和中子数之间的比例存在着密切的关系。我们可以把核素排 在一张所谓核素图上。核素图共包含2000 个核素,其中天然存在 332个核素(280为稳定 核素),人工放射性 核素1600多个。,(5) 人工放射性核素是指非天然和自然界的因素生成的放射性核素，而是
8、在反应堆或加速器所生成。同位素技术中应用最广泛的放射源-钴源（ ）就是在反应堆中生成。将金属钴，即 ，其丰度 ， 放在反应堆孔道内，利用中子照射 ，发生如下核反应：工业上应用于食品和医疗器具的杀菌、消毒的钴源（ ），其活度达几十万至百万居里（ ）。,电离辐射场与放射性 2.1 电离辐射和非电离辐射,电离 从原子、分子或其他束缚态中释放出电子的过程（Ionization） 电离辐射 能够引起电离的带电粒子和不带电粒子（ionizing radiation） 原子释放一个价电子需要能量 425eV 将能量大于10eV的光子视为电离辐射； 而将能量小于10eV的光子称为非电离辐射。,直接电离辐射和间
9、接电离辐射,直接电离辐射 快带电粒子穿过物质时，通过库伦相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。这种通过初级过程引起电离的粒子称为直接电离辐射。 间接电离辐射 不带电粒子（例如光子和中子）穿过物质时，首先将能量转移给带电粒子，随后这些次级快带电粒子再沉积能量和引起电离。这种通过次级过程引起电离的不带电粒子称为间接电离辐射。,2.2 放射性-原子核的蜕变1896年，Becquerel（获1903年诺贝尔物理奖）在铀盐中发现放射性。原子核的蜕变包括原子核的衰变、核反应和核裂变等过程，在这些过程中均会产生放射性。重点阐述核衰变过程。所谓核衰变就是不稳定的原子核自发的发射粒子而蜕变为新的子核。,2.2
10、.1 核衰变主要的类型: a, b, g衰变,Type of Radiation Charge/Mass Penetration a 粒子（氦核） +2q/4mp 空气（几cm） b 电子或正电子 q/me or +q/me 几 mm铝片 g 光子 no charge 几mmcm铅,此外，还有中子发射、质子发射、裂变等,衰变,衰变,衰变（丰中子核发生）,衰变（欠中子核）,轨道电子俘获（欠中子核）,跃迁：高激发态到低激发态或基态的跃迁。,2.2.2 a, b, g衰变的过程：,(1) 衰变 Alpha decay, 重原子核：A 170 典型例子：U-235、Pu-239 原子核能级：基态、激发
11、态,射线的产生模型,衰变模型示意图,(2) 衰变 Beta decay, ：中微子(neutrino)/(antineutrino)反中微子,-衰变,+衰变,E-俘获,+衰变,-衰变模型,+衰变模型,粒子能量分布,Wmean =1/3 Wmax,电子俘获, 电子俘获是质子转变为中子的第 二种可能性 被俘获的内层电子在内层轨道上留下的空缺将被外层电子填充，因此，电子俘获过程伴随有特征X射线。,电子俘获模型,光量子,(3) 辐射 Gamma radiation, 处于激发态的原子核通过发射电磁辐 射释放激发能 通过量子跃迁使核能级到达较低的能 级，释放的辐射呈分离的能谱分布 内转换过程：激发能转移
12、给轨道电子， 轨道电子接受的动能为：,射线产生模型,光量子, 辐射放射性核素特性,(4)质子射线的产生模型,1919年卢瑟福实验人类第一次观测到人为核转变过程,(5)中子射线的产生模型,光量子,2.3 放射性衰变基本规律,由于微观世界的统计性，不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律；具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变概率表示。,2.3.1 单一放射性的指数衰减规律,222Rn的衰变曲线,实验发现，放射性核素 放出一个粒子，变成 ，而 的数目每3.825天减少一半。,由统计性，以放射源总体考虑衰减规律：
13、,设：t 时刻放射性原子核的数目为N(t)，,t t+dt 内发生的核衰变数目-dN(t)，,它应该正比于N(t) 和时间间隔dt ，,于是有：,N(t) = N(0) e -t,(1) 衰变常数,分子表示：t 时刻单位时间内发生衰变的核数目，称为衰变率，记作,t 时刻放射性原子核总数,衰变常数：一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。,2.3.2 放射性核素的特征量,量纲为：t-1,如1/s，1/h，1/d，1/a,b. 当一个原子核有几种衰变方式时：,a. 衰变率：,定义分支比：,(2) 放射性半衰期 T1/2,放射性半衰期：放射性核数衰变一半所需的时间，记为 T1/2 。,即：,量纲为：t
14、,如s秒，h小时，d天，a年,放射性核素的半衰期示意图,光量子,(1) 放射性活度 (Activity),即：,定义：,则：,定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。,2.4 放射性活度及其单位,放射源发出放射性粒子的多少，不仅与核衰变数有关，而且和核衰变的具体情况直接相关。一般情况，核衰变数不等于发出粒子数。,射线强度：单位时间内放出某种射线的个数。,(2) 放射性活度单位,常用单位居里(Ci)：,法定计量单位为贝可(Bq)：,较小的单位还有毫居(mCi)和微居(Ci),射线，指的是如X射线、射线、射线、射线等，本质都是辐射粒子，又称辐射。,射线与物质相互
15、作用是辐射探测的基础，也是认识微观世界的基本手段。,本课程讨论对象为致电离辐射，辐射能量大于10eV。即可使探测介质的原子发生电离的能量。,3 电离辐射与物质相互作用,射线与物质相互作用的分类,(1) 带电粒子能量损失方式之一-电离损失,入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。,电离核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。,激发使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。,3.1 带电粒子与物质相互作用,粒子与物质的作用：电离,粒子与物质作用：激发,（2）带电粒子能量损失方式之二-辐射损失,入射带电粒子与原子核之间的库仑力作
16、用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射轫致辐射(Bremsstrahlung)。它是X射线的一种，具有连续的能量分布。,轫致辐射过程图示,（3）能量损失率-入射带电粒子在物质中经过单位路程上损失的能量，又称阻止本领其中 为电离损失率； 为辐射损失率。, 电离损失率式中 为入射带电粒子的电荷数和速度； 为靶物质原子的原子序数和单位体积中包含的原子数。 主要关系：；可见，对电子而言，在相近能量下，其速度远大于重带电粒子，所以，电子是弱电离粒子。对1MeV的粒子和电子的比电离密度分别为6.4104 离子对/cm和 45 离子对/cm（对标准状态空气而言）。,对电子而言，能量损失率
17、是两种能量损失率之和，两者之比为：,E的单位为MeV,一般情况下所涉及电子的能量E 一般不超过几个MeV，所以，辐射能量损失只有在高原子序数(大Z)的吸收材料中才是重要的。,小结：重带电粒子与物质相互作用的特点,重带电粒子均为带正电荷的离子；,重带电粒子主要通过电离损失而损失能量，同时使介质原子电离或激发；,重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。,电子与物质相互作用的特点：,电子除电离损失外，辐射损失不可忽略；,高速电子散射严重,甚至发生反散射。,（4）带电粒子在物质中的射程,射程(Range)的定义：带电粒子沿入射方向所行径的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程R。入射粒子在物质中行径的
18、实际轨迹的长度称作路程(Path)。,重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时，其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其路程相近。, 粒子射程,探测器,平均射程,外推射程,粒子在空气中的射程,为粒子能量，单位为MeV。,公式适用范围：,对 放射源发射的 粒子，,在空气中的射程 ； 在肌肉内的射程 。,两种粒子在同种介质中: R1/R2 = (M1/M2)(z2/z1)2 同种粒子在不同介质中: Ra/Rb = (Z/Ma)b/(Z/Ma)a (b/a), 电子射程 单能电子在吸收介质中的射程Rm(mg/cm2)与其能量E(MeV)之间的关系：,经验公式(Al中)：,例 发出的 在铝中的射
19、程：,(5) 正电子的湮没,正电子与物质发生相互作用的能量损失机制即电离损失和辐射损失与电子相同。但不同点在于：,高速正电子进入物质后迅速被慢化，然后在正电子径迹的末端，即停下来的瞬间与介质中的电子发生湮没，放出光子； 或者，它与介质中的一个电子结合成正电子素，即电子正电子对的束缚态，然后再湮没，放出光子。,正电子湮没放出光子的过程称为正电子湮没， 放出的光子称为湮没光子 。,从能量守恒出发：在发生湮没时，正、负电子的动能为零，所以，两个湮没光子的总能量应等于正、负电子的静止质量。即：,从动量守恒出发：湮没前正、负电子的总动量为零，则，湮没后两个湮没光子的总动量也应为零。即：,因此，两个湮没光
20、子的能量相同，各等于0.511MeV。,而两个 湮没光 子的发 射方向 相反， 且发射 是各向 同性的。,射线与 射线的本质电磁辐射,特征射线：,湮没辐射：,核能级跃迁,正电子湮没产生,特征X射线：,原子能级跃迁,轫致辐射：,带电粒子速度或运动方向改变产生,3.2 射线与物质相互作用,射线与物质相互作用特点：,光子是通过次级效应(一种“单次性”的随机事件)与物质的原子或原子核外电子作用，一旦光子与物质发生作用，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次级电子；,次级效应主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。,射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，仍用截面这个物理量来
21、表示作用概率的大小。而且，总截面等于各作用截面之和，即：,关于截面的概念：射线与物质发生上述三种相互作用都具有一定概率，用截面 这个物理量来表示作用概率的大小。 截面 的定义：一个入射光子与单位面积一个原子发生作用的概率，其量纲为面积，常用单位为“巴（b）”,（1）光电效应： 光子与原子中的一个束缚电子作用，把能量全部交给电子，使电子从原子中发射出来，称为光电子，光子消失。 光电子能量其中， 为 层电子的 结合能，主要是K层电子。,光电效应,光电子的能量,由能量守恒：,因此，光电子能量为：,光电效应是光子与原子整体的相互作用，而不是与自由电子的相互作用。否则不能同时满足能量和动量守恒。,（2）
22、康普顿效应 光子核外层电子的非弹性碰撞。光子的一部分能量交给电子，使 电子从原子中发射出来， 光子的能量和方向发生 改变。为散射角； 为反冲角。 反冲电子能量：与 有关，且呈连续能量分布。,康普顿效应过程图示,康普顿散射图示,动量守恒、能量守恒,量子同处于静止状态的自由电子发生相互作用，也称为康普顿效应,（3）电子对生成效应：光子从原子核旁经过，在核的库仑场作用下，光子转化成为正负电子对。正负电子对的能量：所以，只有当 射线 能量大于 才可能发生电子对效应。,电子对湮没过程图示,（4）三种效应的相互关系,对于低能射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势； 对于中能射线和原子序数低的吸收物质，
23、康普顿效应占优势； 对于高能射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势。,（5）物质对射线的吸收, 窄束射线强度的衰减规律,为光子与吸收物质作用的截面；,N为吸收物质单位体积的原子数；,I0为射线入射强度；,D为吸收物质厚度。,对上面的方程积分：,在xx+dx层内单位时间光子数的变化为：,等于在该层物质内单位时间发生的作用数。,光子束通过物质时的强度为：,其中：,为线衰减系数又称为宏观截面,当介质厚度为D:,可以证明 ，又称宏观截面,线衰减系数 的物理意义为 ： 射线单位厚度物质时发生相互作用的几率。,质量衰减系数 ：,相应质量厚度表示为：,质量衰减系数与 即物质状态无关。,用质量厚度表示的
24、优点是便于测量。得到吸收规律的另一种更常用的表达式：,与带电粒子不同， 射线没有射程的概念。窄束 射线强度衰减服从指数衰减规律，只有吸收系数及相应的半吸收厚度的概念。 半值层（HVL , 1/2 ）D1/2：光子注量率减弱到入射注量率一半时的介质厚度，即：, 非窄束射线强度的衰减规律,称为积累因子。,积累因子B是为了考虑散射伽玛的影响而引入的参数。,积累因子B1；与E、入射角度、材料性质(/)、材料厚度D等有关；可通过查表或经验公式(如，Taylor 公式和Berger公式等)计算获得。,3.3 中子及其与物质相互作用,（1）中子的分类及性质, 中能中子：1keV0.5MeV。, 慢中子：01
25、KeV。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。, 快中子：0.5MeV10MeV。, 特快中子：10MeV。,热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度2.2103m/s.,（2）中子源,a) 241Am-Be中子源。,属于(,n)型中子源。由241Am放射源放出的粒子，打在Be上发生反应，产生中子。,性能：中子产额2.2106/sCi,T1/2433年；, 同位素中子源,中子能量为0.111.2MeV，平均5MeV；,n/比(中子强度比)为10:1；,b) (,n)型中子源。,利用(,n)反应获得中子。,优点：中子能量单一； 缺点：中子产额低，装置体积大。,c)
26、 自发裂变中子源,自发裂变中子源为超铀元素。以252Cf (锎)最常用。1克252Cf 发射中子率为2.311013个中子。半衰期：T1/2(自发裂变)85.5a，T1/2(衰变)2.64a。中子平均能量为2.2MeV。, 加速器中子源,可以在相当宽的能区内获得单能中子源。,主要反应：,对放能反应，如2H(d,n)3He，3H(d,n)4He，当入射氘核能量不高时( Td 200keV )，反应就可以有效进行，当90时，就可得到能量分别为2.5MeV和14MeV的单能中子。, 反应堆中子源,宽中子能量：0.001eV十几MeV,高中子通量：,（3）中子与物质的相互作用,a) 弹性散射 (n,n
27、),中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用。中子的散射,出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。,出射中子的动能：,反冲核的动能：,b) 非弹性散射 (n,n),入射中子的能量损失不仅使靶核得到反冲，且使靶核处于激发态。处于激发态的靶核退激时放出一个或几个特征光子，在核分析技术中有重要的应用。,当反冲核为质子(氢核)时，Mm，上式变为：,当 = 0 时，反冲质子能量最大，Tp = Tn,中子的俘获 a) 中子的辐射俘获 (n,),中子射入靶核后与靶核形成一个复合核，而后复合核通过发射一个或几个特征光子跃迁到基态。这些特征 光子不同于 (n,n) 的特征 光子。由于这些 光子的发射与复
28、合核的寿命相关，一般很快，故称为“中子感生瞬发射线”，同样在核分析技术中有重要的应用。,当发生(n,)反应后，新形成的核素是放射性的，就是常说的“活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的注量率区分中子的能量范围。,b) 发射带电粒子的中子核反应,如(n,)，(n,p)等，这些反应在中子探测中应用很多，成为探测中子的主要手段。,如(n,2n)，(n,np)等，这些反应的阈能较高，在810MeV以上，只有特快中子才能发生。,c) 裂变反应 (n,f),d) 多粒子发射,1885年发现X射线伦琴1886年首次发现(从沥青中提炼) 天然放射性镭（Ra)居里夫人不久发现它能引起皮肤烧伤,使人和动
29、物患眼病,毛发脱落,白细胞减少等机体损伤,4 辐射防护及其量与单位,1913年国家级防护组织最早出现 1928年第二次国际放射学大会上决定成立国际放射防护委员会（当时名称：“国际X射线和镭防护委员会”） 1950年它进行了改组，并改名为目前名称：国际放射防护委员会 ICRP （International Commission on Radiological Protection ）,4.1 辐射防护标准的历史发展,最早的防护标准”红斑剂量”约600伦(琴)1925年首次提出”耐受剂量” ”红斑剂量”的1/100, 约0.2伦/天1934年国际X射线与镭防护委员会(ICRP的前身)、正式规定当量
30、辐射的耐受剂量为0.2伦/天1950年改用最大容许剂量, 剂量标准降到0.3伦/周， (约0.05伦/天)1956年,ICRP 1号出版物, 将0.3伦/周改为全身均匀照射的最大容许剂量为5雷姆/年, 并把关键器官分为四 类, 分别规定不同器官的最大容许剂量值, 沿用至1990年，我国至2002年19771979年, ICRP 26号出版物, 提出了一些新概 念, 但年剂量当量限值的数值未变, 仍为50mSv/a , 即(5雷姆/年)1990年, ICRP 60号出版物, 又有了一些新的提法和概念, 全身职业照射的年限值降为20mSv/a,4.2 辐射防护中的常用量及单位,照射量 X 比释动能
31、 K 吸收剂量 D 器官或组织的当量剂量 HT 组织权重因子和有效剂量 E 待积剂量 HT()，E() 剂量负担 Hc,T，Ec 集体剂量 S,辐射防护的量与单位,照射量(exposure) XdQ除以dm而得到商，即：X = dQ/dmdQ在质量为dm的一个体积元的空气中，当光子产生的全部电子(正、负电子)均被阻留于空气中时,在空气中所形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。SI单位： 库仑每千克(C/kg), 专用名称：伦琴(R)； 1 R = 2.5810-4 C/kg 注意：照射量是表示X或射线在空气中产生电离大小的物理量。,辐射防护的量与单位,比释动能(Kerma) K间接电离粒子与物质
32、相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子的初始动能的总和，严格定义为：比释动能K是dEtr除以dm而得的商，即：K = dEtr / dm dEtr间接电离粒子在特定物质的体积元内，释放出的所有带电粒子的初始动能的总和(包括这些带电粒子在韧致辐射过程中放出的能量，以及在这一体积元内发生的次级过程中产生的任何次级带电粒子的能量，也包括俄歇电子的能量)， SI单位：焦尔(J)。 dm 所考虑的体积元内的物质质量，SI单位:千克(kg)。 K的SI单位： 焦尔每千克(J/kg), 专用名称：戈瑞(Gy)； 注意：在带电粒子平衡条件下，D=K。,辐射防护的量与单位,辐射防护的基本剂量学量 吸收剂量
33、(absorbed dose) D单位质量物质内吸收的能量, SI单位: 焦耳每千克(J/kg), 专用名称戈瑞(Gy)； 旧名称拉德(rad); 1 Gy = 100 rad (尔格每克，erg/g) 按定义, D是表示一个点上的量, 但现在(ICRP 60号出版物)也用来指某一组织或器官内的平均剂量 吸收剂量与照射量：D(Gy)= 8.7310-3 X(R),辐射防护的量与单位,剂量当量与当量剂量H ICRP 26号出版物定义了剂量当量(Dose equivalent):H=DQ, 其中D为吸收剂量, Q为辐射的品质因素 ICRP 60号出版物定义了当量剂量(equivalent Dose
34、):HT=WRDT,R , 其中DT,R是按组织或器官T平均计算的来自辐射R的吸收剂量, WR是辐射权重因子 剂量当量与当量剂量的SI单位均为: 焦耳每千克(J/kg), 专用名称西弗(西沃特, Sv), 剂量当量的旧名称为雷姆(rem), 1 Sv = 100 rem,辐射R在器官或组织中产生的当量剂量HT,器官或组织的当量剂量HT,wR 辐射R的辐射权重因子 DT,R 辐射R在器官或组织T中产生的平均吸收剂量SI单位为: 焦耳每千克(J/kg)，专用名称西弗(西沃特, Sv), 随机性效应的发生概率依赖于辐射品质，引入权重因子（wR）是对吸收剂量进行修正的一种方法。,辐射权重因子, 辐射生
35、物学资料存在多种不确定性，采用以往的品质因数（ Q ）对吸收剂量进行修正的做法在细节和精密度上缺乏正当的理由。,品质 Quality,辐射权重因子wR,辐射防护的量与单位,表1 辐射权重因子值WR与品质因子有效值Q的近似值种类和能量范围 辐射权重因子 初级辐射种类 QWR 近似值光子, 所有能量 1 X射线, 射线和电子 1 电子及介子,所有能量 1中子, 能量10keV 5 质子和静止质量大于10keV100 keV 10 1个原子 ； 10 100keV2 MeV 20 质量单位的单电荷 2MeV20MeV 10 粒子 20MeV 5质子,能量 2MeV 5 中子, 粒子和多电荷 20 粒
36、子,裂变碎片,重核 20 粒子,随机性效应的发生概率和当量剂量之间的关系与受照器官或组织相关。因此，为了表达不同组织或器官受不同剂量照射时所产生的综合危害，需要在当量剂量的基础上再定义一个新的量（有效剂量）。引入组织权重因子（wT）是对当量剂量进行修正的一种方法。,组织权重因子wT与有效剂量E,wT值选取原则 当全身受均匀当量剂量照射时，其有效剂量最好能在数值上等于该均匀当量剂量。,SI单位为: 焦耳每千克(J/kg)，专用名称西弗(西沃特, Sv),组织权重因子,辐射效应的敏感性,标称致死概率系数 单位有效剂量引起的致死癌症的概率,随机性效应标称概率系数,定义 个人在单次摄入放射性物质之后，
37、某一特定器官或组织中接受的当量剂量率对时间的积分,待积当量剂量 Committed equivalent dose,通常：成人 T=50a 儿童 T=70a,待积当量剂量,待积有效剂量,定义 某一指定事件造成的人均剂量率在无限长时 间内的积分。,剂量负担,定义 特定人群内所有个人受到的剂量之和 （用受某个源照射的人数乘以该组的平均剂量）,集体剂量,集体当量剂量,集体有效剂量,专用名称人西弗 (人Sv),另外两个有用的公式 放射源指数衰减公式：A = A0 e-(ln2/T)tA0某时刻t0的活度，Bq (Ci，mCi，Ci)；A某时刻t的活度，Bq (Ci，mCi，Ci)；T半衰期，a、d、h
38、、min、s；t = t t0， a、d、h、min、s(应与半衰期的量纲一致) 剂量率(照射量率)衰减公式：。窄束射线： X = X0 e-(/) D宽束射线： X = B X0 e-(/) DX0无屏蔽材料时某点的剂量率，Gy；X 用屏蔽厚度为D的材料屏蔽后该点的剂量率，Gy；D屏蔽材料的厚度，m、cm；(/)屏蔽材料的质量衰减系数，m2/kg、cm2/g；B剂量率(照射量率)累积因子，无量纲。,辐射剂量的几个量的关系 照射量X用于x、射线在空气中的辐射电离量，量纲：库仑/千克(C/kg) ，专用名称：伦琴(R) 吸收剂量D用于任何射线在任意介质中，量纲：焦耳/千克(J/kg)，专用名称：
39、戈瑞(Gy) XD关系：D = f X， f = 8.7310-3 Gy/R 剂量当量(当量剂量)H将不同类别辐射的危害统一到同一个尺度上，量纲：焦耳/千克(J/kg)，专用名称：希沃特(Sv)对于X、和电子：数值上 H=D对于、n： HD m毫(10-3)；微(10-6)；n 纳(10-9)；p皮(10-12),4.3 人类自古受照射,空间辐射环境宇宙射线,太阳11年活动周期 宇宙射线的剂量: 随高度、纬度变化玻璃维亚的巴拉斯城：3900m, 2.02mSv我国的拉萨市： 3600 m, 1.71mSv海平面: 0 m, 0.27mSv深圳市(北纬22.6) : 28 nGy h-1北京市(
40、北纬40) : 32 nGy h-1同等高度上, 地磁两极比赤道的剂量率大得多 年有效剂量率典型值: 0.39 mSv,表1 天然电离辐射源所致成年人年平均有效剂量照 射 年有效剂量(mSv) 成 份 正常本底地区 剂量高值地区宇宙射线 0.38 2.0 宇生放射性核素 0.01 0.01陆地辐射:外照射 0.46 4.3 陆地辐射:内照射(氡除外) 0.23 0.6陆地辐射: 氡及子体内照射吸入222Rn 1.2 10 吸入220Rn 0.07 0.1食入222Rn 0.005 0.1合 计(舍入值) 2.4,天然照射水平,宇宙线0.38 mSv/a 土地0.45 mSv/a 水、食品、空气
41、 0.25 mSv/a 乘飞机（伦敦纽约）0.04mSv/次 X光透射 0.2mSv/次 砖房 0.51 mSv/a 混凝土 0.71 mSv/a 木房 0.30.5 mSv/a天然电离辐射源所致 世界成年人年平均有效剂量 ：2.4 mSv/a,辐射防护的任务和目的,辐射防护是原子能科学技术的重要分支，它是研究免受或少受电离辐射危害的一门综合性学科和技术。 基本任务：保护环境，保护从事放射性工作的人员和一般居民的健康和安全、保护他们的后代、促进原子能事业的发展。 目的：在不过分限制既伴有辐射照射又有益于人类的生存与发展的实践活动的基础上，有效地保护人类及其环境，避免确定性效应的发生，并将随机性
42、效应的发生率降低到可合理达到的最低水平。,辐射防护三项原则,辐射实践的正当性所谓辐射实践正当性是指任何一种伴随辐射的实践（或活动）都必须使其带来的利益大于危害。这里的利益是指对整个社会的利益。辐射防护最优化在经济技术可能的情况下尽可能实际降低照射。个人剂量限制最大不能超过的限值 辐射防护体系(辐射防护基本原则 ) 实践的正当性；剂量限制和潜在照射危险限制；防护与安全的最优化,建议的剂量限值1 GB188712002电离辐射防护和辐射源安全的基本安全标准,按照射对象分：职业照射和公众照射 公众照射：公众成员所受的辐射源的照射,包括获准的辐射源和实践产生的照射和干预情况下受到的照射，但不包括职业照
43、射、医疗照射和当地正常天然本底辐射的照射。 对辐射盲目害怕和恐惧是无科学依据的 任何麻痹大意，不重视安全防护的态度也是有害的 正确的态度： 既不毫无理由的害怕 又不无法无规,射线种类：、n、x 4He高速运动的电子n 原子核基本粒子，不带电 、x频率极高的光子 各种不同辐射按其对人体的危害作用大小排序外照射： n , x 内照射: , p , x 相同剂量照射下，受照面积大产生的效应大 影响辐射生物效应的主要因素：照射剂量与照射条件(剂量率、面积、部位)，辐射的种类，组织和器官的辐射敏感性，机体的功能状态。,电离辐射生物效应的分类急性效应 按效应的发生者：躯体效应 晚期效应遗传效应按效应的机理
44、： 随机性效应确定性效应电离辐射改变原子及分子损伤细胞充分修复 细胞存活 正常繁殖没充分修复 阻止细胞存活或增值 细胞死亡错误修复 存活但改变了的细胞 繁殖(克隆),确定性效应(deterministic effect)过去称为非随机性效应(non-stochastic effect)存在剂量阈值: 剂量阈值, 观测到的损害概率为零 剂量阈值, 观测到的损害概率为1 在阈值以上: 损害的严重程度随剂量增加而增加随机性效应(stochastic effect) 存活但改变的细胞细胞克隆潜伏期可能恶变(癌) 引起癌的概率随剂量的增加而增大 可能”线性无阈”, 但尚缺乏足够的科学证据 效应的发生是随
45、机的, 癌的严重程度不受剂量影响 损伤遗传基因细胞上遗传效应(hereditary effect),表2 不同组织发生确定性效应的阈值,器 官 剂量阈值 效应后果 备 注0.15Gy 暂时不育 单次短期测量生 睾 0.4Gy/a 暂时不育 长期照射殖 丸 3.5 6Gy 永久不育 急性照射器 2Gy/a 永久不育 慢性照射官 卵 2.5 6Gy 永久不育 急性照射巢 0.2Gy/a 永久不育 慢性照射眼 2 10Gy 眼晶体浑浊 低电离密度急性照射晶 1 2Gy 眼晶体浑浊 高电离密度急性照射体 0.15Gy/a 眼晶体浑浊 长期慢性照射,续表2 不同组织发生确定性效应的阈值,器 官 剂量阈值 效应后果 备 注全骨髓 0.5Gy 造血功能降低 急性照射0.2Gy/a 造血功能降低 慢性照射 全身 1 2Gy 50%成员死亡 无专门的医学治疗下1 2Gy 红斑、脱皮 受照后三周出现 皮肤 20Gy 湿脱皮 受照后一月出现水疱50Gy 组织坏死 受照后三周出现,确定性效应包括：白内障、皮肤红斑、皮肤烧伤、脱发、血相变化、暂时性或永久性不孕、腹泻、CNS损失、死亡,
