1、辐射安全与防护 知识培训 主讲：阮积海 2009年3月31日,一放射性基础知识 二电离辐射及其生物效应 三辐射安全与防护 四柳钢放射源使用和管理现状 五电磁辐射介绍,现代原子结构,原子半径：10-10m 原子核半径：10-14m 电磁力 将原子核与电子结合 核力 将核中质子与中子结合核与电子处于不同的能量状态(能级结构) 核力电磁力，核力是短程力，只有在距离很短的时候才发生作用,核素 ：具有确定质子数和中子数的原子核的一种统称 同位素：质子数相同而中子数不同的核素,放射性衰变,原子（或分子、离子）有趋稳性，它总是力图使自己的能量状态处于基态上，处于不稳定态或被激发到高能级后的粒子，力图回到基态
2、上去，与此同时放出激发时所吸收的能量。基态是粒子能量最平衡最稳定的状态，从高级回到低能级去的过程称为跃迁，跃迁时释放的能量即辐射。 原子核自发地放射出射线后，原子核本身就从一种核素转变成另一种核素，这种过程就叫做原子核的衰变，又叫放射性衰变。,放射性活度,原子核衰变：原于核由于自发地放出某种粒子而转变为新核的变化过程。 放射性：原子核自发地发射各种射线或粒子的现象。 放射性核素 ：能自发地发射各种射线或粒子的核素。,核素放射性的强弱用放射性活度表示，放射性核素在单位时间(dt)内发生核衰变的数目(dN) ，称为放射性活度（A），即A= dN/ dt单位为贝可勒尔，简称贝可，符号Bq。1Bq等于
3、放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。1Bq = 1 次衰变/秒 专用单位：居里 1Ci=3.71010Bq,放射性衰变的类型,在放射性的衰变中，发生衰变的原子核叫母核，衰变后所产生的核叫子核。放射性原子核的衰变主要有三种类型： 衰变 衰变 跃迁,衰变,原子核自发地放射出粒子而发生的转变，叫做衰变。经过衰变以后，子核的质量数比母核减少4，原子序数减少2。 粒子是由高速运动的氦原子核（又称射线）组成的，所以它在磁场中的偏转方向与正离子流相同。 它的电离作用大，贯穿本领小，在空气中的射程只有几个厘米。,衰变,原子核的衰变有三种形式。它们是正离子衰变、负离子衰变和电子俘获。 射线是高速运动的电子
4、流，它的电离作用较小，贯穿本领较大。它在空气中的射程因其能量的不同而有较大差异，一般为几米。,跃迁,原子核通过放射射线由高能态自发地向低能态跃迁，叫做跃迁，也叫衰变。 跃迁不会导致核素质量数和原子序数的变化，只是原子核内部能量状态发生了改变。 射线是波长很短、频率很高的电磁波，所以它在磁场中不发生偏转。它具有间接电离作用，贯穿本领很大。它在空气中的射程通常为几百米。,X射线,X射线不属于原子核的衰变形式，但它跟射线一样是波长很短的电磁波，并具有电离作用。 发生机理 原子核外层电子发生跃迁时会伴随发生X射线，高速运动的电子与物体碰撞时，发生能量转换，电子的运动受阻失去动能，其中一小部分（1左右）
5、能量转变为X射线，而绝大部分（99左右）能量转变成热能使物体温度升高。,放射性衰变规律,某种原子核在时刻t的数量与其起始时刻（t=0）的数量之间存在着指数衰减的关系，即这种原子核的数量由于衰变而按指数规律减少，这就是放射性核素指数衰减规律。 N = N0e-t 为核素的衰变常数，即放射性核素在单位时间内发生衰变的几率；它的单位为1/秒。它只与核素的种类有关，是放射性原子核的特征量；由放射性核素本身的性质决定的，与放射性核素有确定的对应关系。,放射性衰变基本规律,1. 指数衰减规律N = N0e-t N0:（t = 0）时放射性原子核的数目 N: 经过t时间后未发生衰变 的放射性原子核数目: 放
6、射性原子核衰变常数大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快,N = N0e-t,半衰期 (T1/2) 定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。,电离辐射及其生物效应,微观粒子间碰撞有动量和能量的传递,自由电子,正离子,射线是一种带电粒子流，射线也是一种高速带电粒子，与物质作用时，物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子,+,e-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,库仑作用,一 带电粒子与物
7、质的作用,射线是波长很短能量高的电磁辐射不带电， 静止质量 0 。（ 10-11 米，keV，MeV），,不能直接使原子电离但同物质原子发生作用能够产生载能次级带电粒子，次级带电粒子能够对物质发生电离作用。 当 光子与物质原子中的一个电子发生弹性相撞时，将部分能量传给电子，电子获得能量后脱离原子而运动，该电子称康普顿吴有训电子，而使物质电离。,射线与物质的相互作用,2 射线对物质的作用-两步过程,三种作用效应光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子,电离效应次级电子使 物质原子电离,射线,第 1 步 初级作用,第 2 步 次级作用,电离：就是原子受到外界的作用,如被加速的电子或离子与原子碰撞时
8、使原子中的外层电子摆脱原子核的束缚而脱离，原子成为带一个或几个正电荷的离子,这就是正离子，如果在碰撞中原子得到了电子,则就成为负离子。 电离作用，即物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成许多离子对 。,、射线与物质（包括液体、气体、固体和人体等）发生作用时，微观粒子间会产生碰撞并有动量和能量的传递，导致物质发生电离作用。,电离作用,常见射线的基本性质,对物质电离作用的比较,2 MeV 射程(m) 离子对密度/mm 0.01 6000 2-3 60 10 几个,1 MeV 的粒子穿透物质能力, 1 页 60页/本,铅,地 下 1-2 米深,铅室,n,4580本,中子源,电离辐射 直接或间接使介
9、质发生电离 效应的带电或不带电的射线 或粒子 (能量 keV ) 、 x、 n、p、 裂变碎片 介子等来 源 1)放射性物质 (人造 天然） 2)加速器 3)反应堆 4)宇宙射线 5)地球环境,电离辐射和非电离辐射,电磁辐射 紫外线、红外线、微波等 这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应，故也称非电离辐射 eV 量级 移动电话 800-1800 MHz0.01 eV (没有电离作用）,常用辐射量和单位,与辐射剂量学有关的经常使用的量主要有： 比释动能、 照射量 吸收剂量 当量剂量 有效剂量。,比释动能K（Kerma）,辐射与物质相互作用最主要的标志是给物质传递能量，这是产生辐射
10、效应的依据。不带电粒子在物质中传递能量时首先把能量转移给一个带电粒子。接着带电粒子通过碰撞把能量消耗在介质中，产生大量的次级带电粒子。 比释动能的定义： 不带电电离粒子在单位质量的某一物质内释放出的全部带电电离粒子的初始动能的总和。在国际单位制（SI）中，它的单位是焦耳每千克（Jkg-1），专用名称是戈瑞（Gray），符号为Gy。 其表示式是：K=dEtr/dm 1Gy=1 Jkg-1,照射量X（exposure）,电离是电离辐射最重要的特点。根据电离电荷测量电离辐射是一种广泛应用的方法。照射量就是根据光子对空气的电离能力来度量光子辐射场的一个物理量。 照射量定义指X或射线的光子在单位质量空气
11、中释放出的所有电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生同一种符号离子的总电荷量。 其表示式为：X=dQ/dm 照射量的SI单位是库仑每千克，符号为C kg-1。,吸收剂量D（absorbed dose）,吸收剂量的定义单位质量受照物质吸收的任何电离辐射的平均能量。D=d/dm 其中dm为物质的质量（kg）；d是dm物质所吸收的平均辐射能量（焦耳）。吸收剂量D 的SI制单位与比释动能相同，也是Gy（戈端），常用的单位有rad。 吸收剂量是辐射剂量学中的一个最重要的物理量。物质吸收辐射的能量越多，辐射引起的效应越明显。吸收剂量就是对物质吸收辐射能量的定量描述。,定义：组织或器官的当量剂量是此
12、组织或器官的平均吸收剂量与辐射权重因子的乘积。,当量剂量（equivalent dose, HT),单位：J/kg，专用名称为希沃特（Sievert），符号为Sv 1Sv=103mSv=106Sv,WR辐射权重因子，表征射线种类、能量与生物效应关系。,各种射线的辐射权重因子，WR,有效剂量（effective dose, HE),定义：各组织或器官的当量剂量（HT）与相应的组织权重因子（WT）的乘积的总和。,WT 组织权重因子，表征组织或器官的辐射敏感性,组织权重因子WT,1 核辐射同物质相互作用的过程是能量和动量传递 的过程；没有能量和动量传递就没有作用。 2 通常遇到的核辐射主要是对物质的
13、电离作用，会对物体产生一系列的影响，人体也不例外。,电离辐射的生物效应,定义：电离辐射生物效应是研究核射线的能量传递给生物机体后引起的机体的变化和反应。即电离辐射的能量传递给生物机体后造成的后果。,一、作用机理,躯体效应：大剂量照射时，处于分裂期间的细胞核遭到破坏，导致细胞立即死亡，从而造成躯体损伤甚至个体死亡,遗传效应： 受照量相对较小，没有发生细胞死亡，但在自我修复过程出现错误修复，导致细胞变异，错误信息传给后代而产生遗传效应,按照发生的个体的不同来划分，分为躯体效应和遗传效应。发生在被照射个体本身的生物效应叫躯体效应；由于生殖细胞受到损伤而体现在其后代活体上的生物效应叫遗传效应。,电离辐
14、射生物效应,随机效应：发生几率与受照剂量成正比而严重程度与剂量无关的辐射效应叫随机效应。它们主要是发生受照个体的癌症及其后代的遗传效应。一般认为，在低剂量范围内，这种效应的发生不存在剂量阈值。,按照辐射引起的生物效应发生的可能性来划分，可以分为随机效应和确定性效应。,确定性效应：通常情况下存在剂量阈值的一种辐射效应叫确定性效应。接受的剂量超过阈值越多，产生的效应越严重。因此只有当受照剂量达到或超过阈值时，确定性效应才会发生。 阈值就是发生某种效应所需要的最低剂量值。,确定性效应剂量阈值,电离辐射生物效应图解,电离辐射的应用,1、医学应用 X射线摄影、CT、放射性治疗 2、辐照装置 食品保鲜用于
15、灭菌（1000居里） 3、工业应用 工业探伤、料位计等,刀（立体定向放射治疗装置）,辐射安全与防护,放射源和射线装置分类,放射性同位素，是指某种发生放射性衰变的元素中具有相同原子序数但质量不同的核素。 放射源，是指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性材料。 非密封放射性物质，是指非永久密封在包壳里或者紧密地固结在覆盖层里的放射性物质。 射线装置，是指 X 线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。,放射源分类原则,参照国际原子能机构的有关规定，按照放射源对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将放射源分为、 类，V类源的下限活度值为该种核素
16、的豁免活度。 （一）类放射源为极高危险源。没有防护情况下，接触这类源几分钟到1小时就可致人死亡; （二）类放射源为高危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡; （三）类放射源为危险源。没有防护情况下，接触这类源几小时就可对人造成永久性损伤，接触几天至几周也可致人死亡; （四）类放射源为低危险源。基本不会对人造成永久性损伤，但对长时间、近距离接触这些放射源的人可能造成可恢复的临时性损伤; （五）类放射源为极低危险源。不会对人造成永久性损伤。,放射源分类表,射线装置分类原则,根据射线装置对人体健康和环境可能造成危害的程度，从高 到低将射线装置分为类、类、类。按照使用用途分医用射线装
17、置和非医用射线装置。 （一）类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照射人员产生严重放射损伤，甚至死亡,或对环境造成严重影响； （二）类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡； （三）类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照人员的放射损伤。,射线装置分类表,辐射防护的基本原则,（1）实践的正当性（justification of practice）,对一任何一项实践，只有在考虑了社会、经济、和其他有关因素之后，其对受照个人或社会所带来的利益足以弥补其可能引起的辐射危害时，该实践才是正当的。只有在确认某实践可以带来净利益时才能予以批准。,辐射防护的基本
18、原则,（2）防护与安全的最优化（optimization of radiation protection）,对于来自一项实践中的任一特定源的照射，应使防护与安全最优化，使得在考虑了经济和社会因素之后，个人的受照剂量大小、受照射的人数、受照射的可能性均保持在可以合理做到的尽量低的水平。这种最优化应以剂量约束和潜在照射危险约束为前提条件。,辐射防护的基本原则,（3）剂量约束和潜在照射危险约束除了医疗照射之外，对于任一项实践，其剂量约束和潜在照射危险约束应不大于审管部门对这类源规定或认可的值，并不大于可能导致剂量限值和潜在照射危险限值的值。基本限值、有效剂量限值,有效剂量限值,剂量限值为内外照射之和
19、，但不包括天然本底照射和医疗照射,国际放射防护委员会制定的标准，辐射总危险度为0.0165Sv，也就是说，身体每接受1Sv 的辐射剂量，就会增加0.0165的致癌几率。以此推算，一个肋骨骨折病人将增加约为千万分之三点八的危险。,日常生活所产生的辐射照射,全身急性照射引起的躯体效应,+20d,+39d,2001年9月2日凌晨，某施工队在探伤检测后，将放射源（192Ir）从仪器中掉出，遗留在工地上。一工作人员在第二天上班时，发现放射源并拾起,双手来回玩耍、观看约20分钟，然后放入左裤兜2小时后，发现右大腿有2x2cm的充血性红斑。当晚入院治疗。,辐射防护基本方法,根据射线对人体发生作用的途径，可分
20、为内照射和外照射。,辐射源处于人身外面，射线从外面与人体发生作用，称为外照射。反之辐射源处于人体内的辐射，称为内照射。内照射主要是由于放射性核素通过口、呼吸道和皮肤进入人体内而产生的辐射照射。 对内照射的防护措施是防止和减少放射性核素进入人体，并加快排出。,外照射的防护,基本原则 尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射,使之所受照射不超过国家规定的剂量限值.,时间,距离,屏蔽为外辐射防护三要素,基本方法 (1)减少接触辐射源的时间-时间防护 (2)增大与放射源的距离-距离防护 (3)设置屏蔽-屏蔽防护,1、时间防护 对于相同条件下的照射，人体接受的剂量与照射的时间成正比。因此减少接受照射的时间，
21、就可以明显减少吸收剂量。,2、距离防护 对于点源，如果不考虑介质的散射和吸收，它所产生的直接照射剂量与距离的平方成反比。因此随着与源的距离的增加，直接照射剂量会迅速衰减。,KN在距离为a0时，该点的最高比释动能率 A放射源的预期最大放射性活度 (GBq) TK比释动能常数 (mGym2)/(hGBq),3、物质屏蔽 射线与物质发生作用，可以被吸收和散射，即物质对射线有屏蔽作用。对于不同的射线，其屏蔽方法是不同的： 射线和X射线用原子序数高的物质（例如铅）效果较好。 射线用低原子序数的材料（例如有机玻璃）。 射线射线的屏蔽很容易，一张普通纸张即可，在体外，它基本上不会对人体造成危害，但它由于它的
22、电离作用很大，因此内照射危害特别严重。,对于、X射线强度随通过介质层厚度增加而减弱，其服从指数衰减规律。,I(x)= I0 e-x 指数衰减因子,半减层厚度d1/2 射线强度减弱1/2所通过的物质层的厚度,柳钢放射源使用和管理现状,放射源贮存和使用台帐,射线装置贮存和使用台帐,连铸机结晶器钢水液面控制系统的检测原理,放射源的射线射穿透待待测物质（钢水）后，部分射线被待测物质吸收，其余部分照射到电离室（射线射探测器），产生带电粒子，带电粒子经收集转变成电流信号，电流信号经过采集卡输送到计量控制的计算机，计算机根据水口的钢水流速、电流信号等进行运算，从而测得待测物质（钢水）的液面高度。 钢水液面控
23、制系统根据实际液面与给定值进行比较，输出控制信号，控制水口的钢水流速，实现自动控制。,放射源装置周围辐射监测,X射线测厚仪的检测原理,在X射线测厚中，产生X射线的装置主要由X射线管和高压电源组成。X射线管由安装在真空玻璃壳中的阴极和阳极组成。阴极是钨制灯丝，它装在聚焦杯中，当灯丝通电加热时，电子就“蒸发”出来，而聚焦杯使这些电子聚集成束，直接向嵌在金属阳极中的靶体射击。靶体一般采用高原子序数的难熔金属制成。高电压加在X射线管的两极之间，使电子在射到靶体之前被加速达到很高的速度，这些高速电子到达靶面为靶所突然阻挡从而产生X射线。利用X射线测厚仪进行产品厚度测量时，X射线管在通电状态下产生的X射线
24、一部分被钢板吸收，其余部分穿透钢板，照射到探测器上，X射线的透射强度与钢板的厚度有对应关系,接变压器,玻璃,钨灯丝,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,冷却水,电子,X射线,X射线,X射线管剖面示意图,X射线测厚仪辐射监测,柳钢放射源安全管理办法,1 技术中心是放射源和射线装置的主管部门，对公司放射性同位素与射线装置的安全和防护进行统一监督管理，协调处理相关问题。负责放射源准购审批手续、放射源的申报登记和闲置退役放射源的处理。 2 卫生监督所负责放射源与射线装置岗位放射卫生日常监督检查和放射工作人员的职业健康监护进行监督管理，负责放射工作人员的卫生安全防护知识培训。 3 疾病控制中心负责放射源与射线装
25、置的辐射防护监测以及放射工作人员健康监护工作的相关工作。 4 武保部负责放射源和射线装置储存、运输、处置的安全保卫工作管理，定期检查放射源与射线装置的保管的安全性。 5 总调负责放射源与射线装置在生产、使用、运输、贮存和处置废弃过程中的安全监督工作。 6 金材公司负责所采购废钢的辐射安全，防止废钢中夹带放射源等放射性物质。,电离辐射标志,电磁辐射,电磁辐射,电磁辐射：能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。电磁辐射是由空间共同移送的电能量和磁能量所组成，而该能量是由电荷移动所产生；电磁辐射是一种复合的电磁波，以相互垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。 电磁辐射衍生的能量大小，取决于无线电频率
26、的高低，频率越高，能量越大。一般来说，电磁辐射可以分为“电离辐射”和“非电离辐射”两类。X射线、射线可以使原子和分子电离化，这种电磁辐射即称为“电离辐射”。 管理范畴所指的电磁辐射均为非电离辐射。,E=h , =c / ,电磁辐射谱,电磁辐射产生的来源,射线 X 射线紫外光可见光红外光微波无线电波,电磁辐射生物作用,电磁辐射通常以热效应、非热效应和刺激对机体产生生物作用，而且电磁辐射作用没有累加效应。 热效应：人体是电介体，在高变电场作用下被反复极化，分子间碰撞和摩擦产生剧烈运动，将电能转化为热能。机体内还有电介质溶液（例如体液等），在电场作用下产生传导电流，形成不同程度的闭合回路，产生局部感
27、应热流，导致发热。高频辐射特别是微波辐射产生的热效应最为明显。,非热效应：对脑细胞产生影响，使大脑皮质细胞活动能力减弱已形成的条件反射受到抑制，长时间的暴露可能引起神经系统机能絮乱，这就是非热效应所产生的影响。,刺激作用：当电磁波100KHz以下时，对人体的刺激作用有两方面。一是人体接触到暴露于电磁场下的非金属体时会受到电击。频率越低，电击程度越大；二是体内产生感应电流，当感应电流大于机体电流（脑点和心点等）时，就会引起神经系统、视觉系统细胞的兴奋，频率越低，兴奋程度越大。轻微刺激作用使人产生麻酥酥地感觉，刺激作用越大，会引起肌肉收缩，继而发生疼痛，心脏和呼吸器官兴奋，严重时会出现心室细微颤动
28、，心肌持续收缩，最后导致心脏停止跳动而死亡。,电磁辐射设施和设备名录,电磁辐射环境保护管理办法（国家环保局1997年发布）一、发射系统1电视(调频)发射台及豁免水平以上的差转台2广播(调频)发射台及豁免水平以上的干扰台3豁免水平以上的无线电台4.雷达系统5豁免水平以上的移动通信系统二、工频强辐射系统1电压在100千伏以上送、变电系统2电流在100安培以上的工频设备3轻轨和干线电气化铁道三、工业、科学、医疗设备的电磁能应用1介质加热设备2感应加热设备3豁免水平以上的电疗设备4工业微波加热设备5射频溅射设备,根据电磁防护管理规定GB8702-88，以及正在征求意见的电场、磁场、电磁场防护规定（替代GB8702-88）规定，以下电磁设施（设备）免于管理： 100KV以下电压等级的交流、直流输变电设施。 额定功率在2kW及以下的各类介质加热、感应加热和微波加热设备 输出功率在15W及以下的移动无线通信终端（如移动电话、对讲机、无线网卡）,一般的手机辐射功率才2W，基站的辐射功率270W,
