1、核科学概论,东华理工大学核工系,本堂课主要内容,辐射剂量学基本知识辐射对人体的危害,第一节 辐射剂量学基本知识,辐射防护已成为核科学领域中一个重要分支，是专门研究防止电离辐射对人体危害的综合性边缘学科。它与许多学科存在交叉领域。辐射防护和核安全有许多交叉的地方。其主要内容要求涉及到的学科有：原子核物理学、核化学、辐射剂量学、核辐射探测技术、核电子学、放射生物学、放射卫生学、放射生态学和辐射评价学等。内容极为丰富，至今在理论上或在应用上仍处在发展和深化阶段，有许多新课题尚待研究和介决。,辐射防护的概念与含义,辐射防护的目的与任务,辐射防护和核安全的目的是防止有害的确定性效应，并限制随机性效应的发
2、生概率，使它们达到被认为可以接受的水平。 辐射防护和核安全的基本任务：既要保护从事放射工作者本人和后代以及广大公众乃至全人类的安全；保护好环境；又要允许进行那些可能会产生辐射的必要实践以造福于人类。,日常生活中所遇到的射线来源,天然辐射是人类的主要辐射来源,生活中的辐射来源,天然辐射,人工辐射,电离辐射对人类和环境的影响,天然辐射,宇宙射线,宇生放射性核素,原生放射性核素,一般场所： 天然本底为 2. 4mSv/a, 多为内照射 (222Rn, 60%),天然本底照射,天然辐射源对人类和环境的影响,天然辐射源照射世界平均辐射剂量值,（UNSCEAR 2000）,天然辐射源照射世界平均辐射剂量值
3、（续）,正常本底地区天然辐射源 致人体的年有效剂量,医疗辐射是最大的人工辐射来源；各种人工放射性核素，大约80用于医学目的。,人工辐射医疗辐射,1.放射诊断 2.放射治疗 3.核医学,人工辐射源对人类和环境的影响,全世界医用X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（1991-1996）,全世界医用X射线检查的频率、有效剂量和集体剂量（1991-1996）（续）,反应堆运行：,大气，Kr、Xe、I、3H、14C、16N、35S、41Ar；水中，3H和裂变产物。,长寿命核素，3H、14C、85Kr、90Sr等，以及超铀元素的同位素。,后处理：,核能生产所致居民人均年剂量当量，美国、加拿大为 310-8
4、Sv，英国为 2.510-6Sv,人工辐射核电站,核电力生产持续到2500年时的年人均当量剂量预计值,燃煤的放射性污染问题,燃煤对环境的影响,化学物质污染,放射性物质污染,煤散逸飞灰中放射性核素的平均含量： 40K为265Bq/kg， 238U为200Bq/kg， 210Pb为930Bq/kg，210Po为1700Bq/kg， 232Th为70Bq/kg，228Th为为110Bq/kg， 228Ra为130Bq/kg,燃煤电站导致的居民辐射剂量是核电站的3倍！,放射性落下灰,局部沉降,带状沉降,全球性沉降,（含200多种放射性物质）,外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；内照
5、射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等。,食物链转移问题,人工辐射核爆炸,大气层核试验产生的放射性核素的平均年有效剂量 Sv （UNSCEAR2000）, 包括在全球扩散的3H和14C的贡献。,人工辐射的组成,人类生活方式对辐射水平的影响,辐射照射的类别,照射是指受照的行为或状态。根据不同的行为或状态，照射的分类方法就有好几种。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。,照射量,定义：,X、射线，在空气中，单位体积元内
6、产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。,式中：,dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。,照射量SI单位：C / kg 库伦 / 千克,照射量X应用条件,有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少量空气后测得的照射量值。,X、射线；介质为空气。,定义：,不带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能总和的平均值除以物质质量的商。,SI单位：戈瑞，Gy历史上曾使用过的单位：拉德，符号rad 1Gy100rad,比释动能,（Kerma，kinetic energy in material）,对不带电粒子适用 ； 适用
7、于所有介质 ； 针对“点”的概念 。,比释动能K的使用条件,间接电离粒子的能量沉积过程：,间接带电粒子,带电粒子,带电粒子,物质,（比释动能）,（吸收剂量）,吸收剂量,电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商,定义：,SI单位：戈瑞，Gy 1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，rad 1Gy 100rad,吸收剂量D在剂量学的实际应用中是一个非常重要的基本的剂量学量。,（absorbed dose）,对所有射线适用 ； 适用于所有介质 ； 针对“点”的概念 。,吸收剂量D的使用条件,吸收剂量率,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时
8、间间隔的商。,定义：,这是一个与个体相关的辐射量,式中：,WR辐射权重因子；DT,R器官、组织的平均剂量,器官或组织T中的平均吸收剂量DT,R与辐射权重因子WR的乘积,(equivalent dose),当量剂量HT,R,SI单位：希沃特，Sv 1Sv1J/kg 历史上曾使用过的单位：雷姆，rem 1Sv 100 rem,如果辐射场由具有不同WR值的不同类型和（或）不同能量的辐射所构成时，则当量剂量HT为,辐射权重因子WR,数值上：依据辐射在低剂量率时诱发随机效 应的相对生物效应值选取的。性质：表征射线种类，能量与生物效应关系,为辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康
9、的相对危害效应。,辐射权重因子（WR）（ICRP60）,有效剂量E,式中：,WT组织T的权重因子；HT 器官或组织的当量剂量,当所考虑的效应是随机效应时，在全身受到不均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的加权后的当量剂量之和。,(effective dose),这也是一个与个体相关的辐射量,SI单位：希沃特，Sv 1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，rem 1Sv 100rem 意义：评价随机效应的危险度，使辐射防护走向定量化。,有效剂量表示了在非均匀照射下随机性效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量。 有效剂量也表示了为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之
10、和：,组织权重因子（tissue weighting factor, WT),定义： WT代表组织T接受的照射所导致的随机效应的危险系数与全身受到均匀照射时的总危险系数的比值。,表征组织或器官的辐射敏感性反应了在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。为辐射防护的目的，器官和组织的当量剂量所乘的因数，乘以该因数是为了考虑不同器官和组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。,组织权重因子（ICRP 60）,待积当量剂量（committed equivalent dose）,人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在50年内将要受到的累积的剂量当量。,式中：t0是摄入放射性物质的起始时刻； 是
11、在t时刻器官或组织受到的当量剂量率； 是摄入放射性物质之后经过的时间。当没 有给出积分的时间期限时，成年人50年； 儿童70年,待积当量剂量与待积有效剂量,待积有效剂量（committed effective dose）,式中：HT（）是积分到时间器官或组织T的待积 当量剂量； WT 是器官或组织T的组织权重因子。,受到辐射危害的各器官或组织的待积当量剂量HT（）经WT加权处理后的总和称为待积有效剂量E（），即,待积有效剂量可用来预计个人因摄入放射性核素后将发生随机性效应的平均几率。,HT（）与E（）的单位、名称与符号都和H、E相同。,集体当量剂量与集体有效剂量,单位：人希,集体当量剂量ST,
12、表示一组人某指定的器官或组织的当量剂量的总和。,(collective equivalent dose),一次大的放射性实践或放射性事故，会涉及许多人。因此，采用集体剂量来定量地表示这一次放射性实践或事故对该群总的危害。,式中： 是所考虑的群体中，第i组的人群中每个人 的T器官或组织平均所受到的当量剂量； Ni是第i人群组的人数。,集体有效剂量 SE(collective effective dose),受照群体每个成员的有效剂量的总和。,注意：时间、人群,单位：人希,式中： 是第I组人群接受的平均有效剂量。,第二节 辐射对人体的危害,辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应。效应的性质和程度
13、主要决定于人体组织吸收的辐射能量。从生物体吸收辐射能量到生物效应的发生，乃至机体损伤或死亡，要经历许多性质不同的变化，以及机体组织、器官、系统及其相互关系的变化，过程十分复杂。,目的：在分子水平上，了解辐射损伤的机理。基础：电离和激发，改变原子或分子的状态，从 而导致细胞功能或遗传结构的变化。辐射的生物效应的特点 ：（1）很低的吸收能量就能引起高的生物效应；（2）短暂作用引起长期效应。,辐射的初始作用,辐射的作用过程,物理因素总结（1）辐射类型 外照射: gba (危害程度) 内照射 : abg (危害程度)（2）剂量率、受照时间间隔 剂量率 生物效应 时间间隔 生物效应 ,影响辐射生物学作用
14、的因素,（3）照射部位与面积 不同部位 不同的敏感度 面积 生物效应 （4）几何条件 不同的几何条件 不同的生物效应,生物因素,（1）不同生物种系对辐射的敏感性不同,胚胎不同发育阶段，2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率,（2）不同年龄对辐射的敏感性不同,（3）不同组织或器官对辐射的敏感性不同,高度敏感: 淋巴组织、 胸腺、骨髓、性腺、胚胎 肠胃上皮 中度敏感: 感觉器官、内皮细胞、皮肤上皮、 唾液腺、肾、肝等 轻度敏感: 中枢神经系统、内分泌腺、心脏 不敏感: 肌肉组织、软骨组织、结缔组织,躯体效应（somatic effects）定义：发生在受照者本人身上的效应。,（1）依据效应发生的个
15、体,遗传效应（hereditary effects）定义：发生在受照者后代身上的效应。,电离辐射所致生物效应的分类,剂量与效应的关系,关于遗传效应,遗传效应是由生殖细胞的变异引起的。,辐射照射引起的遗传效应没有特异性。,迄今没有人类资料肯定辐射所致遗传效应的发生。,电离辐射所致生物效应的分类,（2）依据效应发生的时期,潜伏期（latent period): 从受到照射到临床上特定效应的发生所需的时间。,早期效应（early effects）受到照射后数周之内发生的效应。,晚发效应（Late effects）受到照射后数月以后发生的效应。,日本东海村核燃料加工厂核临界事故（99.09.30上午）
16、根据推算，铀的临界量为2.4kg，而这名工作人员却将16kg的铀硝酸 盐溶液一下子都倒入沉淀池中， 于是即引发了链式核裂变反应， 在瞬间三人都看见了 “兰色的 闪光”辐射射监测报警器立即 呜响，临界事故已发生。,S氏（610Gy）20分钟后感觉麻木、呕吐、腹泻，在210天后死亡。,O氏（1623Gy），意识丧失、呕吐、腹泻、淋巴细胞数，事故82天后死亡。,事故发生时的位置图,关于早期效应,关于晚期效应的潜伏期,日本原爆受害者肿瘤发生率随时间的变化,0,10年,20年,30年,40年,白血病,白血病之外的肿瘤,2年,电离辐射所致生物效应的分类,确定性效应（deterministic effects）,随机性效应(stochastic effects),（3）依据效应-剂量关系分类,有剂量阈值,无剂量阈值,效应的严重程度 与剂量成正比,发生几率与剂量 成正比,严重程度与剂量无关,总结,辐射剂量学基本知识 辐射防护概念、辐射防护的任务与目的、天然辐射、人工辐射、辐射照射类型；照射量、吸收剂量、授予能、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量、待积有效剂量 辐射对人体的危害 物理因素、生物因素、随机效应、确定性效应、躯体效应、遗传效应,
