电离辐射防护与安全培训基础知识.ppt

放射性基础知识,山东城市建设职业学院 张文革 2016. 11 济南,辐射安全与防护初级培训,1,主要内容,放射性基础知识 辐射防护中常用的量 放射源、射线装置的医学应用,2,1、什么是辐射？ 辐射是指以波或高速粒子的形式向周围空间或物质发射并在其中传播的能量的统称。 如声辐射、热辐射、电磁辐射、粒子辐射等。,第一部分 放射性基础知识,3,电离辐射：任何具有足够能量的粒子或射线，与原子或分子中的电子相互作用，使电子获得足够的能量从原子或分子中脱离出来，称为电离辐射。 非电离辐射： 辐射能量较低，照射到物体上 时无法使物质发生电离的辐射。,2、什么是电离辐射？,4,5,电磁波谱 12eV,6,（1）来自天然辐射源 宇宙辐射：来自地球之外，如宇宙射线、宇生核素C-14、H-3等； 地面辐射：来自地壳中的天然放射性核素，如U-235、Tu-232、K-40、Rn-222等； 食品和饮料中的放射性：主要是K-40。,7,3、电离辐射的主要来源 —— 天然源和人工源,（2）来自人工辐射源 ① 放射性物质——即放射源 放射性物质的原子核处于不稳定状态，其结构会经历自发的改变，使原子核恢复到更稳定的状态，即衰变。 衰变过程中发射出的粒子和射线，这些辐射属于电离辐射。最常见的有α粒子、 β粒子和γ射线。,3、电离辐射的主要来源 —— 天然源和人工源,8,② 射线装置,9,射线装置通常是指在接通电源后能够产生X射线或电子流、质子流等的人造装置。 射线装置包括X线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置。 射线装置只有在工作时才会发出射线，是防护的重点。,利用高速的带电粒子轰击某些高原子序数靶而急速放缓时产生X射线的装置。 X线机的核心部分是X线管。 电子由加热的金属丝产生； 高压电场用来加速电子高速靶物质一般选择钨、钼、铅,X射线发生器,10, X射线输出剂量正比于X射线管的电流乘以曝光时间mA·s,裂变：在核反应堆中发生的重核分裂成较小核子的过程，裂变产物往往都具有放射性。如：I-131、Mo-99、Cs-137等。 核反应堆：就是中子源，如Co-59生产Co-60； 核反应堆的结构材料的感生放射性等。 离子轰击：被高能量的带电粒子轰击后的靶材料， 如F-18的制备。,11,188O + 11P 189F + 10n,,③ 核反应,4.1 原子—— 组成元素的基本单位 所有的物质都是由分子构成的 分子是由原子构成的 原子是由原子核和电子构成的 原子核由质子和中子构成的。,4、物质结构,12,电子：带有一个单位的负电荷， 电子位于围绕原子核的轨道上 e = -1.6×10-19C me= 9.1×10-31kg 质子：带有一个单位的正电荷， e= +1.6×10-19C mp=1.6726×10-27kg 中子：是不带电的中性粒子 mn=1.6749×10-27kg,当获得或释放能量的时候，改变运转轨道,13,不影响原子的化学性质； 影响原子核的稳定性,原子的半径：R约为10-10m 原子核的半径：约为10-14～10-15m 原子质量单位u：1u=12C原子质量×1/12 =1.66×10-27kg 原子核的密度 2.84×108t/cm3 即在每立方厘米体积中有近3亿吨的物质,14,15,4.2 放射性核素,核素：是指在其原子核内具有一定数目的质子和中子以及特定能态的一种原子核或原子。 核素的符号表示：,质子数 中子数 能 态,在实际应用中，有时只标记核素的质量数，如14C、C-14、碳-14。,16,4.2 放射性核素,核素的分类：根据原子核的稳定性，核素分为稳定的核素和不稳定的放射性核素。 放射性核素: 是一类不稳定的核素，能自发地发生衰变，同时放射出射线，通过衰变形成稳定的核素。绝大多数为人工放射性核素。,17,原子核的稳定性,原子核的稳定性与核内质子数和中子数的比例有关。 轻元素Z83：稳定核素少 偶偶核最稳定，奇奇核最不稳定 随着核内质子数和中子数的增加表现出周期性变化。 当质子数或中子数为2、8、20、28、50、82、126时特别稳定。 Z为43、61及 Z>83的元素没有稳定核素。,18,4.3 同核异能素 激发态原子核称为基态原子核的同核异能素, 它们的A和Z均相同只是核能量状态不同。 99mTc表示该核素的原子核处于激发态。 如99mTc称为99Tc的同核异能素。 注意： 99Tc和99mTc是两种独立的核素。,19,20,同位素是质子数相同但中子数不同的某种元素的各种核素。 同位素的化学性质相同，但放射性质可能不同。 自然界中许多元素具有同位素 天然存在的氢同位素有3种： 1H(氕99.985％)、2H(氘0.015％)、 3H(氚）,4.4 同位素,21,关于氚,元素氢的一种放射性同位素，半衰期为12.5年，发射β射线而衰变成氦3 ，能量为0.019MeV，大量吸入氚会对人体有害 。 在自然界中存在极微，从核反应制得 。,22,5.1 放射性的发现 伦琴发现X射线——1895年 贝克勒尔发现放射性——1896年 居里夫妇发现新的放射性元素 1934年，法国核物理学家约里奥- 居里夫妇首次发现人工放射性同位素,5. 关于放射性,23,放射性是指原子核自发地放射出射线的现象。 这些原子核处于不稳定状态，自发地放出由粒子或光子组成的射线，并辐射出原子核里的过剩能量，最常见的射线有α、β、γ射线，其他可能还包括正电子、X射线、中子射线等。,5.2 什么是放射性,24,6.1 α射线 α射线：是由α粒子组成的粒子流，α粒子由2个质子和2个中子组成。出射速度约为光速的1％～10％， 它的电离作用大，贯穿本领小，它在空气中的射程只有几个厘米。,6. 常见电离辐射的特征,25,3.5MeV，产生10万离子对，路径2个厘米近乎一条直线,,α粒子,26,α射线：可以被我们的皮肤屏蔽； 它只有在我们体内时才是有害的。,27,β射线：是由β粒子组成的粒子流，本质上与电子相同，是原子核中的一个中子转变成一个质子和一个电子时产生的。质子保留在原子核内，电子则以β粒子形式被发射出。 电离作用较小，穿透能力较大。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。,6.2 β射线,28,,β粒子,29,β射线：能够穿透皮肤； 可以损害皮肤和眼睛。,70keV 1MeV 5mm,30,β+射线：是由正电子组成的粒子流，是原子核中的一个质子转变成一个中子和一个正电子时产生的。中子保留在原子核内，正电子则被高速释放出来。 正电子在很多方面都与β粒子相似，它们的主要差别在于所带电荷的正负性。,β+射线（正电子）,31,γ射线：是一种从原子核发射出来的电磁辐射，与光速相同，没有质量，不带电。 它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。,6.3 γ射线,32,,γ,γ射线,33,X射线：产生于原子核外电子轨道的跃迁，类似于γ射线，也是一种既无质量也不带电的电磁辐射。 它的电离作用小，贯穿本领很大，能穿透几十厘米厚的钢板。它在空气中的射程通常为几百米。 X射线可以由一些衰变过程产生，但更多是由X线机或加速器人工产生。 硬X射线：λ在0.1~1Å，用于放疗，DSA，拍片等 软X射线：λ在1~10Å，用于乳腺等。,6.4 X射线,34,γ射线和X射线: 能够穿透你的身体并在深部产生剂量,自然存在于 土壤和宇宙 辐射中,被密实的屏蔽 或大量普通物 质屏蔽,医疗、 工业、 放射源,铅、铀,35,中子射线：存在于原子核内，不带电，比质子略重。中子辐射通常与核反应堆的产物或人工生产的中子源有关。 中子辐射很少与核素的放射性衰变有关。锎-252 中子具有高度穿透性。,6.5 中子射线,γ射线 X射线,36,,中子射线,37,,中子：穿透力很强； 因此可以影响所有器官,38,内照射的危害： 外照射的危害：,α射线 > β射线 > γ射线 > 中子射线,中子射线 > γ射线 > β射线 > α射线,39,常见射线的性质,40,不同射线的穿透能力,α、β、γ射线穿透人体皮肤情况,7.1 放射性衰变 原子核结构发生自发地改变使其更加稳定的过程。衰变过程中产生带电粒子和射线。 每一种特定核素的衰变方式是不一样的，表现在产生的粒子不同和射线能量不同。,7. 放射性衰变,23892U 23490Th钍＋42He,,23490Th 23491Pa镤＋ e,,43,α衰变：放射性核素的原子核放射出α粒子而 变为另一种核素的原子核的过程称为α衰变。 α粒子能量在4 ~ 8MeV； 通常是由某些重核元素如铀、镭等发射的。 4.78MeV、 4.60MeV /0.186MeV,22688Ra 22286Rn＋42 He＋Q,,,22688Ra,,,,,,22286Rn,基态,激发态,94.6%,5.4% α,γ,7.2 放射性衰变的类型,44,,α衰变模式示意图,45,放射性核素的原子核内有一个中子转变为质子放射出β粒子的过程称为β衰变。 β粒子能量连续分布直至最大值，最大值取决于特定的放射性核素；如：32P ，0 ~ 1.71MeV，平均0.70MeV。 β-衰变发生在富中子核内。,3215P 3216S＋β-,,β衰变,46,β衰变模式示意图,47,,,,,,,,,60Co,γ 1.17 MeV,γ 1.33 MeV,60Ni,β0.314 MeV(99.95%),β1.48Mev(0.05%),T1/2=5.27a,60Ni**,60Ni*,钴-60（Co）的衰变,48,,γ衰变是放射性核素的原子核释放过剩能量，从而变得更加稳定的一种方式。 通常发生在α衰变或β衰变之后 只释放能量不发射粒子，能量在MeV。 140keV,9942Mo 99m43Tc＋β- 9943Tc ＋γ,,γ衰变,,49,,光量子,γ衰变模式示意图,50,放射性核素的原子核内有一个质子转变为中子放射出正电子的过程称为β+衰变。 发射的正电子能量连续分布；如：18F，0 ~ 0.633MeV。 β+衰变通常只发生在质子过剩的原子核内。,正电子辐射（β+衰变）,51,189F 188O＋β+,,放射性衰变模式的总结,52,衰变规律：母体原子核的数目随时间呈指数规律减少，遵循明确的统计规律。 N = N0e-λt 衰变常数λ：表示单位时间内每个原子发生衰变的概率 λ对于某一放射性核素是固定不变的。,7.3 放射性衰变规律,53,定义：放射性母体原子核数目衰减至原来数目的一半所需要的时间。 物理意义：表示核衰变快慢的物理量。 每一放射性核素都有唯一的、固定的半衰期。 T½与λ的换算关系： λ= ln2 / T½ = 0.693／T½,半衰期T½,,54,定义：指放射性物质在单位时间内发生衰变的 次数（或原子核个数）。 物理意义：表示放射性物质的放射性的强弱。 单位： 贝克 1Bq表示每秒内发生一次核衰变 居里 1g镭-226每秒发生衰变的原子数 1Ci = 3.7×1010 Bq（37GBq）,7.4 放射性活度A,55,放射性活度随时间的延长呈指数规律减弱. 计算公式： A=A0e-λt （1） A0：表示在t=0时的放射性活度. A=A0/2n （2） 其中：n为半衰期数,,,放射性活度的计算,56,例：Cs-137源在1973年1月1日活度为800MBq，计算在2030年7月1日的活度为多少？ 方法1： A = A0e-λt = 800×e-0.023×57.5 = 800×e-1.32 = 800×0.267 = 214MBq 方法2： A = A0/2n = 800/21.91 = 800/3.76 = 213MBq,57,定义：指某一放射性核素在单位质量或单位体积 的放射性活度。 物理意义：说明放射性物质的相对危险性。 如果物质的比活度高，即便质量或体积很小，也可能是危险源 单位： Bq·kg-1或者Bq·m-3 有关计算： SA = λ · N = λ · 6.03×1023 /A = 0.693×6.03×1023 /（T1/2×A）,7.5 放射性比活度SA,58,只要已知放射性核素的SA，就可以计算出放射源中该放射性核素的克数： 放射性核素的克数 = 活度 / 放射性比活度 例：试计算硫-35的放射性比活度？1GBg的辐射源中 有多少克硫-35？ 查表得半衰期为87.2d SA=1.59× 1015 Bg·g-1 克数=63μg,7.5 放射性比活度SA,59,1. 辐射剂量的限值 《电离辐射防护与辐射源安全基本安全标准》 GB 18871-2002 2003年4月1日实施 国家环保总局、卫生部、国防科工委 联合制定,第二部分 辐射防护中常用的量,60,当量剂量与有效剂量限值,61,一方面：为了确定照射引起的潜在危害，需要对辐射场进行测量。 另一方面：为了研究辐射引起的剂量效应，需要对辐射剂量进行测量。 ICRU：国际辐射单位和测量委员会负责制定准确的定义和换算因子并推广使用。,2、常用的辐射量和剂量,62,辐射量：描述辐射场（射线和粒子）以及由此产生的 电离的量。 （1）能量：产生电离辐射的射线能量用电子伏表示。 1eV= 1.6×10-19J keV MeV （2）注量Ф：指穿过单位面积上的离子数或光子数。 单位：m-2。 描述任何类型射线组成的辐射场。,常用的辐射量和剂量（续）,63,定义：X或γ射线与空气相互作用使空气电离后在单位质量的空气中所产生的同种电荷的总电荷量。 物理意义：描述X射线和γ射线辐射场的量。空气 表达式：X = dQ / dm 单位： 国际单位：C/kg 专用单位：伦琴 R 1R=2.58×10-4 C/kg,（3）照射量X,64,定义：指不带电的粒子，如X、γ射线或中子在单位质量的吸收介质中释放出的动能。当吸收介质为空气时，即是空气的比释动能。 物理意义：描述任何受照介质的不带电致电离辐射的辐射场。 表达式：X = dEtr / dm 单位： 国际单位：J/kg 专用单位：戈瑞 Gy,（4）比释动能K 1962年ICRU首次提出,65,不带电离子把能量 释出的带电粒子,,剂量：用来描述辐射穿过物质时的能量沉积。 在辐射防护中所用的基本剂量学量包括： （1）吸收剂量 （2）当量剂量 表示外部贯穿辐射产生的能量沉积 （3）有效剂量 （4）待积剂量 表示内照射对组织产生的能量沉积,常用的辐射量和剂量（续）,66,定义：单位质量的受照物质所吸收的平均辐射能量。指任何类型的辐射在任何介质中的能量沉积。 物理意义：描述辐射能量的物理量。适用于任何类型的辐射与任何物质。 单位：戈瑞 1Gy = 1J/kg 1Gy = 100 rad,2.1 吸收剂量D,67,带电粒子通过电离或激发 介质,,表示特定类型的照射对器官或组织产生的生物效应 定义：辐射在器官或组织中的当量剂量定义为 H= WR· D 其中： WR -------- 辐射R的权重因子； D -------- 辐射在器官或组织内产生 的平均吸收剂量。 单位：J/kg 希沃特（Sv）,2.2 当量剂量HT,68,辐射权重因子WR,69,T,定义：器官或组织的有效剂量等于当量剂量乘以相应的组织权重因子。 E = Σ WT· HT 其中： E----- 有效剂量，单位希沃特。 WT----- 器官或组织T的组织权重因子。 HT ----- 器官或组织T的当量剂量。 单位：J/kg 希沃特（Sv）,2.3 有效剂量E,70,组织权重因子WT,增加了脑和唾液腺：0.01 其余组织有所增加：淋巴结、胆囊、前列腺、宫颈等,71,T,待积剂量：指摄入放射性物质引起的剂量。 定义：放射性物质摄入人体内后在50年内产生的累积剂量（对儿童而言，定义为到70岁时的累积剂量）。 待积吸收剂量D（50） 待积当量剂量H（50） 待积有效剂量E（50）,2.4 待积剂量—— 表示内照射剂量的时间分布,72,T,辐射量、剂量的总结,73,,X射线诊断和介入放射学,肿瘤放射治疗,临床核医学,第三部分 放射源、射线装置的医学应用,74,辐射安全与防护基础知识,山东省环保学校与培训中心 张文革 2013. 6. 3,辐射安全监督员培训,75,1、 X射线诊断中的放射危险来源 导致放射危险的来源：诊断设备中的X射线发射装置。 X射线诊断常见设备： 放射诊断用普通X线机（透视、摄影） X-CT CR、DR（数字化X射线摄影装置） DSA（数字化X射线透视装置，Ⅱ类） 牙科X射线机 乳腺X射线机,76,2、 介入放射学中的放射危险来源 导致放射危险的来源：诊断性、治疗性介入放射学成像产生电离辐射的设备。 介入放射学常用产生电离辐射的设备： X-CT DSA（数字化X射线透视装置，Ⅱ类）,77,（1）医用X射线诊断卫生防护标准 GBZ130-2013 （2）X射线计算机断层摄影放射防护要求 GBZ165-2012 （3）车载式医用X射线诊断系统的放射防护要求 GBZ264-2015 （4）医用X射线诊断受检者放射卫生防护标准 GB16348-2010,放射诊断相关标准,78,3、 肿瘤放射治疗中的放射危险来源 肿瘤放射治疗：利用射线治疗恶性肿瘤的一种方法。分为远距离放射治疗和近距离放射治疗。 肿瘤放射治疗产生射线的来源： 放射性核素：产生的α、β、γ射线 X射线治疗机： X射线 加速器：电子束、质子束、中子束以 及其他粒子束。 模拟定位机：辅助设备，X射线，Ⅲ类。,79,3、肿瘤放射治疗中的放射危险来源（续） 远距离放射治疗使用的治疗机： 钴治疗机：γ射线，密封源，Ⅰ类，活度一般 在5000~10000Ci，至少>1000Ci。 X射线治疗机：X射线，射线装置，50kV X射线接触治疗机，40~50kV X射线浅表治疗机，50~150kV X射线深部治疗机，150~300kV，Ⅱ类,80,远距离放射治疗使用的治疗机：（续） 医用加速器： 射线装置，Ⅱ类，低能：50MeV以下 电子直线加速器： （1） 50MeV以下，一般5~40MeV （2） 运行中产生的辐射：电子束；轫致辐射、中子射线；β、γ射线。,81,3、肿瘤放射治疗中的放射危险来源（续） 近距离放射治疗使用的治疗机： 后装治疗机：γ射线治疗，密封源、Ⅳ类 60Co、137Cs、192Ir。 组织植入：β、γ射线治疗，密封源、Ⅴ类 125I、103Pd钯、241Am等。 表面敷贴器：β射线治疗，密封源、 Ⅳ 类 32P、90Sr、204Tl等。,82, 放射治疗相关标准 （1）电子加速器放射治疗放射防护要求 GBZ126-2011 （2）医用X射线治疗卫生防护标准 GBZ131-2002 （3） 医用γ射束远距治疗防护与安全标准 GBZ161-2004 （4）后装γ源近距离治疗卫生防护标准 GBZ121-2002 （5）X、γ射线头部立体定向外科治疗放射卫生防护标准 GBZ168-2005 （6）低能γ射线粒子源植入治疗的放射防护与质量控制 检测规范 GBZ178-2014,83,4、 临床核医学中的放射危险来源 临床核医学：将放射性药物引入机体进行疾病 诊断和治疗。其工作场所一般为乙、丙级。 临床核医学中放射线的来源： 放射性药物：产生的α、β、γ射线等。 相关诊断设备： SPECT、PET/CT,84,4、 临床核医学中的放射危险来源 常用的放射性药物：200余种 显像类放射性核素： 99mTc、 18F等 治疗类放射性核素： 131I、 32P 等 临床核医学相关设备： SPECT ： 99mTc产生的γ射线。 PET/CT ： 18F 产生的β+射线； CT机产生的X射线； Ⅲ类 PET用小型回旋加速器。Ⅱ类,85, 核医学相关标准 （1） 临床核医学放射卫生防护标准 GBZ120-2006 （2）放射性核素敷贴治疗卫生防护标准 GBZ134-2002 （3）生产和使用放射免疫分析试剂（盒）卫生防护标准 GBZ136-2002 （4）临床核医学的患者防护与质量控制规范 GB16361-2012,86, 核医学常用的放射性核素, 核医学常用的放射性核素（续）, 核医学常用的放射性核素（续）,,谢谢！,90,