放射性生物效应辐射防护.ppt
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1、放射性,生物效应 辐射防护,一、基本知识二、生物效应三、辐射防护四、辐射事故,一、放射性基本知识,1、什么是放射性?1896年,贝可勒尔(H.Becquerel)在研究铀矿物的荧光现象时,发现铀矿物能发射出穿透力很强的不可见射线。它能使附近的照相底片感光。这一发现改变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此,自然科学从原子时代进入了原子核时代。,一、放射性基本知识,1896年,法国物理学家贝克勒尔(1852-1908)发现只要有铀元素存在,就有贯穿辐射产生证明发射这种射线是铀原子自身的作用。放射性的发现,引起人们对原子核内部的研究的深入。“进入原子内部”和“分裂原子”成为世纪之交时期科学领域
2、中最振奋人心的口号。,一、放射性基本知识,1、什么是放射性?放射性是自然界存在的一种自然现象,来自于原子核。大多数物质的原子核是稳定不变的,少数原子核不稳定。不稳定的原子核会自发的向稳定的状态变化(衰变),同时会发射各种各样的射线,这种现象就是“放射性”。,一、放射性基本知识,2、什么是电离辐射?原子由于失去电子或获得电子而成为离子的过程称为电离。在辐射防护领域,电离辐射是指能在生物物质中产生离子对的辐射,包括由直接或间接电离粒子或由两者混合组成的任何辐射。直接电离粒子本身带有电荷,例如电子、粒子、射线、质子等;间接电离粒子是指非带电粒子,例如光子、中子等。,一、放射性基本知识,辐射:包括电离
3、辐射(放射性辐射)和非电离辐射(电磁辐射)两类。电离辐射:指可在生物物质中产生离子对的辐射,能量较高,可使电中性的原子或分子得到或释放电子。非电离辐射:指能量以电磁波的形式通过空间传播的现象,包括可见光、紫外线、无线电波和微波辐射等。,电离辐射警告标志图:,ICP备案编号:京ICP备06025006,一、放射性基本知识,3、放射性衰变的种类在放射性的衰变中,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,分别叫做衰变、衰变和跃迁。,一、放射性基本知识,射线:是由高速运动的氦原子核(又称粒子)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
4、领小。它在空气中的射程只有几个厘米。射线:是高速运动的电子流,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。射线:是波长很短的电磁波,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。,一、放射性基本知识,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。其衰变式如下:(1.3)其中,X为母核,Y为子核,A为质量数,Z为原子序数。,一、放射性基本知识,从母核中射出的4He原子核,粒子得到大部分衰变能,238U4He+234Th,衰变,一、放射性基本知识,衰变
5、示例241Am 237Np,一、放射性基本知识,衰变原子核的衰变有三种形式。它们是衰变、衰变和电子俘获。其表达式分别为:(1.4)(1.5)(1.6)在衰变中,子核与母核的质量数相同,只是原子序数相差1。它们是相邻的同量异位素。,一、放射性基本知识,发生原因:母核中子或质子过多,质子转变成中子,并且带走一个单位的正电荷,中子转变成质子,并且带走一个单位的负电荷,衰变,一、放射性基本知识,衰变示例3H 3He,一、放射性基本知识,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。射线一般是伴随或衰变产生的,也有同核异能态的原子核向基态退激时发射射线的情形。如(1.7)原子核由
6、高能态自发地向低能态的跃迁也可以通过发射核外电子的方式来完成,这一过程叫内转换,此时不发射射线。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。,一、放射性基本知识,衰变,一、放射性基本知识,衰变特点:1、从原子核中发射出光子2、常常在 或 衰变后核子从激发态 退激时发生3、产生的射线能量不连续4、可以通过测量光子能量来鉴定核素类别,一、放射性基本知识,衰变示例3He 3He,一、放射性基本知识,常见射线的种类,一、放射性基本知识,不同射线的穿透能力,一、放射性基本知识,4、放射性活度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
7、核的衰变,又叫放射性衰变。GB4960-85:一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔内发生的核衰变数除以该时间间隔叫做放射性活度。,一、放射性基本知识,在国际单位制中,放射性的单位为贝可勒尔,简称贝可,符号Bq。1Bq等于放射性物质在1秒钟内有1个原子核发生衰变。其表达式如下:1Bq=1 次衰变/秒(1.1)居里与贝可的关系如下:1Ci=3.71010 Bq(1.2),一、放射性基本知识,居里的单位太大,实际工作中常用毫居(mCi),微居(Ci),纳居(nCi),皮居(pCi)。国际单位:贝可,符号为Bq,1贝可定义为放射性核素每秒钟发生1次衰变。贝可的单位较小,通常用kBq(103Bq),M
8、Bq(106Bq),GBq(109Bq),TBq(1012Bq)等。,一、放射性基本知识,5、放射性核素的衰变常数放射性核素在单位时间内发生衰变的几率叫做该核素的衰变常数,符号为;它的单位为1/秒。显然,的大小决定了放射性核素衰变的快慢。它只与核素的种类有关。因此,它是放射性原子核的特征量;也就是说,它是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。,一、放射性基本知识,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,一、放射
9、性基本知识,指数衰减规律对于确定的放射性核素,可以有一种或多种衰变方式。对于具有同一种衰变方式的原子核,其衰变的时刻也是各不相同的,即它们的衰变是独立地随机发生的。很显然,原子核的衰变数量与原子核的衰变常数成正比,与t时刻的原子核数量成正比,也与时间间隔成正比;在数学上可以表示为(1.8)式中,t为时间;N是这类原子核在时刻t时的数量;为衰变常数;dt表示微小的时间间隔;dN是在dt时间间隔内发生衰变的原子核数。,一、放射性基本知识,对式(1.8)经过变换后求积分,可得:(1.9)NO为起始时刻(t=0)原子核的数量。式(1.9)表明,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
10、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。,一、放射性基本知识,半衰期根据式(1.9)不难计算,某种原子核的数量减少一半所需要的时间(1.10)T1/2就称为这种放射性核素的半衰期。,一、放射性基本知识,不同核素的半衰期可以相差很大,有的可以达到1010年以上,有的可以远小于1秒。同样可以计算,这种原子核从原来的数量到全部衰变掉,每个原子核的平均寿命(T)为(1.11)显然,某种放射性核素的平均寿命等于它的衰变常数的倒数;这从衰变常数的定义也可以直接导出。,一、放射性基本知识,N=N0e-t 由半衰期定义 t=T1/2,N=N0/2 代入计算
11、得到 T1/2=ln 2/T1/2=0.693/,和 T1/2 两者有一一对应关系 理论研究中多用衰变常数 实际应用中一般用半衰期,二、生物效应,三、辐射防护,1、人体受到照射的辐射来源,生活中的辐射来源,天然辐射,人工辐射,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 2.4 mSv/a,多为内照射(222Rn,60%),天然本底照射,三、辐射防护,2、辐射防护基本任务是: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。,三、辐射防护,3、目的是:防止有害的确定性效应,并限制随机性效应
12、的发生概率,使它们达到被认为可以接受的水平。也就是说,要将辐射对人造成的健康危害或风险限制在社会可接受的水平以下,即在不过分限制会产生或增加辐射照射的有益的人类活动的基础上,根据辐射防护的最优化原则,为人们提供必要和适当的防护,充分理解辐射效应中随机性效应与确定性效应的特点,杜绝发生使人们所受到的剂量超过确定性效应的阈值,减少随机性效应的发生,以最大限度地保证人们的辐射安全。,三、辐射防护,4、外照射的防护 对于外照射的防护可以从三方面入手:1、时间防护 2、距离防护 3、屏蔽防护,屏蔽,距离,时间,防护,三、辐射防护,记住 ALARA原则 合理可行尽量低原则(As Low As Reason
13、ably Achievable)限制靠近辐射源的时间增加与辐射源之间的距离在人与辐射源之间安装屏蔽防护,三、辐射防护,时间防护:在剂量率均匀的情况下,人所受到的剂量与照射时间成正比,照射时间越长,所接受的剂量越大。剂量 剂量率 时间,三、辐射防护,因此,为了减少照射的剂量,就可以缩短照射时间,尽量减少在放射源附近停留的时间。,三、辐射防护,这要求我们在从事放射性工作时,要操作熟练,动作迅速,必要时可进行一些空白操作训练来提高熟练程度,这样在正式操作时可以减少受照时间,如果一个人操作超过剂量限值,就可以数人操作,使每个人所受的剂量减少。,三、辐射防护,距离防护:对于点状放射源,在空间某处的强度与
14、到源的距离的平方成反比。D A/R2,三、辐射防护,距离增加一倍其照射的强度就减少到1/4,距放射源越远,受照剂量就越小。因此,在做放射性操作时,尽可能离放射源远一点,这就是距离防护。为了实现距离防护,人们借助于机械手或长柄钳等来增加人与放射源之间的距离,或者用自动,半自动化方法进行操作。,三、辐射防护,屏蔽防护:“时间防护”与“距离防护”是既经济又简便易行,但实际工作中往往单靠这两种办法还是不行的。,三、辐射防护,屏蔽防护:因此必须考虑“屏蔽防护”,就是在人与放射源之间放置屏蔽物,以达到减弱射线强度的目的。,三、辐射防护,对外照射的防护“时间防护”与“距离防护”对不同的射线都一样可用,而“屏
15、蔽防护”对不同的射线考虑是完全不同的。对于射线由于其射程短,连人的皮肤也穿透不过,一般可以不考虑射线的外照射防护。对中子我们接触很少,所以,我们主要考虑的是X射线、射线和射线的防护问题。,三、辐射防护,经过下述屏蔽物,可以将137Cs 的辐射剂量率降低10%左右:2.2 cm 铅,或 5.4 cm 钢,或 16 cm 混凝土。,防护窗,防护门,防护服,三、辐射防护,不同射线屏蔽材料的选择 射线:由于 射线的射程非常短,即使能量比较高的 射线,一张纸也能将它完全挡住,因此,射线外照射一般不会对人类造成危害;但进入人体组织和器官时,其能量将全部被组织和器官所吸收,所以,要特别重视防止 射线的内照射
16、。,三、辐射防护,射线:射线与物质相互作用时,一部分能量会以X射线(轫致辐射)的形式辐射出来,所产生的轫致辐射的强度既与物质的原子序数Z的平方成正比,还与 射线的能量成正比。如:能量为 1 MeV的 射线在铅(Z82)中有3的能量转化为轫致辐射(X射线),而在铝(Z13)中只有0.4%的能量转化为轫致辐射。,三、辐射防护,X射线的屏蔽要比 射线本身的屏蔽困难得多,所以,对 射线的屏蔽,一般要选用原子序数较低得物质,如有机玻璃和铝等,以减少轫致辐射产生的份额;但对活度和能量较高的 源,最好在轻材料屏蔽后面,再添加适当厚度的重物质屏蔽材料,以屏蔽轫致辐射。,三、辐射防护,X射线和 射线:他们与物质
17、相互作用时,主要的三种形式是光电效应、康普顿散射和电子对产生,光电效应发生几率与物质的原子序数Z的4次方成正比,康普顿散射与Z/A成正比,电子对产生与Z的平方成正比,因此,X射线和 射线的屏蔽,要选择原子序数高的重物质为好,如铅和含铅的玻璃是目前较普遍采用的屏蔽材料。,三、辐射防护,中子:中子与物质相互作用的过程较为复杂,主要有散射和吸收两种;并且发生作用的方式与中子的能量有关。一般将中子分为慢中子(小于5 keV,其中能量为0.25 eV的称为热中子)、中能中子(5100 keV)和快中子(0.1500MeV)三种。,三、辐射防护,在实际工作中,多数遇到的是快中子,快中子与轻物质发生作用时,
18、损失的能量比重物质要多的多,如快中子与氢核碰撞时交给反冲质子的能量可达中子能量的一半。因此,含氢多的物质,如水和石蜡等,是屏蔽中子的最好材料。,三、辐射防护,5、内照射放射性核素进入人体体内的途径:(1)吸入(2)食入(3)皮肤和伤口,三、辐射防护,5、内照射的辐射防护放射性核素进入人体体内的途径:(1)吸入,直接吸入空气中污染物;(2)食入,食道进入;(3)皮肤和伤口,通过皮肤或通过污染的伤口进入。,三、辐射防护,个人防护措施有:a)在操作放射性物质之前应做好准备工作。b)进入放射性场所时要正确使用外防护用品,佩戴个人剂量计。c)禁止在放射性工作场所吸烟、饮水和进食。d)保持室内清洁。如用吸
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