核环境监测与评价 第8章 辐射防护、核安全.ppt
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1、第8章 辐射防护、核安全和辐射环境管理,电离辐射和放射性物质的存在是环境的天然和永久性的辐射,对辐射伴有的危险不可能完全消除,可通过辐射防护和核安全原则的实施加以限制和防止。,8.1 辐射剂量与辐射防护中常用的量及其单位,辐射剂量学量:1.放射性活度A 2.照射量X 3.吸收剂量D辐射防护学量:4.与个体相关的辐射量 当量剂量H 有效剂量E,定义:一定量的某种放射性核素的放射性活度A的定义为在时间间隔dt内这些数量的核素中发生自发核转变的期望数d,即:,.,1 放射性活度A,单位体积的气态或液态物质中所含某种放射性核素的活度称为放射性(活度)浓度CA(Bqm-3,BqL-1);单位质量的生物物
2、质或固体物质中所含某种核素的活度称为放射性比活度A(Bqg-1)。,(历史上曾用单位:居里,1 Ci 3.71010 Bq),放射性活度SI单位:Bq,1Bq1 s-1,.,2.照射量X,X、射线,在空气中,单位体积元内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,定义:,历史上曾用单位:伦琴,1R=2.5810-4库仑/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。
3、,电离辐射授与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,3.吸收剂量D,定义:,(历史上曾用单位:拉德,1rad0.01Gy),单位:戈瑞,1Gy1J/kg,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,式中:,WR辐射权重因子;DT,R器官、组织的平均剂量,(历史上曾用单位:雷姆rem,1rem0.01Sv),4.与个体相关的辐射防护量,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,(1)当量剂量HT,R,单位:希沃特,1Sv1J/kg,辐射权重因子 WR,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的相对危害效
4、应。,(2)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。,历史上曾使用过的单位:雷姆,rem 1Sv 100rem,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。有效剂量也可表示为身体各器官或组织的双叠加权的吸收剂量之和:,意义:评价随机效应的危险度,使辐射防护走向定量化。,SI单位:希沃特,Sv 1Sv1J/kg,组织权重因子WT(tissue weighting factor),为辐射防护的目的,器官和组织的当量
5、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WT,概念理解,当量剂量 针对某个器官或组织,是平均值;有效剂量 针对全身而言,取平均值。辐射权重因子 描述了辐射类型、能量的不同对生物效应的影响;组织权重因子 则描述了不同器官、组织对全身总危害的贡献。,8.2 辐射防护的生物学基础,1)生物效应产生的过程和机理,a.电离辐射致DNA的损伤,电离辐射损伤DNA途径:直接作用 指射线直接作用于DNA分子,通过电离和激发使DNA受到损伤。间接作用 指射线与DNA周围其它原子或分子特别是水分子作用,产生具有很高活性的自由基(如OH,H和eaq-)进而损
6、伤DNA。,DNA的双螺旋模型,DNA双螺旋缠绕在组蛋白珠外形成核小体,核小体自身堆积成纤维,纤维折叠起来并卷曲成不规则的螺旋状,形成染色体。,DNA链断裂单链断裂(SSB)双链断裂(DSB)DNA交联 DNA链交联 DNA-蛋白质交联,b.电离辐射致DNA分子的变化,DNA链断裂(DNA strand break)单链断裂(single strand break,SSB):DNA双螺旋结构中一条链断裂 双链断裂(double strand break,DSB):DNA双螺旋结构中两条互补链于同一对应处或相邻处同时断裂,单链断裂,双链断裂,DNA交联(DNA cross-linking),交联
7、种类1、链间交联:DNA双螺旋结构中,一条链上的碱基与其互补链上的碱基以共价键结合。2、链内交联:DNA分子同一条链上的两个碱基相互以共价键结合3、DNA蛋白质交联(DNA-protein cross-linking,DPC):DNA与蛋白质以共价键结合,DNA损伤的生物学意义,1、点突变(point mutation)1)碱基置换:转换(transition):相同碱基间互换 颠换(transversion):不同碱基间互换2)碱基缺失(base deletion)3)移码突变(frame-shift mutation)转录和翻译后形成功能异常的蛋白质和酶,引起细胞突变或癌变。,2、DNA链
8、断裂(DNA strand break)SSB,原核生物:致死性的,真核生物:修复,DSB:细胞可通过重组修复,但染色体畸变率高,可导致细胞死亡。,3、DNA交联 妨碍DNA半保留复制时复制叉的形成及复制的进行,干扰转录时RNA聚合酶的结合和正常mRNA的生成,对基因的正常表达和调控带来严重的后果。DNA修复 无错修复(error-free repair):有利于细胞恢复正常机能。易错修复(error-prone repair):导致基因突变。,2)辐射对人体的作用 辐射效应,随机性效应和确定性效应 躯体效应和遗传效应,按效应发生的个体:,按剂量-效应关系:,电离辐射对人体引起的效应按其进展程
9、度可用不同的术语加以定义。“变化”:是指照射后出现对机体有害或无害的形态与功能变化;“损伤”:表示辐射已引起一定程度的有害变化,但对受照个人还不一定达到有害的程度;“损害”:表示临床可查的有害效应,其中表现于受照者本人的称为躯体效应,表现于受照后代的称为遗传效应;“危害”:同时反映损害的发生概率、严重程度及从照射到损害显现之间的延迟时间;“危险”:是指有害健康效应的发生概率。,辐射效应的分类,按效应发生的个体,按效应表现情况,按剂量-效应关系,大剂量照射的,遗传效应,确定性效应,随机性效应,躯体效应,急性效应急性放射病,受照射远期发生的效应,白血病 癌症 白内障 不育,特殊的躯体效应宫内受照后
10、 胚胎和胎儿的效应:致死性效应 先天性畸形 生长发育缺陷 远期恶性疾病的诱发,基因突变发生在生殖细胞:,遗传性疾病,先天性畸形,生长发育障碍,随机性效应和确定性效应,确定性效应(Deterministic effect):是指辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阈值,在阈值以下不会见到有害效应,如放射性皮肤损伤、生育障碍。,辐射效应按剂量效应关系 分类 随机性效应和确定性效应。,随机性效应(Stochastic effect):是指辐射效应的发生几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应,不存在剂量的阈值。主要指致癌效应和遗传效应。,随机性效应,(1)发生概率与剂量有关
11、(2)严重程度与剂量无关(3)线性比例、无阈,A.随机效应特点:,直线的斜率也称危险度系数,表示发生严重疾病几率的大小。故也可以用危险度来描写随机性效应。,确定性效应,(1)有阈(2)严重程度与剂量有关,B.确定性效应特点:,确定性效应与随机性效应,剂量,剂量,几率,严重程度,阈值,随机性效应,确定性效应,?,(简化模型),辐射的人体效应,眼晶体的辐射效应,胚胎的辐射效应,性腺的辐射效应,血液的辐射效应,遗传效应,致癌效应,确定性效应,随机性效应,急性放射病,皮肤的辐射效应,一些确定性效应阈值,(1)胚胎和胎儿的辐射效应,植入前期(08天)主要器官发生时期(960天)胎儿发育时期(60270天
12、),自受精卵至孕龄8周前称为胚胎,8周以后称 为胎儿。,孕体发育:,胚胎不同发育阶段,2Gy X射线照射下死胎或畸形的发生率,不同生物种系对辐射的敏感性不同,(2)辐射的敏感性,LD5:半数致死剂量,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,不同组织和器官对辐射致癌作用的敏感性,1.初期反应期:乏力、恶心、呕吐、白细胞数;,骨髓型急性放射病病程,2.假愈期:症状消失、脱发;,3.极期:这是关键病期,造血功能严重障碍
13、、感 染、体温、出血、消化道症状;,4.恢复期:造血功能恢复,受照后4周造血功能 开始再生。,原则上说,造血型急性放射病经适当抢救和治疗,都是可以治愈的。,不同剂量对人体损伤的估计,白血病:1013年;,(3)辐射致癌的潜伏期,甲状腺癌:20年;,乳腺癌:23年;,一般潜伏期取25年。,辐射剂量:剂量效应关系中的决定因素。,射线对人体的作用,根据目前的认识,大致可分为两类:有益的:人类生存条件之一,天然辐射提高免疫力、刺激作用。有害的:大剂量照射时,可能得各种放射病。小剂量照射时,有三个大家关心的问题:遗传、致癌、寿命。根据目前所掌握的知识来看,这些影响可忽略,可被接受。射线对人体作用时,有三
14、种生化指标可能会发生变化:白血球、血小板、染色体。,小剂量照射,天然辐射人类生存条件之一,在正常天然本底范围内未发现有害效应(2.4mSv/年)高本底地区的流行病研究近年来许多实验研究结果证明:从寿命、躯体效应等方面论证了低剂量辐射可能是无害的刺激效应:刺激细胞功能,使机体自然防御适应功能提高,集体免疫力增强抑瘤效应:抑制移植肿瘤的生长和转移等,8.3 辐射防护和核安全体系,国家级防护组织最早出现在1913年。后来在1928年的第二次国际放射学大会上决定成立国际放射防护委员会,当时的名称叫:“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(Inte
15、rnational Commission on Radiological Protection简称 ICRP)”。已有80年历史的ICRP所发表的关于放射防护的基本建议书,历来是有关国际组织(如IAEA、WHO等)和世界各国制定放射防护基本标准的依据和指南。,国际背景,1957年成立 目的:促进原子能对世界和平繁荣的贡献;确保联合国的援助不用于军事目的。出版物:安全系列丛书,包括安全标准、安全指导等。,国际原子能组织(International Atomic Energy Agency,IAEA),ICRP第60号出版物(已更新ICRP第103号2007年)辐射防护概念和体系发生根本性变化 1
16、996年6个国际组织(联合国粮农组织、国际原子能机构、国际劳工组织、经济合作与发展组织核能机构、泛美卫生组织和世界卫生组织)批准并联合发布了国际电离辐射防护与辐射源安全基本标准,大家常简称为IBSS。,国内情况,GB 4792-1984,GB 8703-1988,GB 18871-2002,放射卫生防护基本标准,辐射防护规定,电离辐射防护与辐射源安全基本标准,防护状况不容乐观:,职业照射水平概况 以1999年我国的放射性职业照射为例进行分析。,(NR15)年有效剂量超过15mSv的人员数占总人数的份数,表 不同国家核燃料循环系统职业人员受照情况比较,表 不同国家医用辐射职业人员受照情况比较,辐
17、射事故概况,表 我国不同时期放射事故按类型的分布,表 1988-1998 年放射事故行业分布,表注:括号中的数字表示该项目所涉及的事故起数,根据来源不同辐射照射类型分天然照射和人工照射两类;针对不同照射对象又分为职业照射、医疗照射或公众照射,核设施正常运行中产生的辐射照射包括正常照射和潜在照射。核设施发生事故对工作人员和公众造成的辐射称应急照射;正常情况下环境放射性对公众造成的长期照射称为慢性照射。,1)辐射照射类型,辐射防护的主要目的是在保证不对伴随辐射照射的有益实践造成过度限制的情况下为人类提供合适的保护。具体来讲,就是要防止有害的确定性效应,并限制随机性效应的发生率,使之达到被认为可以接
18、受的水平。,2)辐射防护的目的,3)辐射防护的基本任务,既要保护环境,保障从事辐射工作人员和公众成员,以及他们的后代的安全和健康,又要允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动;提高辐射防护措施的效益,以促进核科学技术、核能和其它辐射应用事业的发展。,实践:有些人类活动因引入新的照射源、照射途径和受照个人而增加了总的辐射照射,有些则因改变了现有源对人的照射途径和网络而增加了个人的照射剂量或受照人数,这些活动称为实践。,4)实践的辐射防护体系,实践活动 a)辐射源的生产和医学、工业、农业、教育研究领域中涉及或可能涉及辐射或放射性物质照射的任何活动;b)核能生产和核燃料循环;c)审管部门规定需加以控制
19、的天然源照射的实践和其他实践;,实践中源指的是照射的来源,包括可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起电离辐射照射的一切物质或装置,既可以是天然的,也可以是人工的。,a)放射性物质和载有放射性物质或产生辐射的器件,包括含放射性物质消费品、密封源、非密封源和辐射发生器;b)拥有放射性物质的装置、设施,包括辐照装置、放射性矿石的开采或选冶设施、放射性物质加工设施、核设施和放射性废物管理设施;c)审管部门规定的其他源。,干预:有些人类活动有意识地通过移去已经存在的照射源,改变照射途径,或减少受照人数,影响既存的网络形式,达到降低总的辐射照射的目的,这类人类活动称为干预。干预的辐射防护体系涉及的照射
20、类型:要求采取防护行动予以减少或防止的的应急照射和要求采取补救行动予以减少或防止的慢性照射。,5)干预的辐射防护体系,应采取行动加以干预的应急照射情况包括:a.事故和已执行应急计划或应急程序的应急情况;b.审管机构认为正当干预的任何其它暂时性照射情况。要求采取补救行动的慢性照射情况包括:a.天然照射,如居室和工作场所中氡的照射;b.以往事件中产生的放射性残留物的照射;不受辐射防护体系约束的实践和源产生的放射性残留物的照射。c.审管机构认为正当干预的任何其它慢性照射情况。,天然辐射是人类照射的主要来源,但是这类照射是不可避免的,它被排除在辐射防护和辐射环境管理控制体系之外。某些实践相应的照射剂量
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- 核环境监测与评价 第8章 辐射防护、核安全 环境监测 评价 辐射 防护 安全
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