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电离辐射安全与防护基础知识 事实上 在人类身体里就可以找到天然放射性核素 我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变 诺贝尔奖获得者 西博格 勿需害怕辐射 然而必须小心 一 辐射基础知识 1 放射性的基本概念 放射性 放射性是原子核自发地放出 等各种射线的现象 能自发地放射出各种射线的核素为放射性核素 放射性物质与辐射的关系 半衰期 在放射性衰变过程中 放射性核素数量降至原来的一半时所需的时间 用T1 2表示 例如 已知Co 60的半衰期是5 6年 2008年1月1日购买的一枚Co 60源活度为10Ci 则该放射源在经过5 6年后它的活度为5Ci 常用的辐射量与单位 放射性活度 A 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度 或者叫衰变率 放射性活度的国际单位为贝可 Bq 它的定义是1Bq 1s 1 即放射源每秒产生一次衰变为1贝可 它与以前的放射性活度单位居里 Ci 的关系为 1Ci 3 7 1010Bq 吸收剂量 D 电离辐射授予单位质量物质的平均能量 它的单位为戈瑞 Gy 吸收剂量率 指单位时间 t 内的吸收剂量 国际单位为戈瑞 秒 Gy s 1Gy s 103mGy s 106 Gy s 109nGy s 当量剂量 HT ICRP 国际辐射防护委员会 在60号出版物中给出了新的辐射防护量 HT WRDTR式中 DT R是某组织或器官中的平均吸收剂量 WR是辐射权重因子 单位 希伏特 Sievert 符号Sv 下表给出了辐射权重因子的值 各种射线的辐射权重因子 WR 有效剂量 E 即原来的有效剂量当量 E WTHT式中 WT为组织T的权重因子 HT为组织或器官T的当量剂量 单位 希伏特 Sievert 符号Sv 下表给出了组织T的权重因子 组织权重因子wT 吸收剂量 D 与有效剂量 E 的换算系数 UNSCEAR 联合国原子辐射效应科学委员会 报告推荐 吸收剂量 D 与有效剂量 E 的换算系数取0 7 即有效剂量 E 吸收剂量 D 0 7Sv Gy 外照射人均年有效剂量当量按UNSCEAR 1982年报告附件B第32节中的公式计算 HE r Dr T 0 7 10 6 mSv 1 其中 HE r 辐射外照射人均年有效剂量当量 单位 mSv Dr 辐射剂量率 单位 nGy h T 年工作时间 单位 h 250天 8小时 0 7 剂量转换因子 Sv Gy 1 2 辐射 辐射是粒子 光子通过空间传播能量的方式 辐射无色 无味 看不见 摸不着 它无处不在 无时不在 辐射分类 辐射 辐射源 指可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体 例如用于食品辐照保鲜的 辐照消毒装置 用于放射诊断的X射线机 以及核电厂等 电离辐射标志与电离辐射警告标志 电离辐射标志电离辐射警告标志 原子能的大小 一座100万千瓦的火电厂 每年要烧掉约330万吨煤 而同样容量的核电站一年只用30吨燃料 秦山一期核电站300MW于1991年12月15日并网发电 辐射无时不在 无处不在 到处都有辐射 3 辐射的来源 全球平均接受的辐射剂量约2 8mSv 年 其中 1 天然辐射 约2 4mSv 年 天然辐射是人类的主要辐射来源 主要包括宇宙射线 宇生核素和原生核素 其中氡及其子体是最大的天然辐射照射 每年约1 25mSv 形式主要是内照射 4 人体受到照射的辐射来源及其水平 室内氡的来源 2 人工辐射 约0 4mSv 年 医疗辐射是最大的人工辐射来源 各种人工放射性核素中大约80 用于医学目的 另外 在人工辐射中 来自大气层核试验和切尔诺贝利事故引起的放射性沉降物约0 007mSv 年 来自核电站排放约0 002mSv 年 根据UNSCEAR2000年报告 人类生活方式对辐射水平的影响 我国1985 2000期间职业照射的个人剂量监测情况 资料来源 卫生部卫生法制与监督司 1985年至2000年全国卫生监督工作情况通报 5 电离辐射对人体的照射方式 外照射是体外辐射源对人体造成的照射 外照射主要来源于x 中子等射线 内照射是指进入体内的放射性核素对人体造成的照射 人体摄入放射性核素的途径有吸入 食入 通过皮肤 毛孔或伤口吸收进入 以及医疗诊治等 6 辐射对人体的照射途径 7 射线对人体的作用 辐射生物效应 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 白血病等 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 有三种生化指标可能会发生变化 白血球 血小板 染色体 8 放射性的危害生物的结构和功能生物体 组织 细胞 染色体 DNA 遗传信息 作用机制 细胞核内的DNA 脱氧核糖核酸 双链对放射线非常敏感 射线可直接作用于DNA双链 造成DNA的单链或双链断裂 或通过间接作用 产生自由基和过氧化物 导致细胞的损伤 单链断裂尚可修复 而双链断裂即可造成细胞失去无限增生的能力而导致细胞死亡 生物效应产生的过程和机理 个体不同发育阶段的辐射敏感性 个体出生前 辐射敏感性最强 随着个体发育过程的推进 其对辐射的敏感性会逐渐降低 个体出生后 幼年的辐射敏感性要比成年时高 而老年时由于机体各种功能的衰退 其对辐射的耐受力则又明显低于成年期 即胚胎 幼儿 儿童 成年人 老年人 确定性效应和随机性效应 确定性效应是指辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小的效应 确定性效应的发生有剂量阈值 剂量一旦大于该阈值 人体必然要产生辐射损伤 且其严重程度与剂量大小有关 确定性效应的临床表现是各种放射病乃至死亡 因此在辐射防护中必须要防止发生确定性效应 随机性效应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 随机性效应不存在剂量阈值 任何大小的辐射都可导致随机效应 随机性效应有两大类 第一类是致癌效应 第二类是遗传效应 因此应避免一切不必要的辐射照射 辐射急性全身照射可能产生的影响 常用放射性核素毒性分组表 放射性污染 放射性污染 指由于人类活动造成物料 人体 场所 环境介质表面或者内部出现超过国家标准的放射性物质或者射线 放射性废物 含有放射性核素或被放射性核素所污染 其浓度或比活度大于审管机构确定的清洁解控水平 预期不会再被利用的废弃物 GB14500 2002 放射性废物管理规定 放射性污染与非放射性污染的异同 放射性污染最主要的特点 看不见 听不到 闻不到 摸不着 感觉不到 只能依靠仪器监测到 其危害程度比非放射性污染要大 主要体现在 放射性物质的毒性大 不能自然降解 有些反而易被浓集 难以治理 持续时间长 有的半衰期同地球的寿命相当 公众心理影响较大 共同点 同其它污染物一样 放射性可以当作众多环境污染因素中的一个因子 放射性与非放射性有毒化学物质的毒性比较 总体上说 放射性要比化学物质的毒性大 一般来讲化学毒物多表现为急性 放射性的影响多表现为慢性 放射性的毒性比工业中最普通的毒物 氯气 要高出3 106 2 109倍 氰化钾 KCN 是剧毒物质 对小鼠的半致死剂量为15mg kg 体重 而Pu 239对小鼠的半致死剂量为0 82mg kg 体重 即Pu 239的毒性是氰化钾的约18倍 孕妇工作的条件 GB18871 2002 4 10已从事放射工作的孕妇 授乳妇不应在甲种工作条件下工作 妊娠六个月内不应接触射线 女性工作人员发觉自己怀孕后要及时通知用人单位 以便必要时改善其工作条件 孕妇和授乳妇女应避免受到内照射 用人单位有责任改善怀孕女性工作人员的工作条件 以保证为胚胎和胎儿提供与公众成员相同的防护水平 未孕妇女的职业照射控制与男人相同 9 常见的电离辐射 10 射线的穿透能力 二 辐射源安全 1 事故举例丢失探伤机放射源受照事故2001 9 2 事故经过 2001年9月2日凌晨 某施工队在探伤检测后 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 然后放入右裤兜 2小时后放入工具箱内 并在工具箱边吃饭 休息 下午下班洗澡时 发现右大腿有2 2cm的充血性红斑 当晚入院治疗 受照剂量全身剂量 1 0Gy 0 5局部剂量 右大腿皮肤100Gy右大腿骨中心8Gy左大腿10 15Gy手部10 20Gy胸部10 15Gy 事故后果 1 严重的确定性效应死亡 失去肢体 红斑红疹2 增加随机性危险致死亡性癌症3 环境污染4 社会及经济后果 1d 2d 4d 5d 9d 20d 39d 27d 27d 2d 5d 15d 22d 39d 2 事故原因 1 监管体系没有或者不足行政审批监督检查实施2 安全文化没有或不足企业管理质量控制培训和工作人员的资格考查 事故 不使用测量仪表 设备故障 不遵循安全程序 审管控制缺乏或不足 缺少安全大纲 缺少或培训不足 事故原因 续 事故 监管控制缺乏或不足 事故原因 续 监管机构的不足 批准程序不到位 缺乏现场监督检查 缺乏监督检查后续行动 事故 培训不到位或缺乏培训 事故原因 续 缺乏培训和再培训导致 工作人员不合格和缺乏指导 应急程序不完善或不掌握 事故 缺乏辐射安全大纲 事故原因 续 没有辐射安全大纲 管理不足缺乏安全文化 事故 不遵循安全程序 事故原因 续 不遵循安全程序 缺乏安全文化监督不够培训不够 事故 设备故障 事故原因 续 设备故障表明 未达到制造商推荐的维护要求 设备利用不当 设备超期使用 事故 不使用测量仪 事故原因 续 不使用测量仪表明 仪表不足和 或功能不满足要求 使用人安全培训不够 急于结束工作 雇主给雇员的压力 缺乏安全文化 设备制造商 3 辐射防护和安全目标 内容 监管机构 放射性工作人员 管理人员和辐射防护负责人 辐射安全 管理人员和辐射防护负责人 辐射安全 3 1管理人员和辐射防护负责人 获得必需的认可 提供必需的设施 装备和培训 建立和发展安全文化 制定和发布安全操作规程和应急程序 并对工作人员进行安全培训 设备制造商 辐射安全 3 2设备制造商和供应商 安全设备设计与加工 纠正错误 并通知用户设备安全问题 报告监管机构 监管机构 辐射安全 3 3监管机构 制定 宣传相关法规 审批和监督管理 制定政策和指导 放射性工作人员 辐射安全 3 4放射性工作人员 了解所使用的设备 遵循规定的安全操作规程 使用提供的辐射防护设备 设备性能的检查和维护 有问题随时通知辐射防护负责人 当状况不安全或源容器 监测装置等运行不正常时要停止作业 三 电离辐射防护 1 剂量限值和剂量约束 规定剂量限值 使公众和职业照射人员从辐射实践中接受的照射不能超过剂量限值 以上实践都不包括医疗照射 剂量限值 2 三类照射 1 职业照射 除了国家有关法规和标准所排除的照射以及根据国家有关法规和标准予以豁免的实践或源所产生的照射以外 工作人员在其工作过程中所受的所有照射 2 公众照射 指公众成员所受的辐射源的照射 包括获准的源和实践所产生的照射和在干预情况下受到的照射 但不包括职业照射 医疗照射和当地正常天然本底辐射的照射 3 医疗照射 患者 包括不一定患病的受检者 因自身医学诊断或治疗所受的照射 知情但自愿帮助和安慰患者的人员 不包括施行诊断或治疗的执业医师和医技人员 所受的照射 以及生物医学研究计划中的志愿者所受的照射 3 电离辐射对人体的照射方式 外照射是体外辐射源对人体造成的照射 外照射主要来源于x 中子等射线 内照射是指进入体内的放射性核素对人体造成的照射 人体摄入放射性核素的途径有吸入 食入 通过皮肤 毛孔或伤口吸收进入 以及医疗诊治等 针对这两种照射方式 有很不相同的防护措施和方法 3 1外照射防护 外照射防护的基本原则是尽量减少或避免射线从外部对人体的照射 使所受照射不超过国家标准所规定的剂量限值 外照射防护的主要方式 时间距离屏蔽衰变 所受剂量与时间成正比 应充分准备 提高工作效率 尽量减少在辐射区域的工作时间 从而尽可能降低受到的照射 时间防护 控制照射时间 距离防护 控制照射距离 所受剂量与距离平方成反比 从事放射性工作时 应视工作情况 尽量增大与辐射场的距离 以降低受照剂量 如 使用长柄工具 例题 距离 放射源1米处的剂量率水平是10 Sv h 1 则在距离 放射源2米处接受的剂量率水平为 10 1 4 Sv h 1 在距离 放射源5米处接受的剂量率水平为 10 1 25 Sv h 1 屏蔽防护法 在工作人员和放射源之间设置屏蔽 常用手段 防护重点 中子 衰变 充分考虑辐射场内放射性核素的衰变 合理安排工作 以最大限度地减少人员的受照剂量 我的放射性越来越小了 2 对 射线的屏蔽防护 射线防护较简单 但不能忽视 由于它会产生轫致辐射 因此防护 射线必须考虑两层屏蔽 第一层用低原子序数材料屏蔽射线 第二用高原子序数材料防止轫致辐射 3 对 射线的屏蔽防护 粒子因射程短 一般无外照射的危险 但进入人体可能造成严重的内照射 因此操作这类开放型源应在密闭容器中 4 中子的防护中子是一种穿透力很强的间接电离粒子 其屏蔽较为复杂 一般采用均匀含氢材料 非含氢较轻材料 石墨 碳化硼 铝等 和多层屏蔽材料制作 内照射防护 内照射防护的基本原则是制定各种规章制度 采取各种有效措施 阻断放射性物质进入人体的各种途径 在最优化原则的范围内 使摄入量减少到尽可能低的水平 内照射防护的一般方法是 包容 隔离 和 净化 稀释 以及 遵守规章制度 做好个人防护 如何防止内照射的一些具体措施 穿戴防护设备 不要用手直接拿取放射源 接触放射源的工具应清洗 工作场所不应吃 喝东西 工作结束时要洗手 放射源出现破损要由辐射防护人员负责处理 吸入 放射性物质通过呼吸进入人体 摄入 通过破损的皮肤或伤口吸收 辐射应急与防护实例 辐射事件概况事件处理录像 问题 对于外照射 辐射防护主要有三种方法 放射性物质进入人体内的途径主要有哪些 我国公众和职业照射人员从辐射实践中接受的照射的剂量限值是多少 四 放射性同位素与射线装置的应用 1 辐射源分类 根据电离辐射源应用分类 可分三大类 1 核设施类 包括铀矿开采 加工 水治 反应堆 核电厂 乏料料后处理 包括民用 军工 2 核技术应用类 密封源类 开放型放射性同位素 射线装置 3 伴放射性矿物类 2 对放射源 你需要了解什么 该放射源是由什么放射性核素制成的 是钴 60 铯 137 镅 241 锶 90 半衰期 该放射源的活度是多少 放射源发射什么射线 是 射线 还是中子 对于开放源还需了解同位素的毒性情况 表1常见的可用作 源的放射性同位素 表2常见的用于 密封源的同位素 表3常见的 源 一年15万粒 每粒1 5毫居 表4常见中子源 3 密封源的形状 尺寸和标志 密封源的形状 尺寸不一 小的只是一个几毫米到几厘米尺度的小金属物 大的其长度大于1米 放射源的活度也大小不一 钴 60工业辐射源 钴 60伽玛刀治疗源 无损检测用铱 192 源 无损检测用钴 60源 4 密封源的结构 密封壳特殊形状的设计和试验用户定期进行泄漏试验 源的组件 螺旋导管上的源壳导管外可加装套管 屏蔽等连接头的形状耐受和拉伸试验 Am 241放射源 有屏蔽体的密封源 源不离开装置 屏蔽 有快门结构源通过气压装置移到曝光位置 I类伽马探伤装置 源从容器中发射出来采用遥控设备源在曝光期间无屏蔽可手动或自动操作 II类伽马探伤装置 发射型伽马探伤 5 主要用源行业和单位产生放射性环境污染的单位涉及很广 从放射性的生产 销售 运输 使用 废物收贮处置 即从 出生 到 坟墓 都可能对环境产生污染 行业涉及工业 农业 医药 交通运输 科研 教学 地质 建筑等等 一是医药卫生行业 是核技术应用领域的 大户 使用的辐射源有 射线装置类 X射线机 包括诊断 治疗 CT 直线加速器 X刀 正电子扫描仪 密封源类 钴 60治疗机 镭治疗机 后装机 铱 192 刀 中子刀 开放型同位素应用类 放射治疗 放射免疫分析 标记 诊断 发射计算机断层术 ECT 放射性核素显象 RI 介入内放疗 其它核医学研究 应用 二是工业 此类单位涉及最广 射线装置类 射线探伤 射线照相 中子照相术 辐射加工密封源 辐照装置 测井 中子测井 自动控制 控制密度 厚度 浓度 质量 料液位等 设备 如感烟报警器 静电消除器等 开放型同位素应用 放射性同位素分装 示踪 三是农业应用 密封源 辐照装置 圃 用于辐射育种 昆虫不育 辐射杀虫 辐射保藏食品等 开放型同位素 同位素示踪 其它核农学研究 放射生态 生物学研究 核子测量仪是采用电离辐射和探测技术 广泛用于工业的过程控制和产品质量控制的一种装置 核子测量仪主要由一个屏蔽的辐射源 放射源或x射线源 和一个辐射探测器组成 使有用射线束穿过或与被分析的物质相互作用 为连续分析或过程控制提供实时数据 6 核子测量仪的应用 核子测量仪的主要功能和类型 核子测量仪的主要功能有 密度测量 物位探测 厚度测量 湿度测量 分析 流束分析 等核子测量仪主要有以下几种类型 通过探测器测量穿过被检查物质的射线量 典型采用活度为GBq的137Cs 铯 137 密度测量仪 密度测量仪 核子秤 传送带称重仪器 通常一个或多个仪器和探测器被用作 开 关 用来控制料箱或料斗中物料的位置等 大 厚壁容器可能使用GBq的60Co 钴 60 物位测量仪 源 湿度 密度计 n 密度测量 伽马源 137Cs 推出屏蔽室到源棒末端 并位于被测物质中进行测量 湿度测量 仪器里中子源 通常是241Am Be 通过中子散射测定湿度 便携式湿度 密度计 压土机压碎 钻井测量仪 钢带测厚仪 镅 241 放射源 纸张测厚仪 氪 85 放射源 核子秤 铯 137 放射源 料位计 钴 60 放射源 放射源 放射源 水泥厂料位计 铯 137 放射源 医用钴 60治疗机 放射源 医用铱 192后装机 10Ci 放射源 伽玛刀 放射源 伽马刀 锝 99或99mTc 常用的放射性药物 工业加速器 医学加速器 其它放射性药物 7 射线装置 除了原子核的放射性 现在已被广泛应用的还有射线装置 它们主要有X射线机 粒子加速器 中子发生器等 有时把含有放射性核素的装置也称为射线装置 射线装置特点 相对于放射源 射线装置在断电时 其放射性自动消失 以下是一些射线装置的资料 X线特性 X线为波长短的电磁波 X线诊断常用的波长范围为0 008 0 031nm 肉眼看不见 它的特性为 穿透性 荧光效应 摄影效应 电离效应 X射线机 X射线管 X射线管 三个主要部件 X线管控制板高压电缆 X射线探伤设备 大家辛苦了