Reviewn（一）Radiationn（二）Radioactivityandradiationradiationtype（ n）radioactivedecayprincipleradioactivityunitBecquerel1Bq=2.710-11CinCharacteristics of alpha, beta and gamma radiationTypeofradiationNatureChargeMassPenetrationparticleHeliumnuclei(42He)+24VeryLowparticleElectron-1Effectively0LowrayElectromagneticradiation00VeryHigh（三）interactionofradiationandmaterials射线与物质的相互作用 1带电粒子()与物质的相互作用n粒子：电离(ionization)、激发(excited)；n粒子：电离、激发、轫致辐射(bremsstrahlung）nIonizationisthephysicalprocessofconvertinganatomormoleculeintoanionbyaddingorremovingchargedparticlessuchaselectronsorotherionsnExcitationisanelevationinenergylevelaboveanarbitrarybaselineenergystateP4激发电离ElectronProtonNeutronNucleonn电离(ionization)：电离就是原子的轨道电子离开原子，产生离子对而把能量传递给介质.电离作用能够造成水分子的化学键断裂，生成对生物有害的作用的化合物。辐射对人体的有害作用主要是由于这种化学反应引起的.P6带电粒子通过物质带电粒子通过物质自由电子自由电子正离子正离子 + + 靶原子靶原子 正离子正离子 + + 电子电子 + + 4He + Ar Ar+ + e- + 4He物质中原子被电离，在物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成粒子通过的路径上形成许多离子对：许多离子对：正离子和自由电子正离子和自由电子 + + e-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -库仑作用库仑作用P7OH. (hydroxyl radical)羟自由基H.Radiation Damagewater molecule-ray2 OH. H2O2What happens when the water molecule is struck by the gamma ray?Allformsofnuclearradiationareconsideredionizingradiation.Thereenergyislargeenoughtoionizeelectronsfromamolecule.H2OH2O+e-nH2O+isveryreactive!Itcombineswithaproteinmoleculeinthecell,destroyingtheproteinInsomecasesevenbondsarebroken.Theproductsformedcanbeextremelyreactive,suchastheOH.radical!Exposureofcellstoionizing radiationinduceshigh-energyradiolysisofH20watermoleculesintoH+andOH-radicals,whicharethemselveschemicallyreactive.Theseinturnrecombinetoproduceaseriesofhighlyreactivecombinationssuchassuperoxide(H02)andperoxide过氧化氢(H202),whichproduceoxidativedamagewithinthecell.EFFECTSOFRADIATIONONLIVINGTISSUE直接作用是指射线将能量直接交付给处在射线径迹上的生命物质分子(主要是DNA分子)，并使之电离或者被激发而产生损伤。此过程中，接受射线能量的分子本身受到损伤。间接作用是指射线的能量被生命物质分子周围的水分子或其他的分子所吸收从而被电离或者是活化，生成了自由基(即一种活性极高的原子团)，然后经过一定距离的迁移，到达生命物质分子并与之发生化学反应，最终造成生命物质损伤。nDirectradiationdamageDamagebyphysicalimpactofradiationonmoleculesincells.nIndirectradiationdamageIonisingradiationpassesH2Oinacell&removesane-n现以水分子为例，说明自由基的形成过程nH2O-ionized-H+OH+H2O2+.n氢自由基+羟自由基+过氧化氢高反应活性n导致生物大分子结构变化，功能障碍和病变激发(excitation)带电粒子通过物质时，壳层电子获得的能量不足以使壳层电子脱离轨道，则从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，即原子由基态转入高能态，这种过程称为激发激发原子退激激发态的原子不稳定，处在高能态的电子要跳回低能态轨道来，以发射光子的形式放出相应的能量 (早期荧光材料) P11快速运动电子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用，速度大小和运动方向都发生变化，一部分能量以电磁波的形式辐射出来，这种辐射称为轫致辐射 （or brakingradiation）粒子的轫致辐射（bremsstrahlung )X射线：高速电子流打在金属钨靶上产生的轫致辐射P12高速电子轰击金属靶因突然减速而产生的辐射电子打在荧光屏上电子打在荧光屏上产生产生X X射线射线电视机显像管电视机显像管特征特征: x : x 射线能量连续射线能量连续 0 0 E EMaxMax( (电子能量电子能量) ) 电视机电视机 高压高压15 kV 15 kV 电子束能量电子束能量15 keV15 keV x x 射线能量射线能量 0 -15 keV0 -15 keV产生机制产生机制原子核原子核轫致辐射轫致辐射轫致辐射是产生高能光子束（X射线、射线）基本方法，用这种光子束可研究基本粒子和原子核的磁结构，以及辐射与物质相互作用过程等P142射线与物质的相互作用n光电效应(photoelectriceffect)：n康普顿效应(Comptonscattering)：n电子对效应(electronpairformation)：不带电，不能直接电离物质，有高能量动量，产生次级电子而电离物质-间接电离辐射P15自由电子自由电子光电效应（机制）：光电效应（机制）：光子同光子同( (整个整个) )原子作用把自己的全部能量传递给原子原子作用把自己的全部能量传递给原子, ,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来, ,成为成为自由电子，光子本身消失了。自由电子，光子本身消失了。 + A A* + e- （光电子）（光电子） 原子原子 A + X 射线射线原子原子受激原子受激原子1)光电效应光电效应 2)康普顿效应康普顿效应 Compton effect康普顿-吴有训效应Compton-Wu effectn入射的光子直接同物质原子中壳层上的电子发生碰撞。入射光子仅有部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而原来光子的运动方向和能量发生变化，生成新的光子散射光子P16u物质能量完全转变为质量的过程物质能量完全转变为质量的过程u射线与原子核作用，在库伦场作用下，射线与原子核作用，在库伦场作用下，一个光子可能转化成一对正一个光子可能转化成一对正- -负电子。负电子。 M M M + e M + e+ + + e+ e- - m me e+ + = 0.511 MeV m = 0.511 MeV me-e- = 0.511 MeV = 0.511 MeV基本条件：基本条件： 射线能量射线能量 E E ？能量转化成能量转化成质量质量M = E /C23)电子对效应电子对效应 Electron pair effectP18三种效应与原子序数和光子能量的关系三种效应与原子序数和光子能量的关系P19射线与物质作用小结作用过程对象产物光电效应原子和内层电子光电子X射线康普顿效应原子中外层电子反冲电子散射光子电子对效应原子核库仑场正、负电子光子3中子与物质的相互作用 中子n,不带电荷，几乎不能与原子的电子发生作用，只能和原子核发生相互作用（与射线不同），主要有弹性、非弹性散射，吸收：（1）弹性散射(elastic scattering) 原子核发生碰撞时，体系的动能和动量都守恒，也称为(n,n)反应。中能中子弹性散射占优势，快中子主要在轻介质中通过弹性散射来损失能量 P21（2）非弹性散射非弹性散射(inelasticscattering)：当中子和原子核发生碰撞时，原子核获得反冲动能和激发能，体系的动量守恒，动能不守恒，也称为(n,n)反应，中子有阈能。快中子在重介质中主要通过非弹性散射损失能量 注意：在非弹性散射中,中子使原子核处于激发态(excited state),受激发的原子核通过发射射线的方式释放出多余的能量而回到基态(ground state) P23（3）中子俘获 neutroncapture中子与靶核作用形成复合核，随后通过发射一个或几个光子回到基态，不再发射其它粒子。也称(n,)反应，这一过程可以在相当宽的中子能量范围内发生，无论对轻核还是重核都有一定的发生概率。但相对而言，低能中子(E100eV)与重核作用概率最大-核裂变作用后 ，中子消失，原子核发生质的变化P22中子或热中子与物质作用时，很容易被原子核俘获而产生核反应。核反应的产物可能是稳定核素，也可能是放射性核素，同时还释放出光子和其它粒子。某些稳定某些稳定核素，在慢中子作用下，生成放射性核素，称为感生放核素，在慢中子作用下，生成放射性核素，称为感生放射性核素（射性核素（induced radionuclide），它具有的放），它具有的放射性，称为感生放射性射性，称为感生放射性(induced radioactivity)。小结：中子与核的作用与能量和核的性质有关热中子-(n,)反应为主，辐射俘获慢中子对轻核-(n,n)反应为主对重核-(n,)反应为主中能和快中子-对重核(n,n)反应裂变反应主要是与重核作用，轻核裂变可能性小。P24（四）辐射常用的物理单位 电离辐射通过与物质的作用，把能量传递给受照物，并在其内部引起各种变化。辐射量和单位是为描述辐射场、辐射作用于物质时的能量传递即受照物内部变化的程度和规律而建立起来的物理量及其度量。 应用：放射医学 放射生物学，辐射化学。 P251照射量及其单位伦琴(exposurequantityanditsunit：Roentgen):n n照射量照射量X X定义定义exposuredoseexposuredose 指指x x或或射线的光子在单位质量空气中释放出的所有次级电子，当它们完全射线的光子在单位质量空气中释放出的所有次级电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷量。被阻止在空气中时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷量。 定义为定义为dQdQ除以除以dmdm而的得商，即而的得商，即n ndQdQ为在质量为为在质量为dmdm的体积元中的空气中，当光子产生的全部电子的体积元中的空气中，当光子产生的全部电子（正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成一种符号（正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成一种符号的离子总电荷的绝对值的离子总电荷的绝对值 照射量是表示x射线或射线在空气中引起电离数量的量，常用单位库仑/千克C/Kg，无专用国际单位,其专用单位是伦琴(符号：R)1R的照射量=2.58*10-4库仑/千克空气，照射量只适用于x射线或射线在空气而不是用于其它介质只定义一单位质量体积元内空气中产生电离电荷的多少，不能度量暴露在该辐射场中的物质所吸收的能量。P272. 吸收剂量（吸收剂量（absorbed dose, D)定义：定义： 授予单位物质授予单位物质(dm)（或被单位物质吸收）（或被单位物质吸收） 的任何致电离辐射的平均能量（的任何致电离辐射的平均能量（dE）单位：单位： J/kg 1 J/kg =1Gy（戈瑞） 1 Gy = 100 rad（拉德）(已废除）吸收剂量吸收剂量1 1 戈瑞（戈瑞（1 1焦耳焦耳/ /千克）时的能量效应千克）时的能量效应 1 1）水温升高）水温升高 （比热比热 4.24.210103 3J/J/千克度）千克度） 1 kg1 kg水物质吸收剂量水物质吸收剂量 1 Gy 1 Gy 水温度上升水温度上升 1/1/（4.24.210103 3）= 2.4= 2.41010-4 -4 C C2 2）转化为物体的动能）转化为物体的动能 m D= (1/2)m vm D= (1/2)m v2 2 运动速度运动速度 v = 1.4 m/sv = 1.4 m/s3) 3) 转化为物体的势能转化为物体的势能 m D = m g h m D = m g h 上升高度上升高度 h = 0.1 mh = 0.1 m剂量剂量实际上是单位物质吸收电离辐射能实际上是单位物质吸收电离辐射能 大小的一种量度大小的一种量度照射量X与吸收剂量Dn照射量X与吸收剂量D是两个意义完全不同的辐射量。照射量只能作为X或gamma射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电离本领；n吸收剂量则可以用于任何类型的电离辐射，反映被照介质吸收辐射能量的程度。n在一定条件下两个不同量之间相互可以换算。对于同种类、同能量的射线和同一种被照物质来说，吸收剂量是与照射量成正比的。P30 吸收剂量率（吸收剂量率（absorbed dose rate）指单位时间内的吸收剂量，SI单位:戈瑞 秒-(Gy/s J/Kg s）吸收剂量适用于任何类型、任何能量的电离辐射，且适用于任何受照物质（与照射量不同，未考虑生物效应）P3133剂量当量及其单位剂量当量及其单位n n定义定义在组织内某点上的吸收剂量在组织内某点上的吸收剂量DD、品质因数、品质因数QQ和其他和其他修正因数修正因数N N的乘积的乘积D D：吸收剂量（戈）吸收剂量（戈）Q Q：品质因数，不同辐射类型影响危害的参数品质因数，不同辐射类型影响危害的参数N N：所所有有其其他他修修正正因因素素的的乘乘积积。它它反反映映了了吸吸收收剂剂量量不不均均匀匀的的空空间间和和时时间间分分布布等等因因素素。ICRPICRP（国国际际辐辐射射防防护护委委员员会会）指指定定：N=1N=1（不不论论是内照射还是外照射）是内照射还是外照射）H H：剂量当量剂量当量Equivalent Dose makes different sources of radiation equivalent不同类型的辐射所相对的品质因数qualityfactor(QF)辐射QFX-光-辐射-粒子热中子中子,0.1-10MeV质子-粒子1115101020P333剂量当量及其单位n nSISI单位：焦耳单位：焦耳/ /千克，单位的专门名称为西弗（千克，单位的专门名称为西弗（Sv)Sv)。n nSvSv是是为为纪纪念念辐辐射射防防护护的的先先驱驱者者之之一一的的瑞瑞典典物物理理学学家家R.M.SievertR.M.Sievert而命名而命名1 1西弗西弗=1=1焦耳焦耳/ /千克（千克（J J KgKg-1-1）1 1西弗西弗=10=102 2雷姆（雷姆（remrem）（已废除的专用单位）（已废除的专用单位）n n剂剂量当量是用适当的修正系数量当量是用适当的修正系数对对吸收吸收剂剂量量进进行加行加权权，使得修，使得修正后的吸收正后的吸收剂剂量能更好的和量能更好的和辐辐射引起的有害效射引起的有害效应联应联系起来系起来P34Example:nE1:Anindividualwhohasabsorbedaslowneutrondoseof1milligray(1mGy)hasabsorbedanequivalentdoseof:nH=DQ=1mGy*5=5mSvnnThetotalbiologicaldosefrommixedradiationisfoundbyexpressingitasequivalentdoseandsumming.nE2:ifapersonreceived0.3mGyofslowneutron,6mGyofgamma,and0.1mGyoffastneutronradiationthetotaldosewouldbecalculatedasfollows:nH=0.3mGy*5+6.0mGy*1+0.1mGy*20n=9.5mSvP353剂量当量及其单位n n剂剂量量当当量量概概念念的的适适用用范范围围：只只限限于于辐辐射射防防护护中中使使用用，而而且且专用于人体（高级动物），即必须是有生命的物质、动物。专用于人体（高级动物），即必须是有生命的物质、动物。 目的是统一表示各种射线对机体的危害程度目的是统一表示各种射线对机体的危害程度 在在计计算算剂剂量量当当量量时时，必必须须指指明明射射线线种种类类、能能量量和和照照射射条条件件。因因为为剂剂量量当当量量可可以以表表达达不不同同种种类类射射线线，在在不不同同能能量量及及不不同同照照射射条条件件下下，所所引引起起的的各各种种电电离离辐辐射射的的危危害害程程度度的差异；的差异； 直接测量？直接测量？使用剂量当量概念时需注意P364. 有效剂量当量(effective dose)n nEffective DoseEffective Dose TheprobabilityofaharmfuleffectfromradiationexposureTheprobabilityofaharmfuleffectfromradiationexposuredependsonwhatpartorpartsofthebodyareexposed.dependsonwhatpartorpartsofthebodyareexposed.Someorgansaremoresensitivetoradiationthanothers.ASomeorgansaremoresensitivetoradiationthanothers.Atissueweightingfactorisusedtotakethisintoaccount.tissueweightingfactorisusedtotakethisintoaccount.WhenanequivalentdosetoanorganismultipliedbytheWhenanequivalentdosetoanorganismultipliedbythetissueweightingfactorforthatorgantheresultisthetissueweightingfactorforthatorgantheresultistheeffectivedosetothatorgan.Theunitofeffectivedoseiseffectivedosetothatorgan.Theunitofeffectivedoseisthesievert(Sv).thesievert(Sv). Ifmorethanoneorganisexposedthentheeffectivedose,Ifmorethanoneorganisexposedthentheeffectivedose,E,isthesumoftheeffectivedosestoallexposedorgans.E,isthesumoftheeffectivedosestoallexposedorgans.n nH H有效有效为有效剂量当量；为有效剂量当量；n nH HT T为人体内器官或组织为人体内器官或组织T T所接受的平均剂量当量；所接受的平均剂量当量；4. 有效剂量当量n nWWT T为为相相应应器器官官或或组组织织的的权权重重因因子子，它它表表示示器器官官或或组组织织T T受受电电离离辐辐射射照照射射时时产产生生随随机机效效应应的的几几率率与与全全身身受受到到均均匀匀照照射射时时产产生生的的随机效应的几率之比值，无量纲因子。随机效应的几率之比值，无量纲因子。性腺红骨髓结肠P384. 有效剂量当量n n有效剂量当量引入的意义：有效剂量当量引入的意义： 度度量量体体内内或或体体外外照照射射源源（无无论论是是均均匀匀照照射射还还是是非非均均匀匀照照射射）造造成成的的健健康康效效应应发发生生率率的的指指标标，用用来来评评价价电电离离辐辐射射对对人人体体的的总的损伤程度。总的损伤程度。TheThe basicbasic ideaidea isis toto expressexpress thethe riskrisk fromfrom ananexposureexposureofofaasinglesingleorganorganorortissuetissueinintermstermsofofthetheequivalentriskfromanexposureofthewholebody.equivalentriskfromanexposureofthewholebody.n n有效剂量当量的有效剂量当量的SISI单位单位希沃特希沃特(Sv)(Sv)已废除的专用单位为雷姆已废除的专用单位为雷姆(rem)(rem) 国际单位：国际单位：remrem0.01Sv(0.01Sv(希沃特希沃特 sievert)sievert)Example2nSupposeaworkerhasreceivedatissueequivalentdoseHTof50mSvtothethyroidgland甲状腺.Howcanthisbecomparedtoanexposureofthewholebody?nThetissueweightingfactorforthethyroidis0.05,sonHE=HT*WT=50mSv*0.05=2.5mSvThismeansthattheriskfromexposingthethyroidtoanequivalentdoseofisthesameasexposingthewholebodyto2.5mSvIfmorethanonetissue-addedP39照射源世界范围平均年有效剂量典型范围外照射外照射宇宙射线0. 4 0. 3 1. 0 1 地面射线0. 5 0. 3 0. 6 2 内照射内照射吸入(主要是氡) 1. 2 0. 2 10 3 食入0. 3 0. 2 0. 8 4 总和2. 4 1 10 表1天然辐射源所致平均辐射剂量(mSvy-1)1从海平面到高海拔地区;2取决于放射性核素在土壤和建筑材料中的含量;3取决于室内氡气累积;4取决于放射性核素在食物和饮水中的含量P41StandardsUS National Council on Radiation Protection (NCRP) International Council on Radiation Protection (ICRP)Occupational Exposure Guidelines100 mSv over 5 years (average 20 mSv/year) with a maximum of 50 mSv in any one yearGeneral public back ground about 3 mSv/year Guideline 1 mSv/year国际放射防护委员会国际放射防护委员会2007年建议书年建议书指出，在指出，在有计划照射情况下，职业人员的有效剂量是有计划照射情况下，职业人员的有效剂量是5年累年累计年均不得超过计年均不得超过20毫西弗（毫西弗（1毫西弗相当于毫西弗相当于1000微西弗），公众则是每年微西弗），公众则是每年1000微西弗微西弗表二：相当于美国个人每年有效的剂量的估计来源来源美国人口每年有效的等同剂量美国人口每年有效的等同剂量 (mSv)天然辐射：宇宙射线0.280陆地的0.280身体內0.390吸入的氡2.000由人类活动的辐射：职业0.009核子燃料週0.0005消费者产品0.05-0.13自然环境0.0006医学的：诊断的X光0.39核子医疗0.14总计3.6P43Common Sources of Radiation in Your Common Sources of Radiation in Your House and Job House and Job 1.Television and Computer Screens2. Microwave：the FDA advises you to stand away from the door of your microwave when cooking3.Cell Phone-controversial topic，inconclusive，non-ionizing 4.4. Low Sodium Salt and Water Softener potassium chloride, 40K5. Gas Lamps: radioactive thorium 232 in the mantel to burn and create light6. Glossy Paper: use a white clay called kaolin with U and Th (very little, no harm)7. Smoke Detector :low-level Americium 241, a source of radioactive particles that ionize the air and make the air conductive. Smoke particles that enter the smoke detector reduce the current and cause the alarm to sound8. Light Bulbs and Exit Signs: energy-saving bulbs , promethium 147 , handle broken bulbs carefully; Emergency exit signs contain tritium9. Ceramics, Glass and Granite : Antique10. Fertilizer: potassium, phosphorous and nitrogenSources of Background Radiation烟草中主要的放射性来源烟草中主要的放射性来源 21084Po:钋钋nPolonium-210(Po-210)isaradioactiveelementthatoccursnaturallyandispresentintheenvironmentatextremelylowconcentrations.ndiscoveredbyMarieS.-CurieandPierreCuriein1898andwasnamedafterMariesnativelandofPoland(Latin:Polonia).Thiselementwasthefirstonediscoveredbythemwhiletheywereinvestigatingthecauseofpitchblende沥青铀矿radioactivitynPo-210isproducedfromthedecayofradon-222gasP46n氡-222，半衰期3.825天，释放出粒子并变成钋-218。 n钋-218，半衰期3.05分钟，释放出阿尔法粒子并变成铅-214。 n铅-214，半衰期26.8分钟，释放出粒子和射线变成铋-214。 n铋-214，半衰期19.7分钟，释放出阿尔法粒子或贝塔粒子和伽马射线并变成铊-210 或钋-214。 n钋-214，半衰期150微秒，释放出阿尔法粒子并变成铊-210。 n铊-210，半衰期1.32分钟，释放出贝塔粒子并变成铅-210。 n铅-210，半衰期22年，释放出粒子和伽马射线并变成铋-210。 n铋-210，半衰期5天，释放出粒子并变成钋-210。 n钋-210，半衰期138天，释放出粒子和射线并变成铅-206。 n铅-206是铅的稳定同位素。nPo210-Pb206+He4 n磷肥中镭磷肥中镭226 ，进入农田。接下来，一部分镭，进入农田。接下来，一部分镭226转变成氡，氡又衰变成钋转变成氡，氡又衰变成钋210和铅和铅210，沉积在叶子上，沉积在叶子上，(菠菜菠菜)并且越来越多。并且越来越多。Po 210:钋的来源钋的来源P47PhilipMorris公司的文件表明，大部分涉及钋-210的内部文件都没有被公开n钋-210在动物试验中被证明可致肺癌。在全球，因钋-210致肺癌的人，一年多达11700n钋-210具有极强的毒性，对人体的伤害很大。钋-210不管是通过呼吸、饮用、服用、伤口感染或其他渠道进入人体，都会毁坏人体的DNA并造成放射性病状n钋210沉积在肺部细胞，与细胞零接触，放射的低能射线也能对细胞造成损伤，从而有可能诱发癌症。如果每天抽1包半的香烟，一年下来，受到的辐射量相当于做了300次X光胸透相当于2011年3月12日下午在福岛核电站1号机组呆了6个小时n香烟和茶叶:茶叶是泡水饮用的。钋随着水和食物通过食道，进入人的消化系统。经口腔进入人体的钋，会在30天排除一半（Nicotine）P480.010.10.522.551020200辐射的剂量及限值辐射的剂量及限值搭乘飞机飞行台北纽约（单程）胸部X光一次来自宇宙射线年剂量电视机（每天看1小时）全身有效等效剂量单位：毫希弗我国核电厂界外法令限值法令限值胃部X光透视一次每人每年平均接受大自然放射线剂量来自食物之年剂量来自环境中之天然放射性同位素一般民众年剂量(法规限值）钴60治疗一次(局部照射)职业人员年剂量(法规限值)巴西喀拉哈利的自然放射线年剂量放射性活度放射性活度(A)(A) 吸收剂量吸收剂量(D)(D) 剂量当量剂量当量(H)(H) 有效剂量（有效剂量（E E） 吸收剂量吸收剂量(D) (D) 1 1戈瑞戈瑞 = 1= 1焦耳焦耳/ /千克千克1 Gy = 1 J/kg1 Gy = 1 J/kg放射源放射源 活度活度(A) (A) 1 1贝克贝克=1=1次核衰变次核衰变/ /秒秒 剂量当量剂量当量(H) (H) 有效剂量（有效剂量（E） 1 1希沃特希沃特 = 1 = 1 焦耳焦耳/ /千克千克三三者者意意义义和和区区别别任何物质任何物质有机体有机体P51辐射量单位对照表n辐射量SI单位SI单位专名专用单位n照射量库伦千克-1（C/kg)未定伦琴1R2.5810-4库伦/千克吸收剂量焦耳千克-1（J/kg）戈瑞1Gy1Jkg-1102rad当量剂量焦耳千克-1（J/kg）希沃特 1Sv1J/kg102 rem放射性活度秒-1贝可1Bq1s-1居里1Ci3.71010/秒P52SummarynTheroentgenisaunitofradiationexposuremeasuredintermsofairionisation.Itappliesonlytox-orgammaradiation.nThegray(Gy)isaunitofabsorbeddosewhichrepresentsanenergyabsorptionof1jouleperkilogramofabsorbingmaterial.nTheradiationweightingfactors(WH)areusedtoconvertfromabsorbeddose(D)toequivalentdose(H).nThesievert(Sv)istheunitofequivalentdoseandistheproductoftheabsorbeddoseandtheradiationweightingfactoroftheradiationcausingit.Ittakesintoaccountthebiologicaleffectsofanabsorbeddose.（五）辐射的防护protectionofradiationP54法老毒咒:凡打扰法老安宁的人都将受到死亡的惩罚P55氡Rn的来源n铀-238原子有92个质子和146个中子。半衰期是45亿年。在衰变时，变成钍-234原子。n钍-234原子有90个质子和144个中子。半衰期是24.5天。在衰变时释放出和射线，变成镤Pa-234原子。n镤-234原子有91个质子和143个中子。半衰期是26万9千年。在衰变时释放出粒子和射线，变成钍-230原子。n钍-230原子有90个质子和140个中子。半衰期是8万3千年。在衰变时释放出粒子和射线，变成镭-226原子。n镭-226原子有88个质子和138个中子。半衰期是1,590年。在衰变时释放出粒子和射线，从而变成氡-222原子nRa226-Rn222+He4n氡原子是气体原子，半衰期只有3.825天。铀-238的天然核衰变会造成氡原子的不断累积，这就是氡气的来源。也就是说，在土壤中富含铀的地方，氡气浓度较高。氡气（Rn)是一种具有放射性的惰性气体。氡是由镭衰变而产生的自然界惟一的天然放射性惰性气体，无色无味。常温下氡及子体在空气中能形成放射性气溶液而污染空气，容易被呼吸系统截留，并在局部区不断累积而诱发肺癌。它的半衰期为3.85天，衰变成钋、铅、铋等放射性金属原子，这些金属原子称为氡子体。Rn-Po+He4Po-Pb+He4它们与空气中的浮游粒子结合，构成放射性气溶胶，漂浮在空气中。空气中无处没有氡及其子体的存在。P57日常生活中的氡日常生活中的氡日常生活中的氡日常生活中的氡n统计资料表明，氡已成为人们患肺癌的主要原因，美国每年因此死亡的达5千2万人，我国每年也约有5万人因氡及其子体致肺癌而死亡。另外，氡还对人体脂肪有很高的亲和力，从而影响人的神经系统，使人精神不振，昏昏欲睡。n日常防护措施日常防护措施通风-门窗关闭一夜之后，氡浓度是151Bq/m3，开窗通风1小时后，则已降为48Bq/m3建材的选择P59n电离辐射的能量沉积是一种随机性过程，因此，即使在剂量很小的上，也完全可能在细胞内的关键体积中沉积下足够的能量，并导致细胞变异。从而，由于单个细胞的细胞变异而产生的生物学效应(即遗传变化和细胞恶性转化)的发生，也是随机性事件，称为随机性效应。随机性效应的特征是，其发生不具有阈值，这就是说，即使在剂量很小的情况下也存在有一定的概率；这类效应发生的概率是随着剂量的增高而增加，效应的严重程度与剂量无关。随机性效应的这些特点都是由其发生机制所决定的。n另一种情况是全部组织或者部分组织受到照射，构成该组织的相当数量的细胞被杀死，而这些细胞又不能由存活下来的细胞的增殖来补偿，从而，使该种组织或者由该种组织构成器官功能受到影响并产生临床上可检查出的症状，通过这样的发生机制产生的效应被称为确定性效应。确定性效应与随机性效应Deterministic effects and stochastic effectsDeterministic effects and stochastic effectsP60n上述的两种分类，是对辐射生物学效应的发生机制进行深入研究后取得的成果，并在辐射防护的发展中产生过巨大的影响。n在辐射防护实践中，对不同的效应应该采取不同对策，对于确定性效应，因其有阈剂量，而且因为剂量低于阈剂量时其发生的概率为零，所以，能够防止其发生；对于随机性效应，因其发生的无阈性质，在任何低的剂量下均有一定的发生概率，所以，防止这类效应的发生客观上是不可能的，只能通过各种措施降低剂量，对其进行限制，使这类效应的发生概率降低到可以接受的水平(不是无限制的降低)。P61n nCharacteristics of Characteristics of Deterministic effectsDeterministic effectsn nDamagedependsonabsorbeddoseDamagedependsonabsorbeddosen nThresholdexistsThresholdexistsn nExample:cataract,erythema,infertilityetc.Example:cataract,erythema,infertilityetc.nCharacteristics of Stochastic effects:nSeverityisindependentofabsorbeddosenThresholddoesnotexistnProbabilityofoccurrencedependsonabsorbeddosenExample:radiationinducedcancer,geneticeffectn n确定性效应与随机性效应的特点Deterministic effects and stochastic effectsDeterministic effects and stochastic effectsP62n我国居民所受天然辐射年有效剂量n射线源年有效剂量mSvn宇宙射线电离成分0.26n中子0.057n陆地辐射0.54n氡(222Rn)及其短寿命子体0.916n钍射气(220Rn)及其短寿命子体0.185n40K0.17n其它核素0.17n总计2.30体外照射体外照射a a粒子b b粒子X射线射线、射射线中子密封源辐射源在人体外面，辐射由体外射入身体。辐射源在人体外面，辐射由体外射入身体。63n对X射线、射线，吸收剂量在0.25戈瑞以下时，人体一般不会有明显效应；但是，剂量再增加，就可能出现损伤。当达到几个戈瑞时，就可能使部分人死亡。接受同样数量的“吸收剂量”，受照射时间越短，损伤越大；反之，则轻。吸收同样数量剂量，分几次照射，比一次照射损伤要轻。n粒子穿透能力弱（一张纸就可以阻挡），不会引起外照射损伤。粒子穿透能力也较弱，外照射时只能引起皮肤损伤。射线穿透能力强，人体局部受到它照射，吸收23戈瑞剂量时不会出现全身症状，即使有人出现也很轻微。但是，全身照射就可能会引起放射病。不同组织和器官对电离辐射敏感性也不同。P65外照射防护的方法外照射防护的方法时间防护时间防护 距离防护距离防护 屏蔽防护屏蔽防护 剂量率与时间乘积剂量率与时间乘积 强度与距离平方反比强度与距离平方反比 电离碰撞电离碰撞吸收吸收屏蔽防护举例：屏蔽防护举例：一个活度为3.7*1015Bq的60Co放射源，在没有外部屏蔽时6米远的剂量率是10mSv/秒,假如在其周围构筑150厘米厚的水泥墙，剂量率可以降低到0.026 mSv/小时在这样的条件下，职业人员每天工作4小时，每周4天，每年工作40周，一年的总剂量 0.026*4*4*40 = 16.64 mSv _ _ _ lead-lined walls2431How could person 1 improve there hazardous situation?Limit time of exposure!体内照射体内照射非密封源悬浮微粒溶入饮水呼吸饮食辐射源污染体内，辐射由体内射入组织器官辐射源污染体内，辐射由体内射入组织器官不同放射性核素进入人体内，沉积在不同的器官，叫做内照射，对人不同放射性核素进入人体内，沉积在不同的器官，叫做内照射，对人体产生不同程度的影响。例如，镭和钚都是亲骨性核素，但镭大多沉体产生不同程度的影响。例如，镭和钚都是亲骨性核素，但镭大多沉积在骨的无机质中，而钚主要沉积在骨小梁中，会照射骨髓细胞而出积在骨的无机质中，而钚主要沉积在骨小梁中，会照射骨髓细胞而出现很强的辐射毒性。现很强的辐射毒性。P74n短寿命，放射性核衰变，释放出的粒子对内照射损伤最大，可使呼吸系统的细胞受到辐射。长期的体内照射可能引起局部组织损伤，甚至诱发肺癌和支气管癌等。据估算，人的一生中，如果在氡浓度370Bq/m3的室人环境中生活，每千人中将有30120死于肺癌。氡及其子体在衰变时还会同时放出穿透力极强的射线，对人体造成外照射。n若长期生活在含氡量高的环境里，就可能对人的血液循环系统造成危害，如白细胞和血小板减少，严重的还会导致白血病。氡n n放射性物质进入体内的途径经口，消化道的摄入（ingestion）经呼吸道的吸入（inhalation）经皮肤，伤口和皮肤粘膜的进入（injection）P761、降低空气中放射性核素的浓度、降低空气中放射性核素的浓度 防污染防污染 通风通风2、降低表面放射性污染水平、降低表面放射性污染水平 按规操作按规操作 及时清理及时清理3、防止放射性核素进入人体防止放射性核素进入人体 穿戴个人防护用品穿戴个人防护用品4、加速体内放射性核素的排出、加速体内放射性核素的排出 误入体内需速排出误入体内需速排出内照射防护的一般措施内照射防护的一般措施通风，清理，穿戴，排出簡易的輻射防護方法設法防止放射性物質進入人體體內防護體外防護(1)遠離輻射源(輻射劑量 與距離平方成反比(2)減少輻射照射時間(3)加屏蔽阻擋輻射穿著防護衣避免接觸污染戴呼吸防護面具工作後、吃東西前要洗手工作區禁止吸煙及飲食戴防護手套避免接觸污染穿上辐射防护的衣服v早期的辐射防护衣物P79Large-scaleNuclearReactionsNaturaluraniumNaturaluranium:0.7%0.7%235235U,99.3%U,99.3%238238U UNuclearreactorsNuclearreactors:3-4%3-4%235235UenrichedUenriched235235UasfuelinUasfuelincommercialcommercialelectricpowerelectricpowerproductionproductioncontrolledfissioncontrolledfissionNuclearweaponsNuclearweapons: :90%90%235235UenrichedUenrichedatomicbomb:atomicbomb:uncontrolledfissionuncontrolledfission235235UU239239PuPu(Puproducedinspentfuelofnuclearreactors)(Puproducedinspentfuelofnuclearreactors)H-bomb:fission-fusion-largerscaleenergyH-bomb:fission-fusion-largerscaleenergyreleasereleaseHowdoyouseparateisotopes,samechemistry?IsotopeseparationCalutron:production-scalemassspectrometertoCalutron:production-scalemassspectrometertoseparateduraniummetalions(separateduraniummetalions(235235UforUforHiroshimaHiroshima广岛广岛 bomb)bomb)gaseousdiffusion:GrahamsLawusedUFgaseousdiffusion:GrahamsLawusedUF6 6(s)(s) UFUF6 6(g)at56(g)at56o oCtoseparateCtoseparate235235UFUF6 6fromfrom238238UFUF6 6格雷姆定律：各种气体的扩散速率与密度的平方根成反比格雷姆定律：各种气体的扩散速率与密度的平方根成反比gascentrifuge:spinmixtureofgascentrifuge:spinmixtureof235235UFUF6 6andand238238UFUF6 6 heaviergastooutside,lighterincenterheaviergastooutside,lighterincenterP81WorldmapofnuclearreactorsWherearemostnuclearreactorslocated?Oklo: Natural Nuclear Reactors1.71.8billionyearoldrockLevelof235Uwas3%atthattimeTODAY-Manyisotopescommoninspentnuclearreactorfueloccurinrock235Uisdepletedtoaslowas0.44%(most0.7%)239PuwasnaturallyproducedatOkloP83NuclearweaponsExplosivepower:Explosivepower:1megaton=101megaton=106 6tonsofTNTtonsofTNTLargestH-bombtested:LargestH-bombtested:TsarBomba(Russia)TsarBomba(Russia)50Mtons50MtonsAtomicbombsusedinwartimeAtomicbombsusedinwartime Hiroshima:Hiroshima: 60kg60kg235235UU13kilotons13kilotons90,000deaths90,000deaths Nagasaki:Nagasaki:6.4kg6.4kg239239PuPu21kilotons21kilotons70,000deaths70,000deathsP84