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1、第三章天然放射性与人工放射性第1页，本讲稿共44页1.天然辐射源天然辐射源第2页，本讲稿共44页从宇宙空间发射而来的高能粒子流，由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成。宇宙射线是来自宇宙空间的高能粒子辐射，它主要是由一些质子、粒子与原子序数3的核组成的。宇宙射线有较强的贯穿能力，在射向地球时，与大气中与物质原子相碰撞，发生多种类型的反应而产生次级宇宙射线。由于大气层的屏蔽作用，大大减少了到达地球表面的宇宙辐射的总量。1）宇宙射线（）宇宙射线（cosmic rays）第3页，本讲稿共44页1）宇宙射线（）宇宙射线（cosmic rays）人们在不同的海拔高度受到宇宙射线的照射剂量是不同的在赤道海平面处
2、测得的平均剂量率为0.23mSv/年，而在海拔3050m处的剂量率则为0.56mSv/年。在中纬度不同高度剂量率的典型值是：在4km约为0.2Sv/h，在12km约为7Sv/h，在16km约1015Sv/h。在民用喷气式飞机中每年航行200小时，其所受剂量就可能超过每年1mSv。地球上每个人受到来自宇宙射线照射的平均剂量率约为：0.38mSv a-1第4页，本讲稿共44页1）宇宙射线（）宇宙射线（cosmic rays）宇宙射线中的中子与大气层中的氮原子发生作用时，产生一种非常重要的放射性核素14C，其反应为14N(n,p)14C。14C的半衰期为5692年，它将扩散到低层大气中，并在那里被生
3、物吸收。第5页，本讲稿共44页 地球上存在的天然放射性核素有两大类：一类是具有衰变系列的放射性核素，即铀系、钍系、锕系，每一个系都可连续衰变十几次，才变为稳定性核素的子体，母元素均为原子序数大于83的重的天然放射性核素，半衰期都在1010年以上；第二类是无衰变系列的天然放射性核素，如40K、87Rb等。2)陆地上的辐射源陆地上的辐射源 第6页，本讲稿共44页世界上的某些地区放射性本底比较高，如印度的喀拉拉邦为13mSv/年，法国的纽曼岛约为2.65mSv/年，我国某地约为2.49mSv/年。当然，世界大部分地区都属低本底地区。2)陆地上的辐射源陆地上的辐射源第7页，本讲稿共44页3）空气中的放
4、射性）空气中的放射性空气中的本底放射性主要是由土壤中的铀和钍产生的。同位素238和232Th都是天然的放射性核素，在它们各自的衰变链中将分别产生222Rn和220Rn，前者叫氡气，后者叫钍射气。它们都是稀有气体，常通过地球表面扩散出来，悬浮在空气中。这些气体发生衰变时，它们的产物又附着在空气中的灰尘中。第8页，本讲稿共44页3）空气中的放射性）空气中的放射性放射性气体在空气中的数量随本地区的铀和钍的含量而定。在同一地区，气候条件将大大地影响这些气体的浓度。通常室内的水平比室外高。室内水平由建筑材料和通风率决定。在矿山和地下洞穴浓度都很高。氡和钍射气及其衰变产物的放射性对人体将产生内、外照射。从
5、某些建筑材料中释放出来的氡气使有些地区室内氡气含量过高，已引起人们的关注。第9页，本讲稿共44页4）水中的放射性水中的放射性 水中的放射性产物随水源的类型而定。例如，海水中含有大量的40。许多天然泉水中含有相当数量的铀、钍和镭等放射性元素。由于雨天从空气中收集放射性物质，地面水收集存在于岩石和土壤中的放射性，因此可以说几乎所有的水多少都含有放射性。通常饮水而造成人体内照射的剂量已包括在人体内放射性造成的剂量之中。第10页，本讲稿共44页体内放射源主要是人体内含有体内放射源主要是人体内含有某些微量放射性元素某些微量放射性元素，如，如14C和和40K等。等。铀和钍系的放射性气体衰变产物，即氡气和钍
6、射气，对人体内放射铀和钍系的放射性气体衰变产物，即氡气和钍射气，对人体内放射性也有显著的贡献。性也有显著的贡献。由于地球上的土壤和水中都含有少量放射性物质，其中一部分通过饮水和食物由于地球上的土壤和水中都含有少量放射性物质，其中一部分通过饮水和食物链的循环而转移到人体内，产生对人体的照射链的循环而转移到人体内，产生对人体的照射人体内的放射性还有226Ra、228Ra和14C等，但其量甚微。平均剂量约为1.52mSv a-1。5）人体内的天然放射性核素）人体内的天然放射性核素第11页，本讲稿共44页5）人体内的天然放射性核素）人体内的天然放射性核素在人体内，40K的含量最多。如根据人体平均含有体
7、重的0.2的天然钾，而每克天然钾按含有8.210-10居里40计算，一个体重为60千克的人，体内40K的放射性活度为：8.210-103.7101060103210-3 3640Bq 3.64kBq 第12页，本讲稿共44页6)天然辐射造成的平均年剂量值天然辐射造成的平均年剂量值人类的实践活动和自然界演变均可能使天然辐射本底的水平发生变化。自然演变引起的变化通常是一个缓慢的过程。人类的实践活动，特别是近代工业的发展，有可能使天然辐射本底水平在较短时间内发生变化。严格地说，不存在固定不变的天然辐射水平。这里所说的天然辐射本底水平实际上是指某一时间范围内天然辐射的水平。第13页，本讲稿共44页6)
8、天然辐射造成的平均年剂量值天然辐射造成的平均年剂量值第14页，本讲稿共44页6)天然辐射造成的平均年剂量值天然辐射造成的平均年剂量值第15页，本讲稿共44页 自从有人类以来一直受天然辐射源的照射，称为天然本底照射，它已是人类不可缺少的一种生存环境。有实验证明，生物如果在完全没有天然辐射源照射的条件下，是无法生存的。第16页，本讲稿共44页2.人工放射性人工放射性第17页，本讲稿共44页由于放射性在医学上的应用，核武器试验以及核能利用等原因，人们除受到天然辐射源的照射外，还会受到人工辐射源的照射。人工放射性照射主要来自医疗照射、公众照射和职业照射三个方面。第18页，本讲稿共44页医疗照射医疗照射
9、 指接受治疗或诊断时患者或被检查者所受的照射指接受治疗或诊断时患者或被检查者所受的照射，包括放射性诊断、放射性治疗和放射性同位素在医学中的应用三个包括放射性诊断、放射性治疗和放射性同位素在医学中的应用三个方面。方面。医学中所应用的辐射种类越来越多有：医用诊断医学中所应用的辐射种类越来越多有：医用诊断X线线，牙科，牙科X线，核医学，线，核医学，放射治疗，介入放射，放射治疗，介入放射，CT扫描，皮科敷贴等等，几乎医学各科都离不开扫描，皮科敷贴等等，几乎医学各科都离不开辐射的诊治。辐射的诊治。1）医疗照射）医疗照射第19页，本讲稿共44页1）医疗照射）医疗照射1.1 放射性诊断据估计，群体由于使用射
10、线进行放射性诊断，而受到的照射占医疗照射的7590。放射性诊断包括透视、拍片、萤光检查和CT检查等诊断方法。第20页，本讲稿共44页1）医疗照射）医疗照射第21页，本讲稿共44页1）医疗照射）医疗照射1.2 放射性治疗利用放射性照射来治疗肿瘤等疾病已广泛地应用在医疗界，尽管在某些治疗中患者可能受到大剂量的照射，但实际上接受放射性治疗的还是少数人。在大多数国家，放射性治疗对群体产生的平均剂量远低于放射性诊断。第22页，本讲稿共44页1）医疗照射）医疗照射1.3 放射性同位素在医学中的应用放射性同位素在医学中可用于跟踪人体内化学物质的转移途径和部位。因为放射性同位素与同一元素的稳定同位素，在化学性
11、质上是相同的，所以它们在人体内经过的途径和浓集的程度也是相同的。第23页，本讲稿共44页随着医疗保健事业的发展，接受医疗照射的人数愈来愈多。据统计，在发达国家接受射线检查的频率每年每1000居民约为300900人次，而在发展中国家，其频率则约为发达国家的十分之一。医疗照射给人类造成的剂量负担人均年有效剂量为医疗照射给人类造成的剂量负担人均年有效剂量为0.41.0mSv，约为天然辐射，约为天然辐射的的1/5。随着人类生活水平和医疗水平的提高，其应用频率呈增长趋势。随着人类生活水平和医疗水平的提高，其应用频率呈增长趋势。我国我国1985年总人口为年总人口为1.04109人，人，X射线诊断所致年集体
12、有效剂量为射线诊断所致年集体有效剂量为9.16104人人Sv，核医学检查及治疗所致年集体有效剂量为核医学检查及治疗所致年集体有效剂量为2.32104人人Sv，二者相加医疗照射总年，二者相加医疗照射总年集体有效剂量为集体有效剂量为1.15105人人Sv，因此，年人均有效剂量当量约为，因此，年人均有效剂量当量约为0.11mSv。第24页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射 公众照射是指由于工业生产、科学研究等活动导致公众接受的和公众本身家居生活、出外旅行等所接受的辐射照射。对核工业以外的人为活动引起的公众照射尚缺乏系统的研究 第25页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射 从已有的一些研究结果看来，
13、有两点是值得引起大家注意的：人们普遍认为公众照射主要来自核工业，而实际上核工业对公众产生的照射远低于人们日常生活中习以为常的某些活动（如燃烧煤等）。人们在研究人为活动引起公众照射增加的同时，实际上往往忽视了人为活动也可以减少公众照射。因此，用平衡的观点，研究人为活动引起的公众照射的变化才是合理的。第26页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射A.核工业产生的公众照射核能工业的发展，导致了放射性废物量不断增加，连续地将低水平的放射性废物排放到环境中，可能引起人类环境本底辐射水平的提高。主要是排放放射性“三废”和由事故释放出的放射性核素所造成的局部污染。据联合国联合国原子辐射效应科学委员会原子辐射效
14、应科学委员会（UNSCEAR）报19561990年由核工业产生的累积集体剂量也仅为世界居民一年内所受天然辐射产生的集体剂量的1/10。我国1985年前的三十年间核工业各系统对公众产生的年平均集体剂量为2.3110人Sv。放射性废物处置对公众所受总照射量的贡献还很小。虽然给人类造成的附加剂量负担很小，但必须防止较大放射事故的发生。第27页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射B.核试验沉降物产生的公众照射核试验“沉降物”，有的又叫“落下灰”，这个术语应用于核爆炸引起的沉降到地球表面上的放射性灰状物。核试验沉降物是人工辐射源，它将增加人类环境的本底辐射水平。从1945年到1989年，全世界共进行了
15、1799 次核武器实验，美国921次，前苏联624次，二者实验占总数的89%。其中大气层实验483次，爆炸的总能量相当于42000个美国在广岛投的原子弹。第28页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射核试验产生的沉降物可分为局部性的和全球性的。约有30多种元素，200多种放射性核素，局部性的沉降通常在爆炸后的头24小时内，它主要影响爆心下风向较小的区域；而全球性的沉降则发生在爆炸后的很长时间，它将影响整个地球。核试验沉降物中最重要的放射性核素是90Sr(T1/2=28.8年)和137Cs(T1/2=30.0年)等，它们将通过食物链进入人体。90Sr浓集在骨骼中，而137Cs则均匀分布在全身。至于
16、131I(T1/2=8.06天)和89Sr(T1/2=51天)等放射性核素由于半衰期较短，长期危害不大。第29页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射第30页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射C.C.燃烧煤产生的公众照射燃烧煤产生的公众照射 由于煤中含有天然放射性物质，故燃煤电厂排出的气载和液态流出物由于煤中含有天然放射性物质，故燃煤电厂排出的气载和液态流出物中也含有放射性物质，对周围居民产生照射。根据推算，我国燃煤电中也含有放射性物质，对周围居民产生照射。根据推算，我国燃煤电厂气载排出物对评价范围半径厂气载排出物对评价范围半径8010080100公里内的公众产生的年平均集公里内的公众产生的年
17、平均集体剂量，体剂量，19881988年约为年约为2.5102.5103 3人人Sv,1994Sv,1994年约为年约为 510 5103 3人人SvSv。另外，由于利用煤渣生产的煤渣砖中另外，由于利用煤渣生产的煤渣砖中226226RaRa（镭）和（镭）和232232ThTh（钍）的（钍）的含量均明显高于普通砖，对我国居民产生的年平均集体剂量，含量均明显高于普通砖，对我国居民产生的年平均集体剂量，19881988年约年约为为8.5108.5103 3人人SvSv。第31页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射D.交通发展引起公众照射的变化 人们对乘坐飞机使乘客所受剂量增加已经熟知，但是对乘坐火车
18、、汽车和轮船等交通工具使乘客所受剂量减少则知之甚少。1）乘火车引起公众照射集体剂量减少 我国进行调查测量结果表明，火车车厢中辐射剂量率总平均值为2710-3Sv/h，而附近田野辐射剂量率约为6110-3Sv/h。由于乘火车而导致乘客所受剂量率的减少约为 3410-3Sv/h。根据旅客周转量和火车平均车速推算，全国居民在1988年 乘火车减小的集体剂量约为2.8102人Sv。第32页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射2）乘汽车引起公众照射集体剂量减小由于水泥路面和柏油路面辐射剂量率是天然材料路面的0.85，且汽车内辐射剂量率是 附近田野的0.67，根据旅客周转量和汽车平均车速推算，全国居民在1
19、988 年乘汽车减 小的集体剂量约1.6102人Sv。第33页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射3）乘船引起公众照射集体剂量减小 根据调查测量，航线上轮船内辐射剂量率平均值在33.544.910-3Sv/h范围内。以陆地所受剂量为基准，根据旅客周转量和平均船速推算，全国居民1988 年乘船减小外照射集体剂量约为43人Sv。另外，因海面和江湖面氡及其子体浓度比陆地低得多，全国居民1988年乘船减小的内照射集体剂量约68人Sv。因此，内外照射集体剂量共减小111人Sv。第34页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射4）乘飞机引起公众照射集体剂量增加 椐有关资料报道，因为空运使我国居民受照集体剂量增
20、加，1986年为25人Sv；1988年为36人Sv。第35页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射第36页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射E.混凝土建筑物引起公众照射的变化混凝土建筑物辐射剂量率相对于其它天然材料建筑物约为0.8。据有关统计资料推算，1988年我国农村混凝土建筑物约占4.9%，城市约占10%，故由此分别减小全国农村居民和城市居民集体剂量2.6103人Sv和5.2103人Sv，总计减小7.8103人Sv。第37页，本讲稿共44页2）公众照射公众照射F.饮用自来水引起公众照射的变化自来水经过处理，对40K（钾）去除很少，但对U（铀）、Th（钍）和226Ra（镭）去除约为2030%
21、。按1990年统计资料推算，全国居民由于饮用自来水，使居民减小内照射集体剂量约为1.36103人Sv。第38页，本讲稿共44页 日常生活日常生活可接触的消费品放射源如：夜光表，烟雾警报器，机场X线检查机，电视和计算机荧屏等，这些放射源对人类的照射剂量是很小的。根据UNSCEAR 1993 报告，若以天然照射人均年剂量率均匀分布在365天，几种人工照射相当天然照射的天数见表53。医疗照射全世界人均年有效剂量是0.6mSv，医疗照射剂量水平相当于天然辐射源本底照射的25%，是人工辐射源附加照射中最高者，它是核动力所致照射剂量的90倍，是职业照射剂量的270倍。第39页，本讲稿共44页3）职业照射）
22、职业照射 职业照射一般是指由于工作条件对从事该项职业的人员所产生的照射。对职业照射的界定应由各国监管和主管部门决定。比如，医生给病人做光透视，两者都会受到照射，病人受到的是医疗照射，而医生受到的却是职业照射。同样，飞机机组人员受到的照射是职业照射，而乘客受到的则是天然辐射源的照射。第40页，本讲稿共44页4）人工辐射源小结人工辐射源小结人工辐射源将随着核工业的发展以及核科学技术应用的不断增加。当然，各国利用原子能的状况不同，因此而产生的人工辐射源照射的剂量也会有差异。第41页，本讲稿共44页4）人工辐射源小结人工辐射源小结第42页，本讲稿共44页第43页，本讲稿共44页人类受到的本底照射人类受到的本底照射 第44页，本讲稿共44页