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1、2023/12/29 放射化学放射化学Radiochemistry2023/12/29第10讲 放射防护放射防护中使用的量及单位射线防护概念放射防护标准射线的防护X、射线的防护；中子的防护。剂量监督废物处理、处置应用辐射管理2023/12/2910-1放射防护中使用的量及单位吸收剂量；当量剂量有效剂量有效剂量待积当量剂量；集体当量剂量集体有效剂量相对生物效应相对生物效应确定性效应随机效应2023/12/29放射防护Radiological Protection目标：在不过分限制有益的、产生辐射的实践的前提下，为人们提供一个适宜的防护标准To provide an appropriate sta
2、ndard of protection for man without unduly limiting the beneficial practices giving rise to radiation exposure 2023/12/29辐射，RadiationWhere does radiation come from?A large contribution of the radiation on earth is from the sun(solar)or from radioactive isotopes of the elements (terrestrial).Radiatio
3、n is going through you at this very moment!2023/12/29日常照射日常照射Radon is a highly radioactive element that can have serious adverse effects if it gathers in large quantities.Your annual dose of radiation from natural sources is about 0.003 Sv or 3 mSv2023/12/29细胞的损伤及其对辐射的修复能力All living cells have enzym
4、es designed to repair radiation damage to DNAIn some cases,radiation-damaged DNA will produce cancer cellsOnly estimates of the risk of low-level radiation exist2023/12/29天然辐射与寿命损失2023/12/29照射量（照射量（Radiation exposure）一束X或射线穿过空气时与空气发生相互作用使空气电离而产生次级电子，这些次级电子继续使空气电离而产生带电粒子，最后全部损失了自身的能量。dQ：在空气中所形成的单一符号(
5、+或-)的离子总电荷的绝对值。2023/12/29照射量（照射量（Radiation exposure）Exposure(X,照射量)based on the ionizing effect in air of X-and-radiation。Unit:rntgen(R，伦琴伦琴):1R=2.58 x 10-4 C/kgThe unit“Roengten”(R)is a measurement of the specific ionization of air molecules by photons.It only applies to gamma or x-ray radiation in
6、 air.2023/12/29lUnit:J/kg;,gray(Gy，戈瑞戈瑞)或 rad（拉德）（拉德）l1Gy=1J/kg=100rad 吸收剂量吸收剂量(Absorbed Dose)l单位质量的物质所吸收的辐射能量；l辐射防护中最基本的量；l适用于任何能量、任何种类的电离辐射及任何受照射物质电离辐射授予某一体积元中物电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量，焦尔（质的平均能量，焦尔（J)该体积元中物质的质量，千克该体积元中物质的质量，千克(kg)2023/12/29吸收剂量率吸收剂量率（Absorbed Dose rate）吸收剂量对时间的导数：dD：dt时间间隔内吸收剂量的增量；单位：J
7、kg-1 s-1(戈瑞/小时，Gy/h,拉德/小时，rad/h）2023/12/29器官或组织的平均吸收剂量 T:电离辐射授予某器官或组织的总能量（电离辐射授予某器官或组织的总能量（Total energy imparted in a tissue or organ）mT:器官或组织的质量（器官或组织的质量（The mass of that tissue (from 10g,ovaries to 70 kg,the whole body)；单位：戈瑞，单位：戈瑞，Gy,或拉德或拉德,rad2023/12/29当量剂量（Equivalent Dose,HT.R）2023/12/29刘春立，化学与
8、分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.2当量剂量（Equivalent Dose,HT.R）辐射引起的某一生物效应的发生率，不仅与物质的吸收剂量有关，而且与辐射的种类和能量有关；全身照射条件下，当吸收剂量为1mGy时，能量为4.5MeV的快中子诱发某种生物效应的概率比能量为250keV的X射线诱发同样生物效应的概率大10倍；2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院当量剂量根据放射生物学资料，根据外部辐射场的类型或体内沉积的放射性核素发射的辐射的类型和能量，确定一个辐射权重因子WR；器官或组织的当量剂量定义为WR与DT.R的乘积。2023/12/29刘春
9、立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院当量剂量（当量剂量（Equivalent Dose,HT.R）DT.R:辐射辐射R在器官或组织在器官或组织T中产生的平均吸收剂量（中产生的平均吸收剂量（Absorbed dose averaged over the tissue or organ T,due to Radiation R）;WR:辐射辐射R的辐射权重因子（的辐射权重因子（Radiation weighting factor）Unit of HT.R:J/Kg,sievert(Sv，希沃特，与吸收剂量单位希沃特，与吸收剂量单位戈瑞区别戈瑞区别)1J/kg=1Sv=100rem（雷姆
10、）（雷姆）2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院当量剂量（当量剂量（Equivalent Dose,HT.R）如果辐射场为混合辐射场，如中子和辐射场，内照射的、和辐射场；这时的当量剂量为各辐射的当量剂量之和。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院辐射权重因子（Radiation weighting factors）Type of radiationwR光子，所有能量1电子及介子，所有能量1中子,能量 20MeV51020105质子，非反冲质子,能量 2MeV5粒子，裂变碎片，重核202023/12/29刘春立，化学与分子工程学
11、院刘春立，化学与分子工程学院辐射权重因子（中子）2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院例 题 In 1 year,a worker received a dose of 0.02 Gy,a thermal neutron(Ns)dose of 0.002 Gy,and a fast neutron dose(Nf)of 0.001 Gy.What is his total equivalent dose？(Take wR for fast neutrons as 20.)Equivalent dose=absorbed dose x radiation wei
12、ghting factorEquivalent dose,=0.02 x 1=0.02 SvEquivalent dose,Ns=0.002 x 5=0.01 SvEquivalent dose,Nf=0.001 x 20=0.02 SvTotal equivalent dose =0.05 Sv2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院有效剂量有效剂量 E(Effective dose)2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.3有效剂量有效剂量 E(Effective dose)人体是一个统一的生命体，一个器官受照，影响
13、人的整体，多个器官同时受照，将带来更大危险；辐射所诱发的随机性效应发生的概率，不仅与当量剂量有关，而且与受照的组织和器官有关；不同的组织或器官在相同的均匀照射条件下，即使受到相同的当量剂量的照射，所诱发的随机性效应的发生率也不尽相同；2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院有效剂量有效剂量为使单个器官或组织受照所致的随机性效应的发生率与全身均匀照射所致的随机性效应联系起来，分别给各个器官或组织的当量剂量一个权重因子WT；所有组织的权重因子之和为12023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院有效剂量有效剂量 E(Effective do
14、se)HT:组织或器官的当量剂量（组织或器官的当量剂量（Equivalent dose in tissue or organ T）WT:组织权重因子（组织权重因子（Weighting factor for tissue T）有效剂量：人体所有组织的当量剂量的加权值有效剂量：人体所有组织的当量剂量的加权值2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院组织权重因子Tissue or organWTGonads（性腺）Bone marrow（红骨髓）Colon（结肠）Lung （肺）Stomach（胃）Bladder （膀胱）Breast （乳腺）Liver （肝）Oeso
15、hagus （食道）Thyroid （甲状腺）Skin （皮肤）Bone surface （骨表面）Remainder （其余组织或器官）0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.052023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院待积当量剂量HT()（Committed equivalent dose）2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.4 待积当量剂量HT()放射性核素进入人体后对组织或器官的照射剂量，将随着放射性核素的衰变和时间的推移而逐步积累；针对单次摄入某种
16、放射性核素对人体所产生的照射，采用待积当量剂量来描述待积当量剂量来描述；待积当量剂量是人体在单次摄入放射性物质之后，某一特定组织接受的当量剂量率在时间内的积分。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院待积当量剂量HT():50 years for adults,From intake to 70 years for children Following an intake to the body of a radioactive material,there is a period during which the material gives rise to
17、equivalent dose in the tissue of the body in varying rates.2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院待积有效剂量E()Committed effective dose2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.5 待积有效剂量E()单次摄入放射性物质后，产生的待积组织或器官当量剂量乘以相应的组织权重因子WT，然后求和，即为待积有效剂量；待积有效剂量用于评价单次摄入某一活度的放射性核素对组织或器官所造成的危害；积分时间积分时间 的单位为年的单位为年2023/12/29刘
18、春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院集体当量剂量 ST;Collective equivalent dose2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.6集体当量剂量 ST集体当量剂量用来评价某一人群某指定的组织或器官所受到的总的照射情况；当评价某一辐射事件对特定人群所造成的危害以及进行辐射防护的最优化设计时，使用集体当量剂量。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院集体当量剂量平均器官当量剂量平均器官当量剂量第第i组人群人数组人群人数单位：人单位：人 希沃特希沃特(man Sv)2023/12/29刘春立，化
19、学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院(集体有效剂量)S Collective effective dose2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.7 集体有效剂量）S 集体有效剂量用来评价某一人群所受到的辐射照射：第第i组人群接受的平均有效剂量组人群接受的平均有效剂量2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院辐 射 量2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院传能线密度传能线密度LET Linear Energy Transfer2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学
20、与分子工程学院传能线密度传能线密度LET传能线密度：一个致电离粒子沿其径迹的电离密度的一种量度：A measure of the density of ionization along the tract of an ionizing radiation2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院相对生物效应相对生物效应 Relative Biological effects of radiation2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.8 相对生物效应相对生物效应 一种辐射对于另一种辐射的相对生物效应，是产生同样程度的某
21、一规定的生物学终点所需要的这两种辐射的吸收剂量的反比值。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院相对生物效应相对生物效应Particles with high energy loss effects cause typically Particles with high energy loss effects cause typically greater damagegreater damage.The RBE for different kinds of radiation can be The RBE for different kinds of radi
22、ation can be expressed in terms of energy loss effects LET.expressed in terms of energy loss effects LET.Dose of Low LET radiation,including X and rays,all energies,required to cause effects xDose of radiation required to cause effect xRBE =2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院These high energies are
23、 sufficient to kill more cells than actually available!These high energies are sufficient to kill more cells than actually available!Biological effects of radiation2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院急性照射和慢性照射2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.1.9急性照射和慢性照射短时间内受到大剂量的照射为急性照射，急性照射可造成损伤或死亡;长时间内接受小剂量
24、的照射为慢性照射，慢性照射可造成晚期癌症.Acute exposure is a large dose in a short period of time，acute exposure can result in injury or death);Chronic exposure is exposure to a small dose of radiation over a long period of time，chronic exposure can result in cancer later in life.2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院急性照
25、射的生物效应2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院Acute Radiation SyndromeAcute Radiation Syndrome 前期症状前期症状厌食，厌食，恶心恶心呕吐呕吐腹泻腹泻 无症状无症状潜伏期潜伏期发病期发病期厌食，恶心厌食，恶心呕吐，腹泻呕吐，腹泻 组织损伤组织损伤恢复或恢复或死亡死亡TimeIrradiation2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院 急急急急性性性性照照照照射射射射症症症症状状状状的的的的严严严严重重重重程程程程度度度度和和和和时时时时间间间间分分分分布布布布依依依依赖赖赖赖于
26、于于于最最最最大大大大的的的的吸收吸收吸收吸收剂量；剂量；剂量；剂量；前前前前期期期期症症症症状状状状一一一一般般般般在在在在6 6小小小小时时时时后后后后发发发发生生生生；如如如如果果果果全全全全身身身身照照照照射射射射剂剂剂剂量量量量超过超过超过超过50-10050-100拉德拉德拉德拉德，前期症状出现的更早，也更严重。，前期症状出现的更早，也更严重。，前期症状出现的更早，也更严重。，前期症状出现的更早，也更严重。The The severity severity and and the the timescale timescale for for the the acute acute
27、 radiation radiation syndrome syndrome depends depends on on the the maximum maximum delivered delivered dose.dose.The The first first symptoms symptoms show show up up after after 6 6 hourshours .If If the the whole whole body body exposure exposure exceeds exceeds a a critical critical threshold t
28、hreshold rate rate of of 50 50-100-100 rad rad the the symptoms symptoms show up more rapidly and drasticallyshow up more rapidly and drastically.Acute Radiation SyndromeAcute Radiation Syndrome 2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院确定性效应Deterministic effects2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院确定性效应De
29、terministic effects如果在一个组织或器官中有足够多的细胞被杀死或不能繁殖和发挥正常功能，则该器官将丧失其功能：这种效应称作确定性效应确定性效应。If enough cells in an organ or tissue are killed or prevented from reproducing and functioning normally,there will be a loss of organ functiondeterministic effects 2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院Deterministic effec
30、ts确定性效应的发生有阈值；效应的严重程度随剂量的增加而增强；照射量与确定性效应之间有明确的因果关系。A certain minimum dose must be exceeded before the effect occursThe severity of the effect increases as dose increaseThere is a clear causal relationship between exposure and occurrence2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院随机效应Stochastic effects由一个改变了
31、的细胞可能引起的躯体或遗传效应，称作随机效应随机效应。The somatic and hereditary effects,which may start from a single modified cell Stochastic effects2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10-2 放射防护概念The Conceptual Framework of Radiological Protection-ObjectiveICRP publication 60,1990-112023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.2.
32、1 放射防护的目标避免确定性效应的发生，采取有效措施减小随机效应的发生几率To prevent the occurrence of deterministic effects by keeping doses below the relevant thresholds,and to ensure that all reasonable steps are taken to reduce the induction of stochastic effects2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.2.2放射防护原则实践的正当性防护的最优化个人剂量限值Just
33、ification of a practiceOptimisation of protectionIndividual dose limits 2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院实践的正当性原则Justification of a practice涉及照射的实践，除非对受照个人或社会带来的利益足以补偿其辐射危害时才可实施。No practice involving exposures to radiation should be adopted unless it produces a sufficient benefit to the exposed i
34、ndividuals or to society to offset the radiation detriment it causes2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院防护的最优化原则Optimisation of protection对于一项实践中的任一特定源，个人剂量的大小、受照的人数以及潜在的照射等，在考虑了经济和社会因素后，都应当保持在可以合理达到的尽量低的值。在潜在照射情况下，防护的最优化原则应当受到个人剂量或个人风险限值的约束，以便限制可能发生的、来自固有的经济和社会价值观上的不平等现象的发生。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘
35、春立，化学与分子工程学院防护的最优化原则Optimisation of protectionThe magnitude of individual doses,the number of people exposed,and the likelihood of incurring exposures should all be kept as low as reasonably achievable,economic and social factors being taken into account.This procedure should be constrained by restr
36、ictions on the doses to individuals,or the risks to individuals in the case of potential exposures,so as to limit the inequity likely to result from the inherent economic and social judgements.2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院个人剂量限值Individual Dose and Risk Limits个人受到的来自所有相关实践的照射应有剂量限。在潜在照射情况下应有一定
37、程度的风险控制。目的在于保证在任何正常情况下，个人受到的来自这些实践的辐射危害不会达到不可接受的程度。并非所有的源都需要在源处加以控制，但是，在确定剂量限值之前，将某些源作为相关源是必要的。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院个人剂量限值Individual Dose and Risk LimitsThe exposure of individuals resulting from the combination of all the relevant practices should be subject to dose limits,or to some
38、 control of risks in the case of potential exposures.These are aimed at ensuring that no individual is exposed to radiation risks that are judged to be unacceptable in any normal circumstances.Not all sources are susceptible to control by action at the source and it is necessary to specify the sourc
39、es to be included as relevant before selecting a dose limit2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院实施的干预措施应利大于弊；干预的形式、规模和时间长短应遵循最优化原则，即净利益最大化原则；采取干预措施时，不能应用剂量限值原则，但可以预设采取干预措施的剂量值。由于高于该剂量值将产生严重的确定性效应，因此这时采取干预措施总是正当的；10.2.3干预的基本原则General Principles for Intervention2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院干预的基本
40、原则General Principles for InterventionThe proposed intervention should do more good than harmThe form,scale and duration of the intervention should be optimised,i.e.the net benefit should be maximisedDose limits do not apply in intervention,but there will be some level of projected dose above which,b
41、ecause of serious deterministic effects,intervention will almost always be justified2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.2.4 职业照射Occupational Exposure2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.2.4 职业照射(Occupational Exposure)5年期间的平均有效剂量20mSva-1,其中任何一年的有效剂量50mSv;有效剂量限值是可容忍的上限；对于超过个人剂量限值的个人来讲，勿需对其以后的照射设置
42、特别限制。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院Occupational ExposureThe recommended limit on the effective dose is 20 mSv/a,averaged over 5 years,with the further provision that the effective dose shall not exceed 50 mSv in any single yearNo special restrictions are required on the subsequent exposure of
43、an individual who has exceeded a dose limit2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院1cm2皮肤和眼的5年平均剂量限值分别为:500mSv/a和150mSv/a；年摄入剂量为20mSv;孕妇腹部的年剂量限值为2mSv/a，年摄入剂量限值为1mSv/a.ICRP publication 60,1990.11职业照射2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院The effective dose limit is the boundary of tolerabilityDose limits fo
44、r skin and lens of the eye are 500 mSv/a averaged over any 1 cm2 and 150 mSv/a,respectivelyAnnual Limits on Intake(ALIs)are based on a committed effective dose of 20 mSvOnce pregnancy is declared,the conceptus should be protected by applying a supplementary equivalent dose limit to the surface of th
45、e womans abdomen of 2 mSv/a for the remainder of pregnancy and by limiting intakes of radionuclides to about 1/20 of the ALIOccupational Exposure2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10.2.5 医疗照射(Medical Exposure)由于多数医疗照射是正当的，受照者通常都是受益者，因此，与其它照射比较，医疗照射的最优化受到关注的程度不够；因此，诊断放射学还留有很大的降低剂量的空间；应尽量避免怀孕妇女的腹部照射，
46、除非非做不可。2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院医疗照射美国每年有2 billion X射线检查，32 million核医学诊断，5.5 million化疗，有数百万开展医学检查的技术人员。There are about 2 billion diagnostic x-ray examinations,32 million nuclear medicine procedures and 5.5 million radiation therapy treatments annuallyThere are several million technologist
47、s giving medical examinations 2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院医疗照射2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院 10.2.6公众照射(Public Exposure)公众照射（关键人群的平均剂量）应使用剂量限值和约束；剂量限值仅与特定的事件有关，与业已存在于环境中的放射性核素（天然的或人造的）无关；年剂量限值为1mSv，皮肤和眼睛分别为50mSv和15mSv.2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院剂量限值剂量限值有效剂量年当量剂量眼晶体皮肤手和足职业20mSv
48、/a(5年内平均）150mSv500mSv500mSv公众1mSv/a15mSv50mSv2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院Dose limits2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院INDIVIDUAL-AND SOURCE-RELATED CONCEPTSINDIVIDUALS ARE INDIVIDUALS ARE PROTECTEDPROTECTEDFROM FROM ALLALL REGULATED REGULATED SOURCESSOURCESBY THE BY THE DOSE LIMITSDOSE LIM
49、ITSINDIVIDUALS ARE INDIVIDUALS ARE PROTECTEDPROTECTEDFROM A FROM A SINGLESINGLE SOURCE SOURCEBY THE BY THE DOSE CONSTRAINTDOSE CONSTRAINT2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10-3射线的防护2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院10-3射线的防护防护的一般方法：尽量缩短照射时间；尽量增大与照射源的距离；在人员和照射源之间加屏蔽。重带电粒子的防护中子的防护射线的防护X、射线的防护2023/1
50、2/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院粒子的防护Alpha particles can be blocked byA sheet of paperOne or two inches of airThe outer layer of the skinThus,materials that emit alpha radiation are only dangerous if inhaled or ingested(where they can be next to biological tissue)2023/12/29刘春立，化学与分子工程学院刘春立，化学与分子工程学院射线