核科學概論東華理工大學核工系本堂課主要內容輻射劑量學基本知識輻射對人體的危害第一節輻射劑量學基本知識

輻射防護已成為核科學領域中一個重要分支，是專門研究防止電離輻射對人體危害的綜合性邊緣學科。它與許多學科存在交叉領域。輻射防護和核安全有許多交叉的地方。其主要內容要求涉及到的學科有：原子核物理學、核化學、輻射劑量學、核輻射探測技術、核電子學、放射生物學、放射衛生學、放射生態學和輻射評價學等。內容極為豐富，至今在理論上或在應用上仍處在發展和深化階段，有許多新課題尚待研究和介決。輻射防護的概念與含義輻射防護的目的與任務

輻射防護和核安全的目的是防止有害的確定性效應，并限制隨機性效應的發生概率，使它們達到被認為可以接受的水平。

輻射防護和核安全的基本任務：既要保護從事放射工作者本人和后代以及廣大公眾乃至全人類的安全；保護好環境；又要允許進行那些可能會產生輻射的必要實踐以造福于人類。日常生活中所遇到的

射線——來源天然輻射是人類的主要輻射來源生活中的輻射來源｛天然輻射人工輻射電離輻射對人類和環境的影響天然輻射宇宙射線宇生放射性核素原生放射性核素

一般場所：天然本底為2.4mSv/a,

多為內照射(222Rn,60%)

天然本底照射天然輻射源對人類和環境的影響天然輻射源照射世界平均輻射劑量值

輻

射

源

年

有

效

劑

量

mSv

平

均

值

典型范圍值

外照射

宇宙輻射直接電離輻射和光子

0.28（0.30）a

中子成分

0.10（0.08）宇生核素

0.01（0.01）

宇宙射線與宇生核素小計

0.390.3―1.0陸地外照射

室外

0.07（0.07）

室內

0.41（0.39）

陸地外照射小計

0.480.3―0.6c外照射

合

計

0.870.6―1.6（UNSCEAR2000）

天然輻射源照射世界平均輻射劑量值（續）

輻

射

源

年

有

效

劑

量

mSv

平

均

值

典型范圍值

內照射

吸入內照射

鈾、釷系列

0.006（0.01）

氡（222Rn）

1.15（1.2）

釷（220Rn）

0.10（0.07）

吸入內照射小計

1.260.2―10食入內照射

40K

0.17（0.17）

鈾和釷系

0.12（0.06）

食入內照射小計

0.290.2―0.8內照射合計

1.55總

計

2.41―10

正常本底地區天然輻射源

致人體的年有效劑量輻射來源年有效劑量,mSv

宇宙射線0.38宇生核素0.01陸地g外照射0.48陸地放射性核素內照射(不包括氡)0.29氡及其子體1.25總計2.4醫療輻射是最大的人工輻射來源；各種人工放射性核素，大約80％用于醫學目的。

人工輻射——醫療輻射1.放射診斷

2.放射治療

3.核醫學人工輻射源對人類和環境的影響

全世界醫用X射線檢查的頻率、有效劑量和集體劑量（1991-1996）

檢查每1000人口檢查次數每次檢查的有效劑量，mSv年集體劑量，人Sv

胸部X射線攝影870.1471200胸部X射線透視371.1234700腰椎151.8159000胸椎4.11.433400骨盆和腹部110.8353300上胃腸道133.7274000全世界醫用X射線檢查的頻率、有效劑量和集體劑量（1991-1996）（續）

檢查每1000人口檢查次數每次檢查的有效劑量，mSv

年集體劑量，人?Sv

下胃腸道3.46.4127000尿路造影3.83.781300CT168.6785000血管造影2.112143000介入程序0.842098000總計3302330000反應堆運行：大氣，Kr、Xe、I、3H、14C、16N、35S、41Ar；水中，3H和裂變產物。長壽命核素，3H、14C、85Kr、90Sr等，以及超鈾元素的同位素。后處理：核能生產所致居民人均年劑量當量，美國、加拿大為310-8Sv，英國為2.510-6Sv人工輻射——核電站項目年份1980200021002500年核發電預計值[GW(e)]8010001000010000年集體有效劑量(人·Sv)5001000200000250000世界人口(109)4101010年人均當量劑量(mSv)0.112025占天然輻射源平均暴露量的百分數(％)0.0050.0511核電力生產持續到2500年時的

年人均當量劑量預計值燃煤的放射性污染問題燃煤對環境的影響化學物質污染放射性物質污染煤散逸飛灰中放射性核素的平均含量：

40K為265Bq/kg，238U為200Bq/kg，

210Pb為930Bq/kg，210Po為1700Bq/kg，

232Th為70Bq/kg，228Th為為110Bq/kg，

228Ra為130Bq/kg燃煤電站導致的居民輻射劑量是核電站的3倍！放射性落下灰局部沉降帶狀沉降全球性沉降（含200多種放射性物質）外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；內照射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等。食物鏈轉移問題人工輻射——核爆炸

大氣層核試驗產生的放射性核素的

平均年有效劑量μSv

（UNSCEAR2000）

年度北半球南半球外照射食入★吸入總和外照射食入★吸入總和1945-19993825311641076115178353282000-2099124141264311261572100-21991251633.150532000-∞

1.4218021810.3218021801945-∞520290016435801492530352720★

包括在全球擴散的3H和14C的貢獻。人工輻射的組成類型劑量水平(mSv)看電視每天2小時<0.01mSv/a夜光表0.02mSv/a乘飛機2000km0.005mSv/h眼鏡（局部）0.01～0.04mSv/a家用天然氣（局部）0.06～0.09mSv/a假牙（局部）1μSv/a吸煙每天20支（“釙彈”）0.5～1mSv/a診斷X射線人均年有效劑量0.3CT人均單次有效劑量8.6使用火力發電廠帶來的照射0.005核電站附近人均年有效劑量0.001-0.02核設施附近人均年有效劑量0.001-0.2人類生活方式對輻射水平的影響輻射照射的類別

照射是指受照的行為或狀態。根據不同的行為或狀態，照射的分類方法就有好幾種。照射可以是外照射（體外源的照射），也可以是內照射（體內源的照射）。照射可以分為正常照射或潛在照射；也可以分為職業照射、醫療照射或公眾照射；在干預情況下，還可以分為應急照射或持續照射。

照射量定義：X、γ射線，在空氣中，單位體積元內產生的全部電子均被阻留在空氣中時，形成的總電荷除以該體積元空氣質量。式中：dQ－在一個體積元的空氣中，產生的一種符號的離子總電荷的絕對值；dm－體積元內空氣的質量。照射量SI單位：C/kg庫倫/千克照射量X應用條件有些文獻提到介質的照射量時，是指在介質中放置少量空氣后測得的照射量值。X、γ射線；介質為空氣。定義：不帶電粒子在體積元內產生的所有帶電粒子的初始動能總和的平均值除以物質質量的商。SI單位：戈瑞，Gy歷史上曾使用過的單位：拉德，符號rad1Gy＝100rad比釋動能（Kerma，kineticenergyinmaterial）

對不帶電粒子適用；適用于所有介質；針對“點”的概念。比釋動能K的使用條件間接電離粒子的能量沉積過程：間接帶電粒子帶電粒子帶電粒子物質（比釋動能）（吸收劑量）吸收劑量電離輻射授予某一體積元中物質的平均能量除以該體積元中物質的質量的商定義：SI單位：戈瑞，Gy1Gy＝1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，rad1Gy＝100rad吸收劑量D在劑量學的實際應用中是一個非常重要的基本的劑量學量。（absorbeddose）

對所有射線適用；適用于所有介質；針對“點”的概念。吸收劑量D的使用條件吸收劑量率SI單位：戈瑞/秒，Gy/s某一時間間隔內吸收劑量的增量除以該時間間隔的商。定義：

這是一個與個體相關的輻射量式中：WR－輻射權重因子；DT,R－器官、組織的平均劑量器官或組織T中的平均吸收劑量DT,R與輻射權重因子WR的乘積(equivalentdose)當量劑量HT,RSI單位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg歷史上曾使用過的單位：雷姆，rem

1Sv＝100rem如果輻射場由具有不同WR值的不同類型和（或）不同能量的輻射所構成時，則當量劑量HT為輻射權重因子WR數值上：依據輻射在低劑量率時誘發隨機效 應的相對生物效應值選取的。性質：表征射線種類，能量與生物效應關系為輻射防護目的，對吸收劑量乘以的因數，用以考慮不同類型的輻射對健康的相對危害效應。

輻射權重因子（WR）（ICRP60）輻射類型能量范圍WR光子電子和介子中子質子（反沖質子除外）α粒子，裂變碎片，重核所有能量所有能量＜10keV10-100keV＞100keV-2MeV＞2-20MeV＞20MeV能量＞2MeV1151020105520有效劑量E式中：WT－組織T的權重因子；HT－器官或組織的當量劑量當所考慮的效應是隨機效應時，在全身受到不均勻照射的情況下，人體所有組織或器官的加權后的當量劑量之和。(effectivedose)這也是一個與個體相關的輻射量SI單位：希沃特，Sv1Sv＝1J/kg

歷史上曾使用過的單位：雷姆，rem

1Sv＝100rem

意義：評價隨機效應的危險度，使輻射防護走向定量化。

有效劑量表示了在非均勻照射下隨機性效應發生率與均勻照射下發生率相同時所對應的全身均勻照射的當量劑量。有效劑量也表示了為身體各器官或組織的雙疊加權的吸收劑量之和：組織權重因子

（tissueweightingfactor,WT)定義：WT代表組織T接受的照射所導致的隨機效應的危險系數與全身受到均勻照射時的總危險系數的比值。表征組織或器官的輻射敏感性反應了在全身均勻受照下各該組織或器官對總危害的相對貢獻。為輻射防護的目的，器官和組織的當量劑量所乘的因數，乘以該因數是為了考慮不同器官和組織對發生輻射隨機性效應的不同敏感性。組織權重因子（ICRP60）組織或器官組織權重因子WT睪丸紅骨髓結腸肺胃膀胱乳腺旰食道甲狀腺皮膚骨表面其余組織或器官0.200.120.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05待積當量劑量（committedequivalentdose）人體單次攝入放射性物質后，某一器官或組織在50年內將要受到的累積的劑量當量。式中：t0是攝入放射性物質的起始時刻；是在t時刻器官或組織受到的當量劑量率；

τ是攝入放射性物質之后經過的時間。當沒 有給出積分的時間期限時，成年人－50年； 兒童－70年待積當量劑量與待積有效劑量待積有效劑量（committedeffectivedose）式中：HT（τ）是積分到時間器官或組織T的待積 當量劑量；

WT是器官或組織T的組織權重因子。受到輻射危害的各器官或組織的待積當量劑量HT（τ）經WT加權處理后的總和稱為待積有效劑量E（τ），即

待積有效劑量可用來預計個人因攝入放射性核素后將發生隨機性效應的平均幾率。

HT（τ）與E（τ）的單位、名稱與符號都和H、E相同。集體當量劑量與集體有效劑量單位：人希集體當量劑量ST表示一組人某指定的器官或組織的當量劑量的總和。(collectiveequivalentdose)

一次大的放射性實踐或放射性事故，會涉及許多人。因此，采用集體劑量來定量地表示這一次放射性實踐或事故對該群總的危害。式中：是所考慮的群體中，第i組的人群中每個人的T器官或組織平均所受到的當量劑量；

Ni是第i人群組的人數。

集體有效劑量

SE(collectiveeffectivedose)受照群體每個成員的有效劑量的總和。注意：時間、人群單位：人希

式中：是第I組人群接受的平均有效劑量。第二節輻射對人體的危害

輻射與人體相互作用會導致某些特有生物效應。效應的性質和程度主要決定于人體組織吸收的輻射能量。從生物體吸收輻射能量到生物效應的發生，乃至機體損傷或死亡，要經歷許多性質不同的變化，以及機體組織、器官、系統及其相互關系的變化，過程十分復雜。

目的：在分子水平上，了解輻射損傷的機理。基礎：電離和激發，改變原子或分子的狀態，從 而導致細胞功能或遺傳結構的變化。輻射的生物效應的特點：（1）很低的吸收能量就能引起高的生物效應；（2）短暫作用引起長期效應。輻射的初始作用輻射的作用過程分子水平細胞死亡細胞變異體細胞生殖細胞體細胞生殖細胞功能障礙不孕腫瘤遺傳效應確定性效應多細胞死亡導致隨機性效應單一細胞變異導致DNA損傷細胞水平臨床癥狀效應物理因素總結（1）輻射類型

外照射:g＞b＞a(危害程度)

內照射:a＞b＞g

(危害程度)（2）劑量率、受照時間間隔

劑量率生物效應時間間隔生物效應影響輻射生物學作用的因素（3）照射部位與面積

不同部位不同的敏感度面積生物效應（4）幾何條件

不同的幾何條件

不同的生物效應生物種系人猴大鼠雞龜大腸桿菌病毒LD50（Gy）

4.06.07.07.1515.056.02104生物因素（1）不同生物種系對輻射的敏感性不同

胚胎不同發育階段，2GyX射線照射下死胎或畸形的發生率（2）不同年齡對輻射的敏感性不同（3）不同組織或器官對輻射的敏感性不同

高度敏感:

淋巴組織、胸腺、骨髓、性腺、胚胎腸胃上皮

中度敏感:

感覺器官、內皮細胞、皮膚上皮、唾液腺、腎、肝等

輕度敏感:

中樞神經系統、內分泌腺、心臟

不敏感:

肌肉組織、軟骨組織、結締組織軀體效應（somaticeffects）定義：發生在受照者本人身上的效應。（1）依據效應發生的個體遺傳效應（hereditaryeffects）定義：發生在受照者后代身上的效應。電離輻射所致生物效應的分類劑量與效應的