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辐射防护常用知识
辐射防护常用知识
一、原子核与原子（核）能
自然界的物质由各种各样的元素组成，比如，水由氢元素和氧元素组成，食盐由钠元素和氯元素组成。
元素通常被叫做原子（严格地说，把核电荷数相同的一类原子叫做一种元素），所以，可以说，物质是由各种各样的原子组成的。
原子由原子核与电子组成。
原子核位于“中心”地位，几乎集中了原子全部质量，带正电荷；电子带负电荷，围绕“核心”运动。
原子的质量数取决于原子核，其电子质量数忽略不计。
每种原子都有一个“原子核心”和多个电子，电子一圈一圈“守规矩”排列并且运动。
不同的原子其电子数也不同，比如，炭原子6个电子，氢原子1个电子。
不同原子，其原子核具有的正电荷数目就不同；原子核的正电荷数目，正是它在元素周期表中排列的序号。
原子核由质子和中子组成，“姐妹”俩统称“核子”。
不过，中子不带电荷。
只有质子带正电荷，与对应的电子（负电荷）形成“稳定局面”。
比如，原子序号都为1的氢有3种，“正宗”的氢只有1个质子，即带1个正电荷，另两种分别叫重氢和超重氢。
重氢又叫氘（音“刀”），其原子核中有1个质子，还有1个中子；超重氢又叫氚（音“川”），1个质子，2个中子。
它们的质量分别是“正宗”氢的2倍和3倍。
氢、氘、氚具有相同的化学性质，原子序数都是1，科学家把它们叫做“氢的3种同位素”，也可以叫做3种不同的核素，分别写作11H、12D、13T。
左下角数字表示“原子序数”，左上角数字表示其质量数。
原子核中的质子带有的正电荷数目，同电子（带负电荷）数目是相等的，正是它在元素周期表中排列的序号，科学家称之为“原子序数”。
又比如氦原子，写作24He，原子序数为2，其质量数是4，显然，其原子核中有2个质子和2个中子。
质子和中子之间，中子和中子之间，质子和质子之间，总而言之，核子之间，存在着很强的吸引力——核力，或者说结合能、原子能。
在一般情况下，核力使所有核子结合成一个紧密的稳定结构。
要想分裂一个原子核，就必须从外部供给能量，克服这种结合能。
研究表明，质量不同的原子核，其结合能是不同的。
中等质量的原子核，其结合能较大；“重量级”质量的原子核，其结合能较小。
当“重量级”原子核分裂成中等质量的原子核时，要放出能量，这就叫“核裂变能”。
又知道，“轻量级”原子核的结合能也比中等级质量的原子核结合能要小，两个“轻量级”原子核聚合成一个中等级质量的原子核时，也有能量放出，这就是“核聚变能”。
它们都叫核能。
核电站就是利用“核裂变能”原理进行发电。
二、放射性
1、放射性现象的发现
1896年，法国物理学家贝可勒尔在研究物质的荧光时发现，某些铀盐可以放射一种人的眼睛看不见的射线，这种射线能穿过黑纸、玻璃、金属箔使照像底片感光；而且还观测到，靠近铀盐的空气被“电离”了，验电器可以检验出来。
1898年，居里夫人和施密特各自观测到，钍的化合物也能放出类似的射线。
居里夫人把这种“原子现象”称为放射性。
不久，她又发现了放射性更强的镭。
铅可以有效地阻挡射线。
1899年，有科学家将镭源放入铅制造的容器中，容器开有一小孔，让镭的射线射出。
然后在射线的垂直方向施以磁场力，奇迹出现了，射线在磁场力作用下，分解为3束，科学家把它们分别命名为α、β、γ射线。
后来证明，偏转角度不大的α射线或者说α粒子就是氦原子核（带正电荷）；偏转角度大的那束命名β，是电子束（带负电荷）；中间不偏转的命名γ，是电磁波，无电荷。
2、放射性核素
核素可以分为两大类，一类是稳定的，另一类是不稳定的。
不稳定核素可以自发地蜕变为另外元素的核素，这个过程叫做放射性衰变。
在放射性衰变过程中，会从核内放出α粒子、β粒子、γ光子以及其它射线。
这种不稳定核素放出射线的特性叫放射性。
例如，考古鉴定文物年代使用的碳-14（写作14C），它就衰变成氮-14（写作14N）。
氮-14是稳定核素。
现在已经知道的107种元素的1900多种同位素中，大约有300种是稳定核素；其余1600种是放射性核素，其中的大约60种是天然放射性核素，其它是人工制造的。
放射性核素又叫放射源。
3、放射性活度和单位
据《中国环境报》权威资料，全国现有放射源用户上万家，“密封放射源”大约5万枚，总活度约1350万居里。
那么，什么叫放射性活度？
所谓放射性活度是指一定量的放射性核素在单位时间内的衰变数；单位是“贝可勒尔”，简称贝可，符号为Bq；1Bq=1个衰变/秒。
所谓居里（符号Ci），是以前用的或者说习惯用的单位，居里与贝可的关系是：
1居里=3.7×1010贝可。
4、电离辐射
α粒子、β粒子、质子等带电荷，可以直接引起物质电离；X射线、γ光子和中子等不带电荷，但是在与物质作用时产生“次级粒子”从而使物质电离。
所有这些现象，统称电离辐射，习惯简称辐射。
另外，红外线、紫外线、微波、激光等也称辐射，但不是“电离辐射”。
5、电离辐射剂量和单位
电离辐射作用于人体，会引起人体的某些变化。
人们为了研究这种影响，借用了医药中“剂量”一词，称电离辐射剂量，用以度量电离辐射的程度。
随着辐射防护科学的发展，“剂量”一词的含义语来愈丰富。
这里介绍几种常用的概念。
1）、照射（剂）量，指X射线、γ射线在空气中产生电离作用的能力大小。
以前的或者说人们习惯的专用单位是伦琴，简称伦，符号为R。
2）、照射（剂）量率，是指单位时间里的照射（剂）量，常常以伦/小时、微伦/秒表示，符号分别为R/h与μR/S，或者写作Rh-1与μRS–1。
现在现场使用的测量“照射量率”的仪表，其单位是μGyh-1读作“微戈瑞每小时”。
照射（剂）量率通常是指场所X射线、γ射线的辐射强度，而不是人体受照射剂量。
3）、吸收剂量，这可以指人体受到电离辐射后吸收了多少能量。
其专用单位是“戈瑞”，简称戈，符号为Gy；或毫戈瑞、微戈瑞。
4）、当量剂量。
人体吸收剂量产生的效应，除了与剂量多少有关外，还与其它因素（比如辐射类型、射线能量大小和照射条件）有关，因此要根据其它因素进行修正，修正后的吸收剂量叫“当量剂量”。
5）、有效剂量。
人体受到照射时，常常是多个器官受到照射。
器官不同，产生的效应也不同，所以，要进一步细化为“有效剂量”。
当量剂量和有效剂量的单位都叫“希沃特”，简称希，符号为Sv，常常用毫希：
mSv。
6）、待积当量剂量和待积有效剂量。
这是为了计算放射性物质进入人体内后长时间（一般地说，成人取50年，儿童取70年）对人体组织和器官造成的当量剂量和有效剂量。
三、电离辐射对人体的效应
电离辐射对人体的作用，是一个非常复杂的过程。
它通过直接的或间接的电离作用，使人体的分子发生电离或者激发。
对人体的水分子，会使其产生多种自由基和活化分子；严重的，导致细胞或机体损伤甚至死亡。
当然，电离辐射对人体的作用过程是“可逆转”的，人体自身具有修复功能，这种修复能力的大小与个体素质的差异有关，与原始损伤程度有关。
所以，一定要控制人所受剂量的大小。
1、外照射
对X射线、γ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。
α粒子穿透能力弱（一张纸就可以阻挡），不会引起外照射损伤。
β粒子穿透能力也较弱，外照射时只能引起皮肤损伤。
γ射线穿透能力强，人体局部受到它照射，吸收2～3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。
2、内照射
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。
内照射主要是α粒子和β粒子。
α粒子能量大，对人体细胞损伤较为严重。
四、辐射防护
1、外照射辐射防护。
X射线、γ射线和中子等在人体外对人照射时，其防护措施有：
1）、保持距离，距放射源愈远，人体吸收剂量就愈少。
2）、减少受照射时间。
3）、用屏蔽物质防护。
射线通过与物质接触，能量被减弱，所以，在放射源与人体之间加装屏蔽物就能起到防护作用。
铅的屏蔽作用最好，水、铁、水泥、砖、石头、铅玻璃也常用。
2、内照射防护。
戴口罩防止经呼吸道吸入α粒子和β粒子。
食物、水被怀疑受到污染时，应当检测，不合要求不饮用。
穿戴工作服防止皮肤吸收，尤其要注意防止通过伤口进入人体内。
五、密封放射源
放射性核素已经在工业、农业、医学、考古、国防和科学研究等领域得到越来越广泛的应用。
把放射性核素（即放射源）制成密封好的“东西”（简称密封源），使用方便。
密封源是被密封在特殊的包壳里的，或者用特殊方法覆盖的。
包壳有足够的强度，能够使人不受放射性照射或污染。
密封源种类很多，按射线类别分，有α源、β源、γ源、中子源、低能光子源等；按几何形状分，可以分为点源、线源、平面源、圆柱源、圆环源等；按活度的不确定度分，可以分为检查源、工作源、参考源、标准源等；按用途分，可以分为医疗用、工业照相用、辐射式仪表用、离子发生器用、γ辐照用、放射性测井用、放射性测量和仪表刻度用等等。
工业、农业、医疗、科研等部门大量使用强γ放射源，如钴-60，而且活度大多数在1×105～6×105居里之间。
工农业生产中经辐照过的物品没有放射性。
六、X射线
高速电子轰击靶物资时，会产生X射线。
利用此原理，人们制造了X光机。
X光机种类好多，如诊断用、治疗用、探伤用光机，X线定向仪，测厚仪等。
X光机的核心部分是X线管，通常由安装在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。
阴极为钨丝，阳极则根据不同需要由不同材料制成多种形状。
也就是说，X光机里没有“密封源”。
现代科学仪器，有许多利用高速电子流的设备或器件，例如电子显微镜、电子轰击炉、阴极射线管、高压整流管、真空开关、高频发射管、电视显像管等等，都会产生X射线。
辐射量及其单位
一、放射性活度
放射性活度（radioactivity）简称活度，它的SI单位是“S-1”，SI单位专名是贝可[勒尔]（Becquerel），符号为Bq。
1Bq＝1次衰变/秒。
暂时与SI并用的专用单位名称是居里，符号为Ci。
1Ci＝3.7×1010Bq或1Bq＝1s-1≈2.703×10-11Ci。
可用克镭当量来表示γ放射源的相对放射性活度。
1克镭当量表示一个γ放射源的γ射线对空气的电离作用和1克的标准镭源（放在壁厚为0.5毫米的铂铱合金管内，且与其子体达到平衡的1克镭）相当。
单位质量或单位体积的放射性物质的放射性活度称为放射性比度，或比放射性（specificradioactivity）。
二、照射量
照射量（exposuredose）X是dQ除以dm所得的商，其中dQ的值是在质量为dm空气中，由光子释放的全部电子（负电子和正电子）在空气中完全被阻止时所产生的离子总电荷的绝对量，即：
X＝dQ/dm。
单位：
库仑·千克-1（C/kg）。
暂时与SI并用的照射量的专用单位名称是伦琴（Roentgen），符号为R，目前尚无SI单位专名，与SI单位的关系为1R＝2.58×10-4C·kg-1。
伦琴的定义是：
在1RX或γ射线照射下，在0.001293g（相当于0℃和760mm汞柱大气压力下1cm3干燥空气的质量）空气中所产生的次级电子在空气形成总电荷量为1静电单位的正离子或负离子。
照射量只对空气而言，仅适用于X或γ射线。
三、吸收剂量
吸收剂量（absorbeddose）定义为dε除以dm所得的商，其中dε是致电离辐射给予质量为dm的受照物质的平均能量。
即D＝dε/dm。
吸收剂量的SI单位是焦耳·千克-1（J·kg-1），SI单位专名是戈[瑞]（gray），符号Gy。
暂时与SI并用的专用单位名称是拉德，符号为rad。
1Gy＝1J·kg-1＝100rad，或1rad＝10-2 J·kg-1＝10-2Gy。
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γ射线辐射场的量度，描述电离辐射在空气中的电离本领；而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。
但是，在两个不同量之间，在一定条件下相互可以换算。
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。
由于X或γ射线在空气中产生一对离子的平均能量约为32.5eV，所以1R的X或γ射线在空气中的吸收剂量约为0.838rad；而在软组织中的吸收剂量约为0.931rad。
四、当量剂量
相同的吸收剂量未必产生同样程度的生物效应，因为生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、照射条件、生物种类和个体生理差异等因素的影响。
为了比较不同类型辐射引起的有害效应，在辐射防护中引进了一些系数，当吸收剂量乘上这些修正系数后，就可以用同一尺度来比较不同类型辐射照射所造成的生物效应的严重程度或产生机率。
把乘上了适当的修正系数后的吸收剂量称为当量剂量（equivalentdose），用符号H表示。
当量剂量只限于防护中应用。
组织中某点处的当量剂量H是D、Q和N的乘积；即H＝D·Q·N。
式中：
D是吸收剂量；Q是品质因子；N是其它修正系数的乘积。
目前指定N值为1。
品质因子依不同类型辐射而异，品质因子（Q）与传能线密度（LET）关系非常密切（表1-3）。
表1-3品质因子（Q）与传能线密度（LET）间的关系
水中的平均LET（keV/μ）
品质因子
≤3.5
1
7.0
2
23
5
53
10
≥175
20
当量剂量H的SI单位是焦耳·千克-1（J·kg-1），SI单位专名是希沃特（Sievert）符号为Sv。
暂时与SI并用的专用单位名称是雷姆，符号为rem。
1Sv＝1J/kg＝100rem。
1rem＝10-2J/kg。
表1-4给出辐射量单位对照表，辐射量包括放射性物质的放射活度、辐射场强度以及被照物质的吸收剂量三方面内容。
表1-4辐射量单位对照表
辐射量
SI单位
SI单位专名
专用单位
照射量
库伦·千克-1（C·kg-1）
未 定
伦琴（R）
1伦＝2.58×10-4库伦·千克-1（1R＝2.58×10-4C·kg-1）
吸收剂量
焦耳·千克-1（J·kg-1）
戈瑞（Gy）
1戈瑞＝1焦耳·千克-1＝100拉德（1Gy＝1J·kg-1＝102rad）
拉德（rad）
1拉德＝10-2焦耳·千克-1＝100尔格·克-1
（1rad＝10-2J·kg-1＝102erg·g-1）
当量剂量
焦耳·千克-1（J·kg-1）
希沃特（Sv）
1希沃特＝1焦耳·千克-1＝100雷姆（1Sv＝1J·kg-1＝102rem）
雷姆（rem）
1雷姆＝10-2焦耳·千克-1（1rem＝10-2J·kg-1）
放射性活度
秒-1
（s-1）
贝可勒尔（Bq）
1贝可勒尔＝1秒-1
（1Bq＝1s-1）
居里（Ci）
1居里＝3.7×1010·秒-1
（1Ci＝3.7×1010s-1）
γ射线的产生及其杀伤机理
2005-12-3016:
11:
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γ射线是一种强电磁波，它的波长比X射线还要短，一般波长＜0．001纳米。
在原子核反应中，当原子核发生α、β衰变后，往往衰变到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射线辐射来实现的，这种射线就是γ射线。
γ射线具有极强的穿透本领。
人体受到γ射线照射时，γ射线可以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。
强大的威力
一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：
冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。
其中贯穿辐射则主要由强γ射线和中子流组成。
由此可见，核爆炸本身就是一个γ射线光源。
通过结构的巧妙设计，可以缩小核爆炸的其他硬杀伤因素，使爆炸的能量主要以γ射线的形式释放，并尽可能地延长γ射线的作用时间（可以为普通核爆炸的三倍），这种核弹就是γ射线弹。
与其他核武器相比，γ射线的威力主要表现在以下两个方面：
一是γ射线的能量大。
由于γ射线的波长非常短，频率高，因此具有非常大的能量。
高能量的γ射线对人体的破坏作用相当大，当人体受到γ射线的辐射剂量达到200－600雷姆时，人体造血器官如骨髓将遭到损坏，白血球严重地减少，内出血、头发脱落，在两个月内死亡的概率为0－80％；当辐射剂量为600－1000雷姆时，在两个月内死亡的概率为80－100％；当辐射剂量为1000－1500雷姆时，人体肠胃系统将遭破坏，发生腹泻、发烧、内分泌失调，在两周内死亡概率几乎为100％；当辐射剂量为5000雷姆以上时，可导致中枢神经系统受到破坏，发生痉挛、震颤、失调、嗜眠，在两天内死亡的概率为100％。
二是γ射线的穿透本领极强。
γ射线是一种杀人武器，它比中子弹的威力大得多。
中子弹是以中子流作为攻击的手段，但是中子的产额较少，只占核爆炸放出能量的很小一部分，所以杀伤范围只有500－700米，一般作为战术武器来使用。
γ射线的杀伤范围，据说为方圆100万公里，这相当于以阿尔卑斯山为中心的整个南欧。
因此，它是一种极具威慑力的战略武器。
“悄无声息”的杀手
γ射线弹除杀伤力大外，还有两个突出的特点：
一是γ射线弹无需炸药引爆。
一般的核弹都装有高爆炸药和雷管，所以贮存时易发生事故。
而γ射线弹则没有引爆炸药，所以平时贮存安全得多。
二是γ射线弹没有爆炸效应。
进行这种核试验不易被测量到，即使在敌方上空爆炸也不易被觉察。
因此γ射线弹是很难防御的，正如美国国防部长科恩在接受德国《世界报》的采访时说，“这种武器是无声的、具有瞬时效应”。
可见，一旦这个“悄无声息”的杀手闯入战场，将成为影响战场格局的重要因素。
核反应堆
原子核裂变发现时，正值第二次世界大战爆发的前夕，欧洲许多科学家受到法西斯的迫害逃亡国外，他们听到风传德国正加速研究链式反应，感到了万分焦虑。
当时流亡在美国的匈牙利物理学家西拉德，维格纳、特勒一起找到爱因斯坦，想借助他的名望给美国总统罗斯福写信，以敦促美国赶在纳粹德国之前造出原子弹。
1939年8月2日爱因期坦签发了著名的给美国总统罗斯福的信。
由于这封信的结果，在美国组织起了一支庞大的研究队伍，这项计划代号叫“曼哈顿工程”
为了论证实现链式反应的实际条件，美国决定建造一座自持链式反应装置。
由美国物理学会会长著名科学家康普顿等人推荐，流亡到美国的意大利科学家费米来到芝加哥，领导建造第一座原子反应堆，地址选在芝加哥大学斯塔格运动场的西看台下的网球常经过不到三星期的全速建造工作，一个庞然大物就已经展现在人们眼前了。
由于它是由石墨块、铀和氧化铀“堆”砌而成，所以最初叫做“原子堆”，后来又称做“核反应堆”这个反应堆共有57层，堆高6米，呈扁球形，石墨作为减速剂，堆的中间有许多小孔，内插镉棒，用镉棒插入的尺寸来控制反应堆的运行。
1942年12月2日下午3时35分，费米命令将最后一根镉棒再往外抽出30厘米，反应到临界点，人类历史上第一次链式反应开始正常运转，在场的所有工作人员都异常兴奋。
后来康普顿小心翼翼发打了个电话给哈佛大学，把这个“最高机密”通过临时编制的密语告诉美国国防研究委员会委员科南特：
“意大利水手已经登上了新大陆”。
电话的另一端问道：
“土人们如何？
”回答说：
“非常友好”。
此时此刻，世界进入了“核时代”。
当时这个反应堆产生的功率只有0.5瓦，10天后上升为200瓦。
1946年12月25日苏联第一座大型核反应堆建成，1947年大型军用核反应堆投入运转。
法国于1948年12月建成第一座核反应堆。
我国1958年建成第一座重水型实验核反应堆。
辐射安全与防护（NuclearsafetyRadiationprotection）
核安全：
nuclearsafety没有不适当的核辐射危害。
在核设施和核活动中，设施和活动受到充分保护，且对工作人员，公众和环境不会发生不适当的核辐射危害。
包括核设施安全核材料安全、临界安全、辐射安全、放射性废物安全及核电厂安全。
辐射防护：
radiationprotection又称保健物理或辐射安全。
防止电离辐射对人产生有害作用的科学技术。
辐射防护系应用性学科，作为基本的学科主要有：
辐射剂量学、放射性生物学、放射生态学、辐射屏蔽学和辐射探测等；也涉及核工程、气象学、地质水文学、工业安全、法律、教育和实用心理学等。
辐射防护包括：
辐射防护原则与目标；辐射防护方法：
辐射监测技术；辐射防护评价和辐射事故应急。
辐射防护原则和目标是辐射防护的依据和出发点；防护方法是为了达到防护目标和执行防护原则所必须采取的措施；监测技术是检验防护方法是否达到预定目的的手段；防护评价则是全面分析和研究防护设施和方法是否符合辐射防护最优化的原则及进一步改善防护状况的途径。
外照射：
extemalexposure体外辐射源对人体的照射。
X射线、γ射线和中子等贯穿辐射对人体全身或器官都可产生危害。
而弱贯穿辐射的β射线因其穿透率小只对皮肤浅表和眼晶体造成危害。
一般来说，α射线不会引致皮肝胆的外照射危害。
外照的防护通常采用时间、距离和屏蔽三原则，即控制受照时间、增大与辐射源间的距离以及在人和辐射源之间回足够厚的屏蔽材料。
对贯穿辐射，屏蔽较困难，易引起较大剂量的照射。
β射线与物质相互作用会产生轫致辐射，因而，应注意对轫致辐射的屏蔽。
根据受到的照射水平和它的时间分布，可将各种照射划分为两种类型。
第一类是连续的或间断的低剂量率、低剂量水平下的持续照射；第二类是中等或高剂量率、大剂量水平下的短时间照射。
从受照部位的大小及其均匀程度看，又有全身照射与局部照射，均匀照射与非均匀照射之别。
一般来说，高剂量率的全身均匀照射危害最大。
低剂量的持续性照射，不会即刻影响到人的健康，但可能诱发随机性效应。
内照射：
internalexposure进入体内的放射性核素作为辐射源对人体的照射。
放射性核素可以经由吸入、食入、皮肤或伤口进入人体。
进入人体的放射性核素在体内转移，并不断地因排出体外和放射性衰变而减少（见图）。
内照射的危害与摄入放射性核素的途径、种类、理化形态、摄入量以及该种元素在体内的代谢规律待因素有关。
要特别注意防护那些半衰期长，排出体外的速率慢和毒性大的核素。
与外照射不同的是，对内照射，那些弱贯穿辐射的能量可全部沉积在体内。
内照射在时间上是持
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