辐射防护讲义.docx

1、辐射防护讲义Chapter 4 天然和人工放射性辐射4.1 引言在人类整个历史过程中，人们受到了他所生活的环境中辐射的照射，这种天然本底辐射主要有三种来源宇宙辐射、陆地上辐射源和体内的放射性。判断天然本底对人类进化是有害还是有益，是不可能的。前一章已经指出，细胞中有很小而有限的那一部分自然突变必然是有益的，因为它对于高级生命形式的进化有贡献。而所有的遗传突变中，大部分会导致遗传损伤和遗传死亡。显然，这两种效应现在已经达到了某种平衡，而且尽管有天然本底，或许正是由于有了它，人类才进化到目前的状态。除了天然本底辐射源以外，近80年来还引入了许多人工辐射源。现在，这些人工源对群体的总辐射有着重要的贡

2、献。4.2 宇宙辐射宇宙辐射从星际空间和太阳到达地球，它是由能量范围很宽的贯穿辐射组成的，它与大气中遇到的元素发生了许多类型的反应。大气起着屏蔽作用，从而大大减少了到达地球表面的宇宙辐射的总量。这种“过滤”作用意味着海平面上的剂量率比高山上的要低。例如，在赤道海平面处测得的性腺平均剂量率为0.23毫希沃特/年（23毫雷姆/年），而在10000英尺高处的剂量率则为0.56毫希沃特/年（56毫雷姆/年）；在英国，宇宙辐射的平均剂量率大约为0.5毫希沃特年（50毫雷姆/年）。宇宙辐射中的中子与上层大气中的氮发生核反应，产生了一种非常重的放射性核素碳-14，基反应式如下：14N(n,p)14C碳-14

3、的半衰期是5568年，它将扩散到低层大气，并在那里结合到有生命的物质中。与此相类似，浓度很低的其他放射性核素，如氚3H(半衰期12.26年)、36C1(半衰期3.08105年)和41Ca（半衰期1.1105年）也因宇宙射线的反应而滞留在低层大气中。但是，它们的重要比14C小得多。4.3 陆地上的辐射源地球上地层中岩石和土壤含有少量的放射性元素铀、钍以及它们的子体产物。这些元素的浓度依赖于岩石构造的类型而有很大的变化。在沙岩和石灰岩地带，放射性元素的浓度大大低于花岗岩地区。因此，来自这类源的剂量率依赖于地理位置。在英国，全身剂量率大约在0.3-0.6毫希沃特/年（30-60毫雷姆/年）之间变化。

4、其他的长寿命同位素，如48Ca（7108年）、50V（41014年）等，对人类的剂量没有多大贡献，因为它们在自然界中的浓度很低。4.4 体内放射性人体内含有微量放射性同位素，如14C和40K。14C来源于大气，在软组织中产生的剂量率为10微希沃特/年（1毫雷姆/年），40K是天然存在的（半衰期1.27109年），它对性腺剂量率的贡献大约为0.2毫希沃特/年（20毫雷姆/年）。铀和钍系的放射性气体衰变产物，即氡，对人体内放射性有显著的贡献。这些气体从岩石和土壤中扩散出来，并以很容易测量的浓度存在于大气中，它们及其衰变产物一起被人们吸入，也被植物和动物吸收，结果使大多数食品中含有可测量的天然放射性

5、。在普通食物中，谷物的放射性含量较高，而牛奶制品、水果和蔬菜中含量较低。这种类型摄入的放射性的量随食物而有很大变化。可以认为在英国，它对性腺的平均剂量大约为40微希沃特/年（4毫雷姆/年）。4.5 天然放射性产生的剂量概述表4.1列出了英国由于天然辐射产生对性腺造成的典型年剂量率值。当地的辐射来自238U和232Th系，也来自40K。在世界上的某些地区，这种辐射的数值比表中给出的值大得多。例如，在印度和巴西的独居石沙地，辐射的全身年剂量率可以高达0.12希沃特/年（12雷姆/年）。表4.1 天然辐射对性腺造成的典型年剂量率值源剂量（毫希沃特/年，mSv/y）当地的辐射0.5014C0.01氡及

6、其衰变产物0.04体内40K0.20宇宙辐射0.50总：1.254.6 人工辐射源早期的人工辐射源，涉及到射线和镭的各种应用。早在1896年，在“自然”杂志上发表了一封信，它叙述了手部反复地受X射线照射所产生的效应，在随后的15年内报道了更多的病例。这些病例是由用X射线机进行实验，以及使用X射线机作的各种治疗造成的。到1911年，赫西（Hesse）研究了X射线在人体内诱发肿瘤的94例病史，其中50例是放射学家。这些研究阐明了X射线产生的早期损伤的类型，但没指明远期效应。对于某些类型的损伤，诸如皮肤癌，有10-30年的潜伏期，有些放射学家已经停止荧光检查工作，经过25年后，才观察到有害的皮肤病变

7、。到1922年，估计有100多名放射学家死于职业性癌症。类似地还估计了在早期的放射学家当中，由白血病造成的死亡率大约是其他内科医生白血病死亡率的9倍。其他的研究也表明，与一般工作的内科医生相比，上一辈的放射学家的平均估计寿命要缩短2-3年。利用动物实验得到的寿命缩短与受照射总剂量之间的关系，估计出从1935年到1958年一般放射学家受到的总剂量范围介于400-800伦之间。国际辐射防护委员会（ICRP）根据这些研究结果导出了人体器官和组织受照射时的危险度因子（参见第五章）。在本世纪初，还获得了几种核素产生内照射剂量的效应方面的经验，这些核素如镭（226Ra，半衰期1622年）新钍（228Ra半

8、衰期5.8年）、射钍（228Th，半衰期1.91年）及其子体产物。还在更早一些的时候，就已经认识到，在萨克森的施内贝格钴矿和在波希米亚的乔基姆索尔（Joachimsthal）沥青铀矿工中，肺癌的发病率异常高。后来发现，这种高发病率是由于铀子体产物（如226Ra，222Rn和218Po等）的辐射造成的。这些矿石中铀的含量很高。在二十世纪的20年代和30年代期间，有镭的过量照射的许多病例，其中有相当多的人是由于使用镭作为治疗剂引起的。从关节炎到精神病的许多病例都服用了镭。受镭过量照射的最严重情况发生在美国的表盘涂镭工业中，那里雇用的人员大多为妇女，她们有用嘴将毛刷弄尖的习惯；其中许多妇女可能咽下了

9、数十甚至于数百微居里的镭。不知道有多少表盘涂字工实际上死亡于辐射损伤的效应。为了确定急性或慢性辐射照射和危险度，还在继续研究受X射线和镭照射的人。4.7 当前的一些人工辐射源人类除了受天然辐射的照射以外，还会受其他几种源的照射，这是近几十年才有的。这些辐射源是：放射诊断学、放射治疗学、同位素在医学中的应用、放射性废物、核武器试验降落的粉尘，以及核反堆和加速器产生的职业照射等。放射诊断学 据估计，群体由医用辐射受到的总照射当中有75-90%是来自诊断用的X射线。人体最要紧的几个部位是骨髓、性腺和胎儿。骨髓是原始造血细胞的地方，因此这个部位受照射可以导致白血病。对性腺，照射是重要的，因为有可能产生

10、遗传损伤。应当严格限制对孕妇的照射，因为这种照射有可能导致儿童身体和智力的畸形。放射治疗学 在大多数国家里，放射治疗学对群体产生的平均剂量远低于放射诊断学。虽然在某些治疗中可用到大剂量的照射，但是只有少数人受到这种照射。放射性同位素应用 放射性同位素在医学中用于追踪人体内特殊化学物质的途径和部位。因为放射性同位素与同一元素的稳定同位素在化学上是相同的，所以它们在体内经过途径和浓集的程度与非放射性同位素相同。通过计数方法可以确定放射性同位素在体内的位置，因此也就确定了普通非放射性同位素在体内的位置。放射性废物 放射性同位素应用的增加，特别是核能工业的发展，导致了放射性废物量不断地增加。连续的将低

11、水平和中等水平放射性废物排到环境中，这就意味着一般群体成员将受到这些放射源日益增长的照射。目前，废物处置对居民所受总照射剂量的贡献还很低，大约是2微希沃特/年（0.2毫雷姆/年），但是，似乎可以确信，随着更多核电站的建立，它将会增加。因此，对放射性废物排放到环境中，要施加严格的控制。放射废物的处理问题，将在第十章讨论。核武器试验降落的粉尘 在核武器试验的放射性粉尘中，受到关注的核素和核电站运行时产生的核素相似。两种最重要的放射性核素是锶-90（90Sr，半衰期28.8年）和铯-137（137Cs，半衰期30.0年）。锶-90浓集在骨骼中，而137Cs则均匀地分布在全身。在核武器试验期间产生的一

12、些放射性核素进入对流层（40000-60000英尺高处），并且分几次被带到地表周围。它们在数年期间逐渐返回地面，从而对全世界的群体产生相当数量的剂量。在每次核试验以后，注入到对流层的核素产生的剂量很快就达到一个峰值。职业照射 研究工作和生产活动二者产生的全部职业照射剂量，当其在整个群体中求平均时是很小的。在英国，这种剂量约是8微希沃特/年（0.8毫雷姆/年）其中对原子能工作者的贡献大约为40%，其余是由于在工业和医学中应用辐射造成的。4.8 现有的辐射源概述表4.2列出了普通英国人从现有人工辐射源接受的平均性腺剂量。表4.2 英国人工辐射产生的平均性腺剂量辐射源剂量（微希沃特/年，Sv/y）放

13、射诊断学放射治疗学放射性同位素在医学中的应用放射性废物核武器试验降落的粉尘职业照射其它合计 70 30 2 2 7 5 4 约120Chapter 5 最大容许剂量5.1 国际放射防护委员会的任务国际放射防护委员会（ICRP）是在1928年由第二届国际放射学大会（ICR）设置的。自那以后，ICRP就成了国际上公认的负责推荐电离辐射照射的最大容许限量的机构。大多数国家有关辐射照射的法规都是根据ICRP的建议制订的。ICRP的早期建议都是针对X射线和镭的防护的。最早的那些建议只涉及到从事放射性工作的人员应当限制的工作时间，具体内容有：（1）每天的工作时间不得多于7小时；（2）每周的工作时间不得多于

14、5天；（3）每年的休假时间不得少于1个月；（4）假日尽可能在户外活动。当时对最大容许剂量定义得非常含糊。1950年起，ICRP扩大了工作范围，着手处理反应堆运行时产生的许多新问题。ICRP推荐的最大容许照射水平在以往的50年期间有重大的变化，如表5.1所示。表5.1 职业性照射的最大容许水平值剂量率推荐年代推荐者每年0.1个红斑剂量1925系由A. Mutscheller和R. M. Sievert提出，对于100千伏的X射线，此值相当于30伦琴/年，对于200千伏的X射线，此值相对于70伦琴/年每个工作日0.2伦琴，或每个工作周1伦琴1934ICRP建议150毫希沃特/年（15雷姆/年），或

15、者大致相当于3毫希沃特/周（0.3雷姆/周）1950ICRP建议50毫希沃特/年（5雷姆/年），或1毫希沃特/周（0.1雷姆/周）1956ICRP建议所有一切照射均需保持在可以合理做到的最低水平。剂量当量限值为50毫希沃特/年（5雷姆/年）1977ICRP建议所有这些改变都是旨在使职业性照射值降低。最大容许剂量照射水平的不断降低，不是由于发现了在以前规定的容许剂量水平以下工作的人员有什么确凿的辐射损伤，而是由于逐渐发现许多可以利用的实验数据当中存在着很多不确定因素。ICRP在其较早的建议书中，用耐受剂量来描述可以接受的辐射水平。耐受剂量这一术语的含义有缺欠，它隐含着或许存在着一个阈剂量，在阈剂

16、量以下就不会引起辐射损伤。根据现在已经获得的证据来看，某些类型的躯体损伤没有迹象表明存在着一个阈剂量。因而耐受剂量这一术语就被最大容许剂量（MPD）所代替。1958年ICRP对最大容许剂量的定义是： “对个人规定的容许剂量是在一段较长时期内累积的剂量，或在一次照射时所受的剂量。根据现在的知识看来，这种剂量产生严重的躯体损伤或遗传损伤的几率是微不足道的；而且这种剂量所带来的任何一种比较常见的效应，只限于性质轻微的那些效应，因而不致使受照射者本人或者有关的医务当局认为不能接受。由于个人受到容许剂量的照射而可能引起的任何一种严重躯体损伤（例如白血病）在受到照射的这一组人中间只限于非常少的一部分人；预

17、期发生比较多的那些效应（例如寿命的缩短）是很轻微的，容易被正常的生物差异所掩盖，所以容许剂量可能产生的影响只有对人数众多的组织应用统计学方法才能观察出来”。ICRP在1977年的建议书（ICRP第26号出版物）中已不再使用最大容许剂量这种词句，而是推荐了较全面的剂量限制制度。这套剂量限制制度的要点归纳如下：（1）假若引进的某种涉及到辐射的实践不能带来超过代价的纯利益，则不应采取此种实践；（2）在考虑到经济和社会因素之后，一切照射均应当保持在可以合理做到的最低水平；（3）个人所受的剂量当量不得超过委员会对相应情况所建议的限值。显然，现在强调的是要保证把一切照射都保持在可以合理做到的最低水平，而且

18、最终要以剂量当量限值作为标准。5.2 国际放射防护委员会的建议（第26号出版物，1977年）国际放射防护委员会在其第26号出版物中把电离辐射诱发的效应划分为两类。5.2.1 随机性效应随机性效应是这样一类效应，出现这类效应的几率（而不是效应的严重程度）是剂量的某个不存在阈值的函数。对于躯体而言，最重要的随机性效应是诱发癌症。就诱发癌症来说，必须认为随着所受剂量的增加，其出现的概率也逐渐增大，而且不存在阈值。在辐射防护所涉及到的剂量范围内，遗传效应同样也被视为随机性效应。5.2.2 非随机性效应非随机性效应系指效应的严重程度随着剂量而变化的这样一类效应。产生这种效应的剂量可能存在着一个阈值。非随

19、机性损伤的例子有眼晶体的白内障，对造血器官的损伤1和生育能力的损害等。这些效应的严重程度随所受辐射剂量的大小而变化，而且除非所受剂量相当高，超过了它的阈值，否则这种效应是完全觉察不到的。正如ICRP所述，辐射防护的目的在于防止有害的非随机性效应的发生，并把随机性效应的发生率限制到被认为是可以接受的水平。实现这一目的的办法是：（1）为了防止非随机性效应的发生，把剂量当量限值定在足够低的水平上，以保证即使某个人其终身全部时间内受到这种水平的照射也不会达到阈剂量。（2）使一切具有正当理由的照射保持在可以合理做到的最低水平，这里需要考虑到经济和社会因素，还需要始终不渝地遵守“不得超过相应的剂量当量限值

20、”这一限制性条件由此限制随机性效应。5.3 对职业性工作人员推荐的剂量当量限值为了防止非随机性效应的发生，推荐的剂量当量限值是：对于除眼晶体以外的其他一切组织是任一年内为0.5希沃特（50雷姆/年），对于眼晶体推荐的限值是任一年内为0.15希沃特（15雷姆/年）。为了限制随机性效应，规定全身均匀照射的年剂量当量限值为50毫希沃特（5雷姆/年）。在全身非均匀照射的情况下，对各个单独器官分别指定了权重因子（全身的权重因子是1）。这些权重因子反映出了各个器官单独受照时危害的相对大小。单个组织的年剂量当量与全身的年剂量当量之间的关系是：此处，WT是组织T的权重因子，HT是组织T的年剂量当量，HWb,T

21、是委员会建议的全身均匀照射时的年剂量当量限值。按照ICRP建议的限值，上述方程可以写成：权重因子见表5.2。表5.2各个器官的权重因子组织WT性腺乳腺红骨髓肺甲状腺骨表面其余组织0.250.150.120.120.030.030.30例题1：有一位工作人员在一年中受到的是非均匀照射，涉及到全身、肺和甲状腺。已知在这一年中他受到的照射为：全身25毫沃特（2.5雷姆），肺为150毫希沃特（15雷姆），试计算他的甲状腺还容许受多大的剂量当量？解答：利用公式 W全身H全身+W肺H肺+W甲H甲50毫希沃特（5雷姆）1.025毫希沃特+0.12150毫希沃特+0.03H甲=50毫希沃特（按上限计）即25毫

22、希沃特+18毫希沃特+0.03H甲=50毫希沃特故因而该工作人员在这一年内甲状腺还容许接受的剂量当量不得大于(50-43)/0.03=)233毫希沃特（23.3雷姆）。例题2：利用表5.2中所列的权重因子，假设每个器官受照时是完全孤立的，试计算下列各器官单独受照时所隐含的限值：性腺、甲状腺和骨表面。解：对于性腺 WT=0.25，因而所隐含的年剂量限值=50/0.25=200毫希沃特（20雷姆）对于甲状腺 WT=0.03，因而所隐含的年剂量限值=50/0.03=1670毫希沃特（167雷姆）对于骨表面WT=0.03，因而所隐含的年剂量限值=50/0.03=1670毫希沃特（167雷姆）请注意：上

23、述限值都是根据随机性效应算出的。根据非随机性效应的考虑，对于所有的器官和组织还有一项附加的限制，即任一种器官或组织接受的剂量当量每一年不得超过500毫希沃特（50雷姆）（对于眼晶体为150毫希沃特（15雷姆）。因此，对性腺的年剂量当量限值是按随机性效应考虑的200毫希沃特（20雷姆），而对于甲状腺和骨表面这两种组织，其年剂量当量限值是按非随机性效应考虑的限值500毫希沃特（50雷姆）。5.4 关于职业性工作人员剂量当量限值的说明在应用这种剂量限制制度时，应当强调说明下述几点：（1）应当避免一切不必要的照射。（2）委员会以往的建议，除了推荐年剂量限值以外，还推荐了任一季度的剂量限值，然而在第26

24、号出版物中委员会只推荐了年剂量当量限值。（3）同样，在第26号出版特中委员会不再建议采用与年龄有关剂量公式：D=5（N-18）而在早先的建议中有这个公式。（4）委员会着重强调这样一个事实，即，只有少数工作人员受到的年剂量当量接近于所建议的限值。经验表明，在许多工厂中，剂量分布情况常常是平均每个工作人员每年全身接受的剂量当量约为5毫希沃特（500毫雷姆）。由第26号出版物中给出的危险度来看，上述平均剂量意味着：从事这种辐射职业的平均死亡危险度与一般被认为是“安全”的其他工业的平均死亡危险度差不多。（5）ICRP定义了两种工作条件：甲种工作条件：在这种条件下工作一年所受的照射有可能超过剂量当量限值

25、的3/10。在甲种工作区域工作的人员应当接受照射个人剂量监测和体内污染监测。他们在从事这一工作之前还应当接受医学检查。乙种工作条件：在这种条件下工作一年所受的照射不大可能超过剂量当量限值的3/10。在乙种工作区域工作的人员不需要接受工作前的医学检查。在很多情况下，可以对他们进行个人剂量监测，以验证所采取的控制措施是否满足要求。5.5 对公众中的个人建议的剂量当量限值为了防止非随机性效应的发生，对于所有的组织推荐剂量当量限值为每年50毫希沃特（5雷姆）。为了限制随机性效应，规定全身均匀照射的年剂量当量限值为5毫希沃特（0.5雷姆）。对于全身非均匀照射，可以采用第6.3节对工作人员所给出的公式和权

26、重因子。在ICRP以往的建议中，委员会曾规定遗传剂量当量很值为30年50毫希沃特（5雷姆/30年），但是在第26号出版物中，已不再对群体规定剂量限值。委员会就此解释说“假若继续维持以前规定的遗传剂量限值，就有可能被认为暗示着可以接受实际上既没有必要也不会发生的这样高的群体照射，从而意味着可以接受从现时或设想中的远景发展看来，并无正当理由的这样高的危险”。这种看法，加之不断累积的资料表明：“遗传效应与躯体效应相比，似乎并不具有压倒一切的重要性”，从而促使委员会废除了群体遗传剂量限值的建议，委员会论证说：如果采用了第26号出版物中描述的那套剂量限制制度，则群体所受的平均剂量当量不大可能超过每年0.

27、5毫希沃特（50毫雷姆/年）。5.6 事先计划的特殊照射ICRP认识到，在正常运行中偶尔会发生一些情况，有必要允许少数工作人员接受超过正常推荐限值的剂量当量。在这种情况下，如果其他技术无法利用，或者别的办法不切合实际时，可以允许接受较高的外照射、或摄入较多的放射性物质，只要在任一次事件中所受的剂量当量负担不超过有关的年剂量当量限值的2倍即全身不超过100毫希沃特（10雷姆），并且在一生中的剂量当量负担不大于年剂量当量限值的5倍即对全身不超过250毫希沃特（25雷姆）。假若某个工作人员在以往已经受过异常照射，所造成的剂量当量大于有关的年量限值的5倍，就不允许接受这种事先计划的特殊照射。5.7 应

28、急或事故中的异常照射显然，对于事故照射还不能规定出一般情况都适用的剂量限值。ICRP指出，委员会不可能推荐适合于所有情况的“干预水平”事故时释放出放射性物质以后，为了限制工作人员和一般公众所受的照射，需要有一个详尽的和事先经过熟练演习的应急计划。这种应急计划的目标有三项：（1）在可以合理做到的范围内尽量控制照射，特别是设法避免超过剂量当限值的照射；（2）使情况重新得到控制；（3）收集用于评价该事故发生的原因及后果的资料。在采取应急行动时，为了抢救生命或防止严重伤害或阻止事故规模进一步扩大，志愿抢救人员可能要受到较大剂量的照射。由于各种情况千变万化，所以难以定出包罗这类事件的限值。然而，也有可能

29、需要某些志愿应急人员受到的照射超过事先计划的特殊照射的限值，特别是当涉及到抢救生命的时候。在必须采取急救行动时，多半不大可能在规定的剂量限值以下进行工作。在每一种情况下都必须由有权威的工作人员或有权威的工作组做出评价，并根据这种评价决策。在抢救生命时，全身所受剂量高达1戈瑞（100拉德）或许是可以接受的。如果采取这种行动所受的剂量超过了这种水平，则应当非常仔细地权衡这种危险和这种行动可能带来的后果。首先需要考虑和是关于事故区域可能存在的剂量率以及估算的准确度。其次需要考虑的是受伤者的情况以及他们幸存下来的可能性。举例来说，如果剂量率的估算偏低1倍，则抢救者有可能无意中受到过高的剂量而引严重的早

30、期躯体效应。关于事故后公众中的成员所受的照射问题，ICRP认为不可能为他们制定出普遍适用的干预水平，而在超过这个水平时，有关当局往往必须要加以干预。为了减少事故时释放出来的放射性物质对公众中成员造成的照射，采取的各种对策有可能给有关人员带来某些危害。因此，决定采取对策（即进行干预）时，必须根据宏观世界们所带来的危险与它们对减少照射所能达到的程度这二者之间进行权衡。然而，ICRP认为也许有可能制定出一些水平，在这些水平以下时，一般不值得进行干预。这种干预水平和导出干预水平应当列在应急计划之中，应急计划还应当对可以利用的不同对策给予指导。这里需要强调说明的是，应急计划应当具有足够的灵活性，使之能适

31、应事故的实际情况。特别重要的是，不应当机械地搬用干预水平，而应当根据在干预时能够获得的资料重新予以评定。5.8 我国的一些辐射防护标准 1990年，ICRP又发表了第60号出版物，对1977年发布的26号出版物的一些基本概念做了修改，并提出了新的剂量限值标准。还增加了医疗照射的控制水平和潜在照射等内容。小剂量的慢性照射一般不会使机体出现确定性效应，主要关心的问题是随机性效应的发生概率有多大。26号出版物正式提出了用危险度来描述接受单位剂量照射后可能导致的随机性效应的危害大小。第60号出版物把辐射危害的概念定量化了，并根据国际上的最新研究成果给出了一些新的相关器官的致死性疾病的概率系数。在表5.3中给出了ICRP在1990年采用的各种器官的致死性疾病的概率系数。以表中的总计为例子解释一下致死性疾病概率系数的意义：假如100万人都受到每年20mSv剂量的全身均匀照射（相当于职业放射性工作人员的年剂量限值），估计发生致死性疾病（白血病、癌症）的人数为 5001040.021061000 人即发生概率为千分之一(1000/106)。按照许多科学工作者的统计，一般居民中癌症的发生率也是千分之一；所以，对于每年接受剂量相当于职业放射性工作人员年剂量限值的人群，其致死性疾病发生的概率与通常情况下一般居