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电离辐射剂量与防护康 玺系馆315 Tel:8281887E-mail:1平时作业成绩占平时作业成绩占20%，考勤占考勤占10%，期末笔试成绩占期末笔试成绩占70%。学习了一门专业知识；学习了一门专业知识；树立了一种客观态度；树立了一种客观态度；培养了一种学习习惯；培养了一种学习习惯；尝试了一种学习方法。尝试了一种学习方法。考试成绩组成：收 获：21.辐射剂量、防护的含义2.辐射剂量、防护简史3.辐射防护的基本任务和目的4.辐射防护的主要内容前言与绪论3以前的知识n原子（核）物理原子（核）物理 辐射、n产生的原理n核物理实验方法核物理实验方法 探测辐射、基本方法n辐射剂量与防护辐射剂量与防护？n 辐射对人的影响，如何降低辐射危害4（1）辐射定义什么是辐射？什么是辐射？从某种物质中发射出来的波或粒子。从某种物质中发射出来的波或粒子。5不同种类电磁波的波长6（2）辐射分类按其本质可分为两类：按其本质可分为两类：1.粒子辐射：粒子辐射：是指组成物质的基本粒子，是指组成物质的基本粒子，或由这些粒子组成的原子核。粒子辐射是一些高或由这些粒子组成的原子核。粒子辐射是一些高速运动的粒子，消耗自己的动能把能量传给被穿速运动的粒子，消耗自己的动能把能量传给被穿透的物质。粒子辐射包括电子、质子、中子、透的物质。粒子辐射包括电子、质子、中子、粒子、粒子、粒子和带电重离子等。粒子和带电重离子等。2.电磁辐射：电磁辐射：实质是电磁波，包括无线实质是电磁波，包括无线电波、微波、可见光、紫外线、电波、微波、可见光、紫外线、X射线和射线和 射线射线等。等。7（2）辐射分类按与物质的作用方式，辐射又分为两类：按与物质的作用方式，辐射又分为两类：1.电离辐射：电离辐射：能量大于10eV，通过初级和通过初级和次级过程引起物质电离，如次级过程引起物质电离，如粒子、粒子、粒子、质粒子、质子、中子、子、中子、X射线和射线和 射线等。射线等。2.非电离辐射：非电离辐射：能量小于10eV，与物质作与物质作用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红外线等。外线等。电离：电离：将一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程。8（3）为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？辐射原子、分子组织、器官机体损伤确定性效应随机性效应电 离、激发修复9“事实上，在人类身体里就可以找到天然放射性核素。我们的身体平均每分钟要经历几十万次的核衰变。”诺贝尔奖获得者西博格 人与原子10电离辐射剂量学：电离辐射剂量学：研究电离辐射能量在物质中的转移和沉积的规律，特别是转移和沉积的度量（量的定义、测量、计算等）的科学。电离辐射防护学：电离辐射防护学：研究电离辐射对人体的危害、防止和减少这种危害的综合性（辐射剂量学、辐射防护标准、辐射防护技术、辐射防护最优化、辐射安全管理等）边缘科学。电离辐射 物质（作用对象）生物效应11研究对象研究对象n描述描述电离辐射源与辐射场；研究辐射与物质的电离辐射源与辐射场；研究辐射与物质的相互作用，尤其是能量在组织中的转移、辐射相互作用，尤其是能量在组织中的转移、辐射在屏蔽中的减弱、以及放射性物质在环境和人在屏蔽中的减弱、以及放射性物质在环境和人体器官中的输运等；体器官中的输运等；n 这门学科的一个重要分支是辐射照射的测量和这门学科的一个重要分支是辐射照射的测量和评价技术；评价技术；n 与生物学和医学有密切的联系（研究辐射物理与生物学和医学有密切的联系（研究辐射物理量与辐射生物效应之间的关系）。量与辐射生物效应之间的关系）。122、辐射剂量、防护简史伦琴世界上第一张X射线照片v1895,伦琴（Roentgen）发现 X 射线Nobel Prize in 190113v1896,贝克勒尔（Becquerel）发现 铀（Uranium）发现了天然放射性同位素的工业应用Nobel Prize in 1903Nobel Prize in 1903 and 1911v1898,居里夫妇发现钋（Polonium）和镭（Radium）14v1898,卢瑟福（Rutherford）发现了、粒子。法国化学家维拉尔发现 射线v1932,查德威克（Chadwick）发现中子。15（1）早期辐射损伤认识时期 （又称职业性辐射损伤时期）特点：对辐射可能造成的损伤认识不足损伤对象：（1）X射线球的制造者和应用X射线的技术人员；（2）从事放射性物质研究的科学家；（3）铀矿工人及用含镭夜光涂料的操作女工。16损伤特点：（1）外照射引起的急性体表损伤；（2）氡及其子体内照射引起的肺癌；（3）镭内照射引起的骨肿瘤。典型事例：（1）X射线被发现一个月，X射线的制造者 Grubbe的手发生了“特异性皮炎”；（2）1896年，Edison和助手Morton自身试验，眼部受照数小时后，眼痛，结膜炎；17典型事例：（3）1896年，Danil报告了X射线可导致秃头；（4）1901年，Becquerel和Curie分别讲述了自己的经历；（5）1911年，54名医学放射性工作者死于恶性疾病；1922年，约100名医学放射性工作者死于恶性疾病；（6）18751917年，Schneegerg矿死亡的622名工人 中有322人死于癌症，其中肺癌占87；19211926年，Schneegerg矿死亡的工人中 死于肺癌的占50；（7）1925年，Martland报告在美国从事用镭发光材料 描绘表盘的女工遭受了严重的内照射，发现50例 镭致骨肉瘤。18（2）中期辐射损伤认识时期 （又称放射线诊断、治疗损伤时期）时间：19301960年代特点：医学界把辐射看作是时髦的诊断和治疗手段，却缺乏对辐射远期效应的认识，病人由于接受高累积剂量而诱发过多的白血病、骨肿瘤、肝癌等恶性肿瘤。19损伤对象：接受超剂量辐射照射的病人，较突出的例子有：(1)19351954年，在英国应用X射线局部照射治疗 强直性脊椎炎的病人；(2)19441951年，在德国应用镭224注射治疗强 直性脊椎炎，关节炎及结 核病的病人；(3)19281954年，在一些国家中应用钍造影剂进行 x射线造影的病人。20（3）近期辐射损伤认识时期 （又称流行病学调查所见的辐射损伤时期）时间：1960年代现在特点：早期的职业性急性辐射损伤，除事故外，巳极为罕见了。中期所见到的高发生率的恶性肿瘤，得以避免。除事故外，只能用大群体的或高人年的流行病学的调查方法，才能发现辐射损伤或危害的增加。21重点调查对象包括：n 职业性受照射群体的流行病学调查；n 放射事故受害者调查；n 出生前受X射线诊断照射的群体流行病学调查；n 高辐射本底地区居住者的流行病学调查；n原子弹、氢弹、切尔诺贝利事故受害者跟踪调查。22调查结论：迄今为止的流行病学的调查资料证明：n在低剂量下，唯一潜在的辐射危害是致癌。非特异性寿命缩短末见发生。遗传危害也未见增加。n低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射，是否会增加恶性肿瘤尚不明确。n出生前诊断性X射线的照射量，是否能增加出生后的小儿癌症的发病率，尚有争议。n高本底地区居民流行病学的调查，均末证实遗传危害的增加或恶性肿瘤较对照群体有过多的发生。23 3.辐射防护的基本任务和目的基本任务：（1）允许可能产生辐射的实践（2）保护人员、后代、环境目的：（1）防止有害的确定性效应；（2）限制随机性效应的发生率，合理尽可能低。244.辐射防护的主要内容n辐射剂量学n辐射防护标准n辐射防护技术n辐射防护评价n辐射防护最优化n辐射安全管理25nICRP（Publication）International Commission on Radiological Protection 国际放射防护委员会nICRU（Report）International Commission on Radiation Units and Measurements 国际辐射单位与测量委员会nUNSCEAR United Nations Scientific committee on the Effects of Atomic Radiation 联合国原子辐射效应科学委员会nIAEA（Safety Series）International Atomic Energy Agency 国际原子能机构nISO International Standardization Organization 国际标准化组织nNCRP（Report）（Handbook）National Council on Radiation Protection and Measurements 辐射防护 与测量国家委员会（美）26参考文献参考文献n李德平,潘自强主编,辐射防护手册，北京原子能出版社，1988年n潘自强,辐射防护的现状与未来，北京原子能出版社，1997年n田志恒,潘自强,辐射剂量学，北京原子能出版社，1992年nH.古雪夫主编.辐射防护第一卷:辐射防护物理基础.北京原子能出版社,1988年27第一章第一章 电离辐射与物质的相互作用电离辐射与物质的相互作用第一讲 电离辐射场28一、电离辐射Ionization（电离）：从一个原子、分子或其他束缚态中释放出一个或多个电子的过程。Ionization Radiation（电离辐射）：能够引起电离的带电粒子和不带电粒子。*从一个原子中释放出一个价电子需要的能量:425eV；*能量10eV的光子Non-ionization radiation（非电离辐射）：100mm紫外线、可见光、红外线和射频辐射。29n直接电离辐射和间接电离辐射直接电离辐射和间接电离辐射 直接电离辐射直接电离辐射 快带电粒子穿过物质时，通过库伦相互快带电粒子穿过物质时，通过库伦相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。这种通过初作用直接在物质中沉积能量并引起电离。这种通过初级过程引起电离的粒子称为直接电离辐射。级过程引起电离的粒子称为直接电离辐射。间接电离辐射间接电离辐射 不带电粒子（例如光子和中子）穿过物不带电粒子（例如光子和中子）穿过物质时，首先将能量转移给带电粒子，随后这些次级快质时，首先将能量转移给带电粒子，随后这些次级快带电粒子再沉积能量和引起电离。这种通过次级过程带电粒子再沉积能量和引起电离。这种通过次级过程引起电离的不带电粒子称为间接电离辐射。引起电离的不带电粒子称为间接电离辐射。30nExternal radiation（外辐射）：体外源发射的辐射n=External irradiation（外照射）。nInternal radiation（内照射）：体内分布源发射的辐射。31二、电离辐射场的描述nIonization radiation field（电离辐射场）：电离辐射居留的空间。1、粒子数和辐射能nParticle number（粒子数）N：发射、转移或接受的粒子数目，单位是1。nParticle number density（粒子数密度）n：n=dN/dV表征辐射场疏 密程度，单位是m-3。nRadiant energy（辐射能）R：发射、转移或接受的辐射粒子的能量（不包括静止能），单位是J。32 2、通量、注量和注量率（1）Flux（通量）：表征辐射场中粒子或能量在时间上的频繁程度。Particle flux（粒子通量），s-1 Energy flux（能量通量），j.s-1 dada（2）Fluence（注量）：表征辐射场的空间疏密程度。特例：单向辐射场33 da=dacos定义：u=dN/da 为单向辐射场的粒子注量。一般情况：各向辐射场定义：Particle fluence(粒子注量)：=dN/da，m-2 Energy fluence（能量注量）：=dR/da，j.m-2Pda34（3）Fluence rate（注量率）Particle fluence rate（粒子注量率）：=d/dt=d2N/dadt，m-2s-1 *为粒子通量密度：Energy fluence rate（能量注量率）：=d/dt=d2R/dadt，j.m-2.s-1（w.m-2）35 3.角分布和辐射度Angular distribution（角分布）：描述粒子入射方向的分布。36Radiance（辐射度）：注量率的角分布Particle radiance（粒子辐射度）p：p=单位：m-2.sr-1.s-1 37Energy radiance（能量辐射度）r：单位：w.m-2.sr-1384.能谱分布（Energy spectrum distribution）用Q代表辐射学量，用E代表粒子的能量（不包括静止能）,则Q（E）是Q的积分分布，它是能量为0-E的粒子对Q的贡献。39（1）注量的谱分布 将和代入上述式中就得到粒子注量和能量注量谱分布的表达式。例如：40（2）辐射度谱分布 pE,J(r)能揭示辐射场的最详尽的内涵，是完整的描述辐射场的一个辐射学量。41对某种特定类型辐射：P 粒子辐射度，pE 辐射度的谱分布r 能量辐射度rE 能量辐射度的谱分布425、注量与径迹长度的关系 粒子注量等于单位体积内的径迹总长度。dasV证明：证明：对于足够小的任意形状的体积元，pE均匀、径迹可视为直线切穿过体积元。则 dL=(da)s =(das)=dV L=V L=V =L/V =dL/dV43三.辐射传输方程波尔兹曼扩散方程：在稳恒辐射场中:，并考虑到，则：44n平行宽电子束垂直入射到散射箔上，其注量为平行宽电子束垂直入射到散射箔上，其注量为 ，设，设电子束无衰减的穿过散射箔后沿与入射成角的方向电子束无衰减的穿过散射箔后沿与入射成角的方向6060度射出。在散射箔前后用平行板探测器和球形探测器度射出。在散射箔前后用平行板探测器和球形探测器测定注量测定注量.45n球形探测器在散射箔前后：n平行板探测器在散射箔前：n平行板探测器在散射箔后：46