3. 辐射防护中重要的物理量 (1) 电离辐射吸收剂量 (D): 电离辐射授予单位质量物质的平均能量单位是焦耳每千克 (J/kg), 专用单位是戈瑞 (Gy) 当量剂量 (HT,R): 组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量 (DT,R) 与辐射权重因子 wr 的乘积辐射权重因子 wr

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螳河溪霍
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关于辐射的那点事一提到辐射, 癌症核手机等词就会浮现在我们的脑海中事实上, 生活在地球上的我们每时每刻都受到各种辐射紫外线宇宙射线医疗照射 (CT 胸部 X 射线透视等 ) 我们所使用的手机微波炉等都会对人体产生辐射, 可以说辐射无处不在与此同时诸如仙人掌可以防辐射孕妇需穿防护服等言论也开始传播, 人们对辐射产生了恐惧心理我们不禁要问我们真的了解辐射吗?

1 关于辐射的那点事一提到辐射, 癌症核手机等词就会浮现在我们的脑海中事实上, 生活在地球上的我们每时每刻都受到各种辐射紫外线宇宙射线医疗照射 (CT 胸部 X 射线透视等 ) 我们所使用的手机微波炉等都会对人体产生辐射, 可以说辐射无处不在与此同时诸如仙人掌可以防辐射孕妇需穿防护服等言论也开始传播, 人们对辐射产生了恐惧心理我们不禁要问我们真的了解辐射吗? 那么, 下面就请跟随笔者走进辐射, 了解辐射 1. 什么是辐射? 辐射是一种长久以来就存在于自然界的物理现象按其与物质的作用方式, 通常我们将辐射分成两类 : 电离辐射和非电离辐射 ( 电离辐射 ), 而我们通常所犯的错误就是将电离辐射和非电离辐射 ( 电磁辐射 ) 混淆电离辐射也叫核辐射, 是指能量大于 10eV 的 α 粒子质子中子 β 射线 X 射线和 γ 射线等, 它们会通过与生物体的相互作用过程损失能量非电离辐射也叫电磁辐射, 振荡的电场和磁场在空间中就会形成电磁波, 无线电波微波红外线可见光紫外线等都是电磁波 2. 辐射的来源有哪些? 按照辐射的来源可分为天然辐射和人工辐射天然辐射主要指宇宙射线地球上本身存在的天然放射性核素发出的 α β γ 射线空气中的氡 ( 含 222 Rn) 及其子体以及人体内的天然放射性核素 ( 主要是 40 K) 人工辐射是由于人类活动增加的辐射如医疗照射核试验核工业排出的放射性废物等图 1 详细列举了天然辐射和人工辐射来源图 1 辐射来源 - 1 -

2 3. 辐射防护中重要的物理量 (1) 电离辐射吸收剂量 (D): 电离辐射授予单位质量物质的平均能量单位是焦耳每千克 (J/kg), 专用单位是戈瑞 (Gy) 当量剂量 (HT,R): 组织或器官的当量剂量是此组织或器官的平均吸收剂量 (DT,R) 与辐射权重因子 wr 的乘积辐射权重因子 wr 用来表征不同类型的辐射对健康的危害效应专用单位是希沃特 (Sv), 也叫西弗通常在实际应用中, 更多使用毫西弗 (msv) 或微西弗 (μsv), 它们与西弗 (Sv) 的换算关系是 : 1Sv=10 3 msv=10 6 msv 表 1 辐射权重因子 wr [1] 辐射类型光子 1 电子介子 1 中子, 能量 <10 kev 5 10 kev~100 kev 10 >100 kev~2 MeV 20 >2 MeV~20 MeV 10 >20 MeV 5 质子 ( 不包括反冲质子 ), 能量 >2 MeV 5 α 粒子裂变碎片重核辐射权重因子 w R 有效剂量 (E): 有效剂量的定义在全身受到非均匀性照射的情况下, 受照组织或器官的当量剂量 (HT,R) 与相应的组织权重因子 wt 乘积的总和组织权重因子 wt 用来表征辐射对不同的组织和器官的危害效应专用单位是希沃特 (Sv) 有效剂量是用来描述辐射所致机体健康危害的大小表 2 组织权重因子 wt [1] 组织或器官组织权重因子 wt 组织或器官组织权重因子 wt 性腺 0.20 肝 0.05 ( 红 ) 骨髓 0.12 食道 0.05 结肠 0.12 甲状腺 0.05 肺 0.12 皮肤 0.01 胃 0.12 骨表面 0.01 膀胱 0.05 其余组织或器官 0.05 乳腺 0.05 (2) 电磁辐射功率密度 (S): 为穿过与电磁波的能量传播方向垂直的面元的功率除以该面元的面积的值, 单位为瓦特每平方米 (W/m 2 ) 比吸收率 (SAR): 定义为单位质量的人体组织所吸收或消耗的电磁功率, 单位瓦特每千克,W/kg 4. 辐射防护中常用的剂量限值 (1) 电离辐射的剂量限值对个人受外照射引起的有效剂量当量剂量规定的不得超过的数值, 称为剂量限值对象包括职业人员 16~18 岁接受涉及辐射照射就业培训的徒工和年龄

3 16~18 岁在学习过程中需要使用放射源的学生, 具体剂量限制如表 3 表 3 不同人群的剂量限值 [1] 年有效剂量剂量限值职业人员 16~18 岁学徒公众 20mSv ( 连续 5 年的年平均有效剂量 ) 50mSv ( 任何一年中的有效剂量 ) - 3-6mSv 1mSv ( 特殊情况下, 如果 5 个连续年的年平均剂量不超过 1mSv, 则某一年的有效剂量可提高至 5mSv) 眼睛年当量剂量 150mSv 50mSv 15mSv 皮肤的年当量剂量 500mSv 150mSv 50mSv 其他单个器官或组织年当量剂量 500mSv 要注意的是该表中的基本剂量限值不能用于对医疗照射剂量的控制, 也不能用以对当地天然本底辐射照射剂量的控制, 即医疗照射和天然的剂量贡献并不包含在剂量限值控制的剂量大小中 (2) 电磁辐射的剂量限值电磁辐射防护规定 (GB ) 中, 对电磁辐射的职业照射和公众照射的导出限值做了规定, 如表 4 所示表 4 职业和公众曝露控制限制 [2] 频率 f/mhz 电场强度 V/m 磁场强度 A/m 功率密度 W/m 2 职业公众职业公众职业公众 0.1~ ) 40 1) 3~30 150/ f 1/2 67/ f 1/2 0.40/ f 1/2 0.17/ f 1/2 (60/f) 1) (12/f) 1) 30~ ) 12 2) ) ) ~15000 (0.5f 1/2 ) (0.22 f 1/2 ) 2) (0.0015f 1/2 ) 2) (0.001f 1/2 ) 2) f/1500 f/ ~ ) 27 2) ) ) 10 2 注 :1) 系平面波等效值, 供对照参考 2) 供对照参考, 不作为限值 3) 表中控制限值对职业人员时间范围是在每天 8h 工作期间内, 而对公众在 1 天 24h 内电磁辐射场的场量参数在任意连续 6min 内的平均值对于脉冲电磁波, 除满足上述要求外, 其功率密度的瞬时峰值不得超过表 4-2 中所列限制的 1000 倍, 或场强的瞬时峰值不得超过限值的 32 倍且满足下述条件的产生电场磁场电磁场的设施或设备可免于管理 (a)100kv 以下电压等级的交流输变电设施 ; (b) 向没有屏蔽空间发射 0.1MHz~300GHz 电磁场的, 其等效辐射功率小于表 5 所列数值 [3] 表 5 可豁免设施或设备的等效辐射功率频率 f 0.1~3MHz 300 >3~300GHz 辐射对人体健康的影响不同的辐射类型对人体健康的影响不同等效辐射功率 (W)

(1) 电离辐射按照效应发生的个体, 我们把电离辐射的效应分为躯体效应和遗传效应电离辐射对人体健康的影响出现在受照者本人身上的, 我们称之为躯体效应根据受照剂量的大小, 可能出现恶心呕吐脱发疲劳皮肤脱落等症状, 长期受到核辐射时可能导致白血病甲状腺癌多发骨髓瘤等疾病若影响出现在受照者后代身上的我们称为遗传效应这种伤害会造成生物体生殖细胞中染色体上基因的变化,

4 (1) 电离辐射按照效应发生的个体, 我们把电离辐射的效应分为躯体效应和遗传效应电离辐射对人体健康的影响出现在受照者本人身上的, 我们称之为躯体效应根据受照剂量的大小, 可能出现恶心呕吐脱发疲劳皮肤脱落等症状, 长期受到核辐射时可能导致白血病甲状腺癌多发骨髓瘤等疾病若影响出现在受照者后代身上的我们称为遗传效应这种伤害会造成生物体生殖细胞中染色体上基因的变化, 表现为后代获得一些新的性状图 2 就是核辐射通过直接或者间接过程对 DNA 造成损伤的示意图图 2 α 射线 β 射线 X 射线和 γ 射线对 DNA 的破坏遗传效应 [4] 辐射诱变育种技术就是利用遗传效应, 从辐照之后还能够发芽的种子里面筛选培育, 从而获得性能比较好的新品种几十年来, 辐射诱变育种对我们的农业生产作出了巨大的贡献此外在医学中, 我们可以利用电磁辐射导致的细胞损伤来杀死肿瘤细胞, 达到抑制癌症的目的在工业中, 我们常利用电磁辐射对医疗器械食品等进行消除杀菌 (2) 电磁辐射公众在日常生活中接收到的辐射主要是电磁辐射电磁辐射主要通过热效应非热效应累积效应三种效应影响人体健康图 3 是按照波长和频率的大小排列得到的电磁波谱图 3 电磁波波谱及其影响 [5] 其中一些能被分子吸收的光, 比如可见光红外光和微波 ( 包括微波炉里面 - 4 -

的辐射 ), 如果高强度高的话, 可以加热人体造成灼伤 ; 高强度的无线电波可以在人体内形成感应电流, 对神经系统和内脏的正常工作造成影响, 都是通过热效应对影响人体健康非热效应是指人体的器官和组织都存在微弱的电磁场, 它们是稳定和有序的, 一旦受到外界某些频率电磁波的干扰, 处于平衡状态的微弱电磁场可能遭到破坏, 从而对人体的机能产生影响热效应和非热效应作用于人体后,

5 的辐射 ), 如果高强度高的话, 可以加热人体造成灼伤 ; 高强度的无线电波可以在人体内形成感应电流, 对神经系统和内脏的正常工作造成影响, 都是通过热效应对影响人体健康非热效应是指人体的器官和组织都存在微弱的电磁场, 它们是稳定和有序的, 一旦受到外界某些频率电磁波的干扰, 处于平衡状态的微弱电磁场可能遭到破坏, 从而对人体的机能产生影响热效应和非热效应作用于人体后, 对人体的伤害尚未来得及自我修复之前再次受到电磁波辐射的话, 其伤害程度就会发生累积, 时间较长的话会成为永久性伤害如高海拔地区的宇宙射线和紫外线很强, 导致皮肤癌的患病率相比于其他地区较高对于普通公众来说, 我们受到的辐射来源也只要指电磁辐射电视电脑手机电吹风微波炉等都会产生电磁辐射长期直接受到强的电磁辐射, 对我们的视觉系统机体免疫功能心血管系统内分泌系统生殖系统和遗传中枢神经系统等都有不同程度的影响 6. 辐射防护的基本方法有哪些? 严格的将, 我们经常提到的辐射防护指的是对电离辐射的防护, 并不包含电磁辐射的防护, 在这里我们暂且将电磁辐射的防护也包含进去辐射防护的目的在于防止有害的确定性效应 ( 非随机性效应 ) 的发生, 限制随机性效应的发生率, 使之达到可以接受的水平为了防止确定性效应, 就需制定足够低的当量剂量限制, 以保证即使个体受到的照射也不会达到阈值剂量 (1) 电离辐射的防护辐射防护中的三原则是实践的正当性辐射防护的最优化个人剂量限制实践的正当性是指在进行有关辐射的实践活动中, 必须权衡利弊, 只有当带来的效益大于所付出的代价时, 才能认为是正当的最优化在考虑经济和社会因素之后, 使任何辐射照射保持在可以合理做到的尽可能低的水平在付出的代价和所得净利益之间的多种方案进行权衡, 求得以最小的代价获得最大的净利益, 我们称之为辐射防护最优化个人剂量限制是指在实施正当化和最优化两原则时, 要同时保证个人所受照射的剂量当量不超过规定的相应限值 (a) 外照射的防护生物体受到外部射线的照射称为外照射外照射防护三要素是时间距离屏蔽所以为减少外照射带来的剂量我们可以采取减少受照时间, 远距离操作和设置屏蔽体中子 X 射线 α 射线 β 射线和 γ 射线的穿透能力不同, 中子 >X γ 射线 >β 射线 >α 射线, 如图 4 所示针对不同的辐射类型我们要选择不同的屏蔽材料 a. 对 β 射线屏蔽可选用低原子序数的材料, 如铝有机玻璃塑料等 b. 对 X γ 射线屏蔽可采用高原子序数的材料, 如铅铁混凝土等 c. 对中子则可采用含氢较高的材料, 如水石蜡含硼材料等 - 5 -

6 图 4 不同辐射类型穿透性的比较 (b) 内照射的防护放射性核素可以经由吸入食入皮肤 ( 完好的或伤口 ) 进入人体, 形成内照射内照射的危害不仅与摄入放射性核素的辐射类型半衰期和能量有关外, 还与放射性核素的理化形态摄入量以及该种元素在体内的代谢规律等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放射性核素在人体内的代谢途径如图 5 所示图 5 放射性核素在体内的主要代谢途径 [6] 对于内照射防护的一般措施是包容隔离净化稀释包容就是在操作中, 工作人员要穿戴好工作服鞋帽手套等, 以防止放射性物质进入人体内此外, 还可以采用通风橱手套箱等减少与放射性物质的接触根据放射性核素毒性, 操作量的多少等将工作场所就行分级和分区的管理属于隔离措施而净化就是采取吸附过滤等方法, 降低放射性核素的浓度, 从而降低放射性污染水平最后, 我们还可利用干净的空气或水使空气或水中的放射性核素的浓度降低, 这就是稀释因此, 为减少内照射的危害, 在操作中, 我们要严格按照标准和规范执行, 穿戴好必要的个人防护器具, 减少停留时间操作完成后, 快速离开 (2) 电磁辐射的防护电磁辐射污染防护的基本前提是严格执行电磁辐射污染防治的相关法律法规, 其次是利用屏蔽材料对电磁波进行反射与吸收, 使传递到屏蔽材料上的电磁波一部分被反射, 另一部分被屏蔽材料吸收 [12] 对于电磁辐射的个体防护可以从以下几个方面着手 : 首先在家用电器手机等私人物品的使用上应购买合格产品, 不要集中摆放根据射频周围场强随距离的加大而迅速衰减的原理, 变电站高压线电磁波发射塔等电磁辐射源, 我们应当远离, 利用空间自然衰减而达到防护的目的 [13] 7. 辐射防护法规与标准目前, 我国现行的有关辐射安全和辐射防护的法律法规有放射性同位素与 - 6 -

7 射线装置安全和防护条例中华人民共和国放射性污染防治法放射性同位素与射线装置安全许可管理办法等标准或技术规范性文件的文件有电离辐射防护与辐射源安全基本标准 ( GB ) 电磁环境控制限值 (GB ) 放射卫生防护基本标准 (GB ) 辐射防护规定 (GB ) 辐射环境保护管理导则核技术利用建设项目环境影响评价文件的内容和格式 (HJ ) 等国务院及其有关部门制定了配套的多部行政法规和部门规章, 基本形成了符合我国国情的放射性防护法规和标准体系, 保障水平不断提高法律的实施有效解决了核能与核技术开发利用过程中产生的放射性污染与防护问题, 是加快经济发展方式转变, 推进生态文明建设, 建设美丽中国的重要法制保障 8. 辐射谣言的小船说翻就翻 (1) 家用电器的电磁辐射很强吗? 各种电子设备给我们的现代生活带来了很大的便利, 但任何电器只要通上电流就会产生电磁辐射按照家电工作频率的大小, 可分为低频中频和微波频段低频电器 : 电吹风电冰箱电热毯电熨斗等从图 3 中我们可以得出低频的家电在我们身体内感应出的电流非常弱, 不会产生任何明显的效应中频电器 : 电视机电脑等房军 [7] 等人对电视机的检测分析发现, 距屏幕较近时 (5cm), 电磁辐射强度较高 50.6% 的电视机电磁辐射强度超标, 但距屏幕 1m 以外, 电磁辐射强度均小于环境电磁辐射标准 ( GB ) 中的值 (10μW/cm 2 ) 因此, 通常情况下, 居民因收看电视造成的电磁辐射暴露量较低另外他对电脑的检测分析发现, 人们在通常使用计算机时 ( 与显示器的距离 >20cm), 电磁辐射强度在标准范围内微波频段电器 : 微波炉手机等微波炉会以很高的功率工作, 但是泄漏到微波炉外面的电磁场强度很低石昌智 [7] 对微波炉的电磁辐射情况进行了测量他发现微波炉电磁辐射大小随距离的增加逐步减小, 当距离超过 5cm 时, 微波炉的电磁辐射剂量就小于安全限值了而通常我们在使用过程中与微波炉的距离大于 5cm, 因此我们不必对微波炉的电磁辐射担心手机收发高频电磁波的频率在手机的工作频率为 0.9~1.8 GHz 之间由图 3 可以看出在该频率范围内的光子不足以导致原子和分子电离, 属于非电离辐射最基本的电磁辐射限值是在 10 MHz~6 GHz 范围内, 非受控条件下全身平均的 SAR 值应小于 0.08 W/kg 而受控环境下任意 6 min 全身平均 SAR 值为 0.4 W/kg [9],0.4 W/kg 的限值是为了避免对人体温度调节系统产生影响而设置的通过对灵长类动物实验表明, 对温度调节系统引起可检测到影响的 SAR 剂量大约是 1 W/kg [10] 王曼珠 [11] 等人对手机对人体辐射的吸收剂量进行了仿真研究, 当激励源为具有 50Ω 源阻抗 900 MHz 正弦电压源时, 仿真结果得出局部平均 SAR 为 W/kg, 该值低于限制值 0.08 W/kg( 非受控条件下全身平均 SAR 值应小于 0.08 W/kg) 目前, 由于缺乏评估手持机的标准化测试布置和位置规定, 所以在判定是否符合限值的时候, 常常会有困难过去二十年来进行了大量研究以评估移动电话是否有潜在的健康风险迄今为止, 尚未证实移动电话的使用对健康造成任何不良后果 [14] (2) 仙人掌防辐射吗? 通常我们喜欢在电脑旁边放置一盆仙人掌, 用于减少辐射但事实证明这是 - 7 -

8 没有任何科学依据的仙人掌能在强烈的阳光照射下生存与其有吸收辐射的能力是完全不同的概念并且电磁辐射是沿直线传播并不会转弯, 即使仙人掌真能防辐射, 放在电脑旁边也没有办法帮你阻挡射线 (3) 孕妇需穿防辐射服?! 孕妇防辐射服的面料采用是金属纤维与棉麻等普通纤维的混纺, 通过中间的金属纤维来达成屏蔽电磁辐射的作用中央电视台 CCTV10 原来如此播出了一期名为怀孕了, 到底要不要穿防辐射服服的专题科普节目国内权威的电磁兼容与电磁防护方面的专家中国工程院院士刘尚合在节目的最后给出了总结 : 虽然目前的电磁辐射环境复杂, 但辐射值一般还在安全范围内, 大家不必惊慌同时, 国内外对电磁辐射生物效应的研究还没有形成定论, 要不要购买防辐射服, 尤其是孕妇要不要穿上防辐射服, 取决于消费者自身的需要, 如果经济允许, 对周围的环境觉得不够安全, 购买一件穿在身上, 只要不影响自己的工作生活, 也是可取的 (4) 服用碘片防辐射? 如果身体已经有了足够的碘, 就不会再从大气中吸收更多的碘, 就能避免对碘的放射性同位素的吸收但是, 碘片的服用需要在相关人员的指导下进行, 随意服用可能导致碘超标, 造成甲状腺肿大等疾病涂碘酒防辐射的做法是无稽之谈, 碘必须内服才能在甲状腺中富集, 否则毫无作用而碘酒作为外用药, 不能内服 9. 总结通过上述内容我们对辐射的来源对人体健康的影响以及如何进行辐射防护作了介绍, 并且通过查找资料, 采用科学的方法对生活中的关于辐射的热点问题作了分析和讨论辐射虽然不可避免, 但大可不必过度惊慌只要采取恰当的防护措施, 就能有效地减少人体照射, 保障人身安全值得一提的是, 在当前国际能源危机背景下, 安全高效清洁的核电在我国能源建设中的重要性不断凸显在减少化石能源的消费, 推动我国能源绿色低碳化转型, 生态文明建设中核电必然会发挥出重要的作用但目前, 公众在核电发展上的还存在一定的畏惧心理和抵触情绪, 政府机关新闻媒体等需要积极行动起来, 采取科学的方法来消除人们的核恐惧辐射恐惧, 增强公众对核电的接受与支持, 这样才能让核能更好地造福我们人类社会参考资料 [1] GB 电离辐射防护与辐射源安全基本标准 [S]. [2] GB 电磁辐射防护规定 [S]. [3] GB 电磁环境控制限值 [S]. [4] Tuorkey M J. Bioelectrical impedance as a diagnostic factor in the clinical practice and prognostic factor for survival in cancer patients: prediction, accuracy and reliability [J]. Journal of Biosensors & Bioelectronics [5] Zamanian A, Hardiman C. Electromagnetic radiation and human health: A review of sources and effects[j]. High Frequency Electronics, 2005, 4(3): [6] Mianji F A, Diba J K, Babakhani A. Fetus dose estimation in thyroid cancer post-surgical radioiodine therapy[j]. Radiation protection dosimetry, 2015, 163(1): [7] 房军, 黄相刚, 韩京秀. 北京市家庭常用电器电磁辐射状况研究 [J]. 卫生研究, 2007, - 8 -

9 36(2): [8] 石昌智. 电磁辐射源危险性评价与防护管理研究 [D]. 中南大学, [9] IEEE Standards Coordinating Committee 28, on Non-Ionizing Radiation Hazards. IEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields, 3kHz to 300 GHz[M]. IEEE, [10] 王洪博, 陆冰松, 齐殿元, 等. 手机电磁辐射评估 [J]. 中国无线通信, 2004, 10(4): 2-6. [11] 王曼珠, 乔燕, 路而红. 人体对手机辐射吸收剂量的仿真研究 [J]. 电子科技大学学报, 2008, 37(2): 222. [12] 侯喜程. 电磁辐射污染与监测综述 [J]. 能源与节能, 2011 (3): [13] 程小兰, 胡军武. 电磁辐射的污染与防护 [J]. 放射学实践, 2014, 29(6): [14] 世界卫生组织网站

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PowerPoint Presentation 辐射防护基础知识 2011 年近代物理研究所开放日讲座苏有武中科院近物所辐射安全与防护室兰州 2011 年 5 月目录 1 辐射防护的概念目的与任务 2 电离辐射对人类和环境的影响 3 辐射剂量与辐射防护中常用量及其单位 4 射线对人体的作用 5 辐射防护的基本方法 6 外照射防护与内照射防护的基本方法 7 加速器与反应堆 2 辐射防护的概念目的与任务什么是辐射? 电离辐射与非电离辐射非电离辐射