第二章 辐射剂量学.doc

第二章 辐射计量学
主 讲 : 张 玲 玲
土木与环境工程学院

课 堂 回 顾
v 一、辐射剂量学的基本量和单位
放射性活度；照射量；照射量率；比释动能； 吸收剂量；吸收剂量率 ；剂量当量 ；有效剂量当量 ；待积剂量当量；集体剂量当量；集体有效剂量；剂量当量负担和集体剂量当量负担
v 二、与辐射防护有关的量与概念
关键人群组 ；关键照射途径； 关键核素； 危险度； 危害
v 三、剂量与效应的关系
随机性效应；非随机性效应（确定性效应）；
v 四、剂量限制体系
辐射防护原则；基本限值；导出限值；管理限值

导出限值

定义：根据基本限值，通过一定的模式导出一个供辐射监测结果比较用的限值，这种限值称为导出限值。
引出导出限值的原因：辐射防护监测中，测量结果很少能直接用剂量当量来表示。

管理限值

v 为了管理目的，主管部门或企业负责人可以根据最优化原则，对辐射防护有关的任何量制定管理限值。
v 必须严于基本限值或导出限值。

第二节 电磁辐射的量度单位
电磁辐射定义回顾
电磁辐射是由同相振荡且相互垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。
v 电场强度 E

v 磁场强度H
一、电场强度 E
v 定义：是用来表示电场中各点电场的强弱和方向的物理量。
v 匀强电场中，场强公式是：
E=U/d
式中，U是电场中某点的电势
d是沿电场线方向上的距离。
v 一般单位：V/m（伏/米）、mV/m（毫伏/米）、μV/m（微伏/米）。
v 表示电场干扰大小时： dB（分贝）
v 微波领域，电磁场的强弱常用功率密度表示：
W/cm2（瓦/厘米2）、m W/cm2 （毫瓦/厘米2） 、 μW/cm2 （微瓦/厘米2）

二、磁场强度H
v 定义：在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度Ｂ与同一点上的磁导率u的比值，称为该点的磁场强度。
v 定义式：
H = B/u
式中，B-磁感应强度
u-磁导率
v 单位：A/m（安/米）、 mA/m（安毫/米）、 μA/m（微安/米）
三、射频电磁场
v 射频电磁场的频段不同，其测量采用的单位也不同
v 高频与甚高频的电场强度单位：
§ V/m（伏/米）、mV/m（毫伏/米）、μV/m（微伏/米）、 dB（分贝）
v 特高频单位：
§ W/cm2（瓦/厘米2）、m W/cm2 （毫瓦/厘米2） 、 μW/cm2 （微瓦/厘米2）
四、其他常用的表示电磁辐射强度大小的单位
1、功率　辐射功率越大，辐射出来的电、磁场强度越高，反之则小。
功率的单位是瓦（W）。
2、功率密度　
v 定义：指单位时间、单位面积内所接收或发射的高频电磁能量。
v 单位：瓦/米2（W/m2）。
v 单位理解：“40瓦/米2”可以简单理解为1平方米面积上接受到40瓦的电磁能量。
v 在高频电磁辐射环境评估时功率密度常用MW/cm2表示。
3、磁感应强度　
v 定义：表示单位体积、面积里的磁通量，用于描述磁场的能量的强度。
v 定义式：

v 单位：特斯拉或高斯（T或Gs）
小结总结
v 电场强度
v 磁场强度
v 射频电磁场
v 其他常用的表示电磁辐射强度大小的单位

第三节 有关辐射的环境标准
v 环境放射性防护标准

v 电磁辐射防护标准

一、环境放射性防护标准
v 目的：有效进行和安全和辐射环境监督管理
v 参照标准：IAEA制定的核安全与辐射防护法规、标准
v 现状：现已发布实施的辐射环境管理的专项法规、标准等50多项
v 一些历史性标准
v 1960.2 《放射性工作卫生防护暂行规定》
《电离辐射的最大容许标准》
《放射性同位素工作的卫生防护细则》
《放射工作人员的健康检查须知》
v 1964.1 《放射性同位素工作卫生防护管理办法》
§ 放射性同位素实验室基建工程的预防监督
§ 防护性同位素工作的申请及许可和登记
§ 放射工作单位的卫生防护组织和计量监督
§ 放射性事故的处理等
v 1974.5 《放射防护规定》（GBJ8-74）
§ 集管理法规和标准为一体
§ 规定了有关人体器官分类和剂量当量限值
§ 对眼晶体采取了较为严格的限制
v 1984.9 《核电站基本建设环境保护管理办法》
§ 将电离辐射的防护工作从建设开始做起
v 1988.3 《辐射防护规定》（GB8703-88）
§ 目的：为了保护放射性工作者和公众免受过量的辐射危害
§ 国家环境保护局
§ 列出了各种受照射情况下的安全剂量限值。
v 1989.10 《放射性同位素与射线装置放射防护条例》
v 2003.10 《中华人民共和国放射性污染防治法》
v 目的：防止放射性污染，
加强辐射环境监督管理的重要法律。
v 2005.08《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》
v 目的：
§ 加强对放射性同位素、射线装置安全和防护的监督管理；
§ 促进放射性同位素、射线装置的安全应用；
§ 保障人体健康，保护环境。

v 2006.03 《放射性同位素与射线装置安全许可管理办法》
v 内容：许可证的申请与颁发；
进出口、转让、转移的审批与备案；
监督管理

二、电磁辐射防护标准
1、电磁辐射防护规定 （GB8702 - 88）
v 发布单位: 国家环保总局和国家技术监督局
v 内容：（1）增加了SAR（比吸收率）剂量的内容
（2）规定在24h以内任意连续6min的平均SAR应小于0.02W/kg
（3）规定职业照射和公众照射导出限值

v 对于一个辐射体发射几种频率或存在多个辐射体时，其电磁辐射场的场量参数在任意连续6min内的平均值之和，应满足下式：

式中，A i, j - 第i个辐射体受j频道辐射的辐射水平
B i, j - 对应于j频段的电磁辐射所规定的照射限值

2、环境电磁波卫生标准（GB9174-3-88）
v 适用范围：一切人群经常居住和活动场所的环境电磁辐射，不包括职业辐射和射频、微波治疗需要的辐射。
v 标准中含二级容许限值（中间区）
§ 参考了职业卫生标准；
§ 扩大了人群流行病学调查范围；
§ 对青少年、儿童进行了神经行为功能和某些临床化验指标的观察；
§ 做了动物实验。

I 级标准安全区：老弱病残孕婴儿公众在此区环境中长期居住生活，不受电磁辐射影响的区域。
II 级中间区：长期居住生活在此区，有可能对易感人群引起某些不良反应或影响，故必须加以限制。
3、作业场所微波辐射卫生标准 （GB10436-89）
v 规定了作业场所微波辐射卫生标准及测试方法
v 适用范围：接触微波辐射的各类作业（除居民所受环境辐射及接受微波诊断或治疗的辐射外）作业场所微波辐射卫生标准（GB10436-89）
v 连续波
定义：是指电针仪输出的某单一固定的脉冲频率序列,其波形没有经过调制.连续波的频率一般为1～1000Hz以内。

v 脉冲波
定义：是指一种间断的持续时间极短的突然发生的电信号。波形上下最大振幅持续时间只要不相同，就是脉冲波。

4、作业场所超短波辐射卫生标准 （GB10437-89）
v 规定了作业场所超高频辐射（30~300MHz）的容许限值及测试方法

5、作业场所工频电场卫生标准（GB16203-1996）
v 规定了作业场所工频电场8小时最高容许量为5kV/m。
v 因工作需要必须进入超过最高容许量的地点或延长接触时间时，应采取有效防护措施。
v 带电作业人员应该在“全封闭式”的屏蔽装置中操作，或应穿包括面部的屏蔽服。

6、工业企业设计卫生标准（GBZ1-2002）
（1）防非电离辐射（射频辐射）
（2）工频超高压电场的防护

（1）防非电离辐射（射频辐射）工业企业设计
①生产工艺过程有可能产生微波或高频电磁场的设备应采取有效地防止电磁辐射能的泄露措施；
②微波电磁辐射（300MHz~300GHz）工作地点强度不允许超过规定限值。
③短时间接触时卫生限值不得大于5mW/cm2,同时需要使用个体防护用具。
④高频电磁辐射（30MHz~300MHz）工作地点辐射强度卫生限值不应超过规定。
⑤产生非电离辐射的设备应有良好的屏蔽措施。

工作地点微波辐射强度卫生限值

§ Pd – 容许辐射的平均功率密度，(μW﹒cm-2)
§ t – 接触辐射时间，h。
高频辐射强度卫生限值

（2）工频超高压电场的防护
①产生工频超高压电场的设备应有必要的防护措施。
②产生工频超高压电场的设备安装地址（位置）的选择应与居住区、学校、医院、幼儿园等生活、工作区保持一定的距离。达到上述地区的电场强度不应超过1kV/m。
③从事工频高压电作业场所的电场强度不应超过5kV/m。
④超高压输电设备，在人通常不去的地方，应当用屏蔽网、罩等设备遮挡起来。

7、国家军用标准
v 《超短波辐射作业区安全限值》（GJB1002-90）
v 《水面舰艇磁场对人体作用安全限值》
（GJB2779-96）
《超短波（30~300MHz）辐射作业区安全限值》
《水面舰艇磁场对人体作用安全限值》

注：1、当在脉冲条件下工作电场强度大于10V/m，在连续波条件下工作电场强度大于14V/m时，都必须采取有效防护措施。
2、如实测数据以平均功率密度表示时，须将数据按下式换算成等效值： ，式中E为电场强度，单位为V/m；Pd为功率密度，单位为W/m2。
v 《水面舰艇磁场对人体作用安全值》（GJB2779-96）

注：1、生活舱、包括居住舱、会议室、餐厅等生活与休息舱室。
2、一般工作舱，指除强磁场设备舱以外的各种作业舱室。
小结总结
v 环境放射性防护标准
v 电磁辐射防护标准
v 第四节 环境放射性对人群所致的辐射剂量

一、 天然辐射源的正常照射

v 天然辐射是全世界居民都受到的一种照射，集体剂量贡献最大。
v 在地球上的任何一点，来自宇宙射线的剂量率是相对稳定的。但它随纬度和海拔高度而变化。在海平面中纬度通常每年受到28mrem（1rem=10mSv）的照射。在海拔数公里之内，高度每增加1.5km，剂量率增加约1倍。

实例:
不同温度的宇宙体所产生的辐射 from various objects with different temperature

表 正常本底地区天然辐射源
致人体的年有效剂量
一般场所： 天然本底为 2.4mSv/a,

表 天然辐射源照射世界平均辐射剂量值

a.括号内是UNSCEAR1993年给出的估计值。
b.从海平面到高海拔的地区的整个范围。
c.与土壤和建材中放射性核素的组成有关。
d.与氡气在室内的积累有关。
e.与食品和饮水中放射性核素的组成有关。
在任何一个大的郡体中，约65％的人预期年有效剂量在1-3mSv之间，约25％的人预期年有效剂量小于1mSv，而其余10％的人年有效剂量大于3mSv。个人剂量变化范围很大。

天然辐射照射多为内照射，内照射约为外照射的一倍。(222Rn, 60%)
表 天然辐射高本底地区

天然辐射高本底地区（续）

部分国家的天然本底水平

生活在高海拔地区或上述高本底地区的居民会受到较高的外照射剂量。

二、现代科学技术发展带来的天然辐射源照射的增加

1、建筑材料
v 有些建筑材料含有较高的天然放射性核素或伴生放射性核素，使用这些建筑材料可导致室内辐射剂量水平的升高，如浮石、花岗石、明矾页岩制成的轻水泥等。

2、室内通风不良
v 通风状况，可明显影响氡的水平。
v 在寒冷地区，室内换气频率为每小时0.1 ~ 0.2倍次。可引起α辐射对肺每年的剂量达到几个拉德。
v 水中的氡不仅饮用后造成内照射，而且水中氡气还可以释放出来。当自来水中氡的浓度高时，室内空气中氡的浓度也增高，这样通过吸入所致肺的剂量将高于正常饮用水摄入胃内所造成的辐射剂量。

室内氡来源示意图

表 我国居室中氡浓度

我国居室中氡浓度稍低于世界平均值
（原因是我国地处于温带和亚热带，大部分房屋通风较好）
有些居室中氡浓度是较高的
（如表中所列的地下室、窑洞和用煤渣砖及其它工业废渣建材建造的建筑物等）

使用空调对室内氡浓度的影响

资 料
Ø全国政协科教文卫体委员会、中国癌症基金会编撰的《癌症的科学与实践》：
最高发的癌症依次为肺癌、乳腺癌和结直肠癌。
我国癌症死亡率已居死亡首位。
死亡率最高的癌症依次为肺癌、肝癌、胃癌、食管癌及结直肠癌。
Ø北京每年新增2万名癌症患者（全国220万）肺癌居第一，其次是结直肠癌和肝癌。

Ø 2004-2010《中国癌症预防与控制规划纲要》中，肺癌、肝癌、胃癌、食管癌、结直肠癌、宫颈癌、乳腺癌和鼻咽癌被列为重点防治的癌症。这8种癌症死亡约占中国癌症总死亡人数的80％以上。
Ø自上世纪70年代以来，癌症死亡在我国一直呈持续增长趋势。目前癌症死亡已位居我国各类死因的第一位。如不加以控制，20年内癌症死亡人数将上升1倍。
Ø 2005年有60万人死于肺癌，肺癌已成为我国致死率首位的恶性肿瘤。目前，北京的所有恶性肿瘤发病统计中，肺癌发病率和死亡率均居首位，同时，据全国肿瘤防治愚治研究办公室提供的数字，目前肺癌发病已普遍提前5至10岁。

3、飞行乘客
v 每年世界上大约有109旅客在空中旅行1小时。在平均日照条件下，由于空中旅行所致的年集体剂量为3kGy。
v 高空飞行的超音速飞机驾驶员应注意在大的太阳闪光发生时，减少宇宙射线的危害。

表 不同航线机舱内宇宙辐射有效剂量(软件计算结果)

短航线模拟时假设条件：
1、巡航高度：11.0km
2、爬升到巡航高度的时间：20mins
3、降落所需时间：20mins
4、整个航行时间：取自公布的时刻表
（b）某些长航线

长航线模拟时假设条件：
1、 50%飞行时间的巡航高度：11.0km
50%飞行时间的巡航高度：12.5 km
2、爬升到巡航高度的时间：30mins
3、降落所需时间：30mins
4、整个航行时间：取自公布的时刻表（包括停在地面上的时间）

注：表中国外航线是太阳活动最小情况下的计算结果，而起点在中国的航线是1999年的平均值,计算结果的误差约为±20%。
4、磷酸盐肥料的使用
v 磷矿通常与铀共生，因此随着磷矿开采，磷肥的生产和使用，一部分铀系的放射性核素就从矿层中转入到环境中来，通过生物链进入人体。
v 对每吨市售磷矿石的集体剂量负担大约是3×10-6人•Gy。全世界每年用108t磷酸盐肥料，每年由于使用磷肥造成的集体剂量负担是3×102人•Gy。

5、燃煤动力工业
v 煤炭中含有一定量的铀、钍和镭。通过燃烧可使放射性核素浓集而散布于环境中。
v 不同来源的煤、煤渣、飘尘（灰）的放射性核素的浓度是不同的。
v 据统计，每百万千瓦的年生产能力的电厂，由沉降下来的煤灰造成的集体剂量负担贡献很小，约为0.002 ~ 0.02人•rad/(MW•a)。
v 但用煤灰、煤渣和煤矿石作建筑材料，不同程度的增加了房屋内的辐射剂量率。

6、天然气
v 提取过程中：在提取石油及天然气时，需要产生大量水，而水中可能含有天然放射性核素，其中主要是226Ra及其衰变产物。
v 使用过程中：天然气主要是用来烧饭和室内取暖，是建筑物中氡的来源之一。

三、消费品的辐射

v 应用最广泛的具有辐射的消费品有夜光钟表、罗盘、发光标志、烟雾探测器和电视等。
v 消费品中应用最广泛的放射性核素有氚、氪85、钷147和镭226等。
v 根据联合国辐射委员会统计消费品造成的辐射剂量负担为每年性腺剂量小于1mrad。

实例1： 发光材料
v 用镭作涂料的夜光手表对性腺的辐射平均为每年几个毫拉德（mrad）。
v 改用氚作为发光充涂料，使外照射有所减少，但还可引起全年0.5mrad（1rad=10mGy）的全身内照射剂量。
v 手表工业中应用的发光涂料可引起全世界人群的集体剂量负担为每年106人•rad。同时，它还将引起某些职业性照射。

实例2：文化类消费品
v 博物馆：布鲁塞尔的一个博物馆，贮藏着含镭和铀的矿物，尽管加大了通风，氡的浓度在10～15kBqm—3之间。
v 除氡外，邻近的贮藏间中观察到高水平γ辐射。博物馆看管人员房间的γ辐射水平达到5～6μSv/h。经屏蔽矿物后，γ辐射水平下降到1～2μSv/h。

四、核工业造成的辐射
v 在核工业中，生产的各个环节中都会向环境释放少量的放射性物质。
v 它们的半衰期都较短，很快就会衰变消失。只有少数半衰期较长的核素，才能扩散到较远的地区，甚至全球。
v 全世界居民中50%的集体剂量负担是由于核动力生产中长寿命放射性核素碳14、氪85和氚的全球扩散所造成的（联合国原子辐射影响科学委员会）。

五、核爆炸沉降物对人群造成的辐射
v 据估计1976年以前所有核爆炸造成全球总的剂量负担，约从100mrad（性腺）到200mrad（骨衬细胞）。
v 外照射：137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；
v 内照射：14C、137Cs、3H、131I、239Pu、240Pu、241Pu等。

表 各国大气层核爆炸次数和核爆炸当量

表 大气层核试验产生的放射性核素的平均年有效剂量 μSv

六、医疗照射
v 发达国家有充分放射诊断治疗条件，可对人造成有遗传作用的剂量。
v 来自医疗辐射的全球集体剂量负担
§ 放射设备发达的国家为5×107人•rad
§ 设施有限的国家约为2×106人•rad。

§ 台湾辐射工作人口与集体剂量分布

七、天然内照射

v 食入
v 吸入
表 我国人群平均每天食入的放射性及
体内放射性物质的含量估计值

从饮水摄入226Ra 约0.01Bq
v 生活与辐射

表 日常生活中可能遇到的辐射

实例1：

每次身体健康检查都要照一张胸腔x-光检查片，
(1)吃了x-射线游离辐射剂量，健康检查过后是否会导致辐射伤害？会不会死呀？
(2)健康检查过后，回到家时会不会将辐射带给家人？

1)胸腔健康检查的等效剂量只有0.05毫西弗，这种额外的游离辐射剂量目前的研究与论证，没有具体证据会造成急性或后显性的辐射伤害。
除此以外，胸腔健康检查的x-射线等效剂量，相当于台北-纽约往返飞航一个来回宇宙射线剂量的1/5，我们从未听闻过「空中飞人」的商务旅客及民航公司飞勤组员衍生辐射伤害的案例。
所以，只要是医嘱的健康检查，是没问题的
2)胸腔健康检查的x-射线，从未超过MeV能量等级，远低于光核反应的阈值能量；
故接受x-射线不会活化人体，只会穿透人体而不衍生辐射射源。因此，回到家可信心满满的对亲人说：「别怕，我不是辐射源，体内没有残留射线。」

实例2：

居住在核设施(如医学中心地下室的医用回旋加速器)或核能电场附近，到底危不危险?

所有核设施，包括核能电厂及医用回旋加速器，在建造前需就游离辐射安全措施送主管机关审查，通过审查才可以兴建。
领照运转亦需执行环境辐射监测，一定需要达到主管机关的法规规范，不让游离辐射外释超过限值。
紧邻核能电厂的居民，每年遭受核能电厂外释辐射的等效剂量，只有0.01毫西弗，是x-射线胸腔健康检查剂量的1/5。
小结总结
v 天然辐射源的正常照射
v 现代科学技术发展带来的天然辐射源照射的增加
v 消费品的辐射
v 核工业造成的辐射
v 核爆炸沉降物对人群造成的辐射
v 医疗照射
v 内照射