辐射对人体的危害以及防护措施-孙跃先

辐射对人体的危害以及防护-孙跃先 核辐射对人体的危害及其防护措施 孙跃先 摘要 本文通过对辐射的定义、来源以及其产生危害的方式几个 方面，概括的介 绍了辐射对人体的危害以及其相应的防护措 施。在当今核能应用发展的新 时代，我们应当重视辐射的 相关问，对辐射的相关知识有所了解。 关键词 基本概念 危害 防护措施 The hazards of nuclear radiation on the human body and its protection Yuexian Sun Abstract Based on the radiation definition,sources and their harmful aspects,the article protection.In today's new era of the development of nuclear energy,we should pay attention to issues related to radiation,and understand the knowledge of the radiation. keywords Basic concept hazard protection generally introduce the hazards of the radiation on the human body and its 引言 由于核能运用的特殊性，核安全问题一直是广受大家关注的全球 ——————————————————————————————————————————————— 性问题。随着我国核电事业的迅速发展和核能在各个方面的和平利用，我国也越来越关注与核相关的的问题。核辐射问题由于它的危害性与范围性一直被公众所关注。 1 辐射的基本概念 辐射指的是能量以电磁波或粒子的形式向外扩散。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。辐射在生活中无处不在，本文主要讲的核辐射的相关概念。 1.1核辐射的基本概念 核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。核辐射是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射可以使物质引起电离或激发，故称为电离辐射。电离辐射又分直接致电离辐射和间接致电离辐射。直接致电离辐射包括质子等带电粒子。间接致电离辐射包括光子、中子等不带电粒子。放射性物质以波或微粒形式发射出的一种能量就叫核辐射，核爆炸和核事故都有核辐射。 核辐射主要是α、β、γ三种射线。α射线是氦核，它主要是某些不稳定核素衰变时从核内发射出来的;β射线是电子流，是由原子核里发射出来的高速电子组成;γ射线是一种波长很短能量单一的电磁波，没有静止质量，不带电荷。 1.2辐射的分类与来源 辐射按来源可以分为天然辐射和人工辐射两类。 ——————————————————————————————————————————————— 天然辐射主要有三种来源:宇宙辐射、陆地上的辐射源和体内的放射性物质。宇宙射线来自星际空间和太阳，宇宙射线有较强的贯穿能力，他们在大气中与物质原子相碰撞，经受许多类型的反应，使之损失能量。陆地上的辐射源主要来自土壤和岩石中的少量放射性元素以及它们的子体产物，这些放射性核素的浓度与地理位置和地质构造上有很大的关系。体内放射源主要是人体内含有某些放射性元素。 人工辐射主要来自于医疗照射、核动力生产以及核爆炸等方式。医疗照射包括放射性诊断和放射性治疗对患者产生的照射。核动力生产则是在其生产循环的环节中都会向环境中释放少量的放射性物质。核爆炸导致辐射是由于其裂变碎片沉降到地球的各个地 区，造成全球性本地辐射的额外增加。 2 辐射对人体的危害 无论是来自体外的辐射源，还是来自体内的放射性物质，其电离辐射和人体的相互作用都可能导致生物效应。 2.1 辐射危害人体的方式 辐射对人体产生危害的方式分为外照射和内照射两种。 外照射是指放射源在人体之外对人体产生的照射，包括体放射性污染引起的照射。外照射所产生的效应与吸收剂量、剂量率、时间与空间的剂量分布、照射范围、受照组织的放射敏感性及辐射的种类和能量等因素有关。一般而言，α粒子的生物效应虽然较大，但是其穿透能力小，所以α射线几乎不存在外照射的危害;外照射的危害主要来自于γ射线、中子和β射线引起的。其中，γ射线是主要的外照——————————————————————————————————————————————— 射方式，它有很强的贯穿力，能穿透人体深处，对人体所有的器官和组织都能造成电离辐射损伤;β射线在正常情况下，在核电厂工作过程中，能够被管道完全屏蔽，但是，当打开回路进行检修或回路泄漏等原因，可能造成人体污染，高能量的β粒子也可能对人体产生外照射;中子一般仅存在于一些特殊场合如机组运行的核电站反应堆厂房内，反应堆停堆以后，中子辐射可以忽略。 内照射是指放射性物质进入人体内，造成对人体器官或组织的持续照射。与外照射不同，在内照射情况下，人员即使脱离了造成内照射的环境，已经进入人体的放射性物质依然会造成人体的照射。在其他因素相同的情况下，穿透能力较弱的α射线、β射线引起的内照射危害性远大于穿透能力较强的X射线、γ射线引起的内照射的危害性。内照射对人体的危害，除了与放射性核素的半衰期、辐射类型和能量有关外，还取决于放射性物质的数量，理化性质以及她们在体内蓄积的部位和滞留的时间。放射性物质对人体造成的内照射的危害往往比外照射更大，这是因为第一，照射是连续的，而且几乎不能用认为的方法加以改变，一般只能按照其自身的固有规律在人体内进行代谢;第二，某些放射性核素会有选择的沉积在它所亲和的某个或某些器官或组织中;第三，一些本来无法从体外照射人体器官或组织的α粒子和低能β粒子，一旦进入体内，就可将其全部能量损失在受照器官或组织中;第四，还有一些放射性核素，除有放射性危害外，还有化学毒性危害。 2.2 辐射对人体造成的主要危害 ——————————————————————————————————————————————— 人体有躯体细胞和生殖细胞两类细胞，它们对电离辐射的敏感性和受损后的效应是不同的。电离辐射对机体的损伤其本质是对细胞的灭活作用，当被灭活的细胞达到一定数量时，躯体细胞的损伤会导致人体器官组织发生疾病，最终可能导致人体死亡。 躯体细胞一旦死亡，损伤细胞也随之消失了，不会转移到下一代。在电离辐射或其他外界因素的影响下，可导致遗传基因发生突变，当生殖细胞中的DNA受到损伤时，后代继承母体改变了的基因，导致有缺陷的后代。辐射对人体的危害主要有: (1)急性效应 是指机体在短时间内(几秒至几日)一次或多次受到大剂量的照射，引起的急性全身性损伤。主要发生与核事故和放射事故等情况下。根据受照剂量的大小和病情轻重，可分成四度:轻度、中度、重度和极重度。各型急性放射病的初期反应和受照剂量如下表: (2)慢性效应 是指机体在较长时间内受低剂量率，超剂量限值照射(指外照射)，引起的全身慢性放射损伤。慢性放射病的临床特点是起病慢，病程长，目前尚无特异性临床指标。自觉症状主要表现为神经衰弱症候群和植物神经的功能紊乱。常见的症状有:疲乏无力、头昏头痛、记忆力减退(尤其是近期记忆力减退)，睡眠障碍、多梦、恶心等。男性患者还可能有性欲减退、阳痿;女性则可能有月经紊乱。 (3)胚胎效应 是指胚胎在发育过程中，胚胎本身受射线照射(即宫内照射)所——————————————————————————————————————————————— 引起胚胎的损伤。胚胎效应的严重程度和特点取决于照射剂量的大小、照射方式和射线的种类，特别是胚胎发育不 同期对射线的敏感性更为重要。常见的典型效应有致死、畸形和发育障碍。 (4)远期效应 是指受到一次中等或大剂量X、γ射线或中子照射;或长期小剂量的累积作用;或放射性核素一次大量或多次小量侵入机体，在半年以后(通常几年或几十年)出现的变化;或急性损伤未恢复而延续下来。包括随机性效应和确定性效应两类。这种效应可以表现在受照本人，也可显现在受照者后代身上。随机性效应如致癌和遗传效应;确定性效应如白内障和寿命缩短。 3 辐射的防护措施 3.1 放射性防护 1.时间控制法 即缩短接触时间，从事或接触放射线工作时，人体受到的外照射的累计剂量同暴露时间成正此，也就是受射线照射的时间越长，接受的累计剂量越大。为了减少工作人员受照射的剂量，应缩短工作时间，禁止在有射线辐射场所作不必要的停留，工作需要时接近放射源，工作完毕就立即离开，在剂量较大的情况下工作，尤其在防护条件较差的条件下工作，为减少受照射时间，可采取分批轮流操作的办法，以免长时间受照射而超过容许剂量。 2.距离控制法 ——————————————————————————————————————————————— 对于点状的γ源，源外某点与源的距离增加到原来的2倍，该点的剂量率就减小到原来的1/4;如若距离增加到原来的3倍，则剂量率减小到原来的1/9。以此类推，如距离增加到原来的n呗，则剂量率减小到原来的1/n2。当然在工作现场，辐射源几乎都不是理论上的电源。一般来说，不论是什么形状的辐射源，只要我们增大与辐射源的距离，就可以减少受辐射的剂量。因此，在放射性作业是，应尽可能地利用遥控装置、长柄工具和机械手，在休息时应尽量地远离剂量率高的“热点”等都是十分有好处的。 3.屏蔽防护法 由于射线与物质相互作用，辐射强度将会减弱，其能量耗尽后将会被物质吸收。因此，在人与辐射源之间采用适当的屏蔽物质，可以减小人员处的剂量率，从而降低受照剂量。屏蔽防护中的主要技术问题是屏蔽材料的选择、屏蔽体厚度的计算和屏蔽体结构的确定。各种射线在物质中的相互作用形式是有区别的。所以，选择屏蔽材料时也要注意这些差别。材料选择不当，不但在经济上造成浪费，有时还会在屏蔽效果上适得其反。例如，要屏蔽β射线，必须先用轻材料，然后视情况再附加重物质防护。如将其次序颠倒，因β射线在重物质中比 在轻物质中能产生更多的轫致辐射，就会形成一个相当大的γ辐射场。各类射线的屏蔽材料选择原则列于下表: 在选择和使用屏蔽材料时，除了应考虑达到屏蔽目的外。还必须注意到其它一些因素，例如材料的经济价值和易得程度，屏蔽体容许——————————————————————————————————————————————— 占的空间大小、支持物能否承受、屏蔽材料的结构强度，以及吸收辐射后是否会产生感生放射性或其它毒性物质等。 (1)α辐射的屏蔽 粒子在物质中运动时的比电离(单位射程上的能量损失)是很高的，因此在任何物质中的射程都很短。如一个5MeV的α粒子(大部分α粒子的能量在4,9 MeV范围)的射程，在空气中大约是3.5cm，在普通纸张中约是40μm，而在铝材中只有23μm，可见一层很薄的材料就可以将它完全阻止住。因此，对α粒子的外照防护很简单，例如稍远一点(大于5cm)，或源外包一层纸等即可。 人体表皮上无生命的角质层部分，平均厚度大约是7毫克,厘米2，即直线深度约70微米。在表皮上能量小于7.5兆电子伏的α粒子，它没有到达有生命活动的深度时，就被完全阻止住了。因此，在考虑外照射防护时，对α粒子一般不须采取任何屏蔽措施。例如，放射α粒子的放射性物质污染手时，不必担心α粒子对手的外照射，只须防止手上的污染物转移到体内就行了。 (2)β辐射的屏蔽 屏蔽β射线常用有机玻璃、铝板等。 弱β放射物质，如14C、35S和3H，可不必屏蔽，强β放射物质如35P、则要以1厘米厚的塑胶或玻璃板遮蔽，当发生源发生相当量的二次X射线时，便需要用铅遮蔽。 (3)γ辐射的屏蔽 γ射线和X射线的放射源要在有铅或混凝土屏蔽的条件下储存，——————————————————————————————————————————————— 屏蔽厚度根据放射源的放射强度和需减弱的程度而定。 (4)中子辐射的屏蔽 水、石蜡、或其他含大量氢分子的物质，对遮蔽中子放射体有效，若屏蔽的用量少时也可使用镉板。遮蔽中子可能产生二次γ射线，在计算屏蔽厚度时，应予考虑。 4.控制辐射源法 一方面降低辐射源自身的辐射强度，另一方面采用封闭型辐射源。 3.2辐射个体防护 电离辐射对人体的危害是由超过允许剂量的放射线作用于机体而发生的。放射危害分为外照射危害和内照射危害。外照射危害是放射线由体外穿入机体而造成的伤害，X射线、γ射线、β粒子和中子都能造成外照射危害。内照射危害是由于吞食、吸入、接触放射性物质，或通过受伤的皮肤直接侵入人体内而造成的。 辐射个体防护就是根据放射线与人体的作用方式和途径进行的。防止外照射的个体防护措施就是对人体采用屏蔽包裹，阻挡放射线由体外穿入人体。防止内照射的个体防护措施就是防止放射性物质从消化道、呼吸道、皮肤接触三条途径进入人体。在任何可能有放射性污染或危险的场所，都必须穿工作服，戴胶皮手套、穿鞋套、戴面罩和目镜，在有吸入放射性粒子危险的场所，要携带氧气呼吸器。在发生意外事故而导致大量放射污染或可能被多种途径污染时，可穿供给空气的衣套。 4 结论 ——————————————————————————————————————————————— (1)核辐射，或通常称之为放射性，存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事 实，是正常现象。辐射主要分为天然辐射和人工辐射，天然辐射主要有三种来源:宇 宙辐射、陆地上的辐射源和体内的放射性物质;人工辐射主要来自于医疗照射、 核动力生产和核爆炸等形式。 (2)无论是体外的辐射源，还是来自体内的辐射性物质都能与人体发生作用产生生物效 应。辐射危害人体的方式分为外照射和内照射。辐射危害的严重程度主要与两个因素 有关，一是与辐射相关的，称为物理因素;一是与生物机体有关的，称为生物因 素。物理因素主要是指:辐射类型、剂量、剂量率及分次照射、照射部位及照射 面积和照射的几何条件;生物因素只要是指生物体对辐射的敏感性。 (3)辐射的防护措施一般有时间控制法、距离控制法、屏蔽防护法和控制辐射源法。对 于人体可以根据放射性与人体作用的方式和途径采取相应的措施来防护。 参考文献: 1.《辐射防护》，中电投高培中心核电教材，2012.9 2.《辐射防护基础知识》，中国科学院等离子体物理研究所，2011.3.22 3.《电离辐射防护与安全基础》，原子能出版社，2011.7.18 ———————————————————————————————————————————————