最新1医学辐射防护基础final课件.ppt
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1、1医学辐射防护基础医学辐射防护基础final第一部分第一部分 核物理基础核物理基础四、核外电子结构四、核外电子结构核外电子沿着核外电子沿着“一定一定”的轨道,围绕原子核运的轨道,围绕原子核运动,这些电子分布在不同的壳层上,若干轨道组动,这些电子分布在不同的壳层上,若干轨道组成一个壳层成一个壳层,由内向外,依次为由内向外,依次为K K,L L,MM,NN层,核外电子壳层容纳电子数有限,层,核外电子壳层容纳电子数有限,2 n2 n2 2 个。个。电子具有一定的能量电子具有一定的能量,距核越远距核越远,位能越高位能越高,在外力在外力的作用下的作用下,内层电子可以跳至外层内层电子可以跳至外层.能级升高
2、能级升高,称为称为激激发态发态。若获能较大,则可以脱离原子核的束缚,离。若获能较大,则可以脱离原子核的束缚,离开原子成为自由电子,而原子本身成为带正电荷的开原子成为自由电子,而原子本身成为带正电荷的离子,称为离子,称为电离电离,外层电子若返回内层,则称为退,外层电子若返回内层,则称为退激,多余能量以射线方式释放激,多余能量以射线方式释放。几个概念几个概念核素核素:Nuclide:Nuclide 凡原子核内质子数、中子数和能量状态凡原子核内质子数、中子数和能量状态均相同的一类原子。均相同的一类原子。元素:元素:凡核内质子数相同的一类原子称为凡核内质子数相同的一类原子称为一种元素。每种元素可以包括
3、若干种核素。一种元素。每种元素可以包括若干种核素。同位素:同位素:Isotope Isotope 具有相同的质子数的核具有相同的质子数的核素,由于属于同一种元素,在元素周期表上素,由于属于同一种元素,在元素周期表上处于同一位置,故称为该元素的同位素或彼处于同一位置,故称为该元素的同位素或彼此是同位素。此是同位素。例如:11C,12C,13C,14C均是碳的同位素 同质异能素:同质异能素:有相同的质子数、中子数、有相同的质子数、中子数、但是能量状态不同的一类元素。是一种特殊但是能量状态不同的一类元素。是一种特殊的同位素。例如:的同位素。例如:99m99mTcTc是是 9999TcTc的激发态的激
4、发态 Metastable Metastable 亚稳态亚稳态放射性核素和核衰变放射性核素和核衰变1 1稳定核素稳定核素 Stable NuclideStable Nuclide 不会自发地发生核内成分或核能级变化不会自发地发生核内成分或核能级变化,或者发或者发生的几率非常小。生的几率非常小。2.2.放射性核素放射性核素 Radioactive NuclideRadioactive Nuclide 核不稳定,容易自发地发生核内成分或能态的核不稳定,容易自发地发生核内成分或能态的改变而转变成另外一种核素,同时释放出一种或改变而转变成另外一种核素,同时释放出一种或一种以上的射线。一种以上的射线。为
5、什么一些核素具有放射性?中子和质子的比例质子数 中子数富质子的核富中子的核放射性核衰变放射性核衰变 放射性核素自发发生核能态及核内成分改变而放射性核素自发发生核能态及核内成分改变而转变成另一种核素,同时释放出一种或一种以上转变成另一种核素,同时释放出一种或一种以上的射线,这种变化过程称为放射性核衰变简称核的射线,这种变化过程称为放射性核衰变简称核衰变。衰变。放射性衰变机制放射性衰变机制 1.1.衰变衰变 射线特点:射线特点:1.单能谱2.质量大,射程短,穿透力弱 3.质量大,速度慢,荷电量多,电离本领大。2.2.-衰变衰变特点特点:质量轻,速度快连续能谱 能量分布从零到最大穿透力强,电离能力弱
6、,可被铝箔和人体所吸收3.3.衰变衰变只有人工放射性核素才可发生衰变。粒子存在时间极短,当被物质阻挡失去动能时,将和物质中的自由电子结合转化成光子.粒子全部动能损失后粒子全部动能损失后,与周围物质中的自与周围物质中的自由负电子结合由负电子结合,转变成两个方向相反转变成两个方向相反,而能量相而能量相等等,均为均为0.511MeV0.511MeV的的 光子,此称为正电子湮光子,此称为正电子湮没辐射。没辐射。4 4电子俘获衰变电子俘获衰变 ECEC Decay Decay 如果核内中子数相对过少如果核内中子数相对过少,而又没有足够能量而又没有足够能量(1.02MeV)(1)(n1)若其速度大于光在该
7、介质中的若其速度大于光在该介质中的相速度,在粒子经过之处,将沿一定方相速度,在粒子经过之处,将沿一定方向发出接近紫外线波长范围的微弱可见向发出接近紫外线波长范围的微弱可见光,这种辐射为契伦科夫辐射。光,这种辐射为契伦科夫辐射。5湮没辐射湮没辐射Annihilation Radiation 粒子通过物质时,其动能完全消失粒子通过物质时,其动能完全消失后,可与物质中的自由电子结合而转化为一后,可与物质中的自由电子结合而转化为一对发射方向相反,能量相同,均为对发射方向相反,能量相同,均为0.511MeV 0.511MeV 的的 光子,这种现象称为湮没辐射。光子,这种现象称为湮没辐射。粒子与生物物质的
8、相互作用粒子与生物物质的相互作用:外部沉积外部沉积 辐射没有外照射危辐射没有外照射危害害 在组织中的最大射程在组织中的最大射程 1.02MeV1.02MeV时,通过物质时,在核及时,通过物质时,在核及电子库仑电场作用下,可以转化成为具有一定能量的电子库仑电场作用下,可以转化成为具有一定能量的一个正电子和一个负电子,即电子对。电子对中的正一个正电子和一个负电子,即电子对。电子对中的正电子在物质中不能长期存在,当它逐渐失去动能后,电子在物质中不能长期存在,当它逐渐失去动能后,就与一个负电子结合,转化成一对能量相同,就与一个负电子结合,转化成一对能量相同,0.511MeV,0.511MeV,方向相反
9、的光子,称为电子对湮没。方向相反的光子,称为电子对湮没。电子对产生电子对产生X X 射线射线 与与 射线的区别射线的区别辐射穿透本领lAlpha particles are easy to stop,gamma rays are hard to stop.三种射线的基本能量特征三种射线的基本能量特征 1兆电子伏在空气中射程兆电子伏在空气中射程 阻挡物阻挡物 吸收效果吸收效果 射线射线 1.0厘米厘米 一张普通纸一张普通纸 完全完全射线射线 10米米 有机玻璃板有机玻璃板 产生轫致辐射产生轫致辐射射线射线 千米千米 铅铅 不能被完全吸收不能被完全吸收第二部分第二部分 放射卫生防护基础放射卫生防护
10、基础 核射线在医学上得到了广泛的应用核射线在医学上得到了广泛的应用,核射线的应用核射线的应用已成为医学生物学现代化的重要标志,但核射线所已成为医学生物学现代化的重要标志,但核射线所引起的电离辐射,对人类兼有利弊的双重性。防止引起的电离辐射,对人类兼有利弊的双重性。防止有害的电离辐射的生物效应,一直是医学研究的重有害的电离辐射的生物效应,一直是医学研究的重大课题。随着人们对电离辐射生物效应认识的逐步大课题。随着人们对电离辐射生物效应认识的逐步深化放射卫生防护标准也在不断随之变化和完善。深化放射卫生防护标准也在不断随之变化和完善。一、电离辐射的生物效应一、电离辐射的生物效应 能使其所通过的任何介质
11、的原子产生电离的能使其所通过的任何介质的原子产生电离的一类辐射一类辐射,称为电离辐射。核射线就是一种常见的称为电离辐射。核射线就是一种常见的电离辐射。电离辐射。电离辐射的生物效应则是指电离辐射能量传递给电离辐射的生物效应则是指电离辐射能量传递给生物机体后所引起的机体的变化和反应。生物机体后所引起的机体的变化和反应。1 1、发生机制:、发生机制:电离辐射生物效应的发生一般认为需经历若干电离辐射生物效应的发生一般认为需经历若干性质不同而又相互联系的阶段,即性质不同而又相互联系的阶段,即物理阶段、物物理阶段、物理化学阶段、化学阶段和生物学阶段理化学阶段、化学阶段和生物学阶段。其中前三。其中前三个阶段
12、又称电离辐射的个阶段又称电离辐射的原发作用过程原发作用过程,可在极短的可在极短的时间内完成。而后一阶段又称电离辐射的继发作时间内完成。而后一阶段又称电离辐射的继发作用过程。可延续至数天、数月、数年甚至更长的用过程。可延续至数天、数月、数年甚至更长的时间时间。原发生物过程:原发生物过程:物理阶段物理阶段 物理化学阶段物理化学阶段 化学阶段化学阶段 在此阶段,射线通过在此阶段,射线通过直接作用、间接作用直接作用、间接作用两种两种方式将能量传递给生物大分子,从而造成生物方式将能量传递给生物大分子,从而造成生物大分子的损伤。大分子的损伤。单链断裂:单链断裂:DNA损伤(分子水平)损伤(分子水平)C继发
13、作用过程:继发作用过程:生物学阶段生物学阶段 在生物大分子损失的基础上,细胞代谢在生物大分子损失的基础上,细胞代谢发生改变,功能、结构发生破坏,从而导致发生改变,功能、结构发生破坏,从而导致组织和器官的一系列病理改变。组织和器官的一系列病理改变。细胞死亡细胞死亡细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)(apoptosis)变异细胞的程序性死亡变异细胞的程序性死亡(programmed death)镜下表现:胞核浓缩、断裂镜下表现:胞核浓缩、断裂 凋亡小体凋亡小体 机理:机理:P P5353基因基因 激活自我致死程序激活自我致死程序是变异细胞免于患癌的重要机制是变异细胞免于患癌的重要机制细胞水平损
14、伤细胞水平损伤细胞变异(细胞变异(modification)分子水平分子水平细胞死亡细胞变异体细胞生殖细胞体细胞生殖细胞功能障碍不孕肿瘤遗传效应确定性效应多细胞死亡导致随机性效应单一细胞变异导致DNA损伤细胞水平细胞水平临床症状临床症状效应效应生物效应产生的过程和机理生物效应产生的过程和机理放射生物效应在时间上的显示放射生物效应在时间上的显示时标时标几分之一秒几分之一秒几秒几秒几分几分几小时几小时几天几天几星期几星期几个月几个月几年几年几十年几十年几代几代效应效应能量吸收能量吸收生物分子变化生物分子变化(DNA,膜膜)生物修复生物修复细胞变化信息细胞变化信息细胞死亡细胞死亡器官死亡器官死亡 临
15、床变化临床变化突变发生在突变发生在生殖细胞生殖细胞 体细胞体细胞 白血病和癌白血病和癌 遗传效应遗传效应 2.2.电离辐射电离辐射接触机会接触机会1.1.核工业系统核工业系统 放射物质的开采、放射物质的开采、冶炼和加工,以及核反应堆的冶炼和加工,以及核反应堆的建立和运转建立和运转2.2.射线发生器的生产和使用射线发生器的生产和使用 加加速器、速器、X X射线和射线和射线的医用射线的医用和工农业生产用辐射源和工农业生产用辐射源3.3.天然放射性核素伴生或共生矿天然放射性核素伴生或共生矿生产生产 磷肥、稀土矿、钨矿磷肥、稀土矿、钨矿等开采和加工等开采和加工医用直线加速器医用直线加速器 核电站的核反
16、应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄3.3.电离辐射的作用方式电离辐射的作用方式 外照射外照射 内照射内照射 external exposure:external exposure:位于人体之外位于人体之外的辐射源的辐射源 (radiation source)(radiation source)对人体对人体造成的辐射照射。造成的辐射照射。特点:脱离或远离辐射源,辐射作用特点:脱离或远离辐射源,辐射作用即停止;当辐射源距离人体有足够远的距即停止;当辐射源距离人体有足够远的距离时,可造成对人体较均匀的全身照射离时,可造成对人体较均匀的全身照射;辐
17、射源靠近人体,则主要造成局部照射辐射源靠近人体,则主要造成局部照射。internal exposure:internal exposure:放射性核素进入人放射性核素进入人体造成的辐射照射。体造成的辐射照射。源器官源器官 (source organ)(source organ):辐射源沉积:辐射源沉积的器官。靶器官:受到从源器官发出的辐射的器官。靶器官:受到从源器官发出的辐射照射的器官。照射的器官。特点:内照射对机体的辐射作用,一直特点:内照射对机体的辐射作用,一直要持续到放射性核素排出体外,或经要持续到放射性核素排出体外,或经1010个半个半衰期以上的蜕变,才可忽略不计。衰期以上的蜕变,才可
18、忽略不计。体表沾染:内、外照射体表沾染:内、外照射复合照射:放射复合烧伤、放射复合创伤。复合照射:放射复合烧伤、放射复合创伤。指放射性核素沾染于人体表面指放射性核素沾染于人体表面 (皮肤或粘膜皮肤或粘膜)。体表可以是完整的,也可以是有体表可以是完整的,也可以是有创伤的。沾染的放射性核素对受沾染创伤的。沾染的放射性核素对受沾染的局部构成外照射源,还可以经过体的局部构成外照射源,还可以经过体表吸收进入血液而构成内照射。表吸收进入血液而构成内照射。指上述一种以上作用方式作用指上述一种以上作用方式作用于人体,也可以是一种或一种以上于人体,也可以是一种或一种以上上述作用方式与其他类型非放射性上述作用方式
19、与其他类型非放射性损伤复合作用于人体,如放射复合损伤复合作用于人体,如放射复合烧伤烧伤 、放射复合创伤、放射复合创伤 等等。4.4.电离辐射损伤效应电离辐射损伤效应:随机效应随机效应(stochastic effect)是指正常细胞因电离辐射事件产生的变化是指正常细胞因电离辐射事件产生的变化所引起的生物效应。所引起的生物效应。其发生概率随受照剂量的增加而增大,剂其发生概率随受照剂量的增加而增大,剂量愈大,随机效应的发生概率愈高,即使照量愈大,随机效应的发生概率愈高,即使照射量很小,也会发生。射量很小,也会发生。不存在剂量阈值不存在剂量阈值。致癌效应致癌效应 不适当的照射是诱发肿瘤的因素之一。不
20、适当的照射是诱发肿瘤的因素之一。遗传效应遗传效应 对受照者的后代所产生的随机效应。对受照者的后代所产生的随机效应。受照者生殖细胞的遗传物质受控基因突变,染色体受照者生殖细胞的遗传物质受控基因突变,染色体畸形,导致流产,死胎,畸形及某些遗传病,可表现畸形,导致流产,死胎,畸形及某些遗传病,可表现为后几个子代的隐性突变。为后几个子代的隐性突变。非随机效应非随机效应 也称确定性效应也称确定性效应 指生物效应产生的严重程度随剂量变化而变化的指生物效应产生的严重程度随剂量变化而变化的效应。效应。有剂量阈值有剂量阈值,在剂量阈值下在剂量阈值下,不会引起非随机效应,不会引起非随机效应,超过阈值,则效应的严重
21、程度随剂量增大而增加。超过阈值,则效应的严重程度随剂量增大而增加。如不育、白内障、造血机能低下等均属确定性效应如不育、白内障、造血机能低下等均属确定性效应 电离辐射所致生物效应的分类电离辐射所致生物效应的分类 随机性效应随机性效应(stochastic effects)(stochastic effects)4有剂量阈值有剂量阈值4效应的严重程度效应的严重程度 与剂量成正比与剂量成正比4发生几率与剂量发生几率与剂量 成正比成正比4严重程度与剂量无关严重程度与剂量无关4无剂量阈值无剂量阈值确定性效应确定性效应(deterministic deterministic effects)effects
22、)确定性效应与随机性效应确定性效应与随机性效应按效应发生的个体分类:按效应发生的个体分类:躯体效应和遗传效应。躯体效应和遗传效应。躯体效应躯体效应 A A 急性效应急性效应 如急性放射病,多发生在核事故核战如急性放射病,多发生在核事故核战争中,短时间、一次多次、大剂量引起的全身性疾病争中,短时间、一次多次、大剂量引起的全身性疾病 造血型当照射剂量造血型当照射剂量5Gy10Gy10Gy时,胃肠上皮组织严时,胃肠上皮组织严重受损,生物屏障遭受破坏。重受损,生物屏障遭受破坏。脑型高剂量数脑型高剂量数10Gy10Gy时,脑损伤严重,照后一天时,脑损伤严重,照后一天死于惊厥,休克。死于惊厥,休克。B B
23、 慢性放射病慢性放射病 机体在较长时间内受到超过剂量机体在较长时间内受到超过剂量限制的电离辐射作用引起的全身慢性损伤。限制的电离辐射作用引起的全身慢性损伤。主要表现:神经紊乱症候群,性功能低下,造主要表现:神经紊乱症候群,性功能低下,造血功能下降,出血倾向。血功能下降,出血倾向。C.C.局部效应局部效应 皮肤急性放射损伤,慢性损伤,晶体混浊形皮肤急性放射损伤,慢性损伤,晶体混浊形成白内障。成白内障。胚胎效应胚胎效应 损伤的表现取决于受照时胚胎所处的发展阶损伤的表现取决于受照时胚胎所处的发展阶段。植入前受精卵受照可致胚胎死亡,器官形成段。植入前受精卵受照可致胚胎死亡,器官形成期受照可引起畸形发育
24、障碍。一般认为,妊娠早期受照可引起畸形发育障碍。一般认为,妊娠早期胎儿对射线的敏感度最高。期胎儿对射线的敏感度最高。按效应表现情况分类按效应表现情况分类:大剂量照射的急性效应、大剂量照射的急性效应、较大剂量照射的亚急性效应和低剂量长期照射的较大剂量照射的亚急性效应和低剂量长期照射的慢性效应、受照射后的远期效应。慢性效应、受照射后的远期效应。5.5.医学应用的事故医学应用的事故:诊断诊断X X射线事故,例如介入放射学的病人过量过量照射线事故,例如介入放射学的病人过量过量照射引起的皮肤确定性效应射引起的皮肤确定性效应 英国规定放射治疗整个疗程中患者接受的辐射剂量超英国规定放射治疗整个疗程中患者接受
25、的辐射剂量超过处方剂量的过处方剂量的10%,10%,或任意分割照射超过处方剂量的或任意分割照射超过处方剂量的20%,20%,必须通告该照射事件必须通告该照射事件;美国将放射治疗事故分为美国将放射治疗事故分为A A、B B两类,两类,A A类为超过处方类为超过处方总剂量总剂量25%25%的事件,的事件,B B类超过处方总剂量类超过处方总剂量5%5%25%25%和绝大多数照射不足的情形和绝大多数照射不足的情形。但当剂量低于处方总剂量但当剂量低于处方总剂量25%25%时,如果没有及时时,如果没有及时发现,由于已处在疾病晚期,无法采取补救措施,发现,由于已处在疾病晚期,无法采取补救措施,也划为也划为A
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