医用辐射诊疗工作的安全与防护

2019/10/11医用辐射诊疗工作的安全与防护杨风林2019/10/12内容提示：一、放射防护基础知识1、射线的类型及其基本性质α射线、β射线、γ射线与X射线、中子2、放射性衰变的基本规律3、射线与物质的相互作用4、常用辐射剂量和单位2019/10/13内容提示：二、辐射防护的主要原则与措施（一）内照射防护(二)外照射的防护三、医用诊断X射线的防护（一）X射线透视、拍片的辐射防护(二)CT机的辐射防护（三）介入治疗的防护(四)放射治疗的辐射防护2019/10/141、射线的类型及其基本性质α射线(甲种射线)一般只有在原子序数82以上的重元素，才能放出此种射线。核内聚集着过多成员，质子间的推斥力加大，常会挤出α粒子。辐射并非是单一的，常见的有α射线、β射线、γ射线、x射线、中子等。例如铀与镭、锕、钍、氡等原子核才能释放出此种射线。如95号元素Am-241，质子数95，中子数146，放出一个α粒子后，衰变成93元素Np-237。2019/10/15α射线实际上是一种带有两个正电荷和质量数等于4的氦原子核。α粒子的速度约为每秒两万公里，在空气的射程2-12cm。所以α射线穿透力很弱。如238U释放的α射线（能量4.2MeV），2.7cm的空气层就可吸收。千分之一厘米厚的铝片或一张普通的纸，就可以完全挡住α射线。α射线通过物质时，它与物质的原子相互作用，与物质中的某两个电子结合为氦原子时，既被吸收，使物质电离。所以α射线的电离本领很强。它进入生物机体后，能引起很大的损伤。对α射线的防护，主要是防止进入体内造成内照射危害。2019/10/16β射线(乙种射线):当原子核内某一个中子转变成质子时,伴随着电子的产生。这个电子就是β射线。所以它是一种粒子，实际上就是一种电子流；β衰变——3H→3He中子质子2019/10/17当原子核内某一个质子转变成中子时，放出带正电的电荷，叫做正子（正电子）。正子的质量、电离本领及穿透能力与电子一样。正β衰变——11C→11Bβ射线的初速为二十万Km/秒，在空气中的射程几米-20米，其电离本领比α射线小，但穿透能力比α射线大。2019/10/18无线电波红外线紫外线γ射线X射线10110010-110-210-310-410-510-610-710-810-910-10（波长cm）可见光γ射线（丙种射线）与X射线γ射线与X射线和可见光、紫外线等一样，亦是一种电磁辐射。但它们的波长比可见光、紫外线更短、光子的能量更大，且能引起物质电离，称为电离辐射。其它电磁辐射称为非电离辐射。2019/10/19X射线和γ射线均由光子组成，它们在本质上或物理特性上没有什么差别，在电磁辐射能谱中所占的范围基本相同。只能从它们的来源不同加以区分。γ射线是从核内产生的，而X射线是从原子核外的电子层产生的。γ射线来自放射性核素的衰变，当不稳定的原子核分裂或衰变，多余的能量以γ射线方式放出。变成稳定的原子核。3H→3He→γ衰变——3Heβ2019/10/110X射线是用电子装置产生的。在这种电子装置中，电子被加速到高能，然后轰击靶（靶材料通常为钨或金）而产生X射线。X射线的产生1(韧致辐射)高速电子，在靶原子核电场中突然受到阻滞或改变运动方向，这时电子动能的一部分或全部变为X射线放出。X射线谱连续分布，能量从零一直到高能入射电子能量。X射线的产生2(特征X射线)它是高速电子把原子的内壳层电子击脱，外层电子跃迁填充时，便将多余能量以X射线形式放出。特征X射线的质,完全由原子的结构特性决定,而与管电压无关。(如钼、钨)2019/10/111γ射线与X射线都是高能光子流。它们不带电，它的初速与光速一样，为每秒三十万公里。在空气中的射程达几百米。它们的贯穿能力比α射线大一万倍，比β射线大50-100倍。它们的穿透能力与其本身的能量和被穿透物质的性质、结构有关。密度大的物质具有较好的防护作用。它的直接电离本领比α、β射线小。因次，外照射时，γ射线与X射线具有较大的危险性，应加强防护。2019/10/112中子中子是原子核分裂时释放出的不带电粒子。根据中子的能量不同可分为超快中子（能量在500万电子伏特以上）、快中子（能量在100万电子伏特以上）、中速中子（能量在100万—100电子伏特）、慢中子（能量在100电子伏特以下）。中子的质量几乎与质子相等，但不带电荷，因此它的穿透本领与γ射线近似。但中子通常不稳定，很快放出一个电子而变为质子。质子是重带电粒子，其电离本领很强，故中子射入人体后，在体内的损伤作用也是很强的。尤其是中子在轻物质（如水）中很快减速，故对人体组织损害更大。中子与γ射线不同的是密度小的物质比密度大的物质更易使它慢化。也就是说密度小的轻型物质对中子具有更好的防护效果。2019/10/113几种主要的粒子贯穿能力比较2019/10/1142、放射性衰变的基本规律我们知道，放射性核素释放射线的现象，不受外界环境温度、压力、化学变化和电磁场等因素的影响，按它自身的固有速率变化着。这是放射性核素的一种特性。（1）半衰期由于核衰变，放射性核素的原子数目随时间逐渐减少，当原子数目衰减到原来数目的一半所需时间，称为核素的半衰期（通常用Τ1/2表示）。核素的半衰期有长有短，长的可达几亿年，短的则不到万分之亿秒。2019/10/115（2）衰变规律放射性核素是按照什么规律减少呢？下式描述放射性核素的原子数随时间变化的规律（服从指数衰减）N=Noe–λtA=Aoe–λtI=Ioe–λtN—时间为t时放射性核素未衰变的原子核数No—时间t=0时放射性核素的原子核总数λ—衰变常数：表示单位时间内原子核发生衰变的几率。λ=0.693/TT—半衰期。T=0.693/λe—自然对数的底。e–λt可由有关书中查出2019/10/116（3）位移规律：（在元素周期表中位置变化）88Ra22619K40αβ+αβ-γγ86Rn22218Ar4020Ca40α射线—左移2位β+—左移1位β—右移1位γ—不位移2019/10/1173、射线与物质的相互作用研究射线与物质的相互作用，其目的是为了了解各种射线与物质的相互作用的原理、特点，以便趋利避害，让射线更好的为人类服务。尤其在射线防护、射线应用和射线探测方面提供依据。射线与物质的相互作用而引起物质的电离。电离可分为带电粒子的直接电离作用和不带电粒子次级电离作用。2019/10/118（1）带电粒子与物质的相互作用当一个带电粒子在物质中穿过时，就会与原子核或核外电子发生类似与两个带电物体间的同性电荷相斥或异性电荷相吸的电力作用。这种电力作用的结果，一方面使得入射带电粒子损失能量，同时又使与之作用的电子的得到能量。作用的结果将产生以下三种效应:ⅰ电离：电离自由电子带电粒子与核外轨道电子碰撞,核外轨道电子获得足够能量脱离+核束缚,成为自由电子。这样就产生一对自由电子和正离子组成αβ的离子对。++2019/10/119ⅱ激发与退激：如果核外轨道电子获得能量比较小,不足以克服核束缚，则它从低能级轨道跃迁到高能级轨道，这种原子处于能量较高状态，称为激发态。处于激发态的原子不稳定，它会自发地回到基态，这一过程叫退激。退激时，多余能量以可见光标识X射线释放出来。+激发与退激αβ光子2019/10/120ⅲ散射与吸收带电粒子通过物质的原子核时，由于与原子核库仑电场的相互作用而改变运动方向的现象，称为散射。尤其是β粒子质量很小，更容易发生散射。而且可能发生多次散射。带电粒子通过物质时，由于电离、激发和散射作用，使其损失能量和改变方向，最后大部分被阻止下来，被物质吸收。2019/10/121(2)不带电粒子与物质的相互作用X、γ射线是不带电的中性粒子，它与物质的相互作用过程和带电粒子的情况有很大的不同。X、γ射线不能直接引起原子电离或激发，它与物质作用时，所产生的电离几乎全是次级电离，即产生次级电子。次级电子又与物质进一步发生相互作用，引起与带电粒子与物质相互作用时相同的情形：电离和激发。但X、γ射线与物质作用时，没有明确的射程概念。这是因为X、γ射线是中性粒子且运动速度高，自进入物质到与物质原子发生作用为止，所经过的路径是不确定的（o→∞）。仅有X、γ射线的减弱。2019/10/122辐射效应结果Х和γ射线（1）光电效应（2）康普顿散射（3）生成电子对光子完全被吸收,得到能量的电子就可脱离原子核的束缚，成为有一定动能的自由电子，叫光电子。光子只有一部分能量被吸收,并偏离了原来的方向，叫散射光子。被作用的电子叫反冲电子。光子的能量大于1.02MeV时，入射光子射到原子核附近，入射光子完全被吸收，其转化为一对正电子和负电子。X、γ射线与物质的相互作用2019/10/1234、常用辐射剂量和单位电离辐射与物质相互作用的过程中，将给予物质一定的能量而引起物质的某些变化。为了说明物质被电离作用的情况和程度，就必须建立辐射剂量学中的物理量和单位。2019/10/124（1）放射性活度(A)表征放射性核素强度特征的物理量。物理意义是指一定量的放射性核素，在时间间隔dt内原子核发生自发核变化的次数dN与此时间间隔dt的比值。A=dN/dt它表示单位时间内放射性核素发生核衰变的次数,而不是放射性核素衰变发射出的粒子数。国际制单位是贝克(Bq)：1Bq=1次衰变/秒；原用单位是居里(Ci)：1Ci=3.7X1010Bq2019/10/125（2）照射量(X)照射量是X射线沿用最早最久的一个量。照射量是指X射线或γ在单位质量空气中，与原子核相互作用释放出来的次级电子完全被阻止时，在空气中产生同一种符号粒子的总电荷的绝对值。X=dQ/dm它只用于描述X或γ射线在空气中辐射场的强弱。只适用于几千电子伏到3兆电子伏X、γ射线。照射量的国际制单位是库仑每千克，C•kg-1；原来的单位是伦琴（R）:1R=2.58×10-4C•kg-1;1R=1000mR1mR=1000μR2019/10/126（3）吸收剂量(D)电离辐射作用与机体而引起的生物效应，主要取决于机体吸收辐射能量的多少。为此，我们引进了“吸收剂量”这个物理量，用以研究能量吸收与辐射效应的关系。吸收剂量(D)是致电离辐射授予单位质量的受照射物质的平均能量。D=dE/dm吸收剂量是用来表示单位质量的物质吸收辐射能量大小的物理量。其概念适用于任何电离辐射、任何介质。吸收剂量的国际制单位是焦耳/千克；专用名称是戈瑞，Gy。原来的单位是拉德，rad。1Gy=100rad；1Gy=1000mGy；1mGy=1000μGy2019/10/127吸收剂量(D)与照射量（X）的关系：吸收剂量与照射量是两个意义完全不同的辐射量。目前，大多数的辐射测量仪表不是直接测量吸收剂量，而是测量的照射量。在吸收剂量与照射量之间，在相同的条件下，存在一定的关系，可以相互换算。迄今往往是通过测量或计算照射量再估算吸收剂量。对X、γ射线不同能量的光子和不同物质的吸收剂量可按下式计算：D=f.Xf-转换系数（因子）：以伦琴表示的照射量换算为以戈瑞为单位的吸收剂量的一个系数。有关资料中可查出。对空气而言，f=8.73×10-3Gy/R1R空气=0.00873Gy=0.873rad2019/10/128（4）剂量当量（H）在吸收剂量相同的情况下，不同类型的电离辐射所引起的生物效应的严重程度不尽相同，因为生物效应受到辐射类型、剂量与剂量率大小、生物种类、照射条件和个体差异等因素影响。从防护的角度，为能对人体受到各种电离辐射引起的生物效应作出统一衡量，引进了剂量当量这个量。定义：在组织中所关心的某一点的剂量当量H是吸收剂量D与品质因素Q和其它修正因素N的乘积。即H＝DQNN：其它修正系数，ICRP指定为1。剂量当量的国际制单位也是焦耳/千克，为了避免与吸收剂量混淆，专用名称是希（沃特）。符号：Sv2019/10/129它的旧单位为雷姆（rem）。1Sv=100rem1Sv=1000mSv1mSv=1000μSv射线种类与品质因素近似Q值辐射类型射线种类Q近似值外照射X、γ射线、电子热中子1