12内照射剂量学的估算与安全防护1

1内照射剂量学的估算与安全防护一、核素进入体内的途径：1、吸入：气体、液体或固体粉尘等都可吸入。但不同的核素进入人体的速度不同，3H和I2几秒钟后就可在体液出现。除气体外，液体和固体在空气中以气溶胶形式存在。放射性气溶胶粒子，形状不规则，颗粒大小不一，因而空气存在的气溶胶粒子的放射放射性活度呈现一个分布，如果某气溶胶粒子的放射性活度（或质量）是上述分布的放射性活度（或质量）中值，而它在空气中沉降时的终点速度与直径为φ的一个单位密度小球的终点沉降速度一样，它被称为气溶胶粒子的放射性活度（或质量）φ值空气动力学直径，用AMAD表示，单位为ηm。吸入气溶胶的可能归宿：1）部分重新被呼出；2）部分沉积在呼吸道各段；3）进入体液系统；4）通过粘液-纤毛转移到消化道。2、食入：短时间的食入较长时间的慢性食入食后的去向：①进入体液，由胃肠进入体液的分数记做f1；②随粪便排出。3、通过皮肤吸收：完好的皮肤是天然屏障，防止大部分放射性物质的进入，但有例外：蒸气态氚，如氧化氚、碘蒸气、碘溶液或碘化物溶液能通过完好的皮肤而被吸收。4、通过伤口进入：通过伤口进入皮下组织，然后进入体液。应及时去污。二、内剂量估算中的几个概念：1、沉积：进入体液中的放射性核素一部分通过肾、肝、肠、皮肤或肺排出，其余部分将沉积在它所亲和的那个器官中，如：碘---甲状腺；钚---骨和肝Ca---骨；铀---肾全身分布的有：氚的氧化物；氯化物；钚的化合物。2、摄入量：进入口或鼻的放射性核素数量（Bq)吸收量：被吸收到体液中去的放素数量（Bq)沉积量：沉积到所考虑器官中的放素数量（Bq)全身含量：全身蓄积的某种放素的总量（Bq)也称为体内负荷量或全身滞留量。3、参考人无论在解剖学或生理特征方面，人群个体间差异很大，而且年龄、性别不同，又对辐射的敏感司长不同，为了在共同的生物学基础上处理问题，有必要严格限制所考虑的那些因素，规定某些生物学参数，使内照射估算相的一致性，提出参考人的概念。参考人：是指由一系列描述人体特征的平均数所规定的一个假设的成年人。（P116，防护书）参考人考虑的内容如下：（参考书目：电离辐射剂量学—李士骏著）①组织和器官的质量P352②呼吸标准P354③水平衡P354三、放素在人体内的分布和滞留1、进入体内的放素的减少有二种方式：①自然衰变N=N0e-λt②从体内向体外排出（呼出、尿出、汗出粪出）,从体内向体外的排出也遵守指数减少过程N=N0e-λbt关于有效半减期：指P197（防护教材）及公式推导，也有人称有效半衰期，但不全面，不准确。它由生物半排期和放素半衰期按一定的数学规律排列而成。2、滞留：进入体内的放素除自然衰变和生物排泄外，部分核素可滞留在体内或滞留在某一器官内。①滞留分数：假设全身一次性吸收放素为q。七天后全身的滞留量为q（t），显然单位时间内全身滞留量的减少为：dq（t）-———=E(t)+λrq（t）(1)dtdq（t）-———=单位t时间,一般为1天，体内减少dt的滞留量。这里:d为示意性符号组合，积分的一种表达式;dt为单位t时间的表达式;–符号表示减少;E(t)t时刻单位时间(1天)的排出量(Bq/d);λr放射性核素衰变常数;λrq（t）t时刻单位时间(1天)衰变掉的量;(Bq/d)q（t）t时,全身滞留量如果(1)式两边均除以q0(初始吸收量)即得:dq（t）/dtE(t)λrq（t）–————=———+————q0q0q0dq（t）/q0E(t)q（t）即:–————=———+λr———dtq0q0q（t）这里———为放素一次吸收后的“有效滞留分数”，它表示初始全q0身含量在t时间剩下来的分数。E(t)———为放素一次吸收后的“有效排出分数”，它表示在t时刻q0单位时间内的排出量占初始全身含量的分数。如果放素进入体内考虑衰变和排出2个因素，那么有效滞留分数可表示为：q（t）———=e-λrt•R(t)R(t)为当不考虑自然衰变时，仅有生物q0代谢在一次吸收后t时刻的“滞留分数”dR(t)而———叫做放素一次吸收后的“排出分数”这里d、dt为示意性dt符号，即对R(t)函数求得。一般R(t)的函数式是通过观察到的生物排泄数据，用数学方法导出排出分数和滞留分数，得出一个经验公式，然后再求出滞留分数方程。四、源器官内一次核转变对靶器官产生的剂量当量。源器官S（source)的定义：凡摄入放素后含有一定是核素的组织或器官。靶器官T（tisue)的定义：凡能吸收源器官辐射能量的组织或器官相对的讲，源器官本身也可看成一个靶器官。当量剂量的概念：H=D•Q•N1吸收品质因素修正因子假如源器官内发生一次核转变，那么靶器官吸收的能量为：E(T←S)=∑iyiEiAF(T←S)i(Mev)Ei为源器官中由给定核素发出的i种辐射的能量(Mev)，yi为一次核转变发射种i辐射的概率，AF(T←S)i为源器官发出i辐射能量被靶器官吸收的分数。源器官一次核转变对靶器官造成的吸收剂量D(T←S):∑iyiEiAF(T←S)iD(T←S)=1.6×1010————————————MT(Gy/核转变）这里MT为靶器官质量（g）1.6×1010为将Mev变为焦耳的换算分数，1Mev=1.6×10-13J1g=10-13kg如果将上式乘品质因数Q即为当量剂量用∑iyiEiAF(T←S)iQiD(T←S)=1.6×1010——————————————(Sv/核转变）MT这样公式太繁锁，难以记忆，同时各种放素的衰变能量，吸收分额，发射i种辐射的概率人们已求出来了，因此我们将每种核素的yiEiAF(T←S)iQi——————————————[(Mev/g)/核转变]MT简写为SEE(T←S)iH(T←S)i=1.6×1010•SEE(T←S)(Sv/核转变)SEE(T←S)i叫源器官i种辐射在靶器官的比有效能量，亦称每克靶组织吸收i种辐射的能量，只是该能量已被品质因数Qi作了修正。SEE是一个重要参数，如果求出了SEE再知道一段时间内源器官内放素核转变的数目，就能求出靶器官的总剂量了。举例说明：例如肝中蓄积了210P0放素，计算肝内一次核转变在靶器官肾、肺、脾中的SEE。从物理学书中查得210P0衰变类型和产额：——————————————————————辐射成分能量(Mev)产额(%)α5.3100看做1γ0.80.001看做10-5——————————————————————从参考资料中查得210P0γ衰变对参考人肾、肺、脾的AF/MT见下表源器官靶器官肾肝肺脾肝Er=0.8Mev1.22×10-58.38×10-58.03×10-63.36×10-6由于210P0有2种核衰变，因此它的剂量得由α＋γ剂量之和才是总剂量1、SEE（肾←肝）总=SEEα+SEEγ由于α辐射达不到肝到肾的射程yγEγAf(肾←肝)Qγ=SEEα=——————————————MT查得yγ=1×10-5Eγ=0.8MevAF——=1.22×10-5Q=1MT则SEE总(肾←肝)=1×10-5×0.8Mev×1.22×10-5×1=0.98×10-10Mev/g/核转变2、SEE（肝←肝）总=SEEα+SEEγyαEαAF(肝←肝)αQαyγEγAF(肝←肝)γQγ=——————————+——————————MTMT查得：yα的产额为100%，为1；Eα=5.3Mev；AF(肝←肝)α=1Qα=20MT=1800g；yγ的产额为0.001%，为1×10-5Eγ=0.8MevQγ=1AF(肝←肝)γ——————=8.35×10-5MT则SEE（肝←肝）总1×5。3×1×20=—————————+1×10-5×0.8×8.38×10-5×11800=5.89×10-2Mev/g/核转变另外算得SEE（肺←肝）总=6.24×10-11Mev/g/核转变SEE（脾←肝）总=2.93×10-11Mev/g/核转变请注意，这里算出的是一次核转变为靶器官的当量剂量H，如果上述数据的Mev变为焦耳即为：Gy/核转变1Mev=1.63×10-13J实际上放素进入人体内不可能只发生一次衰变，比如说，有一个1mci的125I进入人体内，不考虑体内代谢，那么它进入人体内要全部衰变的次数是多少呢？我们只要算出1mci125I有多少原子核就知道它将会有多少次衰变。首先假如我们知道125I的质量为m，那么：m——=克原子数NAnAn=原子数，对于125I，An=125，它指原子核内质子数和中子数之和，代表的原子质量数。质子的重量是12C的1.007276倍,中子是12C的1.008665位。那么：m——=克原子数N再乘以6.023×1023就是125I的原子数目了An但现在我不知道125Im的质量。但知道125I有活度为1mci，因此得：活度A=λN(λ为衰变常数,为125I单位时间内的衰变概率)0.6930.693λ=———所以A=———×NT1/2T1/20.693m所以A=———×———×6.023×1023T1/2AnA×T1/2×An所以m=————————0.693×6.023×1023这里要求A的单位为dpm，T1/2的单位为分。A×T1/21mci×3.7×1010×60×60×24×60N=———=—————————————0.6930.693=2.77×10141mci125I=2.77×1014个原子核2.77×1014个原子核刚好等于1mci的125I五、源器官内分布的放素对靶器官产生的50年的剂量。（一）1、待积当量剂量（约定当量剂量）H50:单次摄入放素在其后50年内对某一器官或组织造成的累积当量剂量。2、当量剂量负担Hc：摄入一定量的放素，在此后无限长时间内对某一器官或组织的累积当量剂量。要注意的特点：①50年指从一个工作人员18-20岁算起，平均工作时间不大于50年，即70岁的寿命。②放素进入体内每时刻都在减少，所以每天的剂量都不相同，但随时间延长，剂量每天都按一定规律减少。③永远都不为零，但可看成最后就没有剂量了。④半衰期长、危害大，而短的后期剂量小、危害小，但前期危害大。二、单次摄入放素对靶器官产生的H50如果设源器官S内某种放素的初始活度为qso(Bq)，该放素在S内的有效滞留分数为γs(t),则t时刻，源器官S内滞留的活度qs(t),为：qs(t)=qso•γs(t)(Bq)该公式表示，t时刻分布在源器官中的放素在单位单位内发生的核转变数。于是50年内源器官中发生的核转变数∪(50)s为∪(50)s=∫T0+50年T0γs(t)dtH50=∪(50)s×H(T←S)=1.6×10-10×SEE(T←S)×∪(50)s=1.6×10-10×∑iSEE(T←S)i×∪(50)s举例：计算210PO当t=0时刻肝靶器官的H50q0=1Bq210PO的半衰期为138.4天生物半排期为50天28算得210PO有效滞留期为36.7天因此，50年内210PO在肝内发生的核转变总量为：定积分∪(50)∫50年T0q肝0×e-0.019t×dt=4.54×106核转变由于210PO的SEE为5.89×10-2mev/g/核转变所以H50（肝←肝）=1.6×10-10×∪(50)s肝×SEE=1.6×10-10×4.54×106×5.89×10-2=4.36×10-5Sv29