辐射防护课程教材

『輻射防護』訓練課程2/41游離輻射防護簡介一、輻射基礎課程二、輻射度量及劑量三、輻射生物效應四、輻射防護課程五、原子能相關法規3/41輻射是什麼我們生存的大自然裡，輻射和陽光、空氣、水同時存在，因為它無色、無味、無臭，人體無法直接感應，使得大家對於輻射有莫名的恐懼感。前一陣子有關輻射安全的新聞報導接連刊登，人人幾乎聞輻色變。人類在一百多年前發現輻射以來，就嘗試應用於許多層面，如X光照射、農產品保鮮與飛機結構檢測等，皆帶給了我們許多的方便。事實上日常生活中已經少不了輻射的應用。我們應該深入了解輻射是什麼，能利用它的優點，而避開它的危險性，不再只是莫名的害怕。輻射基礎課程4/41簡述輻射輻射，像光一樣，是一種能量，它以如加馬(γ)射線等的電磁波，與如電子等的高速粒子的形態傳送通常我們依它能量的高低或游離物質的能力，分成非游離輻射和游離輻射兩大類：輻射基礎課程5/41非游離輻射：指能量低無法離生游離的輻射，例如太陽光、燈光、紅外線、微波、無線電波、雷達波等。游離輻射：指能量高能使物質產生游離作用的輻射。游離輻射又區分為：(1)電磁波輻射，(2)粒子輻射。一般所謂的輻射或放射線，都是指游離輻射而言。輻射基礎課程6/41原子的構造原子的中心為原子核，內含質子和中子，體積很小但質量很大。原子核的外面有電子，像行星繞太陽一般，循著固定的軌道繞著原子核旋轉。我們把原子核內質子數和中子數的總和稱作質量數，例如鈷60，記成60Co，它有27個質子和33個中子，其質量數為60。輻射基礎課程7/41輻射是怎麼產生的？1.來自放射性同位素2.來自產生輻射的機具3.來自核反應輻射基礎課程8/411.來自放射性同位素不穩定的原子核就好像脾氣不好的人，需要一種發洩的管道，以便將他的怒氣消弭，此時原子核就是為了回復到穩定狀態，必須釋放出能量，而以電磁波或粒子的形態射出，這就稱為輻射（俗稱放射線）。空氣中天然存在的放射性同位素氡222，它射出帶二個正電荷的阿伐粒子，形成釙218：(二個α粒子)釙218也具有放射性，會繼續蛻變下去。輻射基礎課程9/412.來自產生輻射的機具我們定期作胸部X光檢查時，不禁要問這X光到底是怎麼產生的？原來當高速運動的電子撞擊重原子核時（例如鎢元素）就會產生X射線，在醫學上的用途非常大。另外，當高能軌道的電子跳回低能軌道時，也會產生X射線，可應用在金屬元素的定性和定量分析工作上。輻射基礎課程10/413.來自核反應如核能發電廠、宇宙射線等。輻射基礎課程11/41輻射如何與物質起作用？輻射撞到物質時，與物質產生游離或激發的反應，把輻射本身的能量轉移給物質。右圖為一個原子被輻射游離或激發的過程。由於阿伐射線因為帶正電，非常容易和物質產生游離作用，而快速地將其本身的能量傳給物質，因此阿伐射線的穿透力很弱。相反地，X與γ射線不易和物質起作用，也就是不易將能量傳給物質，所以X與γ射線的穿透力很強。輻射基礎課程12/41同位素是(isotope)什麼？質子的數目決定元素的名稱和它的性質。若某一元素含有不同的中子數目，則稱為該元素的同位素。例如鈷的同位素有五種分別是，，，，，這中間除了是穩定同位素(無放射性)外，其餘都具有放射性。我們常聽說放射性同位素，就是具有放射性的同位素，例如氚(3H)，碳14(14C)，鈷60(60Co)，鉀40(40K)，鈾235(235U)，鈾238(238U)。目前已知天然存在的同位素約有330種，其中大約270種是穩定同位素，其餘是不穩定的放射性同位素。輻射基礎課程13/41輻射有那些特性？輻射有四個重要的特性是大家必須要認識的：1.放射性蛻變是自發性的反應2.輻射受電磁場影響3.輻射強度隨時間的增加而遞減4.不同的輻射有不同的穿透能力輻射基礎課程14/411.放射性蛻變是自發性的反應放射性同位素（另稱放射性核種）的蛻變是自發性的，無法以物理或化學的手段去改變它。輻射基礎課程15/412.輻射受電磁場影響輻射若帶有電荷，則其行進時會受電磁場影響而偏轉，加馬射線因不帶電荷，故其行進軌跡不會受電場影響。輻射基礎課程16/413.輻射強度隨時間的增加而遞減放射性同位素的蛻變率（或輻射強度）會隨時間的增加而遞減。輻射強度每減少一半所需要的時間稱為半衰期。各放射性同位素的半衰期都是固定，而且都不相同，有如人的指紋一般。例如國內發現的輻射鋼筋內所含60Co的半衰期為5.26年，空氣中氡222的半衰期為3.82天。輻射基礎課程17/414.不同的輻射有不同的穿透能力由右圖可知阿伐射線的穿透能力最弱，一張紙就可以全部把它擋住。貝他射線的穿透能力稍為強一點點，它能穿透普通的紙張，但無法穿透鋁板。加馬或X射線的穿透力最強，需要適當厚度的混凝土或鉛板才能有效地阻擋。因此，屏蔽X射線或加馬射線的材料，需要密度高的金屬材質為佳。用鉛做鈷60射源的容器，其厚度最小，鐵則需要厚些，混凝土要再厚些。若用水做屏蔽，則需更厚才能達到相同的屏蔽效果。輻射基礎課程18/41由於輻射無聲、無色，因此必須藉助某些物質能和輻射發生反應，而反應的結果又能夠很容易地被測量出來，我們就是利用這種間接的方法來度量輻射。一般常用的度量方法有下列六種：◎使照相底片感光。◎使氣體或半導體游離，產生帶電荷的離子對。◎使液體或晶體直接產生光。◎晶體接受輻射後經由加熱產生「熱發光」現象。◎輻射游離氣體、應用在輻射之偵測◎產生熱。◎產生氧化還原反應。右圖顯示在平行電場內的空氣，被阿伐射線游離產生正負兩種離子，這些離子被電極板收集後，即可在電路上變成電流而產生信號，這是輻射度量的基本原理。輻射度量及劑量19/41常用的輻射偵測儀器針對不同輻射與偵測目的，有許多種常用的偵測儀器，包括人員劑量佩章、輻射劑量筆、手提輻射偵檢器、污染偵檢器、環境監測器等，都是為了偵測輻射，達成輻射安全的目的而設計。手提污染偵檢器手提輻射偵檢器環境輻射監測器人員劑量佩章輻射劑量筆輻射度量及劑量20/41使用人員劑量計應注意事項佩帶方法將人員劑量佩章佩帶於身體軀幹前方衣服上佩章前方面向輻射源儘可能將佩章佩帶於軀幹中央判讀TLD簡單原理熱發光劑量計所用的材料為氟化鋰晶體，經輻射照射後，一些能階將能量保存下來，經加熱以磷光方式放出並由計讀儀計讀、換算產生劑量。chip2模擬身體1公分深處之等效劑量，chip3模擬身體0.007公分深處之淺部等效劑量，chip4模擬0.3公分深處組織之眼球等效劑量。不同能量的γ射線、χ射線或β射線對chip2、chip3、chip4所造成的讀數和chip1之間成一定的比例。輻射度量及劑量21/41輻射的單位有那些？輻射的單位分為放射性活度單位和輻射劑量單位兩大類活度(activity)一放射性核種於每單位時間內產生自發性蛻變的次數，稱為活度。活度的單位為「貝克」，簡寫成Bq，它的定義為1貝克(Bq)＝1蛻變/秒貝克是用來表示一個輻射源，如60Co的強度（蛻變率）。輻射度量及劑量22/41輻射的單位有那些？．活度吸收劑量(absorbeddose)，D每單位質量的物質(公斤)，平均吸收的輻射能量(焦耳)，稱為吸收劑量。吸收劑量單位是「戈雷」，簡寫為Gy，它的定義為1戈雷(Gy)＝1焦耳/公斤每小時平均所接受的吸收劑量稱為吸收劑量率，單位為戈雷/小時，它的千分之一為毫戈雷/小時(mGy/h)，百萬分之一為微戈雷/小時(mGy/h)輻射度量及劑量23/41等效劑量(doseequivalent)，HT不同種類的輻射（α、β、γ、n）照射人體的組織或器官，雖使人體組織有相同的吸收劑量，但卻會造成不同程度的傷害現象。為此，針對不同種類的輻射訂出射質因數(Q)，代表不同輻射對人體組織造成不同程度的生物傷害，它的值列於下表：輻射種類平均射質因數X射線、Y射線、貝他粒子和電子1中子、質子和靜止質量大於1個原子質量單位的單電荷粒子10粒子及多電荷粒子20資料來源:ICRP-26(1977)輻射度量及劑量24/41等效劑量即為人體組織的吸收劑量和射質因數的乘積，它已含有輻射對組織器官傷害的意義了。它的單位是「西弗」，簡寫成Sv，定義為：HT（西弗）＝D（戈雷）×Q千分之一西弗為毫西弗(mSv)，百萬分之一西弗為微西弗(mSv)。我們拍一張胸部X光片，胸部組織大約接收0.1毫西弗劑量。從射質因數Q值也可知，α粒子雖然穿透力很弱但健康效應卻很大，如把鈾235、鐳226等放射α粒子的同位素吃進體內，則會對體內組織器官造成較大的傷害。單位時間內平均所接受的等效劑量稱為等效劑量率，例如毫西弗/年（mSv/y），微西弗/小時（mSv/h）都是等效劑量率的單位。輻射度量及劑量25/41有效等效劑量(effectivedoseequivalent)，HE由於人體各組織器官對輻射的敏感度不同，所以雖各接受相同的等效劑量，但是造成健康損失（罹患致死癌或不良遺傳）的風險（機率）卻不同，也就是說不同的器官組織，照射相同的輻射量所照成的傷害不同。因此又訂出「組織加權因數」（WT）來代表各組織器官接受輻射對健康損失的機率。如下表，可知性腺抵抗輻射的能力較其他器官來的低。輻射度量及劑量26/41若把各組織器官的等效劑量(HT)，與其加權因數的乘績再加以總和，即成為有效等效劑量(HE)。HE代表全身的輻射劑量，用來評估輻射可能造成我們健康效應的風險，單位也是西弗（Sv）。例如台灣地區的民眾，平均每年接受天然背景輻射劑量(HE)約2毫西弗(mSv)，與全世界的平均值(2.4mSv)差不多。組織器官的加權因數(Wt)器官或組織WtICRP-26ICRP-60性腺(生殖腺)0.250.20紅骨髓0.120.12結腸(大腸直腸)0.12肺0.120.12胃0.12膀胱0.05乳腺0.150.05肝臟0.05食道0.05甲狀腺0.030.05皮膚0.01骨骼表面0.030.01其餘部分0.300.05輻射度量及劑量27/41人體接受輻射的來源有那些？人類在生活上所接觸到的輻射源，有天然的和人造的兩類，而人體接受輻射劑量則是經由體外曝露與體內曝露兩大途徑所造成。以下先作簡要要說明：右圖顯示高度上升，宇宙射線也愈強輻射生物效應28/411.天然輻射源◎來自太空的宇宙射線；◎土壤及建築材料中所含的天然放射性核種（鉀40、鈾238、釷232及它們一系列的子核種）◎食物中的鉀40；◎空氣中的氡222和它的子核種等等，從體內、體外使人體接受輻射劑量。輻射生物效應29/41下表為顯示搭乘國內外飛機每趟往返大約接受的宇宙射線劑量：航線（往返）接受劑量（微西弗）台北=紐約156台北=阿姆斯特丹99台北=洛杉磯93台北=約翰尼斯堡93台北=雪梨48台北=新加坡15台北=金門0.67台北=高雄0.48台北=台南0.23台北=蘭嶼0.13台北=馬公0.07註：1000微西弗﹦1毫西弗輻射生物效應30/41下圖則顯示美國民眾所接受各種劑量的來源百分比，其中由空氣中氡222造成體內劑量的比例最高(佔55%左右)。下表顯示台灣地區民眾平均一年接受天然輻射劑量約2毫西弗左右，稍低於世界的平均值(2.4毫西)。輻射生物效應31/412.人造輻射源人為因素產生的輻射，例如醫療診斷、使用含放射性之民生用品、核爆落塵、核能發電等屬之，其中以醫療診斷為人造輻射的主要來源（佔15%），大家關心的核能發電，每年所造成的輻射劑量比例不及0.1%。輻射生物效應32/41輻射會造成那些健康效應？輻射對人體的健康效應，通常分為機率效應和確定效應兩大類軀體效應急性效應皮膚發生紅斑骨髓、肺、消化道傷害白血減少不孕噁心、嘔吐、腹瀉確定效應慢性效應白內障胎兒之影響白血症癌症機率效應遺傳效應遺傳基因突變或染色體變異所發生的各種疾病輻射生物效應33/41輻射健康效應的發展過程人體吸收輻射能量時，細胞和水分子會首先被游離或激發，造成DNA雙鏈全斷或只斷單鏈的傷害（直接傷害）。因為水分佔了人體約70%的重量，而水分子被游離後會產生有害的OH自由基，這些自由基接續產生一連串化學反應，使得細胞分子受到損傷（間接傷害）。所幸細胞有自行修復的能力，大部分的細胞會恢復正常。假若細胞嚴重受損而無法修復或修復有