第一章导论
【学习要求】
记忆：天然辐射的类别；辐射防护学的发展历程。
理解：辐射防护学的概念；辐射和放射的概念；电离辐射与非电离辐射的概念和区别；人工辐射的分类和特点；医用辐射的应用范畴。
运用：天然辐射与人工辐射的概念和区别；人工辐射源的照射分类及特点；医疗照射与职业照射的区别和特点。
人类生活在地球上，每时每刻都会受到各种辐射。自然界中的一切物体，都以电磁波和粒子的形式不停地向外传送热量，这种传送能量的方式称为辐射。辐射是指热、光、声、电磁波等向四周传播的一种状态。物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。辐射有一个重要的特点，它是“对等的”。不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同时乙物体也可向甲物体辐射。辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。在日常生活中，我们晒太阳、看电视、戴夜光表、乘飞机、做X射线检查等，都会受到一定的辐射。常见的辐射包括太阳辐射、热辐射、电磁辐射等。生活中的辐射一般都是微量的，不会对人体造成伤害，所以人们也感觉不到它的存在。而大量的辐射对人体是有害的，因此我们应该通过采取一些相应的保护措施来防止和减少辐射的伤害。放射性是指某些元素的原子通过核衰变自发地放出射线（如α射线、β射线、γ射线等）的性质。衰变时放出的能量称为衰变能量。原子序数在83（铋）或以上的元素都具有放射性，但某些原子序数在83以下的元素（如锝）也具有放射性。
辐射防护（radiation protection）学，又称为放射防护（radiological protection）学，是研究保护人员免受或少受电离辐射照射的影响和达到这一目标所用方法的学科。其主要内容包括放射防护体系、放射防护标准、辐射监测、防护评价及实施管理等。作为应用性学科，其涉及的相关学科包括辐射剂量学、放射生物学、放射流行病学、放射毒理学和辐射探测及屏蔽等。放射物理学（radiological physics）是研究电离辐射的原理、概念、与物质相互作用规律及其应用的学科，它被广泛地应用于医学、工业、农业和科学研究等领域。
第一节辐射的分类及特点
一、辐射的分类
（一）电离辐射与非电离辐射
电磁辐射按照频率分类，从低频率到高频率，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。人眼可接收到的电磁辐射，波长为380～780nm，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。电磁波不需要依靠介质传播，各种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。
按照射能量的高低和作用于物质时电离物质的能力分为电离辐射（ionizing radiation）和非电离辐射（non-ionizing radiation）。电离辐射是指拥有足够高能量的辐射，能引起物质原子和分子发生电离，包括能直接引起物质电离的高速带电粒子（如α粒子、β粒子、质子、重离子等），以及不带电的中子和光子（如能量大于10eV的γ射线、X射线等），它们通过与物质的相互作用产生带电的次级粒子而间接引起物质电离。
一般而言，电离是指电子被电离辐射从电子层中击出，使原子带正电。由于细胞由原子组成，电离作用可以引发癌症。电离辐射引发癌症的概率取决于辐射剂量及接受辐射的生物的敏感性。非电离辐射是指不能够引起电离，但会改变分子或原子的旋转、振动或价层电子轨道状态，如波长大于100nm、能量较低、不能引起物质电离的电磁波，能量小于10eV的紫外线、可见光、红外线、微波和高频电磁场等。一般来说，非电离辐射的能量较低，不足以改变物质的化学性质。相反，电离辐射有足够的能量使原子中的电子游离而产生带电离子，这个电离过程通常会引致生物组织产生化学变化，因而可能会对生物构成一定程度的伤害。
（二）天然辐射与人工辐射
电离辐射通过各种各样的途径进入我们的生活。有的来自天然的过程，如地球上的铀的衰变，有的来自人类活动，如医学中使用的X射线。因此，按照辐射的来源将它们分为天然辐射和人工辐射。
二、天然辐射的种类及特点
自然界中放射性是到处存在的，自从人类在地球上出现以来，就一直受到天然存在的辐射源照射，这种辐射称为天然辐射或本底辐射。天然的放射性物质广泛地分布于整个环境中，就连我们的身体内，也存在着放射性核素。地球上的所有生命，都是在此类辐射的背景下不断进化而来的。天然辐射是人类不可缺少的一种生存环境。有实验证明，生物如果在完全没有天然辐射源照射的条件下，是无法生存的。天然电离辐射（natural ionizing radiation）是自地球存在以来就存在的电离辐射。天然辐射的“本底”有两个来源：一个是高能粒子形式的辐射，它来自外层空间，统称宇宙射线；另一个是天然放射性核素，即天然存在于普通物质（如空气、水、泥土和岩石，室内外环境中的氡甚至食物等）中。我国居民天然辐射造成的人均年有效剂量约为2.3mSv，全球居民所受天然照射的年平均有效剂量约为2.4mSv。
（一）宇宙射线
天文学家*早发现宇宙射线（cosmic ray）大约是在1912年。宇宙射线是来自宇宙外层空间的高能粒子辐射，是许多种辐射的混合物，包括质子、粒子、电子及其他各种高能粒子。所有这些高能粒子都与地球的大气层发生强烈的作用，宇宙辐射到达地面时，主要成分变为各种介子、中子、电子、正电子和光子。其中，有些宇宙射线与太阳的活动有关，但是绝大多数宇宙射线来自太阳系之外，或许来自银河系之外。宇宙射线（也称大气圈外的辐射）有两个组成部分，根据其来源可以划分为银河系宇宙射线和太阳辐射。
银河系宇宙射线：来自太阳系以外，主要由质子（约86%）、α粒子（约11%）、高能电子（2%）及原子序数Z＞3的重原子核（约1%）组成，能量范围为102～1014MeV。
太阳辐射：是由电磁射线（无线电、X射线和γ射线）及微粒辐射（主要为质子）组成，源自太阳大气，形成了非常稳定的太阳风。在太阳爆发时，它们的强度会极大地增加，导致磁暴（影响无线电短波通信）和北极光。在太阳活动活跃期间，每月都有中等程度的太阳爆发发生，而高强度的太阳爆发平均每3年一次。
从宇宙空间发射而来的高能粒子流，由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成。初级宇宙射线有较强的贯穿能力，在射向地球时，与大气层中原子核相互作用，发生级联效应或次级核反应等多种类型的反应，产生次级宇宙射线。大气层的屏蔽作用，大大减少了到达地球表面的宇宙辐射的总量，为人类阻挡了许多高能的宇宙射线。
宇宙射线直接导致电离剂量值受很多因素的影响，其中主要是海拔和地磁纬度。在赤道海平面处测得的平均剂量率为0.23mSv/年，而在海拔3050m处的剂量率则为0.56mSv/年。在中纬度不同高度剂量率的典型值：在海拔4km处约为0.2μSv/h，在海拔12km处约为7μSv/h，在海拔16km处为10～15μSv/h。宇宙射线产生的剂量率随海拔的增加而增大，开始呈缓慢增加，2km之后迅速上升，至50km处上升到一个高峰值，宇宙射线剂量率不再随高度变化，这表明此高度时全为初级宇宙射线。因此，高原地区的人群受到的宇宙射线照射剂量比平原地区的人群高，人们在高原旅行或乘坐飞机时，会受到更多宇宙射线的照射。在海平面上，宇宙射线对人体的年平均照射剂量约为0.3mSv。而居住在海拔相当高的地方，如中国拉萨市，居民接受的年平均剂量是居住在海平面高度的人的数倍。在飞机飞行的高度，宇宙射线的强度比地面高得多，在洲际航线的巡航高度上，剂量率可以达到地面值的100多倍，如图1-1所示。
图1-1宇宙辐射与海拔关系示意图
（二）陆地上的辐射源
地球上的天然放射性核素分为宇生放射性核素和原生放射性核素。宇生放射性核素主要是由于宇宙射线与大气层和地球表层原子核相互作用而产生，如宇生放射性核素H、Be、C、Na等。原生放射性核素是自地球存在以来就存在于地壳里的放射性核素，陆地表面的土壤、岩石、水、大气乃至包括人体在内的生物组织和植物组织中，都存在天然的原生放射性核素，对人体照射影响较大的主要原生放射性核素有铀系、钍系、锕系核素及钾-40、-87等。世界上的某些地区放射性本底比较高，如印度的喀拉拉邦为13mSv/年，法国的纽曼岛约为2.65mSv/年，我国某地约为2.49mSv/年。当然，世界大部分地区都属低本底地区。
（三）空气中的放射性
放射性气体在空气中的数量随本地区的铀和钍的含量而定。在同一地区，气候条件将大大地影响这些气体的浓度。通常室内的水平比室外高，室内水平由建筑材料和通风率决定。放射性气体在矿山和地下洞穴浓度都很高。氡和钍射气及其衰变产物的放射性对人体将产生内、外照射。从某些建筑材料中释放出来的氡使有些地区室内尤其是地下室内氡气含量过高，已引起人们的关注。
（四）水中的放射性
水中的放射性产物随水源的类型而定。例如，海水中含有大量的钾?40。许多天然泉水中含有相当数量的铀、钍和镭等放射性元素。雨水可以从空气中收集放射性物质，地面水可以收集存在于岩石和土壤中的放射性物质，因此可以说几乎所有的水多少都含有放射性物质。
（五）人体内的天然放射性核素
钾是活细胞的必要成分，钾也是人体内常量元素，含量较多。钾-40是钾元素的一种天然存在的放射性同位素，是人体受天然核辐射的主要来源之一。钾-40原子核不稳定，可以自发通过β衰变生成氩-40和钙-40，放出β射线和γ射线，β射线的*大能量为1.31MeV，γ射线有1460.8keV和2.958keV两种。该反应是地质学上钾氩测年法的依据，具有广泛的用途。地球上的氩气也有很多来自它的衰变。
案例1-1
人体平均含有体重的0.2%的天然钾，而每克天然钾约含有8.2×10?10居里。备注：Ci（居里）和Bq（贝可）为放射性活度单位，1Ci=3.7×1010Bq。放射性元素每秒有一个原子发生衰变时，其放射性活度即为1Bq。
问题：一个体重为60kg的人，体内钾-40的放射性活度为多少？
分析：
自古以来人类就生活在充满天然电离辐射照射的环境中，而且随着社会的进步，人们接受天然电离辐射照射的平均量还会因人为活动的时空变化而变化（表1-1、表1-2）。例如，越来越多的人乘坐飞机，增加了接受宇宙射线的照射机会；地下空间的开发利用增加了地壳γ辐射和氡的照射；建筑材料、室内装修材料（天然石材）及室内滞留时间的增加也加大了人类接受氡和其他原生放射性核素照射的份额。
表1-1我国居民接受天然辐射造成的年平均有效剂量
表1-2全球居民接受天然辐射所致年平均有效剂量
三、人工辐射的种类及特点
来源于人类的实践活动而产生的辐射被称为人工电离辐射（artificial ionizing radiation）。近一个多世纪以来，随着科学技术的发展，人类陆续在科学研究、医学诊断与治疗、能源、工业（工业探伤等）、农业、地质、考古、采矿、核动力生产、核武器等军事行业乃至国民经济中民用产品（显像管电视机、烟雾探测器）及装饰性建筑材料等日常生活中不断开发利用电离辐射技术，随着放射性物质向环境的释放，人类接受的人工电离辐射照射大幅度增加。
人工辐射包括放射性诊断和放射性治疗辐射、放射性药物、放射性废物、核爆炸的放射性产物、核能生产中产生的或消费品中含有的辐射等。
联合国原子辐射效应科学委员会（United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation，UNSCEAR）统计，人工电离辐射中的医疗照射是全球公众接受各种电离辐射照射的*大来源，并且还在不断增加
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