日本核電泄漏

日本核電泄漏第1頁/共31頁Uraniumfission第2頁/共31頁沸水堆第3頁/共31頁壓水堆第4頁/共31頁電磁波譜：波長范圍產(chǎn)生

γ射線∠

0.1nm

核能級躍遷

X射線0.1~50nm內(nèi)層電子能級躍遷

真空紫外光50~200nm氣體放電燈近紫外光200~400nm氣體放電燈可見光400~800nm鎢絲燈或日光燈

近紅外光800~2500nm熱源中紅外光2500~50000nm熱源遠(yuǎn)紅外光50000~106nm熱源微波0.1~100cm

無線電波1~1000m可引起化學(xué)反應(yīng)電離輻射輻射化學(xué)主要為熱效應(yīng)（臭氧光解除外；激光可引起化學(xué)反應(yīng)）第5頁/共31頁電磁波波長/nm能量kJ·einstein-11個光子的能量eVγ射線＜

0.1＞1.2×106＞1.2×104X射線0.1～501.2×106～2.4×1031200

～24遠(yuǎn)紫外光50～2002.4×103～60024～6近紫外光200～400600～300

6～3可見光400～800300～1503～1.5近紅外800~2500150～481.5～0.5中紅外2500~5000048～2.40.5～0.025遠(yuǎn)紅外50000～1062.4～0.120.025～0.0012eV：電子伏特，能量單位，等于一個電子在1個伏特電位差中所獲得的能量，1eV=1.6×10-19J

≈97kJ·mol-1。第6頁/共31頁第7頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理核輻射與普通的輻射（如熱和光）之間的基本區(qū)別在于，核輻射具有足夠的能量引起電離。細(xì)胞主要由水組成的。在水中的電離將使分子發(fā)生變化并會形成一種對染色體有害的化學(xué)物質(zhì)。這種損傷使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。第8頁/共31頁

人們發(fā)現(xiàn)輻射生物效應(yīng)有2個特點(diǎn)：

第一個是機(jī)體吸收的能量不大，生物效應(yīng)卻很大，例如6.0Gy的X射線可使人或高等動物發(fā)生致死效應(yīng)，若將這些能量轉(zhuǎn)換為熱能，才可使體溫升高0.002度。若以熱輻射代替電離輻射，需大1~10萬倍的能量才能引起機(jī)體死亡；第二個是短暫的作用引起長期效應(yīng)，射線穿過受照機(jī)體只是瞬間完成，而它引起的生物效應(yīng)卻能持續(xù)很長時間3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第9頁/共31頁輻射引起的生物效應(yīng)是一個非常復(fù)雜的過程，生物機(jī)體吸收輻射能量到生物效應(yīng)發(fā)生，乃至機(jī)體損傷或死亡要經(jīng)歷許多性質(zhì)不同的變化，有機(jī)體物質(zhì)分子的變化，細(xì)胞功能、代謝和結(jié)構(gòu)的變化，以及完整機(jī)體各個組成部分之間相互關(guān)系的變化。在人體內(nèi)，這些變化可能顯示出臨床癥狀，如放射性病、白內(nèi)障或在以后較長時期內(nèi)出現(xiàn)的癌。可分為：物理階段，物理—化學(xué)階段，化學(xué)階段，生物學(xué)階段。從變化時間來看，有些變化瞬間即逝，有些需時較久，甚至延遲數(shù)年?？蓺w納于圖2-1。3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第10頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理1最初的物理階段只持續(xù)很短的時間（~10-16秒），在這一瞬間能量沉積在細(xì)胞內(nèi)并引起電離。在水中這個過程可以寫作為：H2OH2O+e第11頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理2物理-化學(xué)階段大約持續(xù)10-6秒，在這段時間，離子在水中將產(chǎn)生多種反應(yīng)產(chǎn)物，其中的兩種產(chǎn)物H和OH，稱之為自由基，它們在化學(xué)上是很活潑的。還有一種反應(yīng)產(chǎn)物是強(qiáng)氧化劑過氧化氫（H2O2）：

OH+OHH2O2第12頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理3化學(xué)階段持續(xù)幾秒鐘，在此期間，反應(yīng)產(chǎn)物與細(xì)胞的重要有機(jī)分子相互作用。自由基和氧化劑可能破壞構(gòu)成染色體的復(fù)雜分子。例如，它們可能附著于分子上并破壞長分子鏈中的鍵。第13頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理4生物階段在這個階段，時間長短可從幾十分鐘到幾十年，這要看特定的癥狀而定。第14頁/共31頁3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第15頁/共31頁第16頁/共31頁分子水平細(xì)胞死亡細(xì)胞變異體細(xì)胞生殖細(xì)胞體細(xì)胞生殖細(xì)胞功能障礙不孕腫瘤遺傳效應(yīng)確定性效應(yīng)多細(xì)胞死亡導(dǎo)致隨機(jī)性效應(yīng)單一細(xì)胞變異導(dǎo)致DNA損傷細(xì)胞水平臨床癥狀效應(yīng)生物效應(yīng)產(chǎn)生的過程和機(jī)理3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第17頁/共31頁盡管電離輻射引起生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理十分復(fù)雜，目前已得初步成果，通常將輻射生物效應(yīng)的發(fā)展過程分為原發(fā)作用和繼發(fā)作用兩個方面。（1）原發(fā)作用

1）直接作用（directeffects）是指電離輻射直接作用于具有生物活性的大分子，如核酸、蛋白質(zhì)（包括酶）等。使它們發(fā)生電離和激發(fā)或化學(xué)鍵的斷裂等變化，，從而引起其正常功能和代謝作用的障礙。如DNA的斷裂，酶的活性降低或喪失，膜系分子結(jié)構(gòu)的破壞等3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第18頁/共31頁2）間接作用（indirecteffects）

間接作用是指溶質(zhì)分子與輻射引起的溶劑分子的反應(yīng)產(chǎn)物之間的相互作用。在生物體中，間接作用主要是指輻射通過水的原發(fā)輻解產(chǎn)物（?H、?OH、e-aq、H2O2、?HO2等）對生物大分子的作用，引起生物大分子的損傷。生物體內(nèi)一般含水量高于70%，細(xì)胞內(nèi)的生物大分子存在于含大量水的環(huán)境中，因此間接作用對生物大分子的損傷作用有重要意義。輻射作用于水分子形成化學(xué)性質(zhì)非常活潑的一系列產(chǎn)物，如下圖：3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第19頁/共31頁第20頁/共31頁第21頁/共31頁（2）繼發(fā)作用

輻射作用中原發(fā)作用和繼發(fā)作用的劃分至盡并無確切界限。一般將原發(fā)作用視為從輻射能被吸收后，通過直接和間接作用，造成生物大分子的損傷和細(xì)胞微細(xì)結(jié)構(gòu)的損傷及破壞，導(dǎo)致細(xì)胞的代謝、生理功能以及結(jié)構(gòu)和形態(tài)改變，甚至引起細(xì)胞死亡。而繼發(fā)作用是在細(xì)胞損傷的基礎(chǔ)上，引起各組織器官和系統(tǒng)的損傷，導(dǎo)致臨床癥狀的出現(xiàn)，甚至機(jī)體的死亡。放射損傷中的繼發(fā)作用可能是多因素綜合作用的結(jié)果3.3電離輻射生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)理第22頁/共31頁

2.幾種電離輻射的相對危害性第23頁/共31頁核電廠常見的輻射為α輻射、β輻射、γ輻射和中子輻射。電離輻射對人體的危害，主要在于輻射的能量導(dǎo)致構(gòu)成人體組織的細(xì)胞受到損傷。由于電離輻射的類型不同，因此它們對人體的危害情況也不一樣。相對而言，有的輻射產(chǎn)生外照射的危害性大一些，而有的輻射產(chǎn)生內(nèi)照射的危害性大一些。所謂外照射和內(nèi)照射就是輻射源分別在人體外和人體內(nèi)對人體形成的照射。第24頁/共31頁3.1α粒子的相對危害性α粒子質(zhì)量大，電荷多，在物質(zhì)中的射程很短。能量最大的α粒子在空氣中的射程只有幾厘米，但難以穿透人體皮膚外表的角質(zhì)層。因?yàn)榻琴|(zhì)層是一層無生命組織，α粒子幾乎不存在外照射危害的問題。第25頁/共31頁3.1α粒子的相對危害性α粒子一旦進(jìn)入人體，其射程短這一特點(diǎn)就顯得非常重要了。此時，α輻射源被人體活組織所包圍，損傷幾乎都集中在α粒子源點(diǎn)的附近。若α粒子沉積在人體內(nèi)的某個器官，α粒子的能量就會被該器官全部吸收。這樣，該器官就會受到嚴(yán)重的損害。因此，α粒子的內(nèi)照射危害是很值得重視的。第26頁/共31頁2.2β粒子的相對危害性與α粒子相比，β粒子在空氣中的射程較遠(yuǎn)。能量較高的β粒子才能穿透人體皮膚進(jìn)入淺表組織幾毫米。因此，β粒子具有外照射的危害。不過，它只能造成人體皮膚和淺表組織的受照，是一個輕微的外照射源。β粒子同樣也有內(nèi)照射的危害，但與α粒子相比，其危害性要小些。因?yàn)棣铝Ｗ釉诮M織中射程較遠(yuǎn)，在組織的某個小體積內(nèi)放出的能量較α粒子小，因此，這個小體積內(nèi)組織的損傷也較小。第27頁/共31頁3.3γ射線（包括Ｘ射線）的相對危害性Ｘ射線和γ射線在空氣和其它物質(zhì)中射程很遠(yuǎn)，穿透力強(qiáng)，即使離輻射源很遠(yuǎn)，也可能對人體造成外照射的危害。當(dāng)人體處于Ｘ射線或γ射線輻射場中時，可能會使所有的器官和組織均受到照射。因此，就外照射而言，Ｘ、γ射線與α、β粒子相比具有更大的危害性。由于Ｘ、γ射線在人體組織中的射程很遠(yuǎn)，甚至貫穿人體，因而交給組織中某一小體積內(nèi)的能量較少，損傷也較小?？梢?，就內(nèi)照射而言，Ｘ、γ射線對人體的危害要比α、β粒子小得多。第28頁/共31頁3.4中子的相對危害性中子不帶電，無論在空氣中還是在其它物質(zhì)中，它均有很遠(yuǎn)的射程。因此，與Ｘ射線和γ射線一樣，中子對人體的影響主要是外照射的危害。但由于中子的品質(zhì)因子是Ｘ射線和γ射線的20倍，因此，同樣的