核技术应用与管理 曾志刚

人类利用核能与核技术是合法的，核能与核技术对人类的文明进步影响深远，但我们必须充分认识到放射性的危害，进行必要的防护，保障核能与核技术的安全利用。

一、客观认识放射性 二、辐射环境监督管理

客观认识放射性 一、什么是放射性 二、核能与核技术的应用 三、放射性的危害

一、什么是放射性 （一）放射性的发现 1895年，德国科学家伦琴发现电子在真空管中能够产生荧光现象，这种光人眼无法感知，但穿透力很强，这就是“X射线”，也叫“伦琴射线”。1901年被授予诺贝尔奖。

1896年，法国科学家贝可勒尔在研究铀矿物的荧光现象时，发现铀矿物能发射出穿透力很强的不可见射线。它能使附近的照相底片感光。这一发现改变了原子是物质不可分割的最小单位的认识。从此，自然科学从原子时代进入了原子核时代。 1898年至1902年居里夫妇在实验室分离出天然放射性核素，钋和镭。1903年与贝可勒尔一起获得诺贝尔奖。 1911年，英国科学家卢瑟福根据α粒子的散射实验提出了原子的核式模型的假设，即原子是由原子核和核外电子所组成。1908年获得诺贝尔奖。

1932年，英国科学家查德威克发现中子。1935年获得诺贝尔奖。 1934年，居里夫妇的女儿伊伦娜发现人工放射性核素。 1935年获得诺贝尔奖。 1941年12月1日，美国科学家建造人类第一座核反应堆。 从1939年起，美国科学奥本海墨领导“曼哈顿”计划，于1945年制造出原子弹并投放日本广岛和长崎。 1945年以后，核技术得以广泛应用。

（二）什么是放射性 由于原子核自发的变化而放射出各种射线的现象，称为原子核的放射性。能自发地放射各种射线的核素，叫放射性核素。 物质的许多化学及物理性质基本上只与核外电子有关，而放射现象则主要归因于原子核。对放射性核素加温、加压、加电磁场都不能显著改善放射性。 放射性以物质的形式存在，以能量的形式对物质造成影响。人体没有一个感觉器官能感知到射线。

（三）我们生活在射线的海洋 地球的年龄约45亿年，地球上所有的生物体在无时无刻受到自然界存在的电离辐射的照射，这种天然放射性是客观存在，通常称之为天然本底照射。天然本底照射是迄今人类受到电离辐射照射的最主要来源。 天然辐射源按其起因分为三类：宇宙辐射、宇生核素和原生核素。世界范围内平均年有效剂量为2.4mSv，因原生核素存在，所以人每天食入的放射性物质，以K-40最多，约(59.2-88.8)Bq。天然本底照射的特点是它涉及到世界的全部居民，并以比较恒定的剂量率为人类所接受。所以可将天然辐射源的照射水平作为基准，用以与各种人工辐射源的照射水平相比较。

另一方面，因核技术的开发利用、核动力生产、核试验等，产生了不少新的放射性物质和辐射照射，这类辐射照射称为人工辐射源照射。 人工辐射源的照射中，医疗居于首位，人均有效剂量约0.4mSv。其次是核动力生产和核试验。 除了三种主要人工辐射源的照射外，还受到工业技术发展所形成天然放射性水平的提高，如燃煤发电、磷肥生产、空中旅行等，以及各种消费品。这些造成的剂量与天然辐射源所致相比，一般都很小，总计不过1%。

实践活动 剂量mSv 铀矿开采 4.5 辐照 0.1 铀水冶 3.3 工业探伤 1.6 富集 同位素生产 1.9 燃料加工 1.0 测井 0.4 核反应堆 1.4 加速器 0.8 后处理 1.5 放射物质发光 放射学 0.5 煤矿 0.7 牙医 0.06 金属矿 2.7 核医学 地上建筑物 4.8 放射治疗 0.6 民航机组人员 3.0

二、核能与核技术的应用 （一）核能的应用很广泛 重核分裂或轻核聚合所释放出的能量就是核能。

2002年全世界核电占总发电量17%，2009年底全球有438座反应堆运行，我国有11座运行。2008年全球新开工建设核电站10个，中国有6个； 2009年全球新开工建设核电站11个，中国有10个； 2010年全球新开工建设核电站4个，中国有3个。 核能利益巨大 一个铀-235核裂变可以释放出200MeV的能量，相当于3.2×10-11J。发出1MWd的能量要消耗铀-235约1.23克。30万kW的秦山核电站，每天消耗的铀-235大约是1.1kg。 一个碳原子燃烧释放出1eV的能量，30万kW的火电站每天消耗的煤约5000吨。

化石燃料的替代（化石燃料不可再生、能源危急 ） 潜在的核威慑（所有拥有核电站的国家都具制造核武器的能力）

（二）核技术应用 核技术应用在上世纪40年代之前发展缓慢，主要应用在医疗领域，之后发展迅猛，涉及到社会生活的各各领域。我国核能与核技术应用与发达国家相比有一定差距，目前，发达国家核技术应用取得的经济效益约占国民经济总收入的2-5%，投入与产出比高达1:5至1:10，且每年以15-20%速度增长。 截止到2010年底，我国放射源应用单位有11728家，在用的放射源106310枚（美国约40万枚放射源），放射性废物库库存废旧放射源25515枚。

（1）核技术在医学上的应用 核技术在医学上的应用是最早、最广泛和最深入的。目前，世界上生产的放射性核素约有80％～90％用于医学，其中30多种核素大量用于临床。 现代医学技术的发展主要集中在影像学的发展，而各种核技术应用是影像学的基础。医学影像和放疗设备也是医疗器械工业中技术含量和附加值最高的医疗设备,占有医院大约50%以上的固定资产，是医院现代化的标志之一。

伽马远距离放射治疗

Orthovoltage (deep) x-ray equipment

医用直线加速器 Linear Accelerator .

伽马刀 Gamma Knife

高剂量率近距离放射治疗装置 Varian

CT机

模拟定位机及各种X光透视机

常用的放射性药物（用于治疗的碘-131）

示踪诊断的锝－99 m

伽马照像

其它放射性药物生产 Medical Cyclotron Industrial cyclotron

（2）核技术的工业应用 核技术广泛应用于工业生产和社会生活中，比如辐照加工、地质和煤田勘探与开采、石油开采与炼油、公路与桥梁建设、机械制造与安装、建材（尤其是水泥厂）、纺织、卷烟、造船、电力、制药、育种、造纸、冶金、仪表和钟表制造、电影制片、木材、塑料、面粉、饲料加工、电缆、荧光灯生产等。

辐照加工 辐照加工主要应用于食品加工、保鲜，医疗器械的消、杀、灭，农业育种，材料改性等方面。辐照加工技术还可以治理三废。电离辐射能够把生物难降解的污染物转化为可降解物质，甚至可以变废为宝，已日益得到了国内外的重视，国内已开展了对废气、废水、固体废物处理等实验或中试研究，特别是在利用电子束辐射处理燃煤电厂的除尘、脱硫工作，已在四川、杭州、北京等地开展了工业化的示范应用，预计全国有近2000亿元的市场份额。辐射加工技术在环境保护领域有广阔的应用前景。目前全国辐照装置有153座，设计装源总活度达1亿居里，从业人员一万余人，产值过百亿元。

伽马辐照装置 湿式贮源辐照装置全景图 干式贮源辐照装置全景图

工业无损探伤 伽马探伤装置（发射型伽马探伤） 广泛应用于压力容器、管道的检验

管道爬行探伤 Discus the main elements and purpose of the crawler equipment and where they may typically be used (onshore and offshore). Briefly discuss the potential accidents with this type of equipment and how vigilant operation is required.

管道爬行探伤装置 特殊应用：陆上管道 、海底管道 采用外部辐射源提供走/停的信息 外部控制源一般采用137Cs。 Discus the main elements and purpose of the crawler equipment and where they may typically be used (onshore and offshore). Briefly discuss the potential accidents with this type of equipment and how vigilant operation is required.

X射线探伤设备 Discuss the main components of the equipment Discuss application of the different types of equipment presented in the slide (directional, panoramic and CP x-ray devices). The potential for serious injury when using x-ray equipment is very apparent when one considers the dose rate that x-ray equipment can produce. As an a Rigaku 250EGS2 250 kVp directional x-ray unit operating at 250 kVp and 5 mA produced a dose rate in air of approximately 1.2 Gy/min at 30 cm (with 2 mm Al filter). With only the 1mm Be window the dose rate was approximately 10.6 Gy/min at 30 cm. [Source: Radiation Health Branch, Department of Health Western Australia]

核仪表 源Source 开关控制Shutter Control 屏蔽Shielding 探测器Detector 关（开） 密度测量仪 通过探测器测量穿过被检查物质的射线量。典型采用GBq的137Cs 。 探测器Detector 物质流向 Material Flow 开关控制Shutter Control 屏蔽Shielding 源Source 关（开） Shutter (open)

密度测量仪 Note the apparent lack of area warning signs and, although not obviously accessible, the gaps between the pipe and the source and detector housings.

密度测量仪（核子秤） 传送带称重仪器

高位探测器High level detector 低位探测器Low level detector 物位测量仪 高位探测器High level detector 低位探测器Low level detector For level detection, the beam is usually well confined to the volume of the detector to minimize scatter. One source with two collimators (one at an angle) or a vertical fan beam can achieve the same purpose. The means of attaching the source housings must be secure and able to withstand the environment. e.g. corrosion, heat, vibration, etc. 源Sources

料位计 Survey of dose rates. Note dusty conditions (which can make source labels and warning signs illegible) and the area warning sign. Access to the useful beam is prevented by the pipe between the housing and the vessel. However, access into the vessel for maintenance purposes should be controlled.

厚度测量仪 No area warning signs visible

密度测量：伽马源(137Cs)推出屏蔽室到源棒末端，并位于被测物质中进行测量。 湿度/密度计 密度测量：伽马源(137Cs)推出屏蔽室到源棒末端，并位于被测物质中进行测量。 g n 探测器Detectors 湿度测量：仪器里中子源(通常是 241Am-Be)通过中子散射测定湿度。 Combined measurement gauge. n

石油钻井测量

无损检测

三、放射性危害 最新研究表明：在4亿4千万年前的宇宙伽玛射线爆发可能是导致地球大量生物灭绝的直接原因。科学家认为来自几千光年之外的宇宙伽玛射线爆发可能改变了地球的生态环境，100种以上的水生无脊椎动物在这次伽玛射线爆发中从地球上永远地消失了。这是地球历史上第二次具有破坏性的生物大量灭绝。

（一）人类对放射性危害的认识 人类对放射性危害的认识的是逐步提高的。 --第一阶段：早期辐射损伤认识时期（发现X射线～1930年代），对辐射可能造成的损伤认识不足 损伤对象是操作者（X射线球的制造者和应用X射线的技术人员、从事放射性物质研究的科学家、铀矿工人及用含镭夜光涂料的操作女工）

历史事件 早期上层人士的“氡浴”享受； 1896年1月，美国格鲁柏在制造x射线管并进行x射线实验时，手上发生放射性皮炎，晚年手和手指部分切除； 1896年3月，美国埃迪森在改进x射线管和制造x射线荧光透视装置时，数小时后感到眼痛，继而发生了放射性结膜炎。

-1896年4月，美国丹尼尔在用x射线确定头颅中异物位置时，发现X射线有脱毛作用。

-1898年，居里夫妇发现了镭，次年4月，贝可勒尔向居里夫妇借来少量镭盐，放在衬衣口袋里走了几个小时回自己实验室，几天后出现皮肤烧伤；皮埃尔·居里为了弄明白这种镭射线的生物效应，特意在自己的手腕部用镭照射了几个小时，结果皮肤也出现了潮红；居里夫人长期从事镭等放射性物质研究，受到过量照射，几乎双眼失明，造血组织严重损伤，1934年7月，死于白血病；居里的女儿伊伦娜·居里，人工放射性同位素的发现者，也死于白血病。

-1903～1904年期间，亥耐克证实造血器官对辐射极为敏感，在X射线发现后10年，对操作者的血相进行了调查，从当时调查的10个病例中几乎都看到了白细胞数有所降低。 -1905年，布朗和奥斯古德对10名从事X射线工作人员进行调查，发现有的人没有精子，有的人好几年没有精子，但在脱离X射线数年后，他们的妻子又生育了子女。也发现妇女在妊娠初期受照后，胎儿会受到损伤，引起死胎、畸形和流产。

-1925年，Martland报告说美国新泽西州夜光涂料厂标度盘绘制女工发生了职业性镭中毒，以至后来有超过50人得了骨癌。 -人们在发现x射线10年后，认识到辐射损伤严重时会诱发白内障。l948年前后，观察了数例受到来自回旋加速器中子照射的工作者，证实了中子照射容易引起白内障。

--第二阶段 中期辐射损伤认识时期（1930～1960年代），医学界把辐射看作是时髦的诊断和治疗手段，却缺乏对辐射远期效应的认识，病人由于接受高累积剂量而诱发过多的白血病、骨肿瘤、肝癌等恶性肿瘤。 损伤对象是接受超剂量辐射照射的病人。

--第三阶段 近期辐射损伤认识时期（1960年代～现在） 特点：早期的职业性急性辐射损伤，除事故外，巳极为罕见了。 中期所见到的高发生率的恶性肿瘤，得以避免。除事故外，只能用大群体的或高人年的流行病学的调查方法，才能发现辐射损伤或危害的增加 。

（二）放射性的危害 1、放射性核素具备物理毒性和化学毒性。 -物理毒性是指放射性的能量对物质的电离 作用，导致物质性质发生变化。 -化学毒性是指放射性核素的各种化合物具有的毒性，放射性核素的化学毒性常被忽略。

　　2、辐射的生物效应 辐射与人体相互作用会导致某些特有生物效应。效应的性质和程度主要决定于人体组织吸收的辐射能量。 　　人类健康危害来源于各种射线通过电离作用引起组织细胞中原子及由原子构成的分子的变化。辐射诱发细胞死亡、突变及恶性突变的部位在细胞核内，而DNA是主要靶。电离和激发主要通过对DNA分子作用使细胞受到损伤，导致各种健康危害。

DNA损伤（分子水平） C 单链断裂： 可以实现无差错 修复 双链断裂： 错误修复

　　一般认为损伤的发生、发展是按一定的阶梯顺序进行的，即经过照射、能量吸收、分子的电离和激发、分子结构的改变，生理、生化代谢改变、细胞、组织、器官损伤、机体死亡等过程。在这些过程中，也可能因某些原因使机体得到修复。电离和激发是生物效应的基础。 对于低剂量辐射的危害主要是生物效应和致癌。高剂量辐射会造成急性身体反应，甚至死亡。

+2d +1d

+4d +5d

+9d

+20d +39d

+27d +27d

+2d +5d

+15d +22d

5居里铱照射后5天

11天

21天

（三）辐射防护的基本方法 1、外照射防护 为了减少射线的照射，达到辐射防护的目的，在技术上，对外照射的防护主要采取以下三种方法：时间防护、距离防护 、物质屏蔽 。

时间防护：对于相同条件下的照射，人体接受的剂量与照射的时间成正比。因此减少接受照射的时间，就可以明显减少吸收剂量。

距离防护：对于点源，如果不考虑介质的散射和吸收，它在相同方位角的周围空间所产生的直接照射剂量与距离的平方成反比。

物质屏蔽：射线与物质发生作用，可以被吸收和散射，即物质对射线有屏蔽作用。

对于不同的射线，其屏蔽方法是不同的。对于γ射线和X射线，用原子序数高的物质（例如铅）效果较好。对β射线则先用低原子序数的材料（例如有机玻璃）阻挡β射线，再在其后面用高原子序数的物质阻挡激发的X射线。对中子的屏蔽可以使用富含氢原子的材料（例如水和石蜡）。对α射线的屏蔽很容易；在体外，它基本上不会对人体造成危害，但它的内照射危害特别严重。

2、内照射的防护方法 防止放射性物质进入体内，一旦进入体内要尽快排出。

辐射环境监督管理 一、管理原则 1、预防为主，防治结合，严格管理，安全第一。 基于放射性污染特点（一是放射性污染无色、无味，难以察觉，一旦污染难以清除；二是污染后果难以预料；三是一旦发生监管部门必须应急响应；四是具有很强的社会敏感性） 2、分类管理的原则。 放射源分五类，射线装置分三类。不同类别危险程度不同，管理的要求不同。

3、统一监督管理的原则。 环保部门统一监管，不仅管“事”，而且管“人”。 4、不给子孙增加负担。 核技术给我们现代人带来利益，我们不能把产生的放射性废物留给后代来处理。 5、污染治理，污染赔偿 核技术应用单位承担放射性污染完全责任。

二、管理制度 1、环境影响评价制度 2、“三同时”制度 3、辐射安全许可证制度 4、放射性同位素转让审批制度 5、放射性同位素备案制度 6、辐射环境监测及报告排放制度 7、辐射事故应急制度 8、放射工作人员认定制度 9、放射性废物专营制度 10、辐射安全年度评估制度

三、我们面临的核与辐射安全问题 近几年的环保部门辐射环境监管工作： 查底数，打基础 收废源，除隐患 建制度，强管理 日本核泄漏事故我们所做的工作：探测放射性污染，引导公众正确对待

（一）核能与核技术应用快速发展，监管任务日趋繁重 1、核能快速发展，带动了相关产业。 2、核技术应用快速增长。

（二）防止核与辐射恐怖袭击是我们面临的一个新课题。 辐射散布装置 (radiological dispersal device，简称RDD) 放射性物质或放射源的失窃 与爆炸物结合以造成放射性散布 有时称为“脏弹”

只是时间问题，不是会不会发生的问题 1987—伊拉克试验 1995—在莫斯科的公园内发现辐射散布装置 1998—车臣：装填了放射性物质的地雷 2002—Jose Padilla发现使用辐射散布装置的计划 2003—“基地”组织在阿富汗的计划制造辐射散布装置 2004—在伦敦发现大量的镅－241库存

（三）新职责、新队伍，监管能力薄弱。 1、机构不健全 2、辐射环境监测能力尤其薄弱 监测是管理的基础 辐射环境执法带有很强的技术特色 3、缺少专业技术人员

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