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放射性同位素
作者:多肽药物…    文章来源:中国药大同位素楼    点击数:    更新时间:2011-5-22          ★★★【字体:

中国药学人才网 

概  述

放射性同位素的应用-同位素示踪法

放射防护

常用同位素理化性质,检测方法

放射性测量


  概  述

、放射性同位素的特点

  众所周知,放射性同位素(radiosotlope)是不稳定的,它会“变”。放射性同位 素的原子核很不稳定,会不间断地、自发地放射出射线,直至变成另一种稳定同位 素,这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候,可放射出α射线β射线γ射线和电子俘获等,但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同 时放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响,也 不受元素所处状态的影响,只和时间有关。放射性同位素衰变的快慢,通常用“半衰 期”来表示。半衰期(half-life)即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始值一 半时所需要的时间。如磷-32的半衰期是14.3天,就是说,假使原来有100万个磷-32 原子,经过14.3天后,只剩下50万个了。半衰期越长,说明衰变得越慢,半衰期越 短,说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数,不同的放射性同位素有 不同的半衰期,衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。

常用同位素的特征

同位素

符号

半衰期

β射线能量(MeV)

氢-3

3H

12.3年

0.018

碳-14

14C

5720年

0.156

磷-32

32P

14.3天

1.71

硫-35

35S

87.1天

0.167

-131

131I

8.05天

0.605

 

人造元素一览表

原子序数

元素名称

元素符号

发现者

发现年代

半衰期

43

Tc

西格雷,佩里埃

1937

Tc97 260万年

61

Pm

马林斯基等

1945

Pm145 18年

85

At

西格雷,科森等

1940

At210 8.1小时

87

Fr

佩雷

1939

Fr212 20分钟

93

Np

麦克米伦

1940

Np237 214万年

94

Pu

麦克米伦,西博格

1940

Pu244 7.6×107

95

Am

西博格,吉奥索

1944

Am243 7370年

96

Cm

西博格,吉奥索

1944

Cm247 1.54×107

97

Bk

西博格,汤普生等

1949

Bk247 1400年

98

Cf

西博格,吉奥索等

1950

Cf251 900年

99

Es

西博格,吉奥索

1955

Es254 276天

100

Fm

西博格,吉奥索

1955

Fm257 82天

101

Md

吉奥索

1955

Md258 55天

102

No

弗列罗夫等

1957

No259 58分钟

103

Lr

吉奥索

1961

Lr260 3分钟

104

 

Rf

弗列罗夫,吉奥索

1964,1968

~1分钟

105

 

Db

弗列罗夫,吉奥索

1970,1970

~40秒

106

 

Sg

美,苏

1974

~0.9秒

107

 

Bh

联邦德国

1981

~10-3

108

 

Hs

联邦德国

1984

~10-3

109

 

Mt

联邦德国

1982

5×10-3

 

、放射性强度及其度量单位

  放射性同位素原子数目的减少服从指数规律。随着时间的增加,放射性原子的数目按几何级数减少,用公式表示为: N=N0e- λt这里,N为经过t时间衰变后,剩下的放射性原子数目,N0为初始的放射性原子数目,λ为衰变常数,是与该种放射性同位素性质有关的常数,λ=y(t)=e-0.693t/τ,其中τ指半衰期。放射性同位素不断地衰变,它在单位时间内发生衰变的原子数目叫做放射性强度(radioactivity),放射性强度的常用单位是居里(curie),表示在1秒钟内发生3.7×1010次核衰变,符号为Ci。    1Ci=3.7×1010dps=2.22×1012dpm    1mCi=3.7×107dps=2.22×109dpm    1μCi=3.7×104dps=2.22×106dpm   1977年国际放射防护委员会(ICRP)发表的第26号出版物中,根据国际辐射单位 与测量委员会(ICRU)的建议,对放射性强度等计算单位采用了国际单位制(SI), 我国于1986年正式执行。SI中,放射性强度单位用贝柯勒尔(becquerel)表示,简称贝可,为1秒钟内发生一次核衰变,符号为Bq1Bq=1dps=2.703×10-11Ci该单位在实 际应用中减少了换算步骤,方便了使用。

、射线与物质的相互作用

  放射性同位素放射出的射线碰到各种物质的时候,会产生各种效应,它包括 射线 对物质的作用物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如,射线能够使照相底片 和核子乳胶感光;使一些物质产生荧光;可穿透一定厚度的物质,在穿透物质的过程 中,能被物质吸收一部分,或者是散射一部分,还可能使一些物质的分子发生电离; 另外,当射线辐照到人、物和植物体时,会使生物体发生生理变化。射线与物质的 相互作用,对核射线来说,它是一种能量传递和能量损耗过程,对受照射物质来说, 它是一种对外来能量的物理性反应和吸收过程。

  各种射线由于其本身的性质不同,与物质的相互作用各有特点。这种特点还常与物质的密度和原子序数有关。α射线通过物质时,主要是通过电离和激发把它的辐射能量转移给物质,其射程很短,一个1兆电子伏(1MeV)的α射线,在空气中的射程 约1.0<厘米,在铅金属中只有23微米(um),一张普通纸就能将α射线完全挡住,但α射线的能量能被组织和器官全部吸收。β射线也能引起物质电离和激发,与α射线 的能量相同的β射线,在同一物质中的射程比α要长得多,如>1MeVrβ射线,在空气 中的射程是10米,能量快速运动的β粒子,如磷-,能量为1.71MeV遇到物质,特别是突然被原子序数高的物质(如铅,原子序数为82)阻止后,运动方向会发生改变,产生轫致辐射。轫致辐射是一种连续的电磁辐射,它发生的几率与β射线的能量 和物质的原子序数成正比,因此在防护上采用低密度材料,以减少轫致辐射。β射线能被不太厚的铝层等吸收。γ射线的穿透力最强,射程最大,1MeV的r射线在空气中的射程约有米之远,r射线作用于物质可产生光电效应、康普顿效应和电子对效应,它不会被物质完全吸收,只会随着物质厚度的增加而逐渐减弱。

放射防护

  放射性的来源扔天然的放射性和人工放射性两类。生活在地球上的人们经常受到这两种放射性的照射,天然放射性即木底照射是不可避免的,而人工放射性的应用产生了放射性危害,因而引起放射性防护问题。

一、放射性的危害必及防护的必要性

  随着放射同位素的广泛应用,越来越多的人们认识到放射性对机体造成的损害随着放射照射量的增加而增大,大剂量的放射性会造成被照射部位的组织损伤,并导致癌变,即使是小剂量的放射性,尤其是长时间的小剂量照射蓄积也会导致照射器官组织诱发癌变,并会使受照射的生殖细胞发生遗传缺陷。放射性对人体的影响主极随机效应和非随机效应。随机效应(stochastic
effect)指放射性对机体至癌或遗传效应的发生几率,此发生几率与照射剂量的大小有关,而随机性效应的严重程度与剂量有关,如放射性致癌、放射性诱发各种遗传疾病均属随机性效应。非随机性效应(non-stochastic effect)是机体受照射后在短期内就出现的急性效应,以及经过一定时间后发现的发育功能低下、白内障和造血机能障碍等等。其严重程度随受照射剂量不同而变化,存在着明确的剂量阈值,这种效应是随着受照射剂量的增加,而有越来越多的细胞被杀死而产生的。ICRP第60号出版物把非随机性效应改称为确定性效应。放射性防护的目的就在于防止有害的确定性效应,并限制随机性效应的发生率,使其达到认为可以接受的水平。放射性物质可以从体外或进入体内放出射线,对人体造成损害。就外照射而言,由于各种射线穿透能力不同,γ射线照射对机体的危害大于β射线,而β射线的危害性又大于α射线。受照射部位不同,受害程度出不同,对某种放射性同位素蓄积率高的组织或器官,必然受害严重,如[32P]对骨骼系统危害较大,[125I]和[131I]主要危及甲状腺器官等。但是,由于射线与机体作用可产生电离,射线这种电离本领的大小,决定了当放射性物质进入了体内,对机体造成内照射的情形下,α射线由于射程很短,其危害性大于β射线和γ射线的危害,而β射线的内照射危害又大于γ射线。放射防护的必要性在于保护操作者本人免受辐射损伤,防止了必要的射线照射,保护周围人群的健康和安全,做好放射性污物、污水的收集与处理,避免环境污染,保证实验能够正常进行,取得的结果可靠。在应用放射性同位素时,一定要考虑放射防护问题,“预防为主”,合理的使用放射性同位素,避免不必要的射线照射,减少人群的剂量负担。

二、放射防护的三原则


  国际放射放护委员会(ICRP)1977年第26号出版物中提出防护的基本原则是放射实践的正当化,放射防护的最优化和个人剂量限制。这三项原则构成的剂理限制体系。

1.放射实践的正当化
  在进行任何放射性工作时,都应当代价和利益的分析,要求任何放射实践,对人群和环境可能产生的危害比起个人和社会从中获得的利益来,应当是很小的,即效益明显大于付出的全部代价时,所进行的放射性工作就是正当的,是值得进行的。

2.放射防护的最优化
  使放射性和照射量在可以合理达到的尽可能低的水平,避免一些不必要的照射,要求对放射实践选择防护水平时,必须在由放射实践带来的利益与所付出和健康损害的代价之间权衡利蔽,以期用最小的代价获取最大的净利益。最优化原则又称为ALARA原则,健康代价(曲线A)
正比于总剂量,当总剂量较小时,放射防护代价(曲线B)很高,且随剂量的增加而急剧下降,曲线A和B代价之和有一最小值,这就是最优化键康代价与防射代价之和Wo。放射防护的最优化在于促进社会公众集体安全的卫生保健,它是剂量限制体系中的一项重要的原则。

3.个人剂量限制
  在放射实践中,不产生过高的个体照射量,保证任何人的危险度不超过某一数值,即必须保证个人所受的放射性剂量不超过规定的相应限值。ICRP规定工作人员全身均匀照射的年剂量当量限制为50毫希沃特*(mSv),广大居民的年剂量当量限值为1mSv(0.1rem)。我国放射卫生防护基本标准中,对工作人在民年剂量当量限值,采用了ICRP推荐规定的限值,为防止随机效应,规定放射性工作人员受到全身均匀照射时的年剂量当量不应超过50mSv(5rem),公众中个人受照射的年剂量当量应低于5mSv(0.5rem)。当长期持续受放射性照射时,公众中个人在一生中每年全身受照射的年剂量当量限值不应高于1mSv(0.1rem),且以上这些限制不包括天然本底照射和医疗照射。
  个人剂量限制是强制性的,必须严格遵守。各种民政部下规定的个人剂量限值是不可接受的剂量范围的下界,而不是可以允许接受的剂量上限。即使个人所受剂量没有超过规定的相应的剂量当量限值,仍然必须按照最优化原则考虑是否要进一步降低剂量。所规定的个人剂量限值不能作为达到满意防护的标准或设计指标,只能作为以最优化原则控制照射的一种约束条件而已。

 


 

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