CN113703027A - 人体待积有效剂量的计算方法及模型、系统、存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了人体待积有效剂量的计算方法及模型、系统、存储介质，本发明所述计算方法首次将气溶胶的分级取样及不同粒径气溶胶中放射性核素的分析测量应用于放射性核素致人体待积有效剂量计算中，通过对单位体积气溶胶中不同粒径气溶胶的取样、称量、放射性核素测量，结合气溶胶进入人体呼吸道分布情况，确定放射性核素通过工作人员呼吸道的摄入量，使摄入量的计算值更接近真实值，e(τ)值的选取更准确，从而计算得到的人体待积有效剂量更准确，可正确评价吸入放射性核素对人体的健康影响。

Description

人体待积有效剂量的计算方法及模型、系统、存储介质

技术领域

本发明涉及辐射防护中人体受照剂量评价技术领域，具体涉及人体待积有效剂量的计算方法及模型、系统、存储介质。

背景技术

在评价涉核作业对工作人员的健康影响时，辐射剂量是当前最重要的评价指标。人体受到的辐射剂量的途径主要分为外照射和内照射，其中，内照射对机体危害明显，其指标是在开展涉核作业前开展规划、采取屏蔽措施的重要参考依据。而引起内照射的主要途径之一为附着在气溶胶上的放射性核素及其子体被人体吸入。在GB/T 16148-2009《放射性核素摄入量及内照射剂量估算规范》中，吸入某单一放射性核素造成内照射待积有效剂量E(τ)的计算公式为E(τ)＝A₀e(τ)，式中，e(τ)为每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量，单位为希每贝可(Sv/Bq)，该值与吸入气溶胶的AMAD(空气动力学直径)值有关，有1μm或5μm对应值；A₀为放射性核素的摄入量，单位为贝可(Bq)。

目前，采用个人空气采样方法计算放射性核素通过呼吸道的摄入量，A_j吸＝C_j空B_空，式中，C_j空为核素在空气中的时间积分浓度(Bq*S/m³)，B_空为工作人员的呼吸率(m³/s)。若使用上式计算A_j吸，则认为气溶胶中所包含的放射性核素可通过呼吸作用全部进入工作人员呼吸道内。但实际上，附着在气溶胶上的放射性核素通过呼吸作用非全部进入人体机体，这是因为气溶胶并非以单一粒径存在，而是在一定的粒径范围内，粒径小于5.8μm的气溶胶才能进入呼吸道，而到达肺泡的气溶胶粒径在1.1μm以下。气溶胶进入人体呼吸道系统示意图如附图1所示。

即现有计算方法中未考虑气溶胶粒径对放射性核素摄入量的影响，未考虑气溶胶粒径不同对e(τ)取值的影响，大量研究表明气溶胶微粒，在不同地区、场所的粒径分布有较大差异。同时由于核素自身的特点，在不同粒径的气溶胶上分布有明显差异。因此，通过个人空气采样方法计算通过呼吸道的放射性核素摄入量的方法与实际有较大差别，导致最终计算结果与真实值有较大偏差，不能准确评价吸入放射性核素对人体的健康影响。

发明内容

本发明的目的在于提供人体待积有效剂量的计算方法及模型、系统、存储介质，解决现有计算方法导致最终计算结果与真实值有较大偏差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

人体待积有效剂量的计算方法，包括以下步骤：

S1、基于气溶胶分级采样器获取测量场所的气溶胶粒径分布情况，得到气溶胶不同粒径所占百分比，从而确定不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值；

S2、分别测量不同气溶胶粒径下核素分布，得到不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况；

S3、基于步骤S2获得的不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况，结合气溶胶进入人体呼吸道系统的粒径分布情况，获得测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j；

S4、基于步骤S3获得的人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j，结合工作人员的呼吸率Be，计算测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0；

S5，基于步骤S4获得的人体放射性核素的摄入量A_j，0和步骤S1获得的不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值，计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)。

本发明所述分级采样器为现有技术，气溶胶分级采样器可根据气溶胶在人体肺部的沉积情况进行气溶胶分级取样，其基本原理是利用气溶胶粒子的空气动力学特性，在同样的线速度下，粒子的粒度越大，其动量越大，因而所具有的惯性也就越大。载带气溶胶粒子的空气气流射出喷嘴孔口后，气流受到撞击板的阻挡将发生急剧的偏转做曲线运动。通过喷嘴的气流发生转弯时，气流中所有大小的粒子因惯性作用，都有在线速度方向上保持其原直线运动的趋势。截止距离大到一定程度的粒子，有可能一直冲到撞击板上，从而被收集起来。粒径较小的粒子则由同样的原理被后面的撞击板收集起来。如此，可以把被采集的气溶胶粒子由大到小分离成很多个粒径范围而分粒度加以收集。基于空气动力学分配原理的气溶胶分级采样器为吸入放射性核素致人体待积有效剂量的精确计算提供了条件。

本发明与现有技术的主要区别在于：

1)、首次将工作场所气溶胶的粒径分布用于人体待积有效剂量计算：通过气溶胶分级采样装置，对不同粒径范围内的气溶胶进行分级取样测量，得到气溶胶不同粒径所占百分比，从而进行e_j(τ)值的分段选择。

2)、首次将放射性核素在不同粒径气溶胶分布用于人体待积有效剂量计算：通过对不同粒径中的放射性核素进行分析，得到放射性核素在不同粒径气溶胶中的分布，确定放射性核素的摄入量。

本申请的发明构思在于：

基于不同地区、场所的粒径分布有较大差异。同时由于核素自身的特点，在不同粒径的气溶胶上分布有明显差异的原则，采用气溶胶分级采样器和核素测量手段，确定测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j；基于人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j，结合工作人员的呼吸率Be，计算测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0替代现有技术个人空气采样计算方法中的A₀，使得计算结果更接近于真实值。

综上，本发明建立了一种分粒径吸入放射性核素致人体待积有效剂量精确计算的方法，使得计算结果更接近于真实值，特别是在工作环境气溶胶中放射性核素浓度较大时，可正确评价吸入放射性核素对人体的健康影响。

进一步地，步骤S1的具体过程如下：

S11、取气溶胶分级采样器专用滤纸，在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量得到不同编号专用滤纸的重量；

S12、将专用滤纸放入气溶胶分级采样器内并编号，进行取样；

S13、将取完样的专用滤纸在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量，减去专用滤纸取样前的重量，得到不同粒径范围内的气溶胶重量，即获得气溶胶不同粒径所占百分比。

进一步地，气溶胶分级采样器在使用之前先进行取样流量校准处理。

进一步地，步骤S1中，当气溶胶粒径小于3.3μm，e_j(τ)取气溶胶粒径1μm对应值；气溶胶粒径大于等于3.3μm，小于5.8μm，e_j(τ)取气溶胶粒径5μm对应值。

进一步地，步骤S2中，根据测量场所的核素种类选择对应的核素测量手段进行测量。

进一步地，当核素为放射性γ核素时，直接测量核素的仪器包括高纯锗伽马谱仪。

进一步地，步骤S4中，测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0为人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j与工作人员的呼吸率Be的乘积。

一种计算模型，所述模型如下所示：

式中，j代表气溶胶进入人体的粒径分布，e_j(τ)为不同j下的取值，当气溶胶粒径小于3.3μm，e_j(τ)取气溶胶粒径1μm对应值；气溶胶粒径大于等于3.3μm，小于5.8μm，e_j(τ)取气溶胶粒径5μm对应值；C_j为核素在不同粒径(小于5.8μm)气溶胶中的时间积分浓度，单位为Bq*S/m³；Be为工作人员的呼吸率，单位为m³/s。

一种用于计算人体待积有效剂量的系统，包括：

输入模块，用于输入测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j和工作人员的呼吸率Be；

计算模块，内存储有放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)的计算模型，所述计算模块获取输入模块的数据后通过该模型计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)；

输出模块，用于输出计算模块的计算结果。

一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有上述系统。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明建立了一种吸入放射性核素致人体待积有效剂量精确计算的方法，使放射性核素通过呼吸道的摄入量的计算值更接近真实值，e_j(τ)值的选取更准确，从而计算得到的吸入放射性核素至人体待积有效剂量值更准确。

2、本发明的计算方法可应用于任意的放射性核素致人体待积有效剂量计算。

3、本发明的计算方法可应用于任何涉核操作时吸入放射性核素致人体待积有效剂量计算。

4、本发明采用的气溶胶分级取样测量方法亦可应用于非放射性操作吸入粉尘等对作业人员职业健康影响的评估。

5、本发明是首次将气溶胶粒径分级处理，以及不同粒径气溶胶的核素分布不同的构思用于计算人体吸入放射性核素致人体待积有效剂量，具有重要意义。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为气溶胶进入人体呼吸道系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

人体待积有效剂量的计算方法，包括以下步骤：

S1、基于气溶胶分级采样器获取测量场所的气溶胶粒径分布情况，得到气溶胶不同粒径所占百分比，从而确定不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值：

具体地：

S11、在完成气溶胶分级取样装置取样流量校准的基础上，取气溶胶分级采样器专用滤纸，在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量得到不同编号专用滤纸的重量；

S12、将专用滤纸放入气溶胶分级采样器内并编号，进行取样；

S13、将取完样的专用滤纸在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量，减去专用滤纸取样前的重量，得到不同粒径范围内的气溶胶重量，即获得气溶胶不同粒径所占百分比

S2、分别测量不同气溶胶粒径下核素分布(根据测量场所的核素种类选择对应的核素测量手段进行测量，例如：当核素为放射性γ核素时，利用高纯锗伽马谱仪直接测量核素)，得到不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况；

S3、基于步骤S2获得的不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况，结合气溶胶进入人体呼吸道系统的粒径分布情况，如图1所示，获得测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j；

S4、基于步骤S3获得的人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j，结合工作人员的呼吸率Be，计算测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0；

S5，基于步骤S4获得的人体放射性核素的摄入量A_j，0和步骤S1获得的不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值，计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)，具体计算模型如下所示：

式中，j代表气溶胶进入人体的粒径分布，e_j(τ)为不同j下的取值，当气溶胶粒径小于3.3μm，e_j(τ)取气溶胶粒径1μm对应值；气溶胶粒径大于等于3.3μm，小于5.8μm，e_j(τ)取气溶胶粒径5μm对应值。C_j为核素在不同粒径(小于5.8μm)气溶胶中的时间积分浓度，单位为Bq*S/m³；Be为工作人员的呼吸率，单位为m³/s。

实施例2：

一种用于计算人体待积有效剂量的系统，包括：

输入模块，用于输入测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j和工作人员的呼吸率Be；

计算模块，内存储有放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)的计算模型，所述计算模块获取输入模块的数据后通过该模型计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)；

输出模块，用于输出计算模块的计算结果。

实施例3：

一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有实施例1所述系统。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于气溶胶分级采样器获取测量场所的气溶胶粒径分布情况，得到气溶胶不同粒径所占百分比，从而确定不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值；

S2、分别测量不同气溶胶粒径下核素分布，得到不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况；

S3、基于步骤S2获得的不同粒径气溶胶中放射性核素的分布情况，结合气溶胶进入人体呼吸道系统的粒径分布情况，获得测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j；

S4、基于步骤S3获得的人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j，结合工作人员的呼吸率Be，计算测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0；

S5，基于步骤S4获得的人体放射性核素的摄入量A_j，0和步骤S1获得的不同粒径下每单位放射性核素摄入量引起的待积有效剂量e_j(τ)的取值，计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)。

2.根据权利要求1所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，步骤S1的具体过程如下：

S11、取气溶胶分级采样器专用滤纸，在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量得到不同编号专用滤纸的重量；

S12、将专用滤纸放入气溶胶分级采样器内并编号，进行取样；

S13、将取完样的专用滤纸在105℃烘箱中干燥半小时后，在实验室精密天平称量，减去专用滤纸取样前的重量，得到不同粒径范围内的气溶胶重量，即获得气溶胶不同粒径所占百分比。

3.根据权利要求1所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，气溶胶分级采样器在使用之前先进行取样流量校准处理。

4.根据权利要求1所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，步骤S1中，当气溶胶粒径小于3.3μm，e_j(τ)取气溶胶粒径1μm对应值；气溶胶粒径大于等于3.3μm，小于5.8μm，e_j(τ)取气溶胶粒径5μm对应值。

5.根据权利要求1所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，步骤S2中，根据测量场所的核素种类选择对应的核素测量手段进行测量。

6.根据权利要求5所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，当核素为放射性γ核素时，直接测量核素的仪器包括高纯锗伽马谱仪。

7.根据权利要求1所述的人体待积有效剂量的计算方法，其特征在于，步骤S4中，测量场所内人体放射性核素的摄入量A_j，0为人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j与工作人员的呼吸率Be的乘积。

8.如权利要求1-7任一项所述计算方法构建的模型，其特征在于，所述模型如下所示：

式中，j代表气溶胶进入人体的粒径分布，e_j(τ)为不同j下的取值，当气溶胶粒径小于3.3μm，e_j(τ)取气溶胶粒径1μm对应值；气溶胶粒径大于等于3.3μm，小于5.8μm，e_j(τ)取气溶胶粒径5μm对应值；C_j为核素在粒径范围为小于5.8μm的气溶胶中不同粒径气溶胶中的时间积分浓度，单位为Bq*S/m³；Be为工作人员的呼吸率，单位为m³/s。

9.一种用于计算人体待积有效剂量的系统，其特征在于，包括：

输入模块，用于输入测量场所内人体吸入的核素在不同粒径气溶胶中的时间积分浓度C_j和工作人员的呼吸率Be；

计算模块，内存储有放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)的计算模型，所述计算模块获取输入模块的数据后通过该模型计算放射性核素每单位摄入量引起的待积有效剂量值E(τ)；

输出模块，用于输出计算模块的计算结果。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该存储介质存储有权利要求9所述系统。

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