ESR/EPR電子順磁共振--核輻射監(jiān)測與防治

時間：2020-09-04作者：束蘊儀器（上海）有限公司瀏覽：31

??核污染--放射性污染

核污染：主要是指核物質(zhì)泄漏后的遺留物對環(huán)境的破壞，包括核輻射，原子塵埃等本身引起的污染，還有這些物質(zhì)帶來的次生污染，比如核物質(zhì)污染的水源對人畜的傷害。
放射性污染：由于人類活動造成物料、人體、場所、環(huán)境介質(zhì)表面或者內(nèi)部出現(xiàn)**過國家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)或射線。
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?核污染的探測技術(shù)原理

核輻射探測器：分為氣體探測器和固體探測器，固體探測器中又分為閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器。
常用的氣體探測器：電離室、正比計數(shù)器和G-M計數(shù)管等，均以氣體為探測介質(zhì)，利用了射線在氣體中的電離現(xiàn)象。
閃爍探測器：利用核輻射與一些透明物質(zhì)相互作用時使其電離、激發(fā)而**熒光的現(xiàn)象工作的探測器。閃爍探測器由閃爍體、光電倍加管、電子學(xué)儀器三個主要部分組成。
半導(dǎo)體探測器：是使用半導(dǎo)體材料制成的一種電離探測器，半導(dǎo)體探測器的工作原理類似于氣體電離探測器。
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?核電廠事故污染監(jiān)測

切爾諾貝利核事故污染監(jiān)測
1986年切爾諾貝利核電站4號機組發(fā)生爆炸后，烏克蘭2600平方公里的區(qū)域成為受到核污染的區(qū)域。事故現(xiàn)場附近地區(qū)137Cs的地面沉積。至2016年，核輻射監(jiān)控中心在整個區(qū)域內(nèi)共在40個地方設(shè)立了地面數(shù)據(jù)采集點，安裝了能自動監(jiān)控輻射值的系統(tǒng)，還有18個空氣輻射自動監(jiān)測點，以及一座水文氣象監(jiān)測站，這些設(shè)施采集到的數(shù)據(jù)同步匯總到監(jiān)測中心進(jìn)行處理。
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福島核事故污染監(jiān)測
福島核電站，共10臺機組，均為沸水堆。2011年3月11日日本東北太平洋地區(qū)發(fā)生里氏9.0級地震，繼發(fā)生海嘯，該地震導(dǎo)致福島一核電站、福島二核電站受到嚴(yán)重的影響。2011年3月12日，受地震影響，福島一核電廠的放射性物質(zhì)泄漏到外部。2011年4月12日，日本原子力保安院將福島核事故等級定為核事故高分級7級(特大事故)與切爾諾貝利核事故同級。
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電子順磁共振的輻射劑量檢測應(yīng)用

背景：人體組織受電離輻射后會產(chǎn)生大量自由基，自由基會對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA等生物分子造成損傷，同時也產(chǎn)生氧化應(yīng)激，較終導(dǎo)致生物細(xì)胞的破壞和引起各種疾病。當(dāng)人體組織受到的輻照劑量**過1.5Gy時，可能引起相應(yīng)的生物效益，導(dǎo)致放射性疾病綜合征。輻照劑量過大引起放射損傷。
? ? 骨髓型損傷<10Gy
? ? 腸型損傷10~50Gy
? ? 腦型損傷>50Gy
故在輻射暴露后進(jìn)行快速劑量重建意義重大，以便于快速開展分類診療。
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?專業(yè)劑量計---熱釋光技術(shù)

高靈敏度2.技術(shù)成熟3.只能用于專業(yè)人員，無法應(yīng)對突發(fā)性事故
事后劑量測量手段---數(shù)值模擬計算、生物效應(yīng)觀測
評估個體劑量誤差較大，無法實施快速和便捷的測量
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?電子順磁共振譜儀技術(shù)簡介

共振吸收峰：
①　分析未成對電子周圍的化學(xué)結(jié)構(gòu)
②　結(jié)合自旋捕獲技術(shù)、鑒定自由基種類，并能對其數(shù)量/濃度進(jìn)行定量計算
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EPR研究對象
直接對象：具有未成對電子的物質(zhì):金屬單質(zhì)、過渡金屬離子、稀土離子、金屬團(tuán)簇、配合物自由基化學(xué)和生物學(xué)、金屬蛋白/酶、輻射樣品、金屬催化的化學(xué)過程、氧化還原反應(yīng)等。
間接對象：直接對象與周圍環(huán)境相互作用所形成的物理和化學(xué)現(xiàn)象，如能量交換、馳像時間、溫度、濕度、粘滯度、PH、自由基重組速率等時間或空間信息。
EPR在牙齒、指甲和頭發(fā)等生物樣品的輻射劑量重建中應(yīng)用廣泛，此外在其他物品的附屬物上的劑量重建也有一定應(yīng)用。
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應(yīng)用案例

??牙齒EPR劑量重建
牙齒在受到大劑量輻照后進(jìn)行輻射劑量測定已被證實可用于劑量重建，該方法在大范圍輻射暴露事故中已被證實有效。
原理：使用牙齒進(jìn)行EPR劑量重建主要是采用牙釉質(zhì)作為樣品進(jìn)行EPR測試，
?牙釉質(zhì)中由于輻射產(chǎn)生的自由基主要是由碳酸根衍生得到的，穩(wěn)定的自由基是CO2，其壽命在25℃下可達(dá)107年。
優(yōu)勢：CO2自由基數(shù)量與輻射劑量增加呈線性關(guān)系，尤其在50mGy~100Gy事故劑量范圍；大范圍輻射暴露事故發(fā)生后，可快速對傷員進(jìn)行分類診療，具備明顯時效性。
??在體牙齒EPR測量
在低頻微波(1200MHz,L波段)條件下對口腔內(nèi)未處理過的牙齒樣本進(jìn)行測量，這使在體輻射劑量評估成為可能。
優(yōu)勢：適用于機型輻射損傷人員的快速劑量估算；適用于“潛在顯著照射”（≥2.0Gy）
??指甲EPR劑量重建
分類：指甲EPR信號共包含三類信號：本底信號、機械誘導(dǎo)信號、輻射誘導(dǎo)信號
定量：通常需要加入自旋濃度確定的物質(zhì)作為信號參照物來標(biāo)定樣品中自由基濃度。
??指甲EPR輻照劑量重建
指甲EPR輻射劑量重建主要是利用指甲角蛋白質(zhì)基質(zhì)中穩(wěn)定的輻射誘導(dǎo)信號進(jìn)行物理生物劑量測定的技術(shù)。
??其他生物樣品EPR輻射劑量重建
頭發(fā)作為生物劑量計使用，用于輻射劑量的重建。
問題：
頭發(fā)在收到輻照后，EPR信號衰減較快，需在輻照后短時間內(nèi)進(jìn)行測試重建；
頭發(fā)中含大量黑色素，EPR信號很強，可掩蓋輻射誘導(dǎo)信號，使得頭發(fā)中的劑量重建不如指甲中的準(zhǔn)確
??塑料制品EPR輻射劑量重建
通過對塑料制品的人體物品的EPR劑量重建研究，包括紐扣、內(nèi)衣附屬物等塑料材料的輻射誘導(dǎo)的電子順磁共振信號。
塑料制品：塑料制品的人體物品被認(rèn)為是一種潛在的生物劑量計材料，在**過10Gy后及劑量曲線達(dá)到飽和。
鈉鈣玻璃：鈉鈣玻璃進(jìn)行劑量重建研究，分別使用3種方法對樣本實施了劑量重建，結(jié)果顯示g值法在0~10Gy內(nèi)輻射劑量測定與重建中具有較高的應(yīng)用**，但仍需進(jìn)一步研究該方法的信號穩(wěn)定性和溫度依賴性。
??總結(jié)：
EPR可直接監(jiān)測樣品中的順磁分子，在較短時間內(nèi)完成輻射劑量重建。
測試過程可通過X-波段的EPR波譜儀，該設(shè)備可應(yīng)用于**放射**領(lǐng)域。
現(xiàn)有研究表明EPR在牙齒、指甲和頭發(fā)等生物樣品的輻射劑量重建中應(yīng)用廣泛。
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?基于丙氨酸的EPR輻照劑量監(jiān)測研究：
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高能輻射(X-ray和γ-ray)在現(xiàn)代社會中應(yīng)用廣泛，其中大多數(shù)需嚴(yán)格控制劑量。在20世紀(jì)80年代初，IAEA選擇丙氨酸用于高劑量輻照的劑量計。并將丙氨酸EPR測量系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)化方案（ISO/ASTM51607)。
原因是:
丙氨酸信號衰減隨時間變化不明顯；
在輻照前后*熱處理或化學(xué)處理；
測試不會對樣品信號產(chǎn)生影響。
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電離輻射可在許多形式的物質(zhì)中產(chǎn)生自由基，比如丙氨酸會形成CH3-C·H-COO自由基，并且丙氨酸自由基產(chǎn)生的EPR信號是劑量依賴的，且不受劑量率，輻照類型影響。
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輻照丙氨酸劑量計的EPR譜線包括一個振幅較大的中心線和強度較小的四根邊線組成。
中心碳原子上的未配對電子使自由基具有順磁性質(zhì)，并產(chǎn)生EPR譜的中心線，如左圖所示。相鄰的線是由于未配對的電子與四個氫原子發(fā)生**精細(xì)相互作用。
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在計量學(xué)中，如果所有的EPR測量中調(diào)制場參數(shù)和微波頻率保持不變，譜線中心線振幅h可直接與計量相關(guān)聯(lián)。
對于給定的劑量間隔，h隨劑量的變化呈線性關(guān)系，本實驗中擬合方程為
Y=0.01615X+0.07816（r=0.9998）

實驗結(jié)果表明，丙氨酸EPR劑量測量系統(tǒng)提供了一種可靠的輻射吸收劑量測量方法。EPR波譜法測量依賴于丙氨酸晶體受電離輻射后產(chǎn)生的穩(wěn)定自由基，是一種非破壞性的分析方法，在避光防潮的條件下丙氨酸劑量計能反復(fù)測量。
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?核污染應(yīng)急監(jiān)測

通用準(zhǔn)則：防止或減少嚴(yán)重確定性效應(yīng)，降低隨機效應(yīng)風(fēng)險
限制應(yīng)急工作人員（不同時行動時）受照劑量的指導(dǎo)值：
①　搶救生命的行動＜500mSv
②　防止嚴(yán)重確定性效應(yīng)＜500mSv
③　防止可能對人類和環(huán)境產(chǎn)生重大影響災(zāi)難情況發(fā)生的行動：＜500mSv
④　避免大的集體劑量行動＜100mSv


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  詞條說明

• ESR/EPR電子順磁共振--核輻射監(jiān)測與防治

  ? 核污染--放射性污染 核污染：主要是指核物質(zhì)泄漏后的遺留物對環(huán)境的破壞，包括核輻射，原子塵埃等本身引起的污染，還有這些物質(zhì)帶來的次生污染，比如核物質(zhì)污染的水源對人畜的傷害。 放射性污染：由于人類活動造成物料、人體、場所、環(huán)境介質(zhì)表面或者內(nèi)部出現(xiàn)**過國家標(biāo)準(zhǔn)的放射性物質(zhì)或射線。 ?核污染的探測技術(shù)原理 核輻射探測器：分為氣體探測器和固體探測器，固體探測器中又分為閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器。 常用的