《核安全综合知识》word版.docVIP

第二章 核能和核技术应用考试要求1. 熟悉辐射源的种类（宇宙射线，天然放射性同位素，用于医学、学业、工业、食品加工等的放射源，密封型和非密封型源，辐射产生器/设施，核动力厂和其他反应堆以及其他核燃料循环设施等）；2. 了解放射性同位素的基本特征；3. 了解反应堆和加速器生产同位素的基本知识；4. 了解放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用；5. 熟悉放射性同位素在医学、农业、工业、食品加工等行业的应用中的辐射安全问题；6. 了解辐射产生器/设施的应用；7. 熟悉辐射产生器/设施在应用中的核与辐射安全问题；8. 了解与核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）有关的基本知识；9. 熟悉核燃料循环设施（包括铀钍及伴生放射性矿勘探、开采与加工，富集铀的生产，燃料元件制造，核动力厂和其他反应堆、乏燃料后处理以及放射性物质运输、放射性废物管理等）在选址、设计、建造、运行、退役等阶段核与辐射安全方面的主要问题；思考题1. 试述天然辐射源和人工辐射源的来源；2. 非密封源工作场所是如何分级的？3. 反应堆和加速器生产放射性同位素的基本原理；4. 工业上是如何利用核仪表进行检测、控制、计量和分析的？5. 放射性同位素和射线装置在医学上有哪些主要应用？6. 放射性同位素应用中有哪些主要的辐射安全问题？7. 工业辐照加速器和辐照装置的区别和各自的优缺点。8. 电子直线加速器可能产生的污染源项和防护措施。9. 如何对中子发生器产生的氚污染进行防护？10. 按照对乏燃料管理策略的不同，核燃料循环有哪两大技术路线？11. UF4和UF6干法生产的工艺过程及其主反应设备是什么？生产过程中可能逸出哪些有毒、有害气体？如何预防？12. 什么是乏燃料？它有哪些特性？乏燃料后处理的目的是什么？13. 在乏燃料运输容器的研制过程中，按规定容器要经受哪些事故条件下的试验？14. 在乏燃料后处理过程中，要考虑哪些核安全问题？15. 什么是核临界条件？有效增殖因子(keff)的值与核临界有何关系？实施核临界控制的技术手段有哪些？16. 核动力厂厂址所在区域内可能发生的外部自然事件或人为事件对核动力厂有什么影响？17. 核动力厂的厂址特征对厂址所在区域有什么影响？18. 控制棒落棒时间超过设计限值或卡棒的原因和后果是什么？19. 全厂断电下失去反应堆冷却剂泵密封注水的后果是什么？20. 什么是核动力厂的最终热阱？失去最终热阱将会产生什么后果？21. 核动力厂设备制造中的主要问题有哪些？22. 什么是半回路运行工况？在半回路运行工况下要注意什么？23. 核动力厂运行中出现异物的原因，它对核动力厂运行有什么危害？24. 核动力厂在退役阶段的主要核与辐射安全问题是什么？25. 核动力厂以外的其他反应堆有哪些特殊的核与辐射安全问题？本章小结：l 辐射源按其产生来源分为天然辐射源和人工辐射源；其中天然辐射对人类的照射占总剂量的90%以上；其次是医学辐射，约占总剂量的4%；l 目前广泛应用的各种放射性同位素基本上都是由反应堆和加速器生产的，其基本原理是由反应堆产生的中子和由加速器产生的带电粒子和靶材料相互作用，通过(n,f)、(p,n)、(d,n)等各种核反应行到所需要的放射性同位素；l 放射性同位素和射线装置在国民经济各个领域的应用越来越广泛：n 在医学上用于临床诊断和治疗，包括放射性药物影像诊断和X射线放射诊断，放射源近距离治疗、远距离治疗和电子加速器放射治疗；n 在工业上利用射线与物质相互作用的各种效应制成了用于检测、控制、计量、分析用的各种核仪表和X射线工业CT、加速器工业CT；n 在农业和食品加工上最主要的应用是利用放射源和射线装置产生的射线进行辐射育种、消毒杀菌，达到改良品种、提高产量、辐照保鲜、延长食用期的目的；l 在放射性同位素和射线装置应用中，必须遵循辐射防护“三原则”：n 首先确定应用的正当性，慎重考虑放射性同位素和射线装置应用可能提供的有用信息是否大于能承受的危险；n 其次在进行辐射防护时要控制放射工作人员、患者和周围公众的照射剂量尽可能低，实现辐射防护最优化；n 在使用密封源时，重点防护外照射，特别要加强放射源的安全管理，防止丢失被盗；n 使用非密封源时，要防止放射性物质泼洒造成表面污染和内照射，要设置有效的放射性“三废”处理设施；n 使用放射性装置时，要根据不同类型的装置产生的污染源采取不同的防护措施，特别要设置确实可靠的安全连锁装置，防止人员误照射；l 为了较深入地了解核燃料循环设施和反应堆工程的相差知识和核电站相关知识，在本章：n 首先介绍了核燃料循环设施与核反应堆的基本工作原理，包括铀矿勘探、开采与加工、铀化合物的转化、浓缩（富集）铀的生产、核燃料元（组）件制造、乏燃料储存、运输与后处理、放射性废物管理与核设施退役、核燃料加工、处理设计的核临界安全控制的基本知识；n 临界概念、转化与增殖概念、中子注量率分布与展平概念等；n 对五种主要埨进行了概要介绍，内容包括该种堆型的基本特征及其主要特点等；n 以压水堆核电站为例介绍了反应堆核燃料、燃料组件、堆本体、主输热系统的结构组成和相关功能；n 简要介绍了核动力厂及其反应堆的主要辅助系统及功能以及核动力厂和其他反应堆的应注意的主要核与辐射安全问题。第一节 辐射源种类l 辐射源：可以通过发射电离辐射或释放放射性物质而引起辐射照射的一切物质或实体；l 从辐射源的来源分为天然辐射源和人工辐射源两种；一 天然辐射源l 天然存在的辐射源称为天然辐射源，把这种辐射称为天然辐射；l 天然辐射源主要来自宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素；1 宇宙射线l 宇宙射线来自太阳和星际空间，主要由中子、质子、电子和各种介子等调整粒子组成；l 这些粒子有较强的贯穿能力，可辐射到地球，对人体造成外照射；l 宇宙射线的强度随海拔高度的增加呈指数增加；2 宇生放射性核素l 宇生放射性核素：宇宙射线与大气层中和地球表面氧、氮等多种元素的原子核相互作用后产生的放射性核素；l 宇生放射性核素约20种，其中氚3、碳14、铍7和钠22的贡献较大；3 原生放射性核素l 原生放射性核素：自有地球以来就存在于地壳内的放射性核素；l 原生放射性核素分为两类：主要以铀系（以铀238为母核的放射性）、锕铀系系（以铀235为母核的放射性）和钍系（以钍232为母核的放射性）三个系的一些核素；另一类是无衰变系列的长寿命放射性核素，如钾40，Rb87等；l 原生放射性核素广泛存在于地球的岩石、土壤、江河、湖海中；l 这些元素的浓度和分布随岩石构造的类型不同而变化，花岗岩的活度浓度最高；l 土壤和岩石中所含的铀、钍、钾等元素，以钾40的活度浓度最高；二 人工辐射源l 人工辐射源：用人工方法产生的辐射源；l 人工辐射源主要有核设施、核技术应用的辐射源和核试验落下灰；1 核设施l 在核设施运行的每一步骤都有可能使工作人员受到职业性照射，并因少量放射性物质的环境释放引起公众照射；l 反应堆辐射源：反应堆是既能使原子核裂变的链式反应受到控制，又能使链式反应持续下去的装置；反应堆正常运行时的主要辐射源辐射源和中子源；n 辐射源：最主要的是核裂变瞬发射线和裂变产物放出的缓发射线；u 瞬发射线：u 裂变产物放射的缓发射线：铀235每次裂变大约有6.65MeV的能量在衰变一秒后由裂变产物放出，其中四分之三以上的能量在1000秒内放出，射线能量大部分在2MeV以下，平均是0.7MeV。u 其它射线：主要有热中子辐射俘获反应(n, )产生的射线，快中子非弹性散射而激发的原子核放出的射线，核反应产物放出的射线，活化产物的射线，在与物质相互作用过程中放出的电子引起的轫致辐射和正电子湮没辐射等；辐射俘获射线和非弹性散射射线可产生在屏蔽体内，而且辐射俘获射线的能量很高（68MeV），在屏蔽计算时必须予以考虑；n 中子源u （瞬发）裂变中子：裂变中子具有分布很宽的能量，从eV级一直到18MeV，峰值位于0.8MeV，平均能量约2MeV；反应堆的活性区（堆芯）相当大，是一个体积中子源；u 缓发中子：裂变产物衰变时放出的中子，每次裂变放出的缓发中子只有0.0158，而且能量较低；n 不论是堆内的辐射场还是堆外的引出束，都是射线和中子的混合场，不仅中子注量高，辐射剂量也高，中子场往往又是快中子、共振中子与热中了的混合场。l 核燃料循环设施：包括核燃料生产、加工、储存和后处理设施等；在核燃料循环各个工序中，有可能受到各种射线照射，因而在辐射防护上应予以足够的重视；2 核技术应用l 密封源：密封在包壳里或紧密的固结在覆盖层里并呈固体形态的放射性物质。l 密封源的种类很多，分类方法也是多种多样：按辐射的射线分为；按放射源的几何形态形态可分为；按活度的不确定度可分为检查源、工作源、参考源、标准源等；按用途可分为医疗用、工业照相（探伤）用、核仪表用、射线辐照用、放射性测井用、放射性测量及仪表刻度用等；l 由于使用要求不同，密封源的核素种类、辐射类型、活度大小、几何形状、密封方式和性能指标等各不相同。n 放射源：主要用于烟雾报警器、静电消除器和放射性避雷器等的离子发生器；常用的放射性核素有210Po、238Pu、239Pu、241Am、235U和238U等；u 常用的放射源活度一般较低（1043.7109Bq）u 粒子的能量一般低于7MeV，在空气中的射程小于6cm，没有外照射的危险；u 绝大多数核素属于极毒或高毒核素；u 使用时要特别注意保护源的密封性能，防止将源丢失或被盗；没有使用价值的废源应按规定处理，不能随便拆开或扔掉。n 放射源：主要用于活度测量和能量响应刻度时的参考源和工作源，还可用作放射性测厚仪、皮肤科敷贴器和气相色谱仪的电子捕食器等；常用的放射性核素有：3H、14C、58C0、60Co、63Ni、85Kr、90Sr-90Y、147Pm和204Ti等；u 射线的穿透能力比同样能量粒子约强100倍，能量超过70keV的粒子可穿透皮肤表层，故应考虑外照射的防护；u 衰变时常伴随有辐射或其他形式的光子，只有少数核素（3H、14C、32P、35S、90Sr、90Y等）；粒子穿过周围物质量产生轫致辐射，其穿透能力比粒子强得多；在使用时不能忽视光子的防护，即使是纯发射体，也要注意减少轫致辐射的影响。u 屏蔽作用应选用低原子序数的材料（如塑料、有机玻璃、铝板等）以减少轫致辐射，外面再用高原子序数的材料屏蔽轫致辐射和其他光子。n 低能光子源：利用发射低能射线和X射线的放射性核素或利用辐射体与靶物质产生的轫致辐射制成的源统称；主要用于厚度计、密度计、X射线荧光分析仪等仪表；发射低能光子的常用放射性核素有55Fe、57Co、125I、238Pu、241Am、244Cm等；n 低能光子比较容易屏幕，但要注意可能存在的高能射线和轫致辐射的影响；n 由238Pu、241Am等放射性核素制成的低能光子源，当活度较高时，不能忽略其自发裂变和（，n）反应产生的中子；n 另外低能光子的散射效应相当显著，使用时应考虑对散射的防护；n 低能光子源常用铍窗密封，铍不耐酸碱腐蚀，也不耐水，使用和存放时应保持干燥，防止受潮，以免铍窗变质；n 放射源：是使用最多的放射源，广泛用于工业、农业、医疗和科研等各个部分；u 为了获得高剂量率的辐射场，装源量多数在3E152E16Bq范围内，大于3E16Bq的辐照装置已不少见；u 活度在E82E12Bq的放射源主要用于各种仪表（如料位计、核子秤、密度计等）、工业射线照相和人体内腔医疗；u 射线的贯穿能力很强，使用放射源主要防止外照射；u 源在固定工作场所使用时应利用建筑物的墙和门进行屏蔽，使屏蔽墙外人员所受照射低于规定的剂量限值；设置可靠的全连锁装置、设置警告信号和标志等；u 源的使用场所若经常变化临时用栏杆、绳子或其他障碍物围起来；u 活度小于50MBq的源，一般可利用时间防护和距离防护，对工作场所外的影响很小；n 中子源：在地质勘探、活化分析、辐射育种、温度测量和科学研究等领域得到广泛应用；n 利用粒子与轻元素（如铍）的(,n)反应或高能射线与铍（或氘）的(,n)反应可制成不同能谱的中子源；n 常用的中子源有镭铍中子源、镅-铍中子源、钋-铍中子源、钚-铍中子源等；n 利用重核自发裂变产生中子的中子源称为自发裂变中子源，252Cf中子源最合适，应用最多；其中子产额高、体积小、可制成点源，因此应用广泛；n 中子的贯穿能力很强，使用中子源时应着重外照射的防护，一般用石蜡、聚乙烯等含氢材料较多的物质将快中子慢化，然后用吸收截面大的物质（如锂、硼等）吸收慢中子；n 在屏蔽中子的同时还要注意对射线的屏蔽；n 对中子源的屏蔽要进行中子和射线的混合屏蔽。l 非密封源：不满足密封源定义中所列条件的源，也称开放源或开放型放射源；使用这种放射源工作场所称为非密封原工作场所；n 最常用的核素有125I、131I、99mTc、3H、14C、32P、35S、153Sm、89Sr、18F、99Mo等；n 主要用于医学诊断治疗用放射性药物、放射性免疫药盒，农业、生物、水文、地质、科研用放射性同位素示踪剂等等；n 非密封源在使用或操作过程中他们的物理化学性质可能变化；当容器损坏时液体会漏出扩散，造成表面污染；会对人员造成外照射和内照射，会产生废水、废气和固体废物；n 工作场分级：按放射性核素日等效最大操作量的大小分为甲（大于4E9Bq）、乙（2E74E9）和丙（豁免活度2E7）三个等级；n 放射性核素的日等效操作量等于放射性核素的实际日操作量与该核素毒性级别修正因子的积除以与操作方式有关的修正因子所得的商；n 核素毒性级别修正因子分为极毒、高毒、中毒和低毒四个级别，修正因子分别为10、1、0.1和0.01。n 操作方式有关的因子：从0.001到1000；l 射线装置：是指X射线机、加速器、中子发生器以及含放射源的装置；n X射线机：其种类很多，如诊断X射线机、治疗X射线机、工业探伤X射线机及X射线分析仪等；n X射线机的核心部分是X线管，通常由安装在真空玻璃壳内的阴极和阳极组成。产生的X射线有两种类型：n 一种是高速电子在靶原子核附近经过时受靶核的强库仑场吸收而损失其部分或全部动能，转变为具有连续能谱的轫致辐射；n 另一种是高速电子轰击靶物质时，靶原子的内层电子被电离而离开原子，位能较高的相邻外层电子进入内层轨道填补空位，多余能量以辐射形式释放，这种辐射光子具有确定的能量，称为特征X射线；n X射线机产生的X线强度正比于靶物质的原子序数Z、电流强度I和电子加速电压（管电压）U的平方；l 加速器：利用电磁场使带电粒子获得高能量的装置；按加速粒子的能量区分有高能加速器、中能加速器和低能加速器；n 加速器是一个重要的辐射源，它具有所获得的粒子种类多、能量范围广、射线束的定向性好、能量和流强可调、操作维修方面、可随时启动或停机等特点；n 低能加速器（能量低于100MeV）产生的辐射有瞬发辐射和缓发辐射；n 瞬发辐射包括初级辐射（加速的带电粒子）和次级辐射（加速粒子与物质相互作用产生的X、射线和中子等）；n 缓发辐射是由瞬发辐射与周围物质相互作用产生的感生放射性材料放射的射线和射线等；n 瞬发辐射只有在加速器开机时产生，停机后即消失；缓发辐射在加速器停机后仍然存在，而且随着加速器运行时间的增加而积累；n 轫致辐射：当加速器加速的电子与物质相互作用时会产生轫致辐射（X射线），其为连续谱，能量从零到加速电子能量；n 中子：在加速器上中子是由各种核反应产生的，中子的发射率、能量和角分布强烈地依赖于入射粒子的种类、能量以及靶材料及核反应特性（反应截面、阈能等）。由轫致辐射产生，通常在能量大于10MeV的电子加速器会产生中子，在屏蔽设计时要考虑中子的影响；n 感生放射性：加速器的结构材料、冷却水及加速器厅和辐照厅内的空气受中子照射会产生感生放射性，其辐射水平取决于加速粒子的能量、种类、流强和被辐照材料的性质以及加速器的运行时时间等。加速器停机后，进入加速厅或靶厅时要考虑感生放射性的影响；l 中子发生器：利用直流电压，能量在1MeV以下，通过(d,n)反应产生快中子的小型加速器；n 其主要用于产生14MeV中子；n 其是紧凑型中子发生器，将离子源、加速间隙、靶等密封在一个斑斑管中，管子的直径几厘米、长几十cm。n 其结构紧凑、体积小，便于携带和使用简单，是一种很实用的中子源，特别适用于野外和现场应用。第二节 反应堆和加速器生产放射性同位素基本知识l 自然界有五十多种天然放射性核素，但含量较少，提取困难；l 广泛应用的各种放射性同位素几乎都是由反应堆和加速器生产的；部分从后处理厂的废液和废气中回收的；一 反应堆生产放射性同位素1 基本原理l 目前应用的放射性核素，按活度计算，绝大多数是由反应堆生产的；l 反应堆是一个强中子源，将样品（靶料）置于反应堆辐照室（如活性区）或辐照管道（如孔道）内经中子辐照，利用(n,)( n,)(n,p)等反应，使样品中的稳定同位素变为放射性同位素；l 反应堆生产放射性同位素主要包括制靶、反应堆照射、活度测量和分装等步骤；2 反应堆生产放射性同位素的产额l 靶子经反应堆中子照射后，产生的放射性同位素的活度与辐照处的中子注量率、辐照时间、靶核的中子反应截面、靶量、丰度及生成核素的半衰期等有关；l 公式：3 辐照同位素过程中的辐射防护l 必须使用远距离操作系统（如机械手）从反应堆的辐射管道（或辐照室）提取同位素的样品盒，操作系统必须安全可靠；l 提取辐照样品时不应损坏样品盒，以避免放射性物质逸出；l 样品盒在运输过程中应有监测仪器进行监测；l 样品盒应严格密封，特别是对那些容易泄漏的气态或挥发性的同位素，对其密封性必须进行严格的检查，必要时采用双层密封；l 对于有腐蚀性的靶材，必须选用耐腐蚀性的样品盒；l 选择靶材时必须全面考虑在受辐照后其物理、化学性能的变化；l 样品盒的结构形式及机械强度应便于提取和运输；l 在辐照管道（或辐照室）的排风管或其他适当的位置上应设置连续工作的放射性气体或微尘的监测装置，以便能及时发现样品盒的泄漏，并采取适当的安全措施；二 加速器生产放射性同位素l 反应堆生产放射性同位素的品种受核反应的限制，因此利用加速器生产放射性同位素特别是缺中子同位素方面愈显示出其重要性；l 在国际上已确定为临床应用的放射性同位素中，加速器生产的有40多种，反应堆生产的有25种；1 基本原理：l 由加速器产生的具有一定能量的带电粒子，如质子、氘核和粒子轰击靶料，通过(p,n)(d,n)(d,2n)(d,)(d,p)和(,n)等反应得到放射性同位素。2 放射性药物生产过程：l 制靶、轰靶、化学分离与精制和配制相应放射性料液等。3 加速器生产放射性同位素的特点l 主要特点：n 反应堆中主要由(n,)反应生产同位素，所生成的同位素与靶料一般是同一元素，而用加速器生产的放射性同位素与靶材料一般不相同，故易于化学分离，可进行无载体同位素的生产，从而获得高纯度、高比度放射性同位素；n 加速器生产的同位素都是缺中子同位素，衰变时大多是电子俘获或发射正电子，不发射其他带电粒子，所以可用相机或正电子发射计算断层扫描(PET)进行医学诊断，病人所受的剂量小；n 构成生物机体的主要元素(C、N、O)的(n,)反应截面小，用反应堆不能有效地生产临床诊断上很需要的这类同位素，用加速器很容易制备，并可设置在医院内就近使用，十分方便；n 加速器操作简单、可随时启动或停机，工作安全，检查维修方便，工作中放射性污染的危险性小。l 加速器生产放射性同位素的产额决定于加速器加速粒子能量和整流强度、靶材的靶量和丰度、生成核素的核反应截面、打靶时间和生成核素的半衰期等；l 选择生产放射性同位素的加速器其主要性能指标如能量和束流强度，应根据实际需要、投资经费和经济效益等多方面因素考虑；第三节 放射性同位素在医学、工业、农业、食品加工等行业的应用一 放射性同位素在医学上的应用l 放射性同位素在医学上的应用已有半个多世纪的历史，l 主要应用于疾病诊断治疗、放射性免疫分析等；l 使用的放射性核素主要有99mTc、131I、125I、60Co、137Cs、90Sr、153Sm、18F、192Ir、241Am等；1 放射性药物影像诊断l 根据患者的病症、部位及诊断项目，将一定剂量的某种放射性同位素注入或食入体内，进行病灶器官的扫描或照相，确定病灶部位及大小；l 目前用于脏器显像进行扫描的主要项目有甲状腺、肝、脑、肺、脾、肾、心脏、胰腺等；l 常用的诊断设备有照相机、单光子发射计算机断层扫描装置(SPECT)和正电子发射计算机断层扫描装置(PET)以及骨密度仪；2 放射源治疗l 辐射对肿瘤、某些眼疾和皮肤病的治疗效果十分明显；l 密封源、加速器和X射线机产生的辐射均可用于临床治疗；l 由于密封源具有设备简单、使用灵活、操作方便等优点，所以在辐射治疗中应用最广；l 按照照射方式可将密封源治疗分为近距离治疗和远距离治疗两类；l 近距离治疗分为表浅治疗和腔内治疗；n 表浅治疗一般利用放射源制成敷贴器贴在患部，治疗血管瘤、皮炎等皮肤及眼疾病；其中以90Sr-90Y用得最多，90Sr的活度可达3.7GBq。n 腔内治疗：又称后装机，其采用遥控操作，将放射源送入腔内的一种近距离治疗装置；病人可在屏蔽得很好的治疗室内源为遥控操作，工作人员几乎可不受照射，一般使用192Ir。l 远距离治疗：用强或射线照射肿瘤组织，达到治疗目的；其主要由机头、机架、准直器、治疗床和控制台组成；机头是放射源的储存和照射部分，准直器与机头相连，起限制射线束的作用；常用60Co、或137Cs强放射源3 体外放射免疫分析l 体外放射免疫分析技术：在当前医学临床诊断中，同位素标记技术与抗原、抗体反应的特异性相结合的检测方式；l 这种分析方法具有精度高、灵敏、特异性强、检测迅速、应用广泛等特点；l 用于测定体内各种微量生物活性物质，如激素、蛋白质、抗原、抗体和维生素等；l 主要应用的放射性同位素为125I和32P，临床大多数采用125I标记抗原；l 进行放射免疫分析需要具备放射性核素标记抗原、抗原标准品、特异抗体、稀释液、分离剂和放射性测量仪器；l 生产厂家将放射性标记物、标记抗原、抗体、稀释液、分离液、分离剂组装成试剂盒，通常称为放免分析试剂盒或放免药盒；二 放射性同位素在工业上的应用l 各种检测、控制、计量、分析核仪表（如测厚计、料位计、核子秤、核子湿密度仪等）：利用放射性同位素发出的各种射线与物质相互作用的各种效应；l 地质探矿：利用射线与不同物质相互作用的差别；l 辐射改性：利用辐射接枝、交联的方法对高分子材料进行辐射改性；l 工业射线探伤机：利用射线具有穿透性的特点；1 核仪表l 利用射线与物质相互作用的特点可制成各种用途的核仪表；l 它们具有简单、快速、不接触被测介质、不破坏测量对象等优点；l 广泛用于检测密闭容器内介质的物位；控制连续生产过程中塑料、纸张、金属板等的厚度；测量焦炭、沥青、混凝土、土壤等湿度和密度等；l 核仪表主要包括放射源、辐射探测器和电子测量装置等；通常将放射源装在防护容器内，利用定向射线束工作；l 核子秤：是根据射线与物质相互作用原理制造的一种新型计量设备，其主要由射线输出器、射线探测器、速度测量装置和工控微机组成。其使用的放射性核素主要是137Cs，活度在1.1E9Bq至4.8E9；核子秤性能稳定、工作可靠、结构简单、安装维修方便、动态测量精度较高、非接触式测量、可在高温高粉尘环境下工作上。因此广泛应用于水泥、煤炭、化肥、化工、矿山冶金、电力、盐业和港口等行业的在线计量与控制。l 料位计：利用射线通过介质后被吸收减弱的程序不同对各种形态物料的位置进行非接触无损检测式核仪表。它具有安装简单、指示可靠、仪器本身坚固耐用并易实现生产过程自动控制。主要由放射源、探头、前置放大器和主机组成。有单点式、双点式（上、下料位）和连续料位多种形式。常用的源为60Co和137Cs。l 测厚仪：用于测定纸张、胶片、塑料、金属薄膜等的厚度。使用的放射源常为射线源和射线源；l 核子湿度密度仪：用于快速、准确地测量各种土、沥青混凝土等建筑材料的密度和含水量，还可测量铁路和公路路基的湿密度。其内装有两个放射源，一个是137Cs放射源，活度为370MBq用于测量密度；另一个是Am-Be中子源，活度为1.85GBq，用于测量水份。（射线的吸收和中子的慢化）2 放射性测井l 利用射线和中子与钻井周围岩石和井内介质发生作用，研究钻井剖面的特性，寻找有用矿藏及研究油井工程质量的一种矿场地球物理方法。l 根据使用射线的不同可分为射线测井和中子测井；l 其使用的放射源为137Cs放射源和Am-Be中子源。3 射线照相（探伤）机l 利用放射性同位素发出的射线具有穿透性这一特性，来检验大型铸件或管道焊接的质量；l 其一般由工作容器、挠性源导管、遥控器和其他附件组成；l 其常用的放射源为60Co、137Cs、192Ir等；4 其他应用l 利用放射性同位素放射的射线，使一种高分子化合物与另一种高分子化合物的单体通过辐射接枝交联技术进行改性，得到一种新的高分子化合物；l 放射性静电消除器：利用放射性同位素210Po、238Pu等制作；它是利用放射性同位素发出的射线使空气电离，中和静电而达到消除静电的目的；l 火灾报警器：使用241Am烟雾探测器，当有烟雾时使用241Am发射的粒子的电离减弱，并发出报警信号；三 放射性同位素在农业上的应用l 利用辐射育种提高产量；l 农副产品进行辐照保鲜，延长食用期；l 农药、化肥的放射性同位素标记、示踪；l 花卉新品种的培植等；l 刺激生物体生长；四 放射性同位素在食品加工中的应用l 灭菌保鲜：对一些不宜用化学灭菌、加热灭菌或必须保证外观的食品，最适宜用辐照灭菌的方法；第四节 放射性同位素应用中的辐射安全问题一、放射性同位素在医学应用中的辐射安全问题1 放射源和辐照剂量的选择和控制（防止病人接受过量照射，由于照射剂量的变化可引起生物效应的明显改变，所以必须准确地控制剂量，除精确计算外还要加强辐照剂量的监测）；2 对注射放射性药物的病人的管理（设立专用候诊室、不得随意走动、远离其它人和病人之间的相互影响）；3 放射源使用和储存的安全4 放射性废物（源）的处理处置（废水、废气和固体废物）5 对工作人员、患者和公众的防护（对放射源的防护、屏蔽，避免其它部位和周围人员受到不必要的辐照）6 辐射监测（为准确控制照射剂量应加强对照射剂量的测量检查，个人剂量监测并建立个人剂量档案，设立辐照音响报警相连的装置）二 放射性同位素在工业应用中的辐射安全问题1 辐射防护容器的设计和防护性能检验；2 生产线核仪表安装、使用、维修和储存中的辐射安全；l 设定合适的安装地点，使射线避开人员停留和经常经过的区域，源与工作人员的距离应大于0.5m并便于安装、拆卸和维修；l 安装工作完成后要检测放射源周围的辐射剂量情况，如剂量过高要采取必要防护措施；l 仪表要经常维护，检查源的密封性，检查控制和安全系统的可靠性等；l 需要长时间检修时应将源锁在安全位置，必要时移至其他防护容器内暂储存；l 放射源不再使用时要存放在源库中，加强安全保卫，防止丢失被盗并及时返回生产厂家或送城市放射性废物库；3 野外和施工现场作用的辐射安全l 根据射线的辐射范围划出一定范围的警戒区域，并设置警戒线和标志，必要时须有专人负责警戒；l 要尽量选择夜间或人员较少的时间进行工作，必要时可与有关部门联系疏散人员后再开始工作；l 工作结束，放射源使用完毕后一定要检查放射源是否已收回防护容器，经监测确认放射源已收回防护容器后才能离开现场；4 废放射源的安全处置l 不得自行处理，特别是不能任意丢弃、掩埋和挪做它用，应妥善保管；l 及时返回厂家或送城市放射性废物库；l 对关停并转的企业和单位要有专人负责放射源的安全保卫工作，直到将放射源进行了安全处置；三、放射性同位素在农业和食品工业应用中的辐射安全1 外照射的防护l 设计屏蔽n 防止工作人员自身接受剂量低于剂量限值外还必须保证周围公众所接受的剂量不超过规定的限值；要设置安全可靠的安全连锁和警告、报警装置，防止人员误操作；n 农业辐照室可建于地下，利用地下四面泥墙作为过得去的防护屏蔽，室顶为钢筋混凝土，上面覆盖泥土；n 用于农业和生物研究的钴圃是野外辐射装置，主要利用厚生距离防护，需要很宽的防护范围；n 为保证工作人员和附近居民的安全，可在有用的照射区外划出一定范围作为控制区，设有醒目的辐射危险标志，控制区外边界上的剂量应低于对公众的剂量限值；l 防止储源井水污染n 储源水井是辐照室的重要完全设施，倒源、装源、换源等操作均在水下操作；n 水的浓度既要保证最在储源量时井上人员的安全，又要保证水下操作时源上方仍有足够厚的水屏蔽层；n 为防止井水被放射源污染，应选用符合国家标准要求的密封源；n 为减少对源包壳的腐蚀，储源井应使用去离子水；要加强储源井水的监测，定期监测井水的放射性，以便及时发现水污染；n 为了防止储源井水污染环境，水井应防漏、防渗并有液位监控；n 发现源有泄漏应尽快进行检查处理，对井水进行净化处理，以免污染环境；l 源的升降机的可靠性n 定期检查源的升降机的可靠性，防止因灰尘、磨损、锈蚀、老化、辐射损伤或其他原因造成卡源事故；n 停止辐照期间，源及其控制系统要妥善保管，严防不了解情况的人任意将源提升、损坏或偷走；l 倒源、装源、换源的辐射安全n 放射源使用一定时间后如果已不能满足辐照要求，则需要更换放射源；n 倒源、装源、换源时要有足够的防护措施，有储源水井的远门尖在水下进行操作；n 操作应尽量简单再生产、方便，在正式操作前用同样形状、尺寸和重量的假源进行了模拟训练，以取得操作经验；n 退役的放射源不能自行处理，要按规定返回生产厂家或送城市放射性废物库；n 在处置前要存放在安全可靠的源库中，防止丢失、被盗；第五节 射线装置在医学、工业、农业等行业的应用一、医学诊断和治疗1 X射线机l 其在医学上的用途较广，最常用的是用于诊断和治疗；l 利用人的肌体不同组织密度的不同，对X射线吸收能力也不同的特点，来检查身体内部器官和内脏的情况；目前主要有两种诊断方法：一种是透视；另一种是摄影；l 用于治疗是基于肌体的组织细胞受到X射线作用后使其体液发生电离使细胞在分裂和代谢方面遭到破坏；用X射线照射非正常细胞时可杀死或抑制其繁殖生长，从而达到治疗目的。2 X射线计算机断层扫描仪（CT）l 是用X射线对人体某部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接受透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟数字转换器转变为数字，输入计算机处理获得断面的解剖图像，并显示在电视屏上或用照相机将图像摄下。l CT检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高，应用普遍。l CT图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官需要多个连续的层面图像；3 介入放射诊疗l 其是在X射线机透视直观下进行；l 手术过程中病人和工作人员较长时间暴露于X射线照射下，受照剂量较高；4 医用加速器放射治疗l 加速器产生的X射线、射线、中子、质子等照射肌体的组织细胞，使细胞的分裂和代谢遭到破坏，杀死或抑制细胞的繁殖生长，从而达到治疗的目的；l 放射治疗能否有效地杀死细胞主要取决于射线的生物学特征，即癌细胞对该射线的敏感度；二、工业计算机断层扫描仪（ICT）l 工业CT是在医用CT的基础上发展起来的，是一种用于对工业产品进行探伤、无损检测的先进设备；l 它能快速、精密、准确地再现物体内部的三维立体结构，能够定量地提供物体内部的物理、力学特征；l 广泛应用于航空、航天工业中精密工件内部结构的测量及缺陷的检测；l 工业CT可分为射线源工业CT、X射线工业CT和加速器射线工业CT；三 工业辐照加速器l 与钴源辐照装置相比，加速器的束流强度大而且发散角小，束流密度大，特别适用于作为大功率辐照源；l 加速器作为辐照源不象钴源那样会遇到放射性衰变而需要换源、加源和放射源退役的问题；l 工业辐照加速器一般采用电子直线加速器，还有少量采用电子静电加速器、电子帘辐照装置、高频单腔电子加速器等；l 通常电子能量从零点几兆电子伏到十几兆电子伏，l 加速器工业辐照是利用加速器产生的电子束对产品进行辐照，主要用于食品辐照保鲜、材料辐照改性、医疗用品辐射灭菌等；四 中子发生器的应用l 由于中子发生器体积小、流强大、造价底、易于操作维护、可提供14MeV中子，所以是核技术应用的重要工具之一；1 14MeV中子活化分析l 中子活化分析就是把分析的样品放在中子源所提供的中子束中照射，样品中的各种同位素被中子活化产生放射性同位素，根据不同放射性同位素的半衰期和它发出的射线能量及强度的差别，鉴别出样品中欲测的元素及其含量；l 中子活化分析的特点：n 灵敏度高，可进行痕量分析；n 分析速度快，精度高；n 可进行多个元素的同时分析；n 非破坏性分析；n 可以对化学性质非常相近的元素进行分析；2 中子测井l 其是利用中子与钻井周围岩石和井内介质起作用、研究钻井剖面、寻找有用矿藏及研究油井工程质量的一种矿场地球物理方法；l 中子发生器用于测井指的是用密封中子管进行测井，也就是14MeV快中子测井；3 中子辐射育种l 由于中子的相对生物效应高、电离密度大、能够诱发产生较多的对人类有益的突变而日益受到育种工作者的重视；4 快中子治癌l 由于快中子在人体组织内产生的反冲质子、反冲氧核、反冲碳核或核反应产生的粒子与缺氧癌细胞的作用比电子、X射线大得多；l 另外快中子的穿透能力强，可用于照射深部癌组织；l 中子发生器是最适宜的快中子治癌装置；其产生的14MeV中子在体内的穿透深度大、本底小、设备简单，使用灵活；l 快中子治癌主要用于射线难治的一些癌症，如喉头癌、骨肉癌、前列腺癌和恶性黑色素癌等；5 其它应用第六节 射线装置应用中的辐射安全问题一、X射线机应用中的辐射安全问题l 与一切外照射源的防护一样，X射线的基本防护原则是减少照射时间、远离X射线源及加以必要的屏蔽；1 放射诊断X射线机的辐射安全l 慎重使用放射诊断，做到放射诊断正当化；l 控制工作人员和受检者的照射剂量，实现辐射防护最优化；n 为了避免或减少放射工作人员和受检者的放射损伤，应尽量减少不必要的照射；n 尽可能用剂量低的检查代替剂量较高的检查；n 尽量用非放射检查代替放射检查；n 减少透视时间，控制受检者照射剂量；n 远离照射野；l 进行必要的辐射屏蔽；l 剂量监测：由于医用诊断X射线机的工作条件灵活多变，防护情况复杂。防护设施是否符合防护要求，工作人员的损伤方式是否合理等，各种不安全因素都要靠严格的剂量监测来发现；n 医用诊断X射线机的辐射防护监测主要包括下列内容：u 出厂前应经国家规定的放射防护部门鉴定，取得产品防护性能合格证；u X射线机安装完毕后应进行机房防护性能的验收监测，验收合格后才能正式投入使用；u 工作条件、操作方式和防护设施发生变化时应进行工作场所和周围环境的辐射剂量监测；u 工作人员的个人剂量监测，建立个人剂量档案；u 定期对X射线机的辐射水平进行监测l 制定辐射防护规章制度和操作规程并严格遵守执行2 放射治疗X射线机的辐射安全l 深部X射线治疗室的屏蔽（足够厚的屏蔽墙、验收监测）l 安全连锁装置l 制定照射方案，减少对患者的副作用；l 剂量监测（定期对装置的吸收剂量监测，结果的总不确定度应不大于5%；设置双重测量系统）3 工业用X射线机的辐射安全l 辐射屏蔽措施；l 划定控制区；l 防止大剂量误照射；l 剂量监测（运行常规的环境辐射水平和个人剂量监测，建立环境和个人剂量监测档案）l 加强管理。制定详细的操作规程并严格按操作规程进行操作，人员要培训合格才能上岗；二 加速器应用中的辐射安全1 辐射屏蔽l 电子轰击靶时产生的轫致辐射，当电子能量大于10MeV时还会产生光中子及感生放射性；l 在加速器设计时要考虑对X射线和中子的防护；l 按不同的工作状态选择可能的最大辐射发射率来设计屏蔽厚度；l 在屏蔽设计时还要考虑X射线和中子的散射辐射及天空反射的辐射水平；l 各种穿墙管设计时时应尽可能避开被加速的射束的方向，管道应取S形或U形；l 电缆沟的入口或出口应有一定厚度的屏蔽盖板；l 迷宫宽度较大，其辐射水平较高，为了减小这一效应必要时在迷宫入口的内侧墙壁上贴一层含硼塑料板，在迷宫门上贴一层铅皮和含硼塑料板；2 感生放射性防护l 主要是由10MeV左右的射线和高注量中子产生的；l 感生放射性包括：加速器结构材料的感生放射性、空气活化产生的放射性气体和冷却水的感生放射性；l 在加速器运行时，由于有足够的结构屏蔽，所以由部件产生的感生放射性不会对屏蔽体外的工作人员造成危害，但在停机后工作人员进入加速器厅，则可能受到辐射危害；由于其衰变较快，防护措施之一是等其衰变；对预计可能产生较强感生放射性的部件应设计成可快速拆卸的；l 空气活化产生的放射性核素需要考虑的放射性核素只是15O、13N、11C和41Ar；为了控制气载放射性的浓度，应设置通风系统；排风速率一般为房间内每小时换气35次；通风系统的排气口应安装在建筑物外面；l 冷却水被活化而形成的放射性核素主要是15O和13N，应等其衰变进行相应的维修和排放。3 安全连锁装置l 连锁装置是指加速器存在某种危险（如超剂量照射）时能立即自动切断电源或束流的装置；l 加速器必须设置安全连锁装置，并且要有两套以上的安全装置；l 加速器要进行照射必须满足下列条件：n 射线类型、射线能量、吸收剂量预选值、照射方式和过滤规格等参数选定后；n 控制台必须显示上述辐照参数预选值，并与治疗室的一致；n 治疗室迷宫的防护门关闭l 辐射启动必须与控制台显示的辐照参数预选值连锁，在控制台选择各类辐照参数前启动辐照无效；l 电子束的控制装置与辐照材料运输系统进行连锁；l 一般不允许将连锁装置旁路，确因工作需要设置应采用其他的应急补救措施；（相关人员同意、设置敬告标志、运行日记上登记、工作结束后必须立即修复）。l 安全连锁装置必须定期检查、维护，并配备不间断电源，确保始终保持在良好的工作状态；l 设置目视装置（辐射标志、状态灯）和音响装置等警告装置；l 在治疗室（辐照室）外醒目处必须安装辐照指示灯及辐射危险标志；在治疗室（辐照室）内应安装红色警告灯和喇叭或蜂鸣器之类的音响装置，在加速器启动前它们应发出警告信号，以便人员在产生辐射之前安全撤离；l 对进行放射性治疗的加速器，治疗室和控制室之间必须安装监视和对讲设备；4 剂量监测系统l 安装竣工后须按规定进行验收监测，合格后才能正式投入运行；l 运行参数和屏蔽条件发生变化时，必须重新进行监测；l 在正常运行状况下对工作场所和周围环境的辐射水平每年监测一次；l 对剂量监测仪器要定期刻度；l 用于放射性治疗的剂量监测，应满足下列要求：n 有两套独立的剂量监测系统并能在控制台上显示监测结果；如果两个系统是双重组合，当吸收剂量达到预选值时两个系统都必须能使照射停止；n 每一套剂量监测系统必须能单独终止辐射，一个系统发生故障不得影响另一个系统的功能；n 两套系统显示的剂量读数在辐照中断或终止后必须保持不变，并且必须把显示器复位到零，下次辐照才能启动；n 当正常治疗处的吸收剂量率超过额定值一倍时能使辐照停止；当两套监测系统的监测值之差大于20%时应能使辐照停止；n 工作人员必须进行个人剂量监测并建立档案；5 对病人的防护l 对病人防护的基本原则：n 保证治疗部位接受适宜剂量的同时，使非治疗部位接受的剂量低于规定的限值；n 放射治疗应当符合正当化要求（利益大于所付的代价）照射才允许进行；l 控制照射量，减少不必要的照射；l 减少泄漏辐射l 治疗室设置监视装置和通话装置；6 辐射安全管理l 设立辐射安全机构：应根据加速器的数量和复杂程度成立一个辐射安全机构，应保证辐射安全、设备安全和一般安全；l 辐射安全机构的职责是：n 制定辐射安全规程并监督执行；n 监测辐射水平、控制辐射危害，对异常情况及时报告主管部门；n 对有关人员进行辐射安全的教育和培训；n 定期检查和监督辐射安全装置的使用情况；n 参与辐射安全事故的调查和处理；n 由于辐射安全方面的原因，有权提出停止加速器运行；l 制定各种规章制度和操作规程n 加速器运行操作规程；n 加速器照射程序和患者须知；n 剂量监测计划n 事故应急程序等；7 安全操作要求l 操作人员必须经放射性防护和专业知识培训，并经考试合格后方可上岗；l 操作人员必须遵守各项操作规程，认真检查安全连锁装置，严禁在支队安全连锁的情况下开机；l 照射期间必须有两名操作人员班；严禁操作人员擅自离开岗位，必须密切注视控制台仪表及患者状况，发现异常及时处理；l 必须防止各类事故，万一发生意外立即停止照射，及时将患者移出照射野，并注意保护现场，便于正确估算患者受照剂量，做出合理评价；8 其他l 在电子加速器运行时还存在臭氧、微波等非辐射危害；l 必须采取有效的通风措施；l 对微波用金属