第三章外照射的防护大学课程《辐射与防护概论》课件.ppt

1,第三章 外照射的防护,第一节 外照射防护的一般方法 第二节 x、射线的外照射防护 第三节 带电粒子外照射的防护 第四节 中子外照射的防护,2,第一节 外照射防护的一般方法,一、 外照射防护的基本原则 二、 外照射防护的基本方法 三、 屏蔽材料的选择原则 四、 确定屏蔽厚度所需用的参数和资料,第一节 外照射防护的一般方法,3,一、外照射防护的基本原则, 内外照射的特点,外照射基本原则： 尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。,第一节 外照射防护的一般方法,4,二、 外照射防护的基本方法,外照射防护三要素： 时间、距离、屏蔽,第一节 外照射防护的一般方法,5,1时间防护(time) 累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间,第一节 外照射防护的一般方法,6,2距离防护(distance) 剂量率与距离的平方成反比（点源） 措施：远距离操作； 任何源不能直接用手操作； 注意射线防护。,第一节 外照射防护的一般方法,7,3. 屏蔽防护(shielding) 措施： 设置屏蔽体 屏蔽材料和厚度的选择： 辐射源的类型、射线能量、活度,第一节 外照射防护的一般方法,8,第一节 外照射防护的一般方法,9,屏蔽防护,10,三、屏蔽材料的选择原则,第一节 外照射防护的一般方法,11,四、确定屏蔽厚度所需用的参数和资料,第一节 外照射防护的一般方法,12,居留因子t,第一节 外照射防护的一般方法,13,第二节 x、 射线的外照射防护,一、x、辐射源及辐射场 二、x、射线在物质中的减弱规律 三、x、射线的屏蔽计算,第二节 x、 射线的外照射防护,14,一、x、辐射源及辐射场,（一）x射线机,第二节 x、 射线的外照射防护,15,x射线剂量的计算：,（1）x射线机的发射率常数x：,当管电流为1ma时，距离靶1m处，由初级射线束产生的空气比释动能率，单位：mgym2ma-1min-1。,（2）x射线剂量率的计算：,单位：mgymin-1,第二节 x、 射线的外照射防护,16,（二）加速器x射线源,（1）加速器x射线的发射率常数a：,单位束流（1ma），在标准距离1m处所形成的吸收剂量率，gym2ma-1min-1。,第二节 x、 射线的外照射防护,17,低z厚靶修正,1mev，最大发射率方向与电子束垂直； 电子能量增高，最大发射率方向偏向电子束方向。,第二节 x、 射线的外照射防护,18,1. 放射性活度： 用于表征某一物质中放射性核素总数的量度。 式中：dn是在时间间隔dt内，该核素发生核跃迁次数的期望值。,单位：贝可勒尔（becquerel）；符号bq。,（三）辐射源,点源 距离比源本身的几何尺寸大5倍以上。,第二节 x、 射线的外照射防护,19,2. 点源的照射量率计算,照射量率常数,非单能情况：,第二节 x、 射线的外照射防护,20,21,3. 点源的吸收剂量率计算,第二节 x、 射线的外照射防护,4.比释动能率常数,22,例,计算3.71010bq（1居里）的60co源在1米处的照射量率为多少？在空气和皮下肌肉组织内的吸收剂量率为多少？,第二节 x、 射线的外照射防护,23,5、非点源的照射量率、比释动能率计算,辐射源大小、形状差别，不能简单视为点源； 进行积分计算； 还要考虑源本身的吸收和散射的影响； 线源情况下，当距离比辐射源本身尺寸大5倍以上时，将其视为点源引入的误差在0.5以内。,第二节 x、 射线的外照射防护,24,二、x、射线在物质中的减弱规律,（一）、窄束x、射线的减弱规律 （二）、宽束x、射线的减弱规律 单一均匀介质的积累因子 （三）、宽束x、射线的透射曲线 （四）、屏蔽x、射线的常用材料,第二节 x、 射线的外照射防护,25,（一）、窄束x或射线的减弱规律,（1）窄束（narrow beam）： 不包含散射成分的射线束,（2）窄束单能射线在物质中的减弱规律,线衰减系数，cm-1。,第二节 x、 射线的外照射防护,26,低能光子更易被高z物质吸收； 存在一个能量点，值最小。,第二节 x、 射线的外照射防护,27,（3）两个概念,能谱的硬化：,平均自由程：,随着通过物质厚度的增加，不易被减弱的“硬成分”所占比重越来越大的现象。,线减弱系数的倒数称为光子在物质中的平均自由程。即=1/。表示光子每经过一次相互作用之前，在物质中所穿行的平均厚度。如果d，即厚度等于一个平均自由程，x或射线被减弱到原来的e-1。,康普顿效应占优时，估算，,第二节 x、 射线的外照射防护,28,（二）、 宽束x或射线的减弱规律,第二节 x、 射线的外照射防护,29,描述散射光子影响的物理量。表示某一点散射光子数所占份额。,b取决于：源的形状，光子能量，屏蔽材料的原子序数，屏蔽层厚度，屏蔽层几何条件 给定辐射源和屏蔽介质的话，只与光子能量e 和介质厚度（平均自由程数d）有关，即b（e，d）。,b积累因子（build-up factor),第二节 x、 射线的外照射防护,30,第二节 x、 射线的外照射防护,31,第二节 x、 射线的外照射防护,32,单层介质，b值的确定： （1）查表法；,（2）公式法,第二节 x、 射线的外照射防护,33,（3）多层介质情况,两种介质的原子序数相差不大，,两种介质的原子序数相差很大，,1）低z介质在前，高z介质在后：,2）高z介质在前，低z介质在后：,能量高时，,能量低时，, 排列屏蔽材料时，应低z在前，高z在后。,第二节 x、 射线的外照射防护,34,介质分布对积累因子的影响,第二节 x、 射线的外照射防护,35,（三）、宽束x或射线的透射曲线,（1）减弱倍数k 辐射场中某点处没有设置屏蔽层时的当量剂量率h(0)，与设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率h(d)的比值。表示屏蔽材料对辐射的屏蔽能力，无量纲。,1. 屏蔽计算中用的几个参量,第二节 x、 射线的外照射防护,36,第二节 x、 射线的外照射防护,37,第二节 x、 射线的外照射防护,38,（2）透射比 辐射场中某点处设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率h(d)，与没有设置屏蔽层时的当量剂量率h(0)，的比值。,第二节 x、 射线的外照射防护,39,第二节 x、 射线的外照射防护,40,第二节 x、 射线的外照射防护,41,（3）透射系数 设置厚度为d的屏蔽层后，离x射线发射点1m处，单位工作负荷（1mamin）所造成的当量剂量。 单位：svm2（mamin）-1。,第二节 x、 射线的外照射防护,42,2. 半减弱厚度与十倍减弱厚度,（1）半减弱厚度1/2：half value thickness 将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱一半所需 的屏蔽层厚度 （2）十倍减弱厚度1/10 ：tenth value thickness 将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱到十分之 一所需的屏蔽层厚度,1/2、 1/10 并不是绝对的常数,第二节 x、 射线的外照射防护,43,第二节 x、 射线的外照射防护,44,第二节 x、 射线的外照射防护,45,第二节 x、 射线的外照射防护,46,（四）、屏蔽x或射线的常用材料,1.铅： 原子序数、密度大， 对低能和高能的x或射线有很高的减弱能力，但在1mev到几mev的能区，减弱能力最差。 缺点：成本高，结构强度差，不耐高温。 2. 铁： 屏蔽性能比铅差。但成本低，易获得，易加工。 3. 混凝土： 价格便宜，结构性能良好。多用作固定的防护屏障。 4. 水： 屏蔽性能较差，但有特殊优点：透明度好，可随意将物品放入其中。常以水井、水池形式贮存固体辐射源。,第二节 x、 射线的外照射防护,47,三、x、射线的屏蔽计算,1. 加速器x射线源的屏蔽计算,（1）查透射比曲线,（2）减弱倍数计算,第二节 x、 射线的外照射防护,48,对90方向要进行修正：,（1）发射率常数修正； （2）等效入射电子能量e修正。,第二节 x、 射线的外照射防护,49,第二节 x、 射线的外照射防护,50,第二节 x、 射线的外照射防护,51,2. 射线的屏蔽计算,（2）查透射比曲线,（1）查减弱倍数表,第二节 x、 射线的外照射防护,52,【例】 钴治疗机机头内，贮源位置处盛放着一个活度为3.331014bq的60co辐射源，要求在机头外表面处的剂量当量率不超过7.510-6svh-1水平。试确定所需铅屏蔽层的厚度。,第二节 x、 射线的外照射防护,53,作业p103,7题 8题 10题 11 题,54,55,3. x、 射线屏蔽中的一些特殊问题,（1）阴影屏蔽,第二节 x、 射线的外照射防护,56,散射剂量计算：,第二节 x、 射线的外照射防护,57,（2）屋顶屏蔽,最大允许剂量当量率，msv/h;,源上方1m处剂量率gym2/min,di：源到屋顶上方2m处距离，m;,源对屏蔽墙所张的立体角，sr,第二节 x、 射线的外照射防护,58,第二节 x、 射线的外照射防护,59,（3）门窗,注意门窗厚度及散射辐射的影响,（4）缝隙泄漏,不能有直通缝；,孔道要设计成圆弧、螺旋或阶梯形；,迷宫可设计为,或,形。,第二节 x、 射线的外照射防护,60,第三节 带电粒子的外照射防护,一、射线的剂量计算 二、射线的屏蔽防护 三、重带电粒子的剂量计算 四、重带电粒子的屏蔽防护,第三节 带电粒子的外照射防护,61,一、射线的剂量计算,1. 单能电子束,单位：mgy/h,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,62,第三节 带电粒子的外照射防护,63,2. 射线,特点： 射线的能谱是连续谱； 散射很显著，情况复杂； 通常用经验公式近似计算。,点源空气中吸收剂量的粗略估算,式中：a是活度，bq；r是距离，m。,单位：gy/h,第三节 带电粒子的外照射防护,64,二、射线的屏蔽防护,射线的屏蔽要分两层：先轻z，后重z。,屏蔽材料的厚度一般应等于射线在物质中的最大射程。,第三节 带电粒子的外照射防护,65,1. 经验公式（或查图）计算最大射程,式中：,rmax 射线在铝中的最大射程（g/cm2）； e max 射线的最大能量（mev）。,第三节 带电粒子的外照射防护,66,67,第三节 带电粒子的外照射防护,68,介质修正：,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,69,有效原子序数：,zi第i种元素的原子序数； i 是原子数之比。,有效原子量：,mai第i种元素的原子量； i 是原子数之比。,第三节 带电粒子的外照射防护,70,第三节 带电粒子的外照射防护,71,第三节 带电粒子的外照射防护,72,2. 轫致辐射的屏蔽计算,第三节 带电粒子的外照射防护,73,式中： f 射线被第一屏蔽层吸收时产生轫致辐射的份额； 射线在空气中的线衰减系数，cm-1。,第三节 带电粒子的外照射防护,74,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,75,第四节 中子的外照射防护,一、中子辐射源 二、中子剂量计算 三、中子在屏蔽层的减弱规律 四、中子屏蔽计算,76,放射性核素中子源 加速器中子源 反应堆中子源 等离子体中子源,一、中子辐射源,中子源注意事项：往往伴有 辐射。,第四节 中子的外照射防护,77,放射性核素中子源,优点： 发出的中子基本各向同性； 源的尺寸小； 价格便宜。,缺点： 产额小，且随时间减弱； 易形成污染。,第四节 中子的外照射防护,78,表3.4.1 放射性核素中子源的特性,第四节 中子的外照射防护,79,表3.4.2 252cf自发裂变中子源的物理特性,80,第四节 中子的外照射防护,81,加速器中子源,t(d,n)4he反应的优点是中子能量高（1030mev），即使氘核能量低到0.1mev，通过t(d,n)4he反应也能获得接近14mev的单能中子。,第四节 中子的外照射防护,82,83,表3.4.3 各种核反应在轻核上所产生的中子最大能量,84,加速器（，n）中子源： 连续谱,第四节 中子的外照射防护,85,表3.4.4 某些天然核素的（、n）反应阈能（1）,86,表3.4.4 某些天然核素的（、n）反应阈能（2）,87,表3.4.5 核素丰度及（,n）反应阈值（1） ncrp-79,88,表3.4.5 核素丰度及（,n）反应阈值（2）,89,表3.4.5 核素丰度及（,n）反应阈值（3）,90,第四节 中子的外照射防护,91,反应堆中子源： 中子数量大，能谱宽（0.07517mev）,第四节 中子的外照射防护,92,二、中子剂量的计算 （一）中子与机体组织相互作用的特点,表3.4.6 中子在机体组织中发生的重要的相互作用（en100mev）,第四节 中子的外照射防护,93,被组织吸收,热中子,放出的0.6mev反冲质子、2.2mev 射线最终被机体吸收。,第四节 中子的外照射防护,94,作业p103,16题 18题 20题 22题 23题,95,（二）中子剂量的计算,1. 比释动能计算,式中,为中子比释动能因子。,吸收剂量：,小块组织：,第四节 中子的外照射防护,96,大块组织：,第四节 中子的外照射防护,97,表3.4.7 中子辐射权重因子wr，中子当量剂量换算因子 fhi，n和对应的中子注量率10svh-1,2. 当量剂量计算,单能：,连续谱：,第四节 中子的外照射防护,98,思考题,已知c252源的能谱如下图，写出周围剂量当量，h(10)的表达式。,注量,能量（mv）,99,三、中子在屏蔽层中的减弱规律,（一）减弱原理,第一步：快中子通过与物质的非弹性散射和弹性散射，慢化成热中子； 第二步：热中子被物质俘获吸收。,首先用重或较重的物质，通过非弹性散射使中子能量很快降到与原子核第一激发能级能量以下；然后，再利用含氢物质，通过弹性散射使中子能量降到热能区。,第四节 中子的外照射防护,100,表3.4.8 某些元素的热中子吸收截面及相应俘获辐射的最大能量,1）系指（n，）反应的截面及其伴随的光子能量。,101,102,endf-b/vi jef-2 jendl-3 brond-2 cendl-3 exfor,103,（二）减弱规律,窄束：,宽束：,第四节 中子的外照射防护,104,（三）计算宽束中子减弱的分出截面法,原理：通过屏蔽材料的选择使得中子经散射就很快被吸收，穿过屏蔽层的都是未经相互作用的中子。,满足简单的指数规律,第四节 中子的外照射防护,105,屏蔽材料必须满足的条件：,（1）屏蔽层足够厚； （2）屏蔽层含像铁、铅之类的重材料，通过非弹性散射将中子能量很快降到1mev以下； （3）屏蔽层内含有足够的氢，在很短距离内，将中子能量从1mev降到热能，然后被吸收。,宏观分出截面,第四节 中子的外照射防护,106,表3.4.9 对于裂变中子的宏观分出截面,第四节 中子的外照射防护,原子量10，宏观分出截面：,107,（四）计算宽束中子的透射曲线, 中子辐射透射系数,单位中子注量在屏蔽体后造成的剂量当量， 单位svcm2。,：, 中子透射比, 中子减弱倍数,第四节 中子的外照射防护,108,109,（五）计算宽束中子的十倍减弱厚度,第四节 中子的外照射防护,110,111,表3.4.10 核反应、加速粒子能量以及由此产生的中子在混凝土中的平衡十倍减弱厚度值,112,有的资料给出8.151022。 有的资料给出8.31022。,表3.4.11 常用屏蔽材料中的含氢量,第四节 中子的外照射防护,113,水：含氢量大，既是