第3章 外照射防护.ppt

1 第三章外照射的防护 2 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 3 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 4 一 外照射防护的基本原则 内外照射的特点 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 第一节外照射防护的一般方法 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 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 16 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 17 第二节X 射线的外照射防护 18 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 19 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 20 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 21 一 窄束X或 射线的减弱规律 1 窄束 narrowbeam 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 22 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 23 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 24 二 宽束X或 射线的减弱规律 第二节X 射线的外照射防护 25 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 upfactor 第二节X 射线的外照射防护 26 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 27 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 28 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 29 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 30 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 1mA min 所造成的当量剂量 单位 Sv m2 mA min 1 第二节X 射线的外照射防护 31 2 半减弱厚度与十倍减弱厚度 1 半减弱厚度 1 2 halfvaluethickness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 tenthvaluethickness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 32 第二节X 射线的外照射防护 33 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 34 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 35 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 36 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 37 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 38 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 39 1 经验公式 或查图 计算最大射程 式中 R max 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 40 介质修正 式中 第三节带电粒子的外照射防护 41 第三节带电粒子的外照射防护 42 2 轫致辐射的屏蔽计算 第三节带电粒子的外照射防护 43 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 44 式中 第三节带电粒子的外照射防护 45 三 重带电粒子的剂量计算 放射性核素存在 群体反冲 现象 因此 必须保存在密闭容器内 在密闭良好的手套箱中操作 第三节带电粒子的外照射防护 46 一 质量阻止本领法 mSv h 重带电粒子的注量率 1 m2 s S 重带电粒子在物质中的质量阻止本领 WR 辐射权重因子 第三节带电粒子的外照射防护 47 S 的确定 z 重带电粒子的电荷数 等效质子能量 Mp M1 质子质量与入射重带电粒子质量之比 E 入射重带电粒子能量 兆电子伏 第三节带电粒子的外照射防护 48 重带电粒子外照射剂量应考虑到粒子的种类和能量 5MeV以下的 粒子 2MeV以下的质子 都几乎不能穿透皮层 进行外照射剂量计算没有实际意义 第三节带电粒子的外照射防护 49 查表法 四 重带电粒子的屏蔽计算 第三节带电粒子的外照射防护 50 公式法 式中 第三节带电粒子的外照射防护 51 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 52 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 53 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 54 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 55 加速器中子源 T d n 4He反应的优点是中子能量高 10 30MeV 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 56 加速器 n 中子源 连续谱 第四节中子的外照射防护 57 反应堆中子源 中子数量大 能谱宽 0 075 17MeV 第四节中子的外照射防护 58 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 59 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 60 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10 Sv h 1 2 当量剂量计算 单能 连续谱 第四节中子的外照射防护 61 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 62 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10 Sv h 1 63 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 64 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 65 二 减弱规律 窄束 宽束 第四节中子的外照射防护 66 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一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 67 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 68 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 69 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Sv cm2 中子透射比 中子减弱倍数 第四节中子的外照射防护 70 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 71 72 表3 4 10与附图32和附图34 NCRP79图F8和F9 中各曲线对应的核反应 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 73 表3 4 10与附图32和附图34 NCRP79图F8和F9 中各曲线对应的核反应 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 续 74 有的资料给出8 15 1022 有的资料给出8 3 1022 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 75 水 含氢量大 既是慢化剂 又是吸收体 氢的俘获 辐射能量低 只有2 2MeV 便于屏蔽 水的泄漏易酿成事故 混凝土 既有轻元素 又有较重的元素和一定量的水分 对中子和光子都有较好的屏蔽作用 混凝土中水含量的不同对屏蔽效果影响较大 需要进行修正 石蜡 含大量的氢 易成型 但结构性能差 高温易软化 低温易干裂 对 辐射屏蔽性能差 聚乙烯 含氢丰富 易加工成型 温度高于100 C时 易软化 泥土 含水多 廉价 锂和硼 热中子吸收截面大 锂俘获中子后放出的 辐射可忽略不计 硼俘获中子放出0 47MeV的 辐射 易屏蔽 76 四 中子屏蔽计算 一 放射性核素中子源的屏蔽计算 式中 d是屏蔽层厚度 cm R是屏蔽材料的宏观分出截面 cm 1 A是放射性核素中子源中放射性核素的活度 Bq y是放射性核素中子源的产额 Bq 1 s 1 A y 即为中子源中子发射率 s 1 Bn是中子积累因子 q是居留因子 r是参考点离源的距离 m 第四节中子的外照射防护 77 Bn取值 厚度不小于20cm的水 石蜡 聚乙烯一类的含氢材料 取Bn 5 铅 Bn 3 5 铁 Bn 2 6 第四节中子的外照射防护 78 平时成绩占10 作业占30 笔试成绩占60 学习辐射防护专业知识 树立正确对待辐射态度 培养良好学习习惯 尝试新的学习方法 成绩组成 要求 79 辐射防护的含义辐射防护简史辐射防护的基本任务和目的辐射防护的主要内容 绪论 80 1 辐射防护的含义 1 辐射防护的含义 1 什么是辐射 从某种物质中发射出来的电磁波或粒子 热辐射 核辐射等 2 辐射的分类 非电离辐射 能量小于10eV 如紫外线 可见光 红外线和射频辐射 电离辐射 能量大于10eV 如X射线 射线 中子 射线 射线等 81 3 什么是电离辐射 电离 从一个原子 分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程 电离辐射 能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子 1 辐射防护的含义 82 4 常见的电离辐射 1 辐射防护的含义 83 辐射产生的途径 來自放射性同位素來自产生辐射的机具X光检查 金属元素的定性和定量分析等來自核反应核能发电厂 宇宙射线等 84 辐射的特性 辐射有四个重要的特性是大家必須要认识的 1 放射性蜕变是自发性的反应放射性同位素 另称放射性核素 的蜕变是自发性的 无法以物理或化学的手段去改变它 85 2 辐射受电磁场影响 86 3 辐射强度随时间的增加而退减 87 4 不同的辐射有不同的穿透能力 88 因此 屏蔽X射线或 射线的材料 需要密度高的金属材质为佳 89 5 为什么对辐射 电离辐射 要进行防护 辐射 原子 分子 组织 器官 机体损伤 确定性效应 随机性效应 电离 激发 修复 1 辐射防护的含义 90 辐射的发現 91 伦琴 世界上第一张X射线照片 1895 伦琴 Roentgen 发现X射线 NobelPrizein1901 2 辐射防护的简史 2 辐射防护简史 92 1898 居里夫妇发现钋 Polonium 和镭 Radium 1896 贝克勒尔 Becquerel 发现铀 Uranium 发现了天然放射性 同位素的工业应用 NobelPrizein1903 NobelPrizein1903and1911 2 辐射防护的简史 93 1898 卢瑟福 Rutherford 发现了 粒子 法国化学家维拉尔发现 射线 1932 查德威克 Chadwick 发现中子 2 辐射防护的简史 94 1 早期辐射损伤认识时期 又称职业性辐射损伤时期 时间 发现X射线 1895年 1930年代 特点 对辐射可能造成的损伤认识不足损伤对象 1 X射线的受照者和应用X射线的技术人员 2 从事放射性物质研究的科学家 3 铀矿工人及用含镭夜光涂料的操作女工 2 辐射防护的简史 95 损伤特点 1 外照射引起的急性体表损伤 2 氡及其子体内照射引起的肺癌 3 镭内照射引起的骨肿瘤 典型事例 1 X射线被发现一个月 X射线的制造者Grubbe的手发生了 特异性皮炎 2 1896年 Edison和助手Morton自身试验 眼部受照数小时后 眼痛 结膜炎 2 辐射防护的简史 96 2 中期辐射损伤认识时期 又称放射线诊断 治疗损伤时期 时间 1930 1960年代 特点 医学界把辐射看作是时髦的诊断和治疗手段 却缺乏对辐射远期效应的认识 病人由于接受高累积剂量而诱发过多的白血病 骨肿瘤 肝癌等恶性肿瘤 2 辐射防护的简史 97 损伤对象 接受超剂量辐射照射的病人 较突出的例子有 1 1935 1954年 在英国应用X射线局部照射治疗强直性脊椎炎的病人 2 1944 1951年 在德国应用镭 224注射治疗强直性脊椎炎 关节炎及结核病的病人 3 1928 1954年 在一些国家中应用钍造影剂进行x射线造影的病人 2 辐射防护的简史 98 3 近期辐射损伤认识时期 又称流行病学调查所见的辐射损伤时期 时间 1960年代 现在 特点 早期的职业性急性辐射损伤 除事故外 巳极为罕见了 中期所见到的高发生率的恶性肿瘤 得以避免 除事故外 只能用大群体的或高人年的流行病学的调查方法 才能发现辐射损伤或危害的增加 2 辐射防护的简史 99 重点调查对象包括 职业性受照射群体的流行病学调查 放射事故受害者调查 出生前受X射线诊断照射的群体流行病学调查 高辐射本底地区居住者的流行病学调查 原子弹 氢弹 切尔诺贝利事故受害者跟踪调查 2 辐射防护的简史 100 调查结论 迄今为止的流行病学的调查资料证明 在低剂量下 唯一潜在的辐射危害是致癌 非特异性寿命缩短末见发生 遗传危害也未见增加 低于职业性剂量限值的辐射水平的长期慢性照射 是否会增加恶性肿瘤尚不明确 出生前诊断性X射线的照射量 是否能增加出生后的小儿癌症的发病率 尚有争议 高本底地区居民流行病学的调查 均末