辐射源的外照射防护.ppt

第四章辐射源的外照射防护 2020年3月26日11时4分 2 第一节密封源的种类及其泄漏检验第二节密封源在医疗照射中的应用第三节医疗照射中应用的辐照装置第四节医疗照射源外照射的防护措施第五节医疗放射源易发事故及其预防对策第六节航天飞行时的辐射防护 第四章辐射源的外照射防护 2020年3月26日11时4分 3 几个概念 电离辐射 能够通过初级过程引起电离事件的带电粒子或不带电粒子 简称辐射 电离事件 粒子与物质相互作用产生离子对或离子群的过程 电离辐射源 通过发射辐射或释放放射性物质引起辐射照射的一切物质或实体 称为电离辐射源 简称源 外照射 体外辐射源对人体的照射 2020年3月26日11时4分 4 辐射源的分类 2020年3月26日11时4分 5 第一节密封源的种类及其泄漏检验 密封源的种类 辐射源 辐射源低能光子源 辐射源中子源 2020年3月26日11时4分 6 辐射源 主要作为以下离子发生器的源烟雾探测器静电消除器放射性避雷器作为 能谱分析的参考源作为 放射性活度测量时刻读探测器的标准源 2020年3月26日11时4分 7 辐射源 主要用作 放射性活度的测量 能量响应刻度探测器探测时的参考源和工作源用作测量薄层物质厚度的核子计源和色层分析仪的离子发生器的源 2020年3月26日11时4分 8 低能光子源 主要作为X射线荧光分析用源薄层物质厚度计的核子用源密度计的核子用源刻度 射线探测器用的标准源 2020年3月26日11时4分 9 辐射源 主要作为核子计源 照相源间质治疗源腔内治疗源 2020年3月26日11时4分 10 中子源 石油地质勘探 辐射育种 活化分析 湿度测量及科研的不同领域中子探测器的刻度用源 2020年3月26日11时4分 11 第二节密封源在医疗照射中的应用 一 近距离治疗用的密封源 自学 二 远距离治疗用的密封源60Co源137Cs 2020年3月26日11时4分 12 60Co源 59Co源60Co源 在核反应堆吸收热中子后 60Co的半衰期为5 26年 核衰变释放 粒子和 射线 粒子以0 3mm铝片和0 1mm的银片可以完全吸收它 2020年3月26日11时4分 13 60Co源 60Co还释放出两条平均能量为1 25MeV的 射线 60Co源多呈球型 盛放在直径为10 20mm 高为20 25mm的双层不锈钢密封包壳内 贮存在由重金属材料作屏蔽的贮源器内 2020年3月26日11时4分 14 137Cs源 137Cs源是从乏燃料中提取的一种核裂变产物 其半衰期为30 0年 核衰变时释放出能量为0 51MeV和1 2MeV的两条 射线 2020年3月26日11时4分 15 第三节医疗照射中应用的辐照装置 一 医用放射诊断装置二 医用放射治疗装置三 临床放射职业人员的年受照射剂量分布 2020年3月26日11时4分 16 一 医用放射诊断装置 一 X射线诊断机 二 医用放射源诊断装置的技术进步 2020年3月26日11时4分 17 一 X射线诊断机 1 X射线的产生机制2 X射线机的基本结构及其重要参数3 对X射线机的辐射安全防护要求 2020年3月26日11时4分 18 1 X射线的产生机制 在下述两种情况下会产生X射线 带电粒子被原子核库仑场偏转时 其矢量的加速度或速度矢量方向改变从而产生的能量辐射 称为轫致辐射 即X射线辐射 带电粒子是电子时更是如此 靶物质原子内壳层轨道电子被电离 外壳层轨道电子进入内壳层轨道来填补空位 其能量差以确定的能量释放出来的X射线 称为特征X射线 2020年3月26日11时4分 19 2 X射线机的基本结构及其重要参数 X射线机的基本结构X射线机是由X射线管 高压发生器 控制系统和辅助设备组成的 作为X射线机 心脏 的X射线管都是高真空热阴极式X射线管 2020年3月26日11时4分 20 DG3310BC形臂X射线机 2020年3月26日11时4分 21 DG5015遥控透视X射线机 2020年3月26日11时4分 22 X射线管 X射线管按其用途不同分为诊断治疗管 按诊断管靶面构成材料不同分为钨靶管钼靶管 2020年3月26日11时4分 23 固定阳极X射线管 2020年3月26日11时4分 24 管电流 管电压 高压电源 管电流 供阴极灯丝的电流管电压 施加于X射线管两极的电压高压电源 一般有单相电源和三相电源两种 2020年3月26日11时4分 25 国产X射线机 国产X射线机的容量有10mA 30mA 50mA 100mA 200mA 400mA 500mA 1000mA等 2020年3月26日11时4分 26 F52 8C程控500mA遥控医用诊断x射线机 2020年3月26日11时4分 27 美国新型X光机 2020年3月26日11时4分 28 X射线机的重要参数 总过滤 管电流 峰值电压 半值厚度 HVT 2020年3月26日11时4分 29 总过滤 X射线管产生的X射线中有两种成分轫致辐射 为主要成分 特征X射线 2020年3月26日11时4分 30 管电流 X射线产生的量 光子数 取决于管电流 曝光时间与X射线的照射量成正比 2020年3月26日11时4分 31 峰值电压 产生的X射线品质取决于管电压 2020年3月26日11时4分 32 半值厚度 HVT 使用HVT时应当注意能谱分布特征和所需要的精确度 2020年3月26日11时4分 33 3 对X射线机的辐射安全防护要求 1 对X射线诊断机的辐射安全防护要求 2 对X射线治疗机的辐射安全防护要求 2020年3月26日11时4分 34 1 对X射线诊断机的辐射安全防护要求 评价X射线管头组装体泄漏辐射时 在没有其他规定的条件下 只要离焦点1m处不大于100cm2面积上或在距屏蔽罩5cm处的10cm2面积上测量泄漏辐射的平均值就可以了 距焦点1m处测到的泄漏辐射空气吸收剂量率不应大于1mGy h 1 2020年3月26日11时4分 35 2 对X射线治疗机的辐射安全防护要求 使用管电流大于50kV的X射线治疗机 应当安装有效的联锁装置 避免人员在X射线机工作时间进入治疗室 对于管电压低于50kV的治疗机 在距屏蔽罩5cm处人和地方的空气吸收剂量率不应大于1mGy h 1 2020年3月26日11时4分 36 2 对X射线治疗机的辐射安全防护要求 对于管电压为50 100kV的治疗机 距焦点1m处的空气吸收剂量不应大于1mGy h 1 对于管电压为150 500kV的治疗机 在距其屏蔽和附属设备表面5cm处的10cm2面积上的空气吸收剂量率不应大于300Gy h 1 距焦点1m处的100cm2面积上空气吸收剂量率不应大于10mGy h 1 2020年3月26日11时4分 37 二 医用放射源诊断装置的技术进步 1 X射线诊断装置的技术进步2 医用放射性核素诊断装置的技术进步 2020年3月26日11时4分 38 1 X射线诊断装置的技术进步 计算机断层摄影技术1972年 英国科学家G H Hounsfied发明了被称为 ComputedTomography 的计算机断层摄影技术 简称X射线CT 并为此获得了1979年度的诺贝尔医学奖 数字减影血管造影术 DSA 2020年3月26日11时4分 39 2 医用放射性核素诊断装置的技术进步 核医学诊断疾病所用的放射性核素有以下四个来源通过回旋加速器生产通过核反应堆中子辐照生产由核裂变产物中提取借助同位素发生器生产 2020年3月26日11时4分 40 2 医用放射性核素诊断装置的技术进步 单光子发射型计算机断层扫描仪 singlephotoemissioncomputedtomography SPECT 显像需要一个环形探头阵列扫描系统 断层扫描技术是正电子发射型计算机断层扫描技术 positronemissiontomography PET 是基于同时探测正电子湮没产生的511keV的光子对 常用的是有生物学意义的短半衰期放射性核素15O 11C 18F 13N 2020年3月26日11时4分 41 二 医用放射治疗装置 一 远距离60Co治疗机 二 电子直线加速器 2020年3月26日11时4分 42 一 远距离60Co治疗机 1 60Co治疗机的基本构成2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求3 对60Co治疗室的安全防护要求 2020年3月26日11时4分 43 1 60Co治疗机的基本构成 机头机架平衡锤准直器治疗床控制台其他附属设备 2020年3月26日11时4分 44 2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求 1 60Co治疗机负载活度不应当小于37TBq 1000Ci 2 距离1m处空气吸收剂量率实测值与标称值之间的相对偏差应当小于10 3 照射野内有用射线束空气吸收剂量率的不对称性应当小于5 4 计时器的计时偏差不应当大于1 5 治疗机同心位置的距离偏差不应当大于4mm 6 中心轴指示器中心位置的距离偏差不应当大于2mm 7 修整后的半影宽度应当小于10mm 2020年3月26日11时4分 45 2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求 8 灯光野边界线与照射野边界线之间的距离不应当大于3mm 9 源皮距指示器位置偏差不应当大于3mm 源皮距不应当小于60mm 10 距离治疗机头的表面5cm处任何一点的空气吸收剂量率不应当大于200 Gy h 1 距离机头表面1m处任何一点的空气吸收剂量率的平均值不应当大于10 Gy h 1 最大剂量率不应当大于50 Gy h 1 2020年3月26日11时4分 46 2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求 11 对于负载活度小于185TBq的60Co治疗机 距离治疗机头1m的泄漏辐射空气吸收剂量率不能大于距有用射束1m处空气吸收剂量率的0 1 对于负载活度大于185TBq的60Co治疗机 上述距离处机头泄漏辐射空气吸收剂量率不应当大于同等距离处有用射束空气吸收剂量率的0 05 12 60Co治疗机准直器对有用射束的透射率不应当大于2 2020年3月26日11时4分 47 2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求 13 治疗机平衡锤对有用射束的透射率不应当大于0 01 平衡锤是旋转治疗机上的一个部件 当治疗机旋转时它起平衡机头重力作用 还有屏蔽射线的作用 14 因60Co机贮源器泄漏而致治疗机机头受 污染时 污染水平应当小于307Bq Cm 2 15 60Co源在治疗机内的气动传输和回源系统应当保证给其以足够的气体压力 以确保贮源器在一个工作日内的100次传输源过程中不会发生卡源或中途驻源事件 2020年3月26日11时4分 48 2 对60Co治疗机的辐射安全防护要求 16 应当确保60Co治疗机头和准直器在任何需要的位置上都能锁紧 还应当配备避免治疗机头压迫患者躯体的防护设施 17 当电源失去或因其他以外事件而中断治疗时 应当通过手动设施迫使60Co回到贮源器中 18 需配置测量有用射束剂量的辐射剂量探测系统 这个系统应当与源位控制系统联锁 19 60Co机供应商必须在随机所附的说明书中给出百分深度剂量分布图解资料 2020年3月26日11时4分 49 3 对60Co治疗室的安全防护要求 1 治疗室在选址时应考虑到能确保环境的辐射安全 2 治疗室与控制室应分开设置 治疗室的面积不应小于30m2 室内高度不应低于3 5m 3 治疗室屏蔽墙厚度应满足屏蔽防护要求 不能忽视对屋顶的屏蔽防护 4 进出治疗室的通道应设计成迷宫式 出门口的上方配置灯光和音响警示信号 出入口处的门应与源位控制开关联锁 2020年3月26日11时4分 50 3 对60Co治疗室的安全防护要求 5 治疗室不宜设窗 当治疗室室址远离非放射性工作场所30m以上时 可以考虑在单独建造的单层治疗室的屋顶设窗 但窗的面积不宜大于1m2 尽管如此 也不能忽视射线进入室外空气中的散射辐射 应当通过实际测量确定散射辐射最大剂量率距治疗室的距离和方位 6 在治疗室内应当配置便于与患者联系的对讲机和电视监护系统 电视摄像器的置放位置要科学的选择 因摄像器受 辐射照射时间长了会改变颜色 影响影像质量 2020年3月26日11时4分 51 3 对60Co治疗室的安全防护要求 7 治疗室的观察窗应当以合适的铅玻璃等透明材料屏蔽 其屏蔽效果应当与同侧的屏蔽墙等效 8 控制台上的显示器应当和治疗机头上的源位显示器同步显示源是在工作状态还是处在贮源器内 9 治疗室应当有良好的通风换气条件 每小时的通风换气次数为3 4次 2020年3月26日11时4分 52 二 电子直线加速器 1 电子直线加速器的工作原理2 电子直线加速器的主要系统及其功能3 电子直线加速器运行中产生的辐射4 对电子直线加速器的辐射安全防护要求5 对治疗室的安全防护要求6 对安全操作的基本要求7 对辐射剂量和参数检验的要求 2020年3月26日11时4分 53 二 电子直线加速器 电子直线加速器的种类按被加速粒子的能量不同 可分为高能粒子加速器 GeV级 中能粒子加速器 2000Mev以上 和低能粒子加速器 50GeV以下 按被加速粒子加速轨道的不同 可分为直线加速器和回旋加速器 2020年3月26日11时4分 54 二 电子直线加速器 临床放射治疗用的电子直线加速器或电子感应加速器 属于低能粒子加速器 电子直线加速器属直线加速器 电子感应加速器属回旋加速器 2020年3月26日11时4分 55 1 电子直线加速器的工作原理 粒子加速器的种类虽然很多 但是大多数粒子加速器的基本原理是通过电磁场使带电粒子获得高能量 2020年3月26日11时4分 56 2 电子直线加速器的主要系统及其功能 1 注入系统 包括电子枪 预聚焦线圈和导向线圈等 2 微波传输系统 包括磁控管 传输及测量微波的各种波导元件 输入和输出耦合器 吸收负载等 3 加速系统 由加速管和聚焦线圈等部件组成 2020年3月26日11时4分 57 2 电子直线加速器的主要系统及其功能 4 真空系统 有钛泵 真空闸门 真空管道和预抽真空机组成 5 脉冲调制器 它能产生具有一定波形要求和一定频率要求的脉冲高电压 这种脉冲高电压作为脉冲电源供磁控管和电子枪用 2020年3月26日11时4分 58 2 电子直线加速器的主要系统及其功能 6 恒温冷却系统 系统的功能是带走加速器 聚焦线圈 磁控管 偏转磁铁 微波吸收负载和产生X射线靶等部件在运行时产生的热能 并对磁控管 加速管和稳频系统得谐振腔等部件施以恒温控制 7 引出系统 包括偏转磁铁和照射头 2020年3月26日11时4分 59 2 电子直线加速器的主要系统及其功能 8 电源和控制系统 包括交流电源和直流电源 频率自动控制 剂量率自动控制 均整自动控制 联锁装置和故障警示系统等 以确保安全运行和治疗安全 9 其他设备 诸如转动机架 治疗床 手动开关和监护电视及对讲监护设施等 2020年3月26日11时4分 60 3 电子直线加速器运行中产生的辐射 初级辐射次级辐射感生放射性核素释放的 射线微波辐射其他有害因素 O3 的安全考虑 2020年3月26日11时4分 61 4 对电子直线加速器的辐射安全防护要求 1 加速器的辐射安全设计 电气安全 机械安全和测试检验等都应当符合GB9706 5的基本要求 2 防止对患者超剂量照射的防护要求 3 对有用射束内杂散辐射的限制 2020年3月26日11时4分 62 5 对治疗室的安全防护要求 确保周围环境的辐射安全 墙壁和天棚按主屏蔽要求设计 其余墙壁按散射辐射屏蔽要求设计 贯穿屏蔽墙体的导线管道不能影响该屏蔽墙体的总体屏蔽效能 2020年3月26日11时4分 63 5 对治疗室的安全防护要求 电子标称能量大于10MeV的加速器时 治疗室的屏蔽设计中必须考虑对中子辐射的屏蔽问题 治疗室应当有足够的使用面积 出入治疗室的通道应当是迷宫式 治疗室外防护门的上方配制辐射危险灯光警示信号 2020年3月26日11时4分 64 6 对安全操作的基本要求 应当配制便携式辐射剂量率探测仪 水箱等剂量测量备件 扫描仪和模拟定位机等设备 合格的放射治疗医生 物理师和操作人员 应当制定出书面的安全操作规范 2020年3月26日11时4分 65 6 对安全操作的基本要求 在治疗中 操作人员不可以擅自离开岗位 要密切观察患者的反应 在治疗中 不能允许患者的陪护人与患者一起接受治疗性照射 在治疗中 出现意外情况时立即终止照射 把患者移到照射野以外 并估算出患者是否受到了超过预选剂量值的照射 2020年3月26日11时4分 66 7 对辐射剂量和参数检验的要求 对工作场所和周围环境的照射水平每年测量一次 工作人员应当接受照射个人累积剂量监测 对所有安全连锁系统每月检验一次 妥善进行维护 对加速器自身固有的照射剂量测量系统每周刻度 标定 一次 对均整器 百分刻度剂量的准确度每半年检验一次 每次的辐射剂量测量结果和对参数的检验结果都要详细纪录 存档 2020年3月26日11时4分 67 三 临床放射职业人员的年受照射剂量分布 我国 英国和法国的临床各类职业照射人员受辐射源外照射的年剂量分布 见表4 10 2020年3月26日11时4分 68 第四节医疗照射源外照射的防护措施 工作场所的区域划分减少医用照射源对人体外照射剂量的三项措施屏蔽防护原理辐射源外照射剂量率的估算屏蔽体厚度的估算 一 二 控制区 监督区 工作场所的区域划分 2020年3月26日11时4分 70 控制区 在安全管理方面应当按GB18871中的规定 将工作场所区划为控制区和监督区 在控制区进出口处和控制区内相应位置设立醒目的标准辐射危险警示标志 2020年3月26日11时4分 71 监督区 可以将未被指定为控制区的区域指定为监督区 在考虑到监督区辐射危害的性质和范围之后 必须做到以下三点 采取适当方法划定监督区边界 2 在监督区出入口处适当位置设立辐射危害警示标志 3 定期审查该区域的工作条件 以确定是否需要采取防护措施和作出安全规定 或更改监督区边界 2020年3月26日11时4分 72 二 减少医用照射源对人体外照射剂量的三项措施 减少人体外照射剂量的技术措施包括时间防护距离防护屏蔽防护 这三项技术措施通常被称为外照射防护原则 2020年3月26日11时4分 73 时间防护 缩短操作时间以减少外照射剂量的防护措施 称为时间防护 2020年3月26日11时4分 74 距离防护 人员受到的外照射剂量与其离开放射源的距离的平方成反比 依据这种规律减少外照射剂量率的防护措施 称为距离防护 2020年3月26日11时4分 75 距离防护 D1 D2 r22 r12 D1r12 D2r22 称为 平方反比定律 例如 离开源Xm处的剂量率如下1m处为400 Sv h 12m处为100 Sv h 110m处为4 Sv h 120m处为1 Sv h 1 2020年3月26日11时4分 76 例 手工操作一个钴 60源 活度为1居里 人体与源的距离0 5m1 5m 1m长的柄 躯干处的照射量率5 3R h0 6R h操作10分钟受照剂量当量8mSv0 9mSv 2020年3月26日11时4分 77 屏蔽防护的概念 在人体与外照射源之间设置的能减弱剂量率的实体屏障 称为屏障体 利用屏蔽体减少人员受外照射剂量的防护措施 称为屏蔽防护 2020年3月26日11时4分 78 如何进行屏蔽防护 屏蔽材料的选用因辐射类型 辐射能量和源的活度不同而异 对于 光子和X射线常用原子序数高的材料作屏蔽体 例如 用贫化铀 铅 铸铁 混凝土或砖 以及用含合适铅当量的复合材料作屏蔽体 在某些情况下还用无离子水作为 辐射源的屏蔽体 对于中子 常用含硼的聚乙烯板或石蜡层或水等原子序数底的材料作屏蔽体 对于高能 粒子采用铝或有机玻璃板等低原子序数的材料作屏蔽体 可以减少轫致辐射的产额 2020年3月26日11时4分 79 屏蔽防护的类型 屏蔽类型包括整体屏蔽 分离屏蔽 阴影屏蔽和局部屏蔽 整体屏蔽就是完全包围辐射源的屏蔽 分离屏蔽是一次屏蔽包围最强的辐射源 阴影屏蔽建立在辐射源于被防护区域之间 它的大小限于屏蔽 所投向 的 阴影 局部屏蔽是为限制工作人员进入的区域所采用的减弱屏蔽 2020年3月26日11时4分 80 屏蔽体的样式 屏蔽体的样式可分为可移动屏蔽体和不可移动屏蔽体 可移动屏蔽体包括 贮源容器 手套箱 企口铅砖和合适铅当量的橡胶围裙 橡胶手套 橡胶背心 橡胶围颈 橡胶三角裤 以及合适铅当量的玻璃屏风和玻璃眼镜等 固定屏蔽体包括 屏蔽墙 屏蔽地板 屏蔽天棚 屏蔽门和屏蔽玻璃观察窗等 2020年3月26日11时4分 81 屏蔽防护的计算 和 射线的屏蔽方法及计算 X 射线屏蔽厚度的计算 2020年3月26日11时4分 82 和 射线的屏蔽方法及计算 粒子的屏蔽方法及计算由放射性核素放出的 粒子 能量在3 98Mev 232Th 钍 到8 08Mev Po 钋 之间 一般无外照射 但需注意内照射问题 2020年3月26日11时4分 83 射线的特点 其穿透能力 防护较 容易 射线防护所需的屏蔽厚度 一般需大于其在物质中的最大射程R 射线与物质作用的一个重要特点是产生韧致辐射 其强度与粒子能量 屏蔽材料的有效原子系数有关 射线屏蔽厚度常见的计算方法 有两种 经验 公式法 查表法 2020年3月26日11时4分 85 经验 公式法计算 射线屏蔽厚度 当E 0 8 3Mev时 公式R 当E 0 15 0 8Mev时 公式R R 射线在材料中的最大射程 cm E 射线的最大能量 Mev 屏蔽材料密度 g cm3 2020年3月26日11时4分 86 X 射线屏蔽厚度的计算 主要有两种方法 1 公式法 少用 2 实际工作中多用查表 曲线 法 2020年3月26日11时4分 87 计算屏蔽厚度的实例 例 一个100克镭当量的钴 60辐射源 要求距放射源1米处的照射量率为1 65毫伦 小时 要用铅作屏蔽材料 设计一个容器 问容器壁厚应该多少厘米 2020年3月26日11时4分 88 解 100克镭当量的钴 60相当于 C 居里0 825是1克镭在一米远处的照射量率 伦琴 小时 1 32是钴 60的 值 为放射性核素的 照射率常数 其单位为伦琴 米2 小时 居里 对钴 60而言 1居里相当于1 6克镭当量故上面的100克镭当量也可以用下式换算成居里 2020年3月26日11时4分 89 第五节医疗放射源易发事故及其预防对策 易发事故及其发生率事故原因分析事故预防对策 2020年3月26日11时4分 90 易发事故及其发生率 密封源丢失和源泄漏事故 60 人员受到过量照射 2020年3月26日11时4分 91 事故原因分析 辐射安全管理制度不健全违章操作安全连锁装置功能故障辐照装置传输源的机械系统故障 2020年3月26日11时4分 92 三 事故预防对策 一 建立 健全辐射安全管理制度 二 操作人员接受岗前培训 三 定期检验和维护安全联锁装置的功能 四 调试和检查直线加速器时应注意安全防护 五 确保辐射警示系统功能正常可靠 2020年3月26日11时4分 93 第六节航天飞行时的辐射防护 宇宙辐射防护的特点宇宙空间的主要辐射危险源航天飞行的辐射安全 2020年3月26日11时4分 94 一 宇宙辐射防护的特点 宇宙辐射成分复杂 能谱宽宇宙辐射带电粒子的时空通量密度不同航天员身体的受照剂量不均匀屏蔽样式不同 2020年3月26日11时4分 95 宇宙辐射成分复杂 能谱宽 在地面条件下操作核技术装置的人员受到外照射往往来自中性粒子 即中子或 光子 而在宇宙空间里主要是带电粒子 即质子 电子和 粒子 锂及铍等原子核的外照射 2020年3月26日11时4分 96 二 宇宙辐射带电粒子的时空通量密度不同 在宇宙空间里 带电粒子在空间和时间上的通量密度变化强烈 地球辐射带中的带电粒子也是如此 2020年3月26日11时4分 97 三 航天员身体的受照剂量不均匀 由于宇宙辐射通量密度的时空变化强烈 导致飞船船舱内辐射水平不均匀并随时间而变化 所以航天员身体受