辐射探测课设

1、 课程设计报告 课程设计报告名 称：核辐射探测与辐射防护 题 目：射线双层屏蔽体设计 院 系：111111111111111111 班 级：1111111111111 学 号：111111111111111 学生姓名：11111111 指导教师：11111111 设计周数：111111111 成 绩： 一、课程设计的目的与要求1 目的：通过课程设计，理解射线与物质的相互作用机理，掌握射线屏蔽层设计的计算方法（C-14射线点源的活度为3.7*1011Bq，要求屏蔽后的当量剂量率水平在25Sv/h ）。2 要求：2.1 书写内容及格式等需规范，必须符合学校课程设计的要求。2.2 认真仔细，独立完成

2、。二、设计正文1. 绪论1.1选题背景及意义随着现代科学技术的飞速发展，各种高能射线在军事、通讯、医学、工农业等领域和日常生活中得到越来越广泛的应用。但给人们带来方便和享受的同时,各种射线也在某种程度上也给人类带来了一些危害，已被公认为继大气污染、水质污染、噪声污染后的第四大公害。有调查显示，辐射对人体的影响主要有以下5个方面：电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因；对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害；电磁辐射是造成孕妇流产、不育、畸胎等病变的诱发因素；过量的电磁辐射直接影儿童组织发育、骨骼发育、视力下降，肝脏造血功能下降，严重者可导致视网膜脱落；电磁辐射可使内分泌紊乱。因

3、此，如何减少各种辐射强度，防止辐射污染，有效保护环境，保护人体健康，已经急迫地提到议事日程。这同时引起了人们对防辐射材料研究的重视。防辐射材料是指能够吸收或消散辐射能，对人体或仪器起保护作用的材料。由于造成人体伤害的辐射源是多种多样的(包括电离辐射和非电离辐射)，它们产生射线的能级也各不相同，因而抵抗这些射线辐射的材料也不尽相同，由此而制成的各种辐射防护产品也各具特色。防辐射材料的研制是一项重要的高功能材料的科研课题，受到世界各发达国家的普遍重视，它的研制对国防和民用都有十分重要的意义。1.2 国内外研究现状屏蔽材料在辐射防护领域的作用不言而喻,但现有许多屏蔽材料在屏蔽功能性、结构性能、可焊性

4、、热稳定性等方面存在着使用性能难以兼顾的问题。辐射防护对屏蔽材料的综合物理力学性能要求越来越高,屏蔽材料的优化设计、结构/ 功能一体化要求变得越来越重要。尤其对于快堆而移动式反应堆的屏蔽而言,单位材料的屏蔽效率及体积、重量是一个值得慎重考虑的问题。结构/ 功能一体化、屏蔽优化设计分别从制备及理论设计角度有望在一定程度上解决上述问题。另外,稀土元素及其化合物以其特有的核数据,其合理有效利用从战略角度及技术角度都值得重视。以上几个方面也可能成为屏蔽材料研究与制备的主要方向,为进一步提高和完善屏蔽材料的综合性能和实用性提供基础。1.3 本课程设计的研究内容及研究目标本课程设计是将本学期的防辐射基础知

5、识投入运用而进行的初步设计,为减弱射线辐照，使指定位置的当量剂量达到要求值,采用不同屏蔽结构。2. 射线定义高速运动的电子流0/-1e，贯穿能力很强，电离作用弱，本来物理世界里没有左右之分的，但射线却有左右之分。 贝塔粒子即粒子，是指当放射性物质发生衰变，所释出的高能量电子，其速度可达至光速的99%。 在衰变过程当中，放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核，产物中的电子就被称为粒子。在正衰变中，原子核内一个质子转变为一个中子，同时释放一个正电子，在“负衰变”中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即粒子。3. 粒子与物质的相互作用3.1 电离和激发电离：粒子的比电离值比相

6、同能量的粒子小很多，带电粒子通过物质时，在径迹上将产生很多离子对，射线在单位路程上产生的离子对数目被称为比电离或电离密度。对于单能快速电子，在空气中的比电离值与电子的速度有关，速度越大，比电离值越小，(-dE/dx)也越小，穿透本领也越强。物质原子电离（内层电子电离后外层电子补空位）后发射特征X射线：快速电子将壳层电子击出原子之外，该壳层就产生了空位，当外层电子向内层跃迁时，将两壳层间的能量差以X射线的形式发射出来，这种X射线具有确定的能量。3.2 散射和吸收散射：粒子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不改变辐射能量，这种过程称为弹性散射。由于电子的质量小，因而散射角度可以很大（与

7、粒子相比，粒子的散射要大得多），而且会发生多次散射，最后偏离原来的运动方向。同时，入射电子能量越低，及靶物质的原子序数越大，散射也就越厉害。粒子在物质中经过多次散射其最后的散射角可以大于90°，这种散射成为反散射。吸收：粒子在一些束缚能比较大的靶材上穿过时，由于能量有限，当能量耗尽时还未穿出，就有可能被靶材原子所束缚，从而被吸收，称为介质原子核外电子的一员。其穿透距离（通常称为射程，记为R）与入射粒子能量大小有关。3.3 电磁辐射轫致辐射：当电子经过原子核附近时受库伦场的加速会辐射电磁波，称为轫致辐射。辐射损失率与原子序数的平方成正比，即电子打到重元素中，容易发生轫致辐射。重带电粒子

8、穿透介质时也有类似的辐射能量损失，只是因为质量较大而被忽略。切伦科夫辐射：电子穿过介质时会使原子发生暂时极化，原子退极化时会发射波长在可见光范围内的电磁波，称为切伦科夫辐射。（卢希庭教授解释）3.4 正负电子湮没除负电子能发生的一系列作用外，正电子被慢化至静止状态时还会发生正负电子的湮没(annihilation)，向相反方向发射两个湮没光子，两个光子的能量均为0.511Mev。4. 射线的屏蔽防护措施射线比射线具有更大的穿透能力，同射线和中子相比，射线射线的穿透能力很差，屏蔽射线射线很容易，只要屏蔽材料厚度大于射线射线的最大射程就能阻挡全部的射线，通常只需要 几毫米厚的铝板就足以屏蔽射线。然

9、而对射线的屏蔽，一要屏蔽射线射线本身，二要考虑对射线产生的轫致辐射，具体如下：第一层用低原子序数的材料做成，以减少屏蔽轫致辐射的产生；第二层用高原子序数的材料做成，用于屏蔽轫致辐射。5. 设计防护核素简介及防护材料选择是碳的长半衰期衰变同位素，其半衰期为5730年，质量为14.0032419966728 amu 。会发生衰变，其衰变方程如下 源衰变产生的电子的最大能量，平均能量， 材料名称原子数Z密度（）内层屏蔽材料铝132.754外层屏蔽材料铅8211.346. 计算过程6.1 内层屏蔽的计算参考教材P149 公式（6-3-7），已知源衰变产生的电子的最大能量，平均能量当时，粒子在低Z材料中

10、的射程R为 （1）则屏蔽材料所需的厚度d为， (2)近似取0.02cm，即内层的铝板厚0.02cm6.2 外层屏蔽的计算求空气的能量吸收系数查表得，E=0.04Mev，=0.865 E=0.05Mev，=0.525，利用插值法，求得当=0.049Mev时，=0.559=1.293， 空气质量能量吸收系数： =0.559100/1.293=4.323 (3)取r=0.18m，Q=1，加铅屏蔽层后距离铝屏蔽层0.18m处的当量剂量率H为 (4) = =70.57要求屏蔽后的当量剂量率水平在25Sv/h，则减弱倍数K为： 70.57/25=2.823 (5)=1.04查表得取=1.2cm即材料名称厚

11、度（cm）内层屏蔽材料铝0.02外层屏蔽材料铅1.2三、课程设计总结或结论通过这次的核辐射探测与辐射防护课程设计，使我更加扎实的掌握了有关辐射防护方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，通过跟舍友和同学的激烈讨论，终于迎刃而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦。短短一周的课程设计，不仅锻炼了我独立思考的能力，也让我深刻体会到知识需要严谨对待。与同学们的讨论往往可以有“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的豁然开朗。四、参考文献1 核辐射物理及探测学，华北电力大学校内讲义2 核辐射物理基础，华北电力大学校内讲义 3 李德平，潘自强. 辐射防护手册-辐