辐射剂量与防护重点

不稳定的原子核会随着时间发生变化，会自发的或在外界影响下从某种核素(元素)变化到另一种核素(元素)，与此同时会释放出各种类型的粒子，同时释放出不同的能量，这种现象称为放射性。上述粒子携射线；本课的目的：采取各种方法、手段，有效地避免放射性对人体的损害凡是存在放射性应用的地方，则必然伴随着辐射防护工作第一阶段：早期辐射损伤认识时期(1895-1930)第二阶段：中期辐射损伤认识时期(又称放射线诊断、治疗损伤时期)(1930~1960)第三阶段：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)(1960~现在)电离辐射：由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组成的，或者由它们混电离辐射场：电离辐射无论在空间，还是在介质内部通过、传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围，由此形成的场；辐射量：为了表征辐射源特征，描述辐射场性质，量度辐射与物质相互作用的程度及受照物质内部发粒子辐射：是指组成物质的基本粒子，或由这些粒子组成的原子核。既有能量又有静止质量。辐射计量学量：根据辐射场自身的固有性质来定义的物理量；辐射剂量学量：描述辐射能量在物质中的转移、沉积的物理量；防护学量：用各类品质因数加权后的吸收剂量D引申出的用于防护计算的物理量；量(Φ)：可以认为是进入单位截面积小球的粒子数；m-2电离：从一个原子、分子或其它束缚状态释放一个或多个电子的过程；电离密度：带电粒子在单位路径长度上形成的离子对数，单位为离子对/cm。激发：带电粒子通过物质时，原子由基态转入高能态。退激：激发态的原子不稳定，以发射光子的形式放出相应的能量回到低能态轨道。散射：带电粒子通过物质时，与带正电的原子核发生排斥作用而改变其本身的运动方向。电离和激发两过程构成了重带电粒子在碰撞过程中的主要能量损失。LET粒子在单位长度径迹上传递的能量。单位是MeV·cm-1射程：带电粒子从进入物质到完全被吸收沿原入射的方向穿过的最大距离，称为该粒子在物质中的射平均射程：一组单能粒子射程的平均值。射程歧离：单能粒子在同一种物质中的射程并不完全相同。eV显偏离初始运动方向且穿越一段路程，进一步引起其它原子激发/电离。电离过程中带电粒子损失的能量并非直接沉积在当地，而是有很大一部分被δ粒子散播到其它位置。?。高能电子能量损失的主要方式，而重带电粒子可忽略。γ射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的电磁辐射光子。ax线。由带电粒子在原子核库仑场中慢化而产生的电磁辐射。与物质的作用类型完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反应和光介子生成等。部分吸收：康普顿散射和核共振散射。射。特点：在介质中可以穿行比较长的路程，一次相互作用过程中光子损失的平均能量较大。高能中子作用类型1keV-------100keV?慢中子100keV------10MeV?0-------1keV1)弹性散射：总动能守恒。2)非弹性散射：总能量、动量守恒，动能不守恒；5)散射(Spallation)；以上均属与原子核的相互作用。带电粒子与物质的相互作用系数带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能量损失。把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量损失率，又称为阻止本领。荷数的平方成正比。度有关。质量碰撞阻止本领：指一定能量的带电粒子在指定物质中穿过单位质量厚度的物质层时，由于电离、质量辐射阻止本领：指一定能量的带电粒子在指定物质中穿过单位质量厚度的物质层时，由于轫致辐重离子的能量损失机制主要电离、激发临界能量：质量碰撞阻止本领=质量辐射阻止本领的电子能量非带电粒子与物质的相互作用系数一、衰减系数μ描述入射射线本身的衰减程度质量减弱系数特点和作用1、只涉及到物质中入射不带电粒子数目的减少，并不涉及进一步的物理过程。2、数值不因材料物理状态的改变而改变。3、康普顿占优势的光子能量范围内，几乎所有物质的质量减弱系数大致相同。γ射线(X射线)同物质相互作用，其能量分为两个部分：1、光子能量转化为电子的动能2、能量被能量较低的光子所带走二、能量转移系数μtr描述入射射线与物质作用后转移给次级带电粒子的能量份额质量能量转移系数：γ射线在物质中穿过单位质量厚度后，因相互作用，其能量转移给电子的份额。m2/kg辐射剂量学中，重要的是光子能量的电子转移部分。只涉及到在物质中入射不带电粒子能量的转移，而不涉及能量是否被物质吸收的问题三、能量吸收系数μen描述次级带电粒子与物质作用并耗散能量后最终能够留在观测物质中的能量份额质量能量吸收系数：γ射线在物质中穿过单位质量厚度后，其能量被物质吸收的份额。m2/kg不带电粒子与物质的相互作用分二个阶段：第一阶段：不带电粒子通过与物质的相互作用，把能量转移给次级带电粒子；第二阶段：次级带电粒子通过电离、激发等方式把转移来的能量大部分留在介质中；εtr：指定体积内由不带电粒子释放出来的所有带电的电离粒子(具备电离能力)初始动能之和，单位J比释动能与能量注量的关系：K=Ψ(μtr/ρ)kPδ即可确定。作用中沉积能之和。ε1=Ein-Eout+Q带电粒子平衡条件总结：1)离介质边界要有一定的距离。被考虑的体积边界与介质边界的最短距离d必须不小于次级带电粒子在介质中的最大射程，即d≧Rmax；2)均匀照射条件。要求离所考虑体积的边界等于次级带电粒子最大射程的体积内，辐射的注量率处处相等3)介质均匀。在上述体积范围内介质均匀一致，使得粒子在该体积内的作用保持一致性；解:Rin=10MeVRout=(Rout1)u+(Rout2)c+(Rout3)u(Rout1)u=(10-5+1)/2=3MeV(Rout2)c=[(3-1)/2]/2=ΣQ=2mc2-2mc2+2mc2=1MeV其二是起源于其他位置而来到这一体积的带电粒子所授与的能量。带电粒子平衡的条件下，若忽略带电粒子因轫致辐射引起的能量损失，K=D，D=fm按产生方式：放射性核素中子源,如镅(Am)铍源，锎-252源加速器中子源反应堆中子源等离子体中子源Ⅱ类放射源为高危险源：没有防护情况下，接触这类源几小时至几天可致人死亡；也可致人死亡；造成可恢复的临时性损伤；根据射线装置对人体健康和环境的潜在危害程度，从高到低将射线装置分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。Ⅰ类为高危险射线装置，事故时可以使短时间受照射人员产生严重放射损伤，甚至死亡,或对环境可能Ⅱ类为中危险射线装置，事故时可以使受照人员产生较严重放射损伤，大剂量照射甚至导致死亡；Ⅲ类为低危险射线装置，事故时一般不会造成受照人员的放射损伤。归一化因子(D值)——放射源可导致确定性健康效应的“危险”活度水平；如果某放射源活度超过相应“D”值水平即被认为是“危险源”。辐射作用后产生的生物效应的特点1、低吸收能量引起高生物效应2、短暂作用引起长期效应：直接作用，间接作用1)直接作用：辐射粒子照射活细胞时，通过电离与激发与生物大分子DNA直接发生作用，导致细胞的2)间接作用：辐射粒子与细胞内环境成份通过电离与激发发生作用产生自由基，自由基扩散再与DNA用，导致细胞的损伤。传能线密度LET：单位长度上发生的能量转移。LET轻度敏感:：中枢神经系统、内分泌腺、心脏不敏感:：肌肉组织、软骨组织、结缔组织辐射作用人体的方式：(3)放射性核素的体表沾染：是指放射性核素沾染于人体表面。沾染的放射性核素对沾染局部构成外照射源，同时尚可经过体表吸收进入血液构成体内照射。a)确定性效应：有剂量阈值，效应的严重程度与剂量成正比b)随机性效应：无剂量阈值，发生几率与剂量成正比，严重程度与剂量无关当组织中相当数量的细胞被电离辐射杀死后，此时在组织或器官中产生临床上可以检查出来的严重的功能型损伤，即为确定性效应，此时会产生放射病。阈值为100mGy。随机性效应是指发生几率(而非严重程度)与剂量的大小相关的效应。从防护的角度来看认为不存在剂量阈值。分为在受照者体内可能引起癌症和由生殖细胞异常从而引发受照者后代出现遗传疾患等2大类。吸烟的作用：缩短了辐射诱发肿瘤出现的时间。与个体相关的辐射量当量剂量当量是组织内被考察的某一点H=DQN(N=1)当量剂量是被考察的组织的平均值H=DWTRTRR危险度γ：有了某一个器官的受照剂量当量和该器官的危险度就能唯一确定辐照对该器官产生有害生TTT为了计算受到照射的有关器官和组织带来的总的危险即局部器官对人体整体的影响，相对随机性效应而ETT量。待积有效剂量当量：受到辐射危险的各个器官或组织的待积当量剂量经WT加权处理后的总和。受辐射对象的特点及需考虑因素：材料组成、几何形状、体积、受关注层次、按可分割性、按运动状态注意：无论什么方法，均倾向于计算机自动处理，这需要重视！特别是蒙特卡罗方法，则基本依靠计算应用上，由于人体是不允许分割的，因此围绕人体制作的各类体模是最多的。单位时间内的吸收剂量指数为吸收剂量指数率。扩展场：注量及其角分布、能量分布在所关心的区域处处与实际辐射场中参考点的相同的辐射场。齐向扩展场：注量及其能量分布在所关心的体积中处处与实际辐射场中参考点的相同，而注量是单向如果HT,皮肤>10倍HE,皮肤，表示射线能量大部分停留在人体表层，即为弱贯穿，反之为强贯穿周围剂量当量H*(d)主要用于强贯穿场情况，且多用H*(10)mmHd贯穿辐射，且多用H’,Ω)。mm生活中的辐射来源：天然辐射、人工辐射天然辐射是人类的主要辐射来源、宇生放射性核素、原生放射性核素一般场所：天然本底为2.4mSv/year,多为内照射(222Rn,60%)辐射防护的基本原则:1、辐射实践正当化：只有当辐射实践所带来的利益大于为其所付出的代价时，才能认为该项辐射实2、辐射防护的最优化：在实施某项辐射实践的过程中，可能有几个方案可供选择，在对几个方案进行选择时，应当运用最优化程序，也就是在考虑了经济和社会的因素之后，应当将一切辐射照射保持在可合3、个人剂量当量限值：对于给定的某项辐射实践，不论代价与利益的分析结果如何，必须用剂量当量限制对个人所受到照射加以限制。管理限值应低于基本限值和相应的导出限值参考水平记录水平：高于它们时结果应当记录下来，低于时被忽略；调查水平：高于它们时应当对结果的起因或含义进行考查；干预水平：某种确定的补救行动所避免的剂量,高于它时应当考虑补救行动。公众中个人的剂量限值不包括天然本底照射和医疗照射。(1)外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包括均匀全身照射、局部受照。(2)内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射。外照射防护基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射，使之所受照射不超过国家规定剂量内照射防护基本原则：制定各种规章制度，采用各种措施，尽量减少放射性物质进入体内的机会；外照射防护：①缩短受照时间；②增大与辐射源的距离；③在人与辐射源之间增加防护屏蔽包容：采用通风橱、手套箱、防护用品等隔离：工作场所进行分级、分区管净化：降低放射性物质浓度、降低物体表面放射性污染水平。稀释：降低放射性浓度到控制水平减弱倍数K：无量纲，表示屏蔽层材料对辐射的屏蔽能力，通过屏蔽层前后剂量当量指数率之比透射比η=1/K：无量纲，表示辐射对屏蔽层材料的穿透能力ax空气比释动能率：K.=Iδ/axIa放射性核素AΓr2r最多为点源，其余均可以归结于线源、面源、体源类型2AΓL线源照射量率：X.=tan-1Lr2r能谱的硬化：随着通过物质的厚度增加，那些不易被减弱的“硬成分”所占比重会越来越大窄束条件下不考虑散射射线的存在，宽束考虑，引入修正因子Bn；(1)双层介质的原子序数相差不大(2)两种原子序数相差很大B、当光子能量较高,超过与高Z介质线减弱系数最小值相应的那个能量(Er，min)高：P95，例1直接用公式计算利用减弱倍数法计算利用半减弱厚度或十倍减弱厚度计算综合考虑防护性能、结构性能、稳定性和经济成本，常用材料有：?铅：屏蔽能力好，但结构较软，一般采用钢骨架支撑；常用于铅容器、活动屏、铅砖等。?钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于防护铁门等。?混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固定的防护屏障。?水：来源广泛，本身液体；透明度好，常以水井、水池等贮存放射源。HL,h：参考点上剂量当量指数率的控制水平，单位是Sv·h-1，由前面的剂量限值给定;散射射线为主的屏蔽计算散射比αM：表征通用情况下人体对射线的散射程度1)若屏蔽散射线所需的厚度ds和屏蔽泄漏射线所需的厚度dl之差大于一个10倍减弱厚度(从P103~选择较厚者＋对应材料的半减弱厚度作为屏蔽厚度；选择使β射线的韧致辐射份额尽量少的材料，同时还要保证相当的屏蔽效果。常用材料有：铝、有机玻璃、混凝土等中子源分类：?按能谱分类：单能中子源，多能中子源?????????按产生方式：一、放射性核素中子源二、加速器中子源三、反应堆中子源四、等离子体中子源单能中子比释动能：K=FΦk1)弹性散射分为势散射和复合核散射两种2)非弹性散射分为直接相互作用过程和形成复合核过程辐射俘获(n,γ)、带电粒子的发射、裂变反应(n，f)窄束不考虑散射射线，宽束考虑。宽宽束中子在屏蔽体中的减弱规律：通过合理地选择和安排屏蔽材料，我们可以使中子在屏蔽层中的衰减符合窄束的定义要求，即使中子在屏蔽层中一经散射便能在很短的距离内被迅速慢化和吸收，从而可以按照窄束的较为简单的计算公式来计算中子的衰减情况，这就是所谓的分出截面法。ΣR宏观分出截面(中子注量率，剂量当量指数率)针对放射性核素中子源一般中子能量不太高，中子发射率不太强，因此所需的屏蔽层不太厚，前面针对宽束出的分出截面法将因条件不满足而失效，同时又不满足窄束的要求，因此仍然需要引入积累因子Bn；d是屏蔽厚度，cm；ΣR是屏蔽材料的宏观分出截面，cm-1；Ay屏蔽材料需要拥有一定数量的质量中等以上的材料，使得快中子快速降低能量，并需要有适量数量的轻元素，从而使得中子能量迅速下降到热中子能区，最后为了减少俘获γ射线的能量，可以在屏蔽层材料常用的中子屏蔽材料有：水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥土、锂和硼，这些材料一般要配合使用才能。选择原则是：综合考虑材料的屏蔽性能、结构性能、稳定性能以及经济成本等，其中以效果为优先考放射性核素进入体内后，以两种方式参与体内的代谢过程：一种是参与体内稳定性核素的代谢过程，另一种是参与同族元素的代谢过程根据其在组织和器官中的代谢特点，可分为均匀性分布和选择性分布。放射性物质从体外进入体内称作摄入，而进入的物质的量称为摄入量，常见来源有：?参考人：为了在共同的生物学基础上计算放射性核素的年摄入剂量限值，而规定的一种假象的成年人模型廓清：放射性核素从某一器官或组织内移出的过程。源组织(器官)：含有大量放射性核素的组织或器官；?靶组织(器官)：吸收辐射能量的组织或器官。注：很多情况下某组织或器官同时是源组织和靶组织。生物半排期：是指放射性核素进入人体后通过新陈代谢排出一半数量所需要的时间，用Tb来表示。物理半排期：放射性核素同时还在不断衰变，衰变为原来数量的一半所需的时间，用Tr表示；P定的年有效剂量限值。DAC＝ALI/*103Bq/m3丙级丙级豁免水平——2*10^7开放型放射性工作单位，根据等效年用量的多少划分为三类。等效年用量：各种放射性核素年用量分别乘以核素的毒性组别系数其积之和。开放型放射性工作场所，按所用放射性核素最大等效日操作量，分为三级最大等效日操作量：每种核素的最大日操作量分别乘以毒性组别系数之和甲级>4*10^9乙级2*10^7——4*10^9空腔电离理论就是利用空腔中的电离电荷来表征空腔中气体所接受的吸收剂量进而表征在空腔位置处壁材料的吸收剂量所需的条件。空腔里面可以是空气也可以是其他气体。B-G条件(两条基本假设)：a.腔室的线度比撞击腔室的带电粒子的射程小得多，以致腔室的存在不会干扰带电粒子辐射场。?b.腔室内的吸收剂量完全是由穿过腔室的带电粒子产生的。热释光剂量计：具有晶格结构的固体材料受到辐射照射时，禁带中的电子受