核工程概论-第八章PPT幻灯片

核辐射防护的历史回顾自伦琴发现X射线及贝可勒尔发现铀化合物的放射性以来，在原子能及核动力的应用的同时，人们逐惭认识到高辐射会引起人体组织的临床损伤。特别是对1945年日本广岛和长崎的原子爆炸幸存者进行长期追踪研究证明，核辐射不但有急时损伤，而且有延迟诱发恶性中瘤的可能性，也可破坏遗传基因。多年来，人们考虑在致辐射损伤甚微的情况下应用辐射的防护方法，亦在人们可以接受的剂量限值。

1925年，美国科学家对X射线工作者的研究(主要是外照射及皮肤损伤)后提出：低于1/100红斑剂量(经外照射皮肤产生红斑的剂量)的辐照量为安全水平，相当现行剂量单位为：0.2R/d，将这一量值定名为“耐受剂量”，是指人可以耐受这一剂量水平而几乎无辐射损伤。1950年，国际放射防护委员会(ICRP)建议用“容许剂量”代替“耐受剂量”。容许剂量是在目前认识水平，不致使机体产生可以感知的损伤的剂量限值。对原来的剂量限值由0.2R／d降为：0.3R／Week。1956年ICRP通过了一项决定，又将辐射工作者的剂量限值降低到：5R／y。此后1965年又提出新建议书，提出防护的目的是防止早期效应，并将晚期效应限制到某一可接受水平。其国际制单位为：库仑/千克；专用单位为：伦琴。1伦琴(R)=2.58×10-4C/kg

或1C/kg=3.876×103R㈡照射量率照射量率是单位时间内的照射量。设dt时间间隔内照射量的增量为dx，则照射量率表示为：其国际制单位是：照射量率常数Γ

在以往描述照射量的物理量中，也常用照射量率常数Γ来表述。它表示某一放射性核素，其活度为1居里的源在距它为单位距离(1m)的某一点的照射量。其单位为伦琴下表给出一些放射性核素的γ照射量率常数Γ值。

其中：r是点源到某一点的距离(m)，

AC是γ源的活度(Ci)是距源r(m)处，某点的照射量率表中的数据均由实验测定，因而核素有限，虽方便但适用性不普遍。表γ照射量率常数Γ值表

─────────────────────────

放射性核素半衰期R．m2．h-1．Ci-1

─────────────────────────22Na2.6d1.21740K1.27×109d7.6×10-259Fe44.6d0.63760Co

5.272y

1.32

137Cs

30.174

y0.328

226Ra

1602y0.844235U

7.1×108y8.0×10-2239Pu2.44×104y＜1.0×10-4241Am426.3y1.4×10-2上表中数据均由实验测定，因而核素有限，虽方便但实用性不普遍，利用下式计算照射量率，比较通用。吸收剂量D上一节中所介绍的物理量照射量X，是仅适用于空气介质中的γ射线或x射线，对于任意介质或射线，就不能适用，一般用吸收剂量来描述介质吸收辐射能产生的剂量。吸收剂量D表示单位质量的物质吸收电离辐射能大小的物理量，其定义为：单位质量物质吸收电离辐射的能量。定义的表示式为吸收剂量的SI单位为：焦耳／千克；名称为：戈瑞(Gy)，1Gy=1J/kg，吸收剂量的专用单位为：拉德(rad)。1Gy=100rad吸收剂量率是指单位时间内的吸收剂量，表示为：式中t为物质被辐照的时间(s)

吸收剂量率的国际制(SI)单位：Gy/s，专用单位：rad/s。吸收剂量D与照射量X的关系

对于γ或x射线，在空气中产生的吸收剂量与照射量有一定关系。

式中照射量的单位：伦(R)，吸收剂量单位即：戈(Gy)。

同理，吸收剂量率与照射量率的关系如下式所示：剂量当量H剂量当量H是辐射防护学中的专用物理量。人们发现，只凭吸收剂量的大小并不能全面评价核辐射对生物体的危害程度。一般讲，某一吸收剂量产生的生物效应，与辐射线种类、能量及照射条件有关，即在受相同数量的吸收剂量下，不同射线种类和辐照条件，其所引起的生物效应，无论其严重程度或发生的几率都不相同。因此，为了统一表示各种射线对机体的危害程度，采用剂量当量的物理量H，它的表示式如下：剂量当量，国际制(SI)单位：J/kg，名称：希沃特(Sv)。专用单位：雷姆rem，1Sv=100rem剂量当量单位的对应为：专用单位：Q─品质因数，反映辐射效应的因子，与照射线种类、辐照类型有关。有表给出品质因数与射线类型及种类的关系。

对于空气介质，γ或X射线Q=1

N─综合修正因子，即其他修正因子的乘积，这些修正因数究竟由哪些因素构成，目前尚不清楚，如吸收剂量率影响和剂量空间不均匀分布等。辐射类型Q值X、、射线1热中子2.3快中子和质子10粒子20剂量当量率

剂量当量率是单位时间的剂量当量，表示为：

国际制单位：希沃特/秒(Sv/s)

专用单位：雷姆/秒(rem/s)照射量X吸收剂量D剂量当量H国际单位制库仑/千克C/kg1C/kg=3.876×103R焦耳/千克J/kgGy(戈瑞)1Gy=100radSv(希沃)J/kg1Sv=100rem专用单位伦琴R1R=2.58×10-4C/kg拉德rad1rad=100erg雷姆rem剂量单位对照表核辐射对人体的影响

来自环境的放射源或进入人体内的放射物质的污染，其辐射都会与人体相互作用，导致生物效应。由这些效应所表现的临床症状，其严重程度以及出现的时间，取决于人体吸收的辐射能量和剂量率的大小。辐射损伤分为两类：躯体效应和遗传效应。㈠辐射的生物作用原理细胞主要由水分组成，人体约有70%的水，核辐射具有的能量足以使水分子电离，形成一个电子和一个正离子：辐照H2O──→H2O＋+e－中性水分子俘获自由电子形成水负离子：H2O+e－─→H2O－

分子离子H2O＋与H2O－不稳定，它们会发生分解，生成H＋,OH－离子和H，OH自由基。H2O＋─→H＋＋OHH2O－─→H＋OH－离子或自由基还会相互作用，如自由基的作用会生成强氧化剂H2O2和强还原剂H2：OH＋OH─→H2O2H＋H─→H2它们会改变人体的正常氧化、还原过程，损伤细胞，影响肌体代谢，造成生物效应，此外，正、负离子它们电离作用可直接破坏肌体的蛋白质及碳水化合物分子等。㈡辐射产生的驱体效应

⒈急性效应受大剂量照射后，会产生急性损伤，一般在早期就可显现症状，个别事件会有潜伏期。急性早期效应有三类：造血功能(骨髓)损伤人身接受200─500拉德的吸收剂量的全身照射，可致造血器官受损伤，骨髓造血机能被破坏，白、红细胞减少，红细胞寿命结束又无造血来源时，机体抵抗力下降，最终会因感染而死亡。全身照射的半致死剂量为：~400rad(4Gy)。消化系统(肠、胃)损伤接受600─2000rad辐照剂量时，主要是消化系统受损伤，胃、肠受损后出现呕吐、肠皮细胞剥落、淋巴组织破损，细菌感染大量便血。剂量大于1000rad(10Gy)时谓之死亡剂量。中枢神经(脑)损伤全身或头部一次接受几千rad的吸收剂量时，除骨、胃肠损伤外，主要是中枢神经损伤，抽搐、肌肉震颤、瞳孔改变及昏迷，几小时至几天后死亡。晚期效应是指受辐照后数年后发生症状的效应。当受急性辐照恢复后，或长期接受容许水平的照射，也可能发生晚期效应。晚期效应指辐射损伤诱发的癌症、白血病、血内障及寿命缩短等。辐射产生的遗传效应受辐照者可能造成生殖细胞染色体中脱氧核糖核酸(DNA)分子损伤，生殖细胞与遗传相关联的是染色体、基因。染色体是由脱氧核糖核酸组成的，它是一种蛋白质复合体，是遗传物质的主要载体，而基因是染色体中有遗传功能的DNA分子，它们发生病变，会遗传给后代使后一代人出现某种遗传疾患。最大容许剂量当量

为了防止有害的非随机性效应，并限制其发生几率，使之达到被认为可接受的水平，采用最大容许剂量来限制受辐照量。最大容许剂量的含意是：在现有医学水平下，认为经受这一剂量的辐照，产生严重躯体损伤或遗传损伤的几率是微小的，又是可逆的。所产生的影响，对众多人群进行统计才能被觉察。最大容许剂量指内、外照射剂量总和，而不包括天然本底及医疗照射，而是专为辐射安全防护制定的限值。对一般人可以借鉴。其目的是保护环境，保障人身健康和安全，以利于原子能事业的发展。根据我国现行《放射性防护规定》：⒈职业放射性工作人员，年容许剂量当量率为：5雷姆/年0.1雷姆/周0.02雷姆/天2.5毫雷姆/时。⒉放射性场所工作人员为职业人员的1/10

。⒊居民的容许剂量当量：为：1/100。γ射线的防护

γ射线本身不带电，不直接引起物质电离，它具有很强的穿透本领。绝大多数放射性核素的原子核都会放射γ射线，在反应堆中它是更活跃的分子，无处不在，对它的防护非常重要。

1、时间防护

大家知道，受辐照的累计剂量是剂量率与辐照时间的乘积，因而减少辐照时间无疑会减小辐射线的伤害。2、距离防护

辐射场中某点所受辐射剂量的大小与该点A距辐射源S的距离平方成反比，故可增大距离，以减小辐射剂量，使之小于容许剂量当量率。图2-11-1距离防护示意图

设：在离放射源S距离为A点处，所测剂量当量率为：HA，超过容许剂量当量率值，我们选择工作地点远距源处，使之实际剂量当量率等于容许剂量当量率，只要工作场所选在大于rm处，是安全的。

图2-11-1距离防护示意图意图因为所以：

3、屏蔽防护β粒子的外辐照防护

射线也有较大穿透力，它在空气中的射程也有数米，但由于它带电荷，易使物质电离而损失自已的能量，它容易进入皮肤层，引起表层组织损伤。由于与重物质会产生轫致辐射，所以对它的防护有一定特殊性。

轫致辐射的屏蔽

轫致辐射主要来源于重材料对高能β射线的阻截，所以对β源进行防护时同时要考虑对其引发的轫致辐射线的防护，它是一种低能连续谱的x射线，穿透力比较强。因而对β射线防护时，采用两层防护。

第一层为轻物质，以防护β射线本身；第二层为重物质以防护轫致辐射。中子的防护

中子是中性粒子，它的穿透本领很强，是形成外辐照的一种主要射线，中子不带电，不能直接使物质电离，而是由它与物质作用产生的次级带电粒子使物质电离的。中子在物质中的减弱是一个非常复杂的过程，所以对中子的防护是比较复杂的。中子与物质的相互作用与中子的能量有关，加之很多材料的反应截面资料缺乏，因而对它的屏蔽计算带来一定困难。由于中子的活化效应，其不稳定核会发生α、β、γ、P、n等衰变，在防护过程中也要予以考虑。

用于中子防护的材料，防护性能要好，也就是说，一是对中子强度的减弱要好，二是它们由中子引起的次级效应要小，材料的物理性能(如稳定性、抗辐射、抗腐蚀)、力学强度、加工工艺要佳，经济成本适当。反应堆防护概述

反应堆由堆芯、防护层、冷却回路等组成，许多问题都与核辐射防护有关，这里主要对反应堆活性区的屏蔽防护作一介绍。

堆芯的辐射源来自核燃料的链式裂变反应，产生的辐射可分为初级辐射和次级辐射。初级辐射指燃料裂变时和其裂变产物所放出的射线，由初级辐射线与堆材料相互作用产生的辐射称次级辐射。

㈠中子：反应堆芯的中子有瞬发中子、缓发中子、(γ，n)反应中子等。

㈡γ射线：在堆芯内有瞬发γ及裂变产物γ等。

对核武器的防护

一般来说，核爆炸（比如原子弹、氢弹的爆炸）的杀伤力量由四个因素构成：冲击波、光辐射、放射性沾染和贯穿辐射。一、四种杀伤因素的致伤作用

(一)光辐射的致伤作用

光辐射可引起体表皮肤、粘膜等烧伤，称为直接烧伤或光辐射烧伤。在光辐射作用下，建筑物、工事和服装等着火引起人体烧伤，称为间接烧伤或火焰烧伤。光辐射的致伤作用，主要取决于光冲量的大小。(二)冲击波的致伤的作用

冲击波损伤，简称冲击伤(blastinjuries)，是冲击波直接或间接作用于人体所造成的各种损伤。

1.直接冲击伤2.间接冲击伤(三)早期核辐射的致伤作用

早期核辐射是核武器所特有的杀伤因素。当人体受到一定的剂量照射后，可能引起急性放射病，也可能发生小剂量外照射生物效应。

(四)放射性沾染的致伤作用

放射性沾染对人员的损伤有三种方式：

1.外照射损伤：人员在严重沾染区停留，受到γ射线外照射剂量>1Gy时，可引起外照射急性放射病。是落下灰对人员的主要损伤。

2.内照射损伤：落下灰通过各种途径进入体内，当体内放射性核素达到一定的沉积量时，可引起内照射损伤。

3.β射线皮肤损伤：落下灰直接接触皮肤，当剂量>5Gy时，