辐射防护与环境保护3new

1、第四章,辐射监测,为了评估和控制工作场所和周围环境的辐射照射水平，对辐射或放射性物质所进行的测量称为辐射监测。辐射监测还包括按ICRP的建议和国家有关规定，对测量结果进行评价。,辐射监测一般包括区域监测、环境监测（瞬发辐射、土壤、大气、植物、水源）、个人剂量监测、感生放射性监测（元器件、屏蔽材料、冷却水）等。环境监测和感生放射性中包括的土壤、大气、植物、水源、冷却水等的活化分析需由环保部门认定，而区域监测和环境监测中对瞬发辐射的监测应采用实时连续监测的方法。,辐射与物质作用时诱发的物理学、化学和生物学范畴内的各种变化以及伴随出现的各种次级现象，都是辐射剂量测量的基础。 常用的辐射探测方法和探测

2、器包括：电离室、闪烁体探测器、径迹探测器、热释光、玻璃荧光、量热方法、化学剂量计、计数管、半导体探测器、丙氨酸等。,电离辐射探测器的分类,主动型：可以近似的实时读数实时显示是它的最大优点，最大缺点是在脉冲辐射场中的应用受到限制（举例说明），剂量率计算公式要特别注意。电离室、闪烁体探测器、计数管、半导体探测器等均属于此类探测器。 被动型：脉冲辐射场中使用可以给出正确测量结果（积累剂量值），可惜不能实时显示径迹探测器、热释光、玻璃荧光、化学剂量计、丙氨酸等均属于此类探测器。 最近发展了一种综合两种优点的探测器Radfet，但它还有一定的局限性,一. 和探测器有关的几个参数,1. 灵敏度与能量响应

3、单位吸收剂量（或当量剂量或照射量等）所对应的仪器读数为该仪器的灵敏度。如剂量仪的读数与能量无关，则称该仪器的能量响应好。任何一台仪器（或某种剂量计）都有一定的能响范围，使用前要查阅其能响曲线及分析所测量的辐射场的能量分布情况。,2. 剂量及剂量率响应 每种剂量计或剂量仪器都会有一定的剂量及剂量率响应范围。低于此范围会造成无响应或误差过大，高于此范围会形成饱和而造成错误。,3. 剂量计或剂量仪器对辐射场时间结构的响应 从时间结构分析，辐射场可分为稳恒场和瞬发场。稳恒场的测量比较容易，对于瞬发场，占空因子是一个重要的物理量。占空因子越小的瞬发场测量仪器的选择越要小心。凡是计数式仪器都有一定的死时间

4、，最好选用与时间结构无关的剂量计对这样的场进行测量，它们的缺点是不能做实时监测。为了弥补这一缺点，可以采用电离室测量电离积累电荷的方法予以补充。使用一般的计数式仪器，要仔细研究辐射场脉冲宽度、仪器死时间长度、辐射场强度之间的关系。而死时间很长的仪器，如盖革计数管仪器，在占空因子较小的辐射场中，就不能使用了。,二. 辐射场的方向性及角分布对辐 射测量的影响,任何辐射场的分布几乎都是不均匀的，空间分布最简单的辐射场是各种放射源周围的辐射场。但即使是这样的辐射场，分布也不是遵循严格意义上的距离平方反比规律。地面、墙，顶盖和其他屏障的反散射都会扰乱辐射场原有的分布规律。加速器尤其是高能加速器周围的辐射

5、场具有最强的方向性和最恶劣的角分布。如果辐射场是一个混合辐射场（，电子，中子，质子，离子等等两种或两种以上），各种成分的方向分布也完全不同。这都是辐射场测量中必须考虑的。,三. 混合辐射场的测量,由于辐射场中各种不同的粒子与介质作用的机理不同，所以对不同种类的粒子的探测机理和方法也完全不同。在混合场中，几乎没有任何一种单一的辐射测量仪器可以使用。一般要针对不同种类的粒子使用不同的探测器。只有两种情况可以使用单一的探测器，一是其中一种辐射的当量剂量水平在总当量剂量中永远占有绝对优势（95%以上），另一种情况是各种辐射水平的比例基本固定，通过测量其中一种辐射，经加权后再显示记录其它辐射水平的方法。

6、,四. 对变化的辐射场的测量,在实验型辐射产生装置中，几乎总是存在着辐射源项随机器运行状态变化的辐射场。在这样的场中，为了能观察到辐射场随机器运行而变化的情况，需要安装实时辐射监测系统。,国家同步辐射实验室储存环大厅辐射场监测,国家同步辐射实验室是我国第一台专用同步辐射光源。它是真空紫外和软射线段的同步辐射机器，主体设备包括一台作为注入器的200MeV电子直线加速器、一台作为光源的800MeV电子储存环和引出同步辐射光的实验线及作各种实验的14个实验站。,NSRL的200MeV电子直线加速器是800MeV储存环的注入器，它的脉冲流强为50mA，脉宽1s，工作频率50Hz，电子束流的百分之一用于

7、储存环的注入。储存环大厅内的辐射场是一个由能谱很宽的韧致辐射与中子混合组成的瞬发辐射场，它与一般的稳恒场不同，辐射水平变化很大。 机器的运行分为注入、慢加速、正常存储束流、剔除残余束流、标准化磁铁五个循环过程。注入阶段和正常存储束流阶段没有固定的时间长度，所以各个循环所用的时间并不总是一样的。存储束流是把近乎光速的电子约束在一个闭合轨道内运行，由于各种不稳定因素的影响，偶而也会有束流突然全部丢失的情况发生。虽然我们对此称之为灾难性的束流损失，但因储存环内存储的全部电子数仅在1011量级，且储存环屏蔽设计是在充分考虑了这一可能的情况下作出的，所以引起的后果并不十分严重。,辐射场特点： 1.辐射场

8、随机器运行状态的改变而变化。 在储存环每个运行循环内的五个不同阶段，大厅内的辐射场与机器运行状态保持同步变化，且各具特点。注入阶段它是一个占空因子极小(510-7)而辐射水平很高的瞬发辐射场，注入结束辐射水平急剧下降；在慢加速过程中辐射水平略有上升；正常存储束流阶段是一个接近稳恒场的慢变化场；束流的剔除或突然丢失会引起辐射水平的突然上升；标准化磁铁阶段辐射场降至本底水平，这与停机时的状况相同(储存环大厅内的残余放射性水平可以忽略)。 2.是一个韧致辐射射束与中子的混合场，能谱很宽。 3.具有方向性，尤其是注入阶段更为明显。在注入阶段，由于受注入效率的影响，注入电子束大量损失在注入点附近，其下游

9、的辐射水平明显高于大厅内其它方向。即使在正常存储束流阶段，由于各处的函数不同，束流延环损失也是不均匀的。,测量位置,测量位置： 图中的A、B、C、D、E、F、G分别表示大厅内七个监测点的位置，每个监测点放置Gamma和中子探测器各一台，高度与束流平面一致。选定这些位置是因为它们在储存环大厅内具有一定的代表性。注入的200MeV的电子碰撞到不锈钢的真空室壁上相当于打靶，产生的韧致辐射射束具有很强的前向分布。A位于储存环注入点的正下游，注入阶段应有比其他位置都高的辐射水平。该位置又在第一块弯转磁铁的后面，正常运行阶段的辐射水平亦较高。在它附近是光刻实验站，所以在此监测所得数据很有意义。B是在第二个

10、直线段高频腔附近。C靠近大厅边墙，在它的前面我们加了一堵混凝土墙，可考查屏蔽效果。D在储存环第二象限下游，此处集中了三个实验站，平时实验人员最多。E、F在第三象限。G在第四象限位于注入点上游的地方，它与F之间有光电子能谱实验站。,除了用探测器进行测量外，我们还采用热释光测量法对整个储存环大厅作了剂量分布测量。 调试初期大多数电子损失在注入点附近，造成周围区域的剂量率水平达到几千Sv/h。沿注入方向即使到大厅边缘（离注入点约30米）剂量率水平仍有几百Sv/h。但在其反方向上的剂量当量率水平却低2至3个数量级。在大厅内的另外一些地方，辐射剂量水平接近本底。辐射场显示了极明显的方向性。这些测量结果对

11、了解当时大厅内辐射场分布特点是非常有帮助的。,图中的(a)和(b)显示了在只有5cm铅屏蔽情况下监测点D处同一天内的轫致辐射和中子剂量当量率的变化情况（CH4对应轫致辐射剂量当量率，CH12对应中子剂量当量率。）,(c)和(d)是在铅屏蔽外增加20 cm厚、180 cm高混凝土墙前后监测点A的轫致辐射剂量率水平比较 。,(e)和(f)则分别是与(c)和(d)对应时间内A点的中子剂量当量率水平比较。,调机初期储存环大厅辐射场分布图,从以上这些图中我们可以分析得出如下结果： 1.辐射水平，尤其是正常存储束流期间的辐射水平逐年明显下降（正常存储束流期间辐射水平的比较请参看图中的(c)和(d)。注入期

12、间辐射水平的比较请参看图2中的(c)、(d)、(e)、(f)及热释光测量结果图）。这除了运行条件变好、束流寿命延长这一因素外，主要是屏蔽水平提高所起的作用。,2.虽然在储存环调试结束后注入阶段储存环大厅内各处辐射水平还是相差很大(比较图(a)，(c)可以看出这一点)，但注入点附近的电子丢失情况比调试初期有了很大改善，这说明注入水平有了大幅度提高。这一阶段的剂量率水平与调试初期相比变化不大是由这台加速器现在的注入方式决定的（注入器提供的不是ns的脉冲，因此注入效率极低。），待机器改进后注入效率提高，辐射水平便会随之下降。,3.剂量当量率与机器运行状况有清楚的对应关系。以图(a)中间一个循环为例来

13、分析一下：注入一开始，辐射水平从本底值立即跃升几个量级形成一个峰，峰高反映了监测点此时的剂量率水平（曲线上任何一点对应的值，实际上是5分钟积分时间内的平均剂量率，所以比瞬时值要低）。注入结束后曲线立即下降到某一较低的值，但在慢加速过程中剂量率水平又略有上升。这是因为随着存储电子能量的增加，每损失相同数量的电子会产生更多的剂量贡献。慢加速结束后剂量当量率随着存储束流的不断减少、束流寿命的不断上升呈缓慢下降的趋势。这段曲线上每一点的斜率正好是存储束流在对应时间的微分寿命。该段曲线的尾部有一个小尖峰，这是由于剔除50mA残余束流时瞬时剂量当量率上升造成的。当标准化磁铁时辐射水平又回落到天然本底水平，

14、一个循环结束。自从增加了20cm厚的混凝土屏蔽墙后，在正常储存束流阶段，本来就不高的辐射水平，由于又经过一层屏蔽，就更接近本底值了。,4.中子剂量率变化曲线与轫致辐射水平变化曲线的趋势相似，但有两处不同：一是绝对值不同，原因是显而易见的。二是这条曲线不如韧致辐射的平滑，原因是中子辐射水平较低，但为顾及其他因素不宜将积分域加大，因此造成各个积分区间的脉冲计数涨落较大，从而使作出的中子剂量当量率变化曲线显得不那么光滑。,5.在剔除束流的瞬间记录下的尖峰值比实际值要小得多。我们认为束流被剔除时沿环的总损失应与等量束流在正常存储期间累计损失大致相等。那么这尖峰下面所包含的面积积分值应等于正常存储束流期

15、间流强衰减相等值时辐射水平变化的那一部分的积分面积。但从图中可以看出这二者间是有差异的。这除了曾在以上提及的曲线上的值要比瞬时剂量率值低的原因和探测器本身在这种场合可能产生的“复合”效应外，还因为这时脉冲频率高，而经过整形输入DDL 的电流脉冲信号脉宽为1ms，因此可能会有一部分信号被“吞食”，造成计数减少。,HLS储存环束流损失监测系统的应用,系统设计依据,储存环中束流寿命各分量间的关系可用以下公式近似表示：,HLS储存环的TBA结构,电子以o角撞击真空室内壁后外壁上的簇射电子分布,在辐射场中簇射电子带有最准确的位置信息，应选择对簇射电子灵敏而对Gamma和中子不灵敏的探测器。,储存环平面图

16、 束流损失监测器成对的安装在每块二极铁的出口和一个直线段上。,这是储存环运行时束损监测系统记录下的某监测点束损变化情况。,这是储存环运行时束损监测系统记录下的全环各监测点某时刻束损分布情况。,储存环束流损失监测系统投入运行后，在机器研究和运行调整中发挥了很大作用。以它为工具，我们发现和解决了若干和束流寿命、真空泄漏等有关的问题。,束流突然丢失前后监测数据变化,2002-6-3-14:46:30 B01 B02 B03 B04 B05 B06 B07 B08 B09 B10 B11 B12 L03 212 625 326 367 423 393 6468 686 383 2505 631 419

17、7 188 57 46 94 5068 96 2126169 59 97 68 10 134 2002-6-3-14:47:00 B01 B02 B03 B04 B05 B06 B07 B08 B09 B10B11 B12 L03 36990 8680 14829 2122 916 2511 464813017 812 138462 109672 123814 1504 12697 1338 61864 241192 567 184701089 742 8437733061 11 18953,改进前慢加速过程中的束流损失,改进后慢加速过程中的束流损失,光束线前端打开时由于真空变化引起的束流损失

18、变化,第六章,计算机技术应用于辐射防护系统时应注意的事项,1.时间常数的选择,在辐射场监测中如果监测得到的信号是计数脉冲，那么在转换成剂量率的过程中应该注意方法。采样间隔取得太小，算出的低水平区域的剂量率值会波动很大，取得太大又会造成对某些事件反应过慢。实践证明，这个间隔取6秒比较合适。但即使这样取，仍会在辐射场处于本底水平时算出的剂量率有较大波动，因此应该进一步采取增加时间常数、分配相邻时间段剂量率权重的办法加以修正。,2.计算机应用程序数据存储区位数问题,有的射线产生装置周围辐射场的瞬时剂量可能会很高，用于存储采集到的脉冲数的存储区或暂存器的位数如果不足够多,就有可能发生饱和溢出，不能正确反