第3章 外照射防護.ppt

1 第三章外照射的防護 2 第一節(jié)外照射防護的一般方法第二節(jié)X 射線的外照射防護第三節(jié)帶電粒子外照射的防護第四節(jié)中子外照射的防護 3 第一節(jié)外照射防護的一般方法 一 外照射防護的基本原則二 外照射防護的基本方法三 屏蔽材料的選擇原則四 確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料 第一節(jié)外照射防護的一般方法 4 一 外照射防護的基本原則 內(nèi)外照射的特點 基本原則 盡量減少或避免射線從外部對人體的照射 使之所受照射不超過國家規(guī)定的劑量限值 第一節(jié)外照射防護的一般方法 5 二 外照射防護的基本方法 外照射防護三要素 時間 距離 屏蔽 第一節(jié)外照射防護的一般方法 6 1 時間防護 Time 累積劑量與受照時間成正比措施 充分準備 減少受照時間 第一節(jié)外照射防護的一般方法 7 2 距離防護 Distance 劑量率與距離的平方成反比 點源 措施 遠距離操作 任何源不能直接用手操作 注意 射線防護 第一節(jié)外照射防護的一般方法 8 3 屏蔽防護 Shielding 措施 設(shè)置屏蔽體 屏蔽材料和厚度的選擇 輻射源的類型 射線能量 活度 第一節(jié)外照射防護的一般方法 9 第一節(jié)外照射防護的一般方法 10 三 屏蔽材料的選擇原則 第一節(jié)外照射防護的一般方法 11 四 確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料 第一節(jié)外照射防護的一般方法 12 居留因子T 第一節(jié)外照射防護的一般方法 13 第二節(jié)X 射線的外照射防護 一 X 輻射源及輻射場二 X 射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律三 X 射線的屏蔽計算 第二節(jié)X 射線的外照射防護 14 一 X 輻射源及輻射場 一 X射線機 第二節(jié)X 射線的外照射防護 15 1 放射性活度 用于表征某一物質(zhì)中放射性核素總數(shù)的量度 式中 dN是在時間間隔dt內(nèi) 該核素發(fā)生核躍遷次數(shù)的期望值 單位 貝可 勒爾 Becquerel 符號Bq 三 輻射源 點源 距離比源本身的幾何尺寸大5倍以上 第二節(jié)X 射線的外照射防護 16 2 點源的照射量率計算 照射量率常數(shù) 非單能情況 第二節(jié)X 射線的外照射防護 17 第二節(jié)X 射線的外照射防護 18 3 點源的吸收劑量率計算 第二節(jié)X 射線的外照射防護 4 比釋動能率常數(shù) 19 5 非點源的照射量率 比釋動能率計算 輻射源大小 形狀差別 不能簡單視為點源 進行積分計算 還要考慮源本身的吸收和散射的影響 線源情況下 當距離比輻射源本身尺寸大5倍以上時 將其視為點源引入的誤差在0 5 以內(nèi) 第二節(jié)X 射線的外照射防護 20 二 X 射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律 一 窄束X 射線的減弱規(guī)律 二 寬束X 射線的減弱規(guī)律單一均勻介質(zhì)的積累因子 三 寬束X 射線的透射曲線 四 屏蔽X 射線的常用材料 第二節(jié)X 射線的外照射防護 21 一 窄束X或 射線的減弱規(guī)律 1 窄束 narrowbeam 不包含散射成分的射線束 2 窄束單能 射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律 線衰減系數(shù) cm 1 第二節(jié)X 射線的外照射防護 22 低能光子更易被高Z物質(zhì)吸收 存在一個能量點 值最小 第二節(jié)X 射線的外照射防護 23 3 兩個概念 能譜的硬化 平均自由程 隨著通過物質(zhì)厚度的增加 不易被減弱的 硬成分 所占比重越來越大的現(xiàn)象 線減弱系數(shù)的倒數(shù)稱為光子在物質(zhì)中的平均自由程 即 1 表示光子每經(jīng)過一次相互作用之前 在物質(zhì)中所穿行的平均厚度 如果d 即厚度等于一個平均自由程 X或 射線被減弱到原來的e 1 康普頓效應占優(yōu)時 估算 第二節(jié)X 射線的外照射防護 24 二 寬束X或 射線的減弱規(guī)律 第二節(jié)X 射線的外照射防護 25 描述散射光子影響的物理量 表示某一點散射光子數(shù)所占份額 B取決于 源的形狀 光子能量 屏蔽材料的原子序數(shù) 屏蔽層厚度 屏蔽層幾何條件給定輻射源和屏蔽介質(zhì)的話 只與光子能量E 和介質(zhì)厚度 平均自由程數(shù) d 有關(guān) 即B E d B 積累因子 build upfactor 第二節(jié)X 射線的外照射防護 26 單層介質(zhì) B值的確定 1 查表法 2 公式法 第二節(jié)X 射線的外照射防護 27 3 多層介質(zhì)情況 兩種介質(zhì)的原子序數(shù)相差不大 兩種介質(zhì)的原子序數(shù)相差很大 1 低Z介質(zhì)在前 高Z介質(zhì)在后 2 高Z介質(zhì)在前 低Z介質(zhì)在后 能量高時 能量低時 排列屏蔽材料時 應低Z在前 高Z在后 第二節(jié)X 射線的外照射防護 28 三 寬束X或 射線的透射曲線 1 減弱倍數(shù)K輻射場中某點處沒有設(shè)置屏蔽層時的當量劑量率H 0 與設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當量劑量率H d 的比值 表示屏蔽材料對輻射的屏蔽能力 無量綱 1 屏蔽計算中用的幾個參量 第二節(jié)X 射線的外照射防護 29 2 透射比 輻射場中某點處設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當量劑量率H d 與沒有設(shè)置屏蔽層時的當量劑量率H 0 的比值 第二節(jié)X 射線的外照射防護 30 3 透射系數(shù) 設(shè)置厚度為d的屏蔽層后 離X射線發(fā)射點1m處 單位工作負荷 1mA min 所造成的當量劑量 單位 Sv m2 mA min 1 第二節(jié)X 射線的外照射防護 31 2 半減弱厚度與十倍減弱厚度 1 半減弱厚度 1 2 halfvaluethickness將入射光子數(shù) 注量率或照射量率等 減弱一半所需的屏蔽層厚度 2 十倍減弱厚度 1 10 tenthvaluethickness將入射光子數(shù) 注量率或照射量率等 減弱到十分之一所需的屏蔽層厚度 1 2 1 10并不是絕對的常數(shù) 第二節(jié)X 射線的外照射防護 32 第二節(jié)X 射線的外照射防護 33 四 屏蔽X或 射線的常用材料 1 鉛 原子序數(shù) 密度大 對低能和高能的X或 射線有很高的減弱能力 但在1Mev到幾Mev的能區(qū) 減弱能力最差 缺點 成本高 結(jié)構(gòu)強度差 不耐高溫 2 鐵 屏蔽性能比鉛差 但成本低 易獲得 易加工 3 混凝土 價格便宜 結(jié)構(gòu)性能良好 多用作固定的防護屏障 4 水 屏蔽性能較差 但有特殊優(yōu)點 透明度好 可隨意將物品放入其中 常以水井 水池形式貯存固體 輻射源 第二節(jié)X 射線的外照射防護 34 2 射線的屏蔽計算 2 查透射比曲線 1 查減弱倍數(shù)表 第二節(jié)X 射線的外照射防護 35 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 一 射線的劑量計算二 射線的屏蔽防護三 重帶電粒子的劑量計算四 重帶電粒子的屏蔽防護 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 36 一 射線的劑量計算 1 單能電子束 單位 mGy h 式中 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 37 2 射線 特點 射線的能譜是連續(xù)譜 散射很顯著 情況復雜 通常用經(jīng)驗公式近似計算 點源空氣中吸收劑量的粗略估算 式中 A是活度 Bq r是距離 m 單位 Gy h 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 38 二 射線的屏蔽防護 射線的屏蔽要分兩層 先輕Z 后重Z 屏蔽材料的厚度一般應等于 射線在物質(zhì)中的最大射程 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 39 1 經(jīng)驗公式 或查圖 計算最大射程 式中 R max 射線在鋁中的最大射程 g cm2 E max 射線的最大能量 MeV 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 40 介質(zhì)修正 式中 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 41 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 42 2 軔致輻射的屏蔽計算 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 43 式中 F 射線被第一屏蔽層吸收時產(chǎn)生軔致輻射的份額 射線在空氣中的線衰減系數(shù) cm 1 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 44 式中 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 45 三 重帶電粒子的劑量計算 放射性核素存在 群體反沖 現(xiàn)象 因此 必須保存在密閉容器內(nèi) 在密閉良好的手套箱中操作 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 46 一 質(zhì)量阻止本領(lǐng)法 mSv h 重帶電粒子的注量率 1 m2 s S 重帶電粒子在物質(zhì)中的質(zhì)量阻止本領(lǐng) WR 輻射權(quán)重因子 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 47 S 的確定 z 重帶電粒子的電荷數(shù) 等效質(zhì)子能量 Mp M1 質(zhì)子質(zhì)量與入射重帶電粒子質(zhì)量之比 E 入射重帶電粒子能量 兆電子伏 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 48 重帶電粒子外照射劑量應考慮到粒子的種類和能量 5MeV以下的 粒子 2MeV以下的質(zhì)子 都幾乎不能穿透皮層 進行外照射劑量計算沒有實際意義 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 49 查表法 四 重帶電粒子的屏蔽計算 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 50 公式法 式中 第三節(jié)帶電粒子的外照射防護 51 第四節(jié)中子的外照射防護 一 中子輻射源二 中子劑量計算三 中子在屏蔽層的減弱規(guī)律四 中子屏蔽計算 52 放射性核素中子源加速器中子源反應堆中子源等離子體中子源 一 中子輻射源 中子源注意事項 往往伴有 輻射 第四節(jié)中子的外照射防護 53 放射性核素中子源 優(yōu)點 發(fā)出的中子基本各向同性 源的尺寸小 價格便宜 缺點 產(chǎn)額小 且隨時間減弱 易形成污染 第四節(jié)中子的外照射防護 54 表3 4 1放射性核素中子源的特性 第四節(jié)中子的外照射防護 55 加速器中子源 T d n 4He反應的優(yōu)點是中子能量高 10 30MeV 即使氘核能量低到0 1MeV 通過T d n 4He反應也能獲得接近14MeV的單能中子 第四節(jié)中子的外照射防護 56 加速器 n 中子源 連續(xù)譜 第四節(jié)中子的外照射防護 57 反應堆中子源 中子數(shù)量大 能譜寬 0 075 17MeV 第四節(jié)中子的外照射防護 58 二 中子劑量的計算 一 中子與機體組織相互作用的特點 表3 4 6中子在機體組織中發(fā)生的重要的相互作用 En100MeV 第四節(jié)中子的外照射防護 59 二 中子劑量的計算 1 比釋動能計算 式中 為中子比釋動能因子 吸收劑量 小塊組織 第四節(jié)中子的外照射防護 60 表3 4 7中子輻射權(quán)重因子WR 中子當量劑量換算因子fHi n和對應的中子注量率10 Sv h 1 2 當量劑量計算 單能 連續(xù)譜 第四節(jié)中子的外照射防護 61 表3 4 1放射性核素中子源的特性 第四節(jié)中子的外照射防護 62 表3 4 7中子輻射權(quán)重因子WR 中子當量劑量換算因子fHi n和對應的中子注量率10 Sv h 1 63 三 中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律 一 減弱原理 第一步 快中子通過與物質(zhì)的非彈性散射和彈性散射 慢化成熱中子 第二步 熱中子被物質(zhì)俘獲吸收 首先用重或較重的物質(zhì) 通過非彈性散射使中子能量很快降到與原子核第一激發(fā)能級能量以下 然后 再利用含氫物質(zhì) 通過彈性散射使中子能量降到熱能區(qū) 第四節(jié)中子的外照射防護 64 表3 4 8某些元素的熱中子吸收截面及相應俘獲 輻射的最大能量 1 系指 n 反應的截面及其伴隨的 光子能量 65 二 減弱規(guī)律 窄束 寬束 第四節(jié)中子的外照射防護 66 三 計算寬束中子減弱的分出截面法 原理 通過屏蔽材料的選擇使得中子一經(jīng)散射就很快被吸收 穿過屏蔽層的都是未經(jīng)相互作用的中子 滿足簡單的指數(shù)規(guī)律 第四節(jié)中子的外照射防護 67 屏蔽材料必須滿足的條件 1 屏蔽層足夠厚 2 屏蔽層含像鐵 鉛之類的重材料 通過非彈性散射將中子能量很快降到1MeV以下 3 屏蔽層內(nèi)含有足夠的氫 在很短距離內(nèi) 將中子能量從1MeV降到熱能 然后被吸收 宏觀分出截面 第四節(jié)中子的外照射防護 68 表3 4 9對于裂變中子的宏觀分出截面 第四節(jié)中子的外照射防護 原子量 10 宏觀分出截面 69 四 計算寬束中子的透射曲線 中子輻射透射系數(shù) 單位中子注量在屏蔽體后造成的劑量當量 單位Sv cm2 中子透射比 中子減弱倍數(shù) 第四節(jié)中子的外照射防護 70 五 計算寬束中子的十倍減弱厚度 第四節(jié)中子的外照射防護 71 72 表3 4 10與附圖32和附圖34 NCRP79圖F8和F9 中各曲線對應的核反應 加速粒子能量以及由此產(chǎn)生的中子在混凝土中的平衡十倍減弱厚度值 73 表3 4 10與附圖32和附圖34 NCRP79圖F8和F9 中各曲線對應的核反應 加速粒子能量以及由此產(chǎn)生的中子在混凝土中的平衡十倍減弱厚度值 續(xù) 74 有的資料給出8 15 1022 有的資料給出8 3 1022 表3 4 11常用屏蔽材料中的含氫量 第四節(jié)中子的外照射防護 75 水 含氫量大 既是慢化劑 又是吸收體 氫的俘獲 輻射能量低 只有2 2MeV 便于屏蔽 水的泄漏易釀成事故 混凝土 既有輕元素 又有較重的元素和一定量的水分 對中子和光子都有較好的屏蔽作用 混凝土中水含量的不同對屏蔽效果影響較大 需要進行修正 石蠟 含大量的氫 易成型 但結(jié)構(gòu)性能差 高溫易軟化 低溫易干裂 對 輻射屏蔽性能差 聚乙烯 含氫豐富 易加工成型 溫度高于100 C時 易軟化 泥土 含水多 廉價 鋰和硼 熱中子吸收截面大 鋰俘獲中子后放出的 輻射可忽略不計 硼俘獲中子放出0 47MeV的 輻射 易屏蔽 76 四 中子屏蔽計算 一 放射性核素中子源的屏蔽計算 式中 d是屏蔽層厚度 cm R是屏蔽材料的宏觀分出截面 cm 1 A是放射性核素中子源中放射性核素的活度 Bq y是放射性核素中子源的產(chǎn)額 Bq 1 s 1 A y 即為中子源中子發(fā)射率 s 1 Bn是中子積累因子 q是居留因子 r是參考點離源的距離 m 第四節(jié)中子的外照射防護 77 Bn取值 厚度不小于20cm的水 石蠟 聚乙烯一類的含氫材料 取Bn 5 鉛 Bn 3 5 鐵 Bn 2 6 第四節(jié)中子的外照射防護 78 平時成績占10 作業(yè)占30 筆試成績占60 學習輻射防護專業(yè)知識 樹立正確對待輻射態(tài)度 培養(yǎng)良好學習習慣 嘗試新的學習方法 成績組成 要求 79 輻射防護的含義輻射防護簡史輻射防護的基本任務(wù)和目的輻射防護的主要內(nèi)容 緒論 80 1 輻射防護的含義 1 輻射防護的含義 1 什么是輻射 從某種物質(zhì)中發(fā)射出來的電磁波或粒子 熱輻射 核輻射等 2 輻射的分類 非電離輻射 能量小于10eV 如紫外線 可見光 紅外線和射頻輻射 電離輻射 能量大于10eV 如X射線 射線 中子 射線 射線等 81 3 什么是電離輻射 電離 從一個原子 分子從其束縛狀態(tài)釋放一個或多個電子的過程 電離輻射 能通過初級過程或次級過程引起電離的帶電粒子或不帶電粒子 1 輻射防護的含義 82 4 常見的電離輻射 1 輻射防護的含義 83 輻射產(chǎn)生的途徑 來自放射性同位素來自產(chǎn)生輻射的機具X光檢查 金屬元素的定性和定量分析等來自核反應核能發(fā)電廠 宇宙射線等 84 輻射的特性 輻射有四個重要的特性是大家必須要認識的 1 放射性蛻變是自發(fā)性的反應放射性同位素 另稱放射性核素 的蛻變是自發(fā)性的 無法以物理或化學的手段去改變它 85 2 輻射受電磁場影響 86 3 輻射強度隨時間的增加而退減 87 4 不同的輻射有不同的穿透能力 88 因此 屏蔽X射線或 射線的材料 需要密度高的金屬材質(zhì)為佳 89 5 為什么對輻射 電離輻射 要進行防護 輻射 原子 分子 組織 器官 機體損傷 確定性效應 隨機性效應 電離 激發(fā) 修復 1 輻射防護的含義 90 輻射的發(fā)現(xiàn) 91 倫琴 世界上第一張X射線照片 1895 倫琴 Roentgen 發(fā)現(xiàn)X射線 NobelPrizein1901 2 輻射防護的簡史 2 輻射防護簡史 92 1898 居里夫婦發(fā)現(xiàn)釙 Polonium 和鐳 Radium 1896 貝克勒爾 Becquerel 發(fā)現(xiàn)鈾 Uranium 發(fā)現(xiàn)了天然放射性 同位素的工業(yè)應用 NobelPrizein1903 NobelPrizein1903and1911 2 輻射防護的簡史 93 1898 盧瑟福 Rutherford 發(fā)現(xiàn)了 粒子 法國化學家維拉爾發(fā)現(xiàn) 射線 1932 查德威克 Chadwick 發(fā)現(xiàn)中子 2 輻射防護的簡史 94 1 早期輻射損傷認識時期 又稱職業(yè)性輻射損傷時期 時間 發(fā)現(xiàn)X射線 1895年 1930年代 特點 對輻射可能造成的損傷認識不足損傷對象 1 X射線的受照者和應用X射線的技術(shù)人員 2 從事放射性物質(zhì)研究的科學家 3 鈾礦工人及用含鐳夜光涂料的操作女工 2 輻射防護的簡史 95 損傷特點 1 外照射引起的急性體表損傷 2 氡及其子體內(nèi)照射引起的肺癌 3 鐳內(nèi)照射引起的骨腫瘤 典型事例 1 X射線被發(fā)現(xiàn)一個月 X射線的制造者Grubbe的手發(fā)生了 特異性皮炎 2 1896年 Edison和助手Morton自身試驗 眼部受照數(shù)小時后 眼痛 結(jié)膜炎 2 輻射防護的簡史 96 2 中期輻射損傷認識時期 又稱放射線診斷 治療損傷時期 時間 1930 1960年代 特點 醫(yī)學界把輻射看作是時髦的診斷和治療手段 卻缺乏對輻射遠期效應的認識 病人由于接受高累積劑量而誘發(fā)過多的白血病 骨腫瘤 肝癌等惡性腫瘤 2 輻射防護的簡史 97 損傷對象 接受超劑量輻射照射的病人 較突出的例子有 1 1935 1954年 在英國應用X射線局部照射治療強直性脊椎炎的病人 2 1944 1951年 在德國應用鐳 224注射治療強直性脊椎炎 關(guān)節(jié)炎及結(jié)核病的病人 3 1928 1954年 在一些國家中應用釷造影劑進行x射線造影的病人 2 輻射防護的簡史 98 3 近期輻射損傷認識時期 又稱流行病學調(diào)查所見的輻射損傷時期 時間 1960年代 現(xiàn)在 特點 早期的職業(yè)性急性輻射損傷 除事故外 巳極為罕見了 中期所見到的高發(fā)生率的惡性腫瘤 得以避免 除事故外 只能用大群體的或高人年的流行病學的調(diào)查方法 才能發(fā)現(xiàn)輻射損傷或危害的增加 2 輻射防護的簡史 99 重點調(diào)查對象包括 職業(yè)性受照射群體的流行病學調(diào)查 放射事故受害者調(diào)查 出生前受X射線診斷照射的群體流行病學調(diào)查 高輻射本底地區(qū)居住者的流行病學調(diào)查 原子彈 氫彈 切爾諾貝利事故受害者跟蹤調(diào)查 2 輻射防護的簡史 100 調(diào)查結(jié)論 迄今為止的流行病學的調(diào)查資料證明 在低劑量下 唯一潛在的輻射危害是致癌 非特異性壽命縮短末見發(fā)生 遺傳危害也未見增加 低于職業(yè)性劑量限值的輻射水平的長期慢性照射 是否會增加惡性腫瘤尚不明確 出生前診斷性X射線的照射量 是否能增加出生后的小兒癌癥的發(fā)病率 尚有爭議 高本底地區(qū)居民流行病學的調(diào)查 均末