電離輻射劑與防護(hù)

1、電離輻射劑量學(xué)：研究電離輻射能量在物質(zhì)中的轉(zhuǎn)移和沉積的規(guī)律，特別是轉(zhuǎn)移和沉積的度量（量的定義、測(cè)量、計(jì)算等）的科學(xué)。劑量計(jì)算或測(cè)量?jī)煞N基本途徑：（1）輻射場(chǎng)本身測(cè)量 一輻射場(chǎng)粒子數(shù)、輻射的能譜分布、輻射能量沉積本領(lǐng)（2）直接或間接測(cè)量沉積能量第一章回顧1、輻射的分類(lèi)i .電離輻射：通過(guò)初級(jí)和次級(jí)過(guò)程引起物質(zhì)電離，如“粒子、3粒子、質(zhì)子、中子、X射線和丫射線等。ii .非電離輻射：與物質(zhì)作用不產(chǎn)生電離的輻射，如微波、無(wú)線電波、紅外線等。2、輻射場(chǎng)的描述粒子注量定義：?jiǎn)蜗蜉椛鋱?chǎng)：粒子注量，數(shù)值上等于通過(guò)與粒子入射方向垂直的單位面積的粒子數(shù)。E d (E)/dEE(E)EdEo能量注量：dE ft

2、/ da能量注量與粒子注量的關(guān)系E m a xe EdE03、相互作用系數(shù)A、帶電粒子（e、重帶電粒子） 總阻止本領(lǐng)：總線阻止本領(lǐng)帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)在單位路程上損失的能量。,dEsdE是dl距離上損失能量的數(shù)學(xué)期望值。dl總線阻止本領(lǐng)與帶電粒子的性質(zhì)（電荷、質(zhì)量、能量）和物質(zhì)的性質(zhì)（原子序數(shù)、密度） 有關(guān)。去除物質(zhì)密度的影響可得到總質(zhì)量阻止本領(lǐng)公式:s/1 dEdl總質(zhì)量阻止本領(lǐng)描述帶電粒子在物質(zhì)中穿過(guò)單位路程時(shí)，因各種相互作用而損失的能量。 它可分解為各種相互作用阻止本領(lǐng)之和。S/ （S/ ）c（S/ ）r質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)（包括電離和激發(fā)對(duì)能量損失的貢獻(xiàn)）C1（S /）c dE c / dl

3、質(zhì)量輻射阻止本領(lǐng)（由非彈性輻射相互作用導(dǎo)致的初級(jí)帶電粒子的能量損失決定）_1（S /） r dE r / dl筆形束輻射在水模中的縱向能量沉積X、射線與物質(zhì)作用類(lèi)型:光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)生成中子與物質(zhì)相互作用類(lèi)型：彈 性 散 射（Elastic-scattering ）：總動(dòng) 守恒。臺(tái)匕 目匕非彈性放射（In-elastic scattering）：總能量、動(dòng)量守恒，動(dòng)能不守恒。去彈性散射（Non-elastic scattering ） ： （n.p） （ n.）等。俘獲（Capture）: （n. 丫）。散射（Spallation）以上均屬與原子核的相互作用。B、不帶電粒子（X、中子）

4、質(zhì)量減弱系數(shù)（/）:描述物質(zhì)中入射不帶電粒子數(shù)目的減小，不涉及具體物理過(guò)程。質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù) （tr/ ）：描述不帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子數(shù)值。只涉及帶電粒子獲得的能量，而不涉及這些能量是否被物質(zhì)吸收。質(zhì)量能量吸收系數(shù)（ en/ ）:描述不帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，不帶電粒子被物質(zhì)吸收的能量。en/( tr/ )(1 g)當(dāng)次級(jí)帶電粒子動(dòng)能較小、物質(zhì)原子序數(shù)較低時(shí)，物致輻射弱，g值接近于零，此時(shí)en/值近似tr/值。數(shù)值上：質(zhì)量減弱系數(shù)（/ ）質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（tr/ ）質(zhì)量能量吸收系數(shù)（en/ ） 4、輻射劑量學(xué)中使用的量A吸收劑量（D）同授與能（）相聯(lián)系，單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收

5、的平均輻射能量。D d-/dm單位Gy。適用于任何類(lèi)型的輻射和受照物質(zhì)，與一個(gè)無(wú)限小體積相聯(lián)系的輻射量。受照物質(zhì)中每一點(diǎn)都有特定的吸收劑量數(shù)值。B、比釋動(dòng)能(K)同轉(zhuǎn)移能(tr)相聯(lián)系，不帶電粒子在質(zhì)量 dm的物質(zhì)中釋放出的全部帶電粒子的 初始動(dòng)能總和的平均值。K d-tr / dm單位Gy。針對(duì)不帶電粒子，對(duì)受照物質(zhì)整體，而不對(duì)受照物質(zhì)的某點(diǎn)而言。K fk,進(jìn)而求得比釋動(dòng)實(shí)用時(shí)可先查比釋動(dòng)能因子表(國(guó)際上給出比釋動(dòng)能因子的推薦值)能。C帶電粒子平衡不帶電粒子在某一體積元的物質(zhì)中，轉(zhuǎn)移給帶電粒子的平均能量，等于該體積元 物質(zhì)所吸收的平均能量。發(fā)生在物質(zhì)層的厚度大于次級(jí)帶電粒子在其中的最大射程深

6、度 處。吸收劑量與比釋動(dòng)能的關(guān)系帶電粒子平衡下D=K (1-g)g是次級(jí)電子在慢化過(guò)程中，能量損失于物致輻射的能量份額。對(duì)低能X或射線，可忽略物致輻射能量損失，此時(shí)D= KC、照射量(X)X或射線在單位質(zhì)量的空氣中，釋放出來(lái)的全部電子完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中產(chǎn)生一種符號(hào)的離子的總電荷的絕對(duì)值。X dQ/dm單位C/kg。針對(duì)X或 射線、空氣?？諝庵懈鼽c(diǎn)的照射量不同?？諝庵心滁c(diǎn)的照射量 X與同一點(diǎn)處的能量注量X ( en/若粒子為單能的，則照射量與粒子注量有如下關(guān)系:的關(guān)系：)a (e/Wa)XfxfxE( en/ )a 9皿第二章回顧1、照射量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法A自由空氣電離室適用于測(cè)量50ke

7、V3MeVQX 的X或射線，基本原理根據(jù)照射量定義。比釋動(dòng)能KaV Wa e1 ga VPB空腔電離室測(cè)量較高能量的X或射線的照射量，特點(diǎn)增加電離室的壁厚。測(cè)量依據(jù)布拉格戈瑞原理。條件：介質(zhì)內(nèi)存在的空腔足夠小以致i腔內(nèi)的氣體電離幾乎全部是介質(zhì)中的次級(jí)電子引起的；ii空腔的存在不會(huì)改變介質(zhì)中初始光子和次級(jí)光子的能譜和角分布;iii空腔周?chē)橘|(zhì)厚度大于次級(jí)電子在其中的最大射程?？涨晃恢锰幋嬖谥娮悠胶?、八，Sm,g(S/ )m(S/ )gW -Dmqg() Sm,geSm,g物質(zhì)與腔內(nèi)氣體的平均質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)比2、中子當(dāng)量劑量的測(cè)量中子當(dāng)量不同中子能量范圍的中子吸收劑量乘以相應(yīng)的輻射權(quán)重因子，最

8、后相加，即得中子當(dāng)量劑量。EHi,nfHi(En) EndEn0實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量不同中子能量范圍的中子吸收劑量是困難的。這時(shí)在一定能量范 圍內(nèi)，調(diào)整儀器的響應(yīng)，使儀器的探測(cè)效率正比于 。這樣，輻射場(chǎng)中探測(cè)器測(cè)到的中子數(shù) Nn,即正比于中子的當(dāng)量劑量指數(shù)HI,no。第三章回顧第一節(jié) 輻射對(duì)人體健康的影響一、影響輻射生物學(xué)作用的因素1、物理因素一一與輻射有關(guān)的因素輻射類(lèi)型劑量率及分次照射照射部位和面積照射的幾何條件2、生物因素一一與機(jī)體有關(guān)不同生物種系的輻射敏感性個(gè)體不同發(fā)育階段的輻射敏感性不同細(xì)胞組織或器官的輻射敏感性輻射防護(hù)即從影響輻射損傷的因素入手來(lái)進(jìn)行防護(hù)，如對(duì)不同的輻射類(lèi)型采取不同的防護(hù)

9、方法、限制劑量和分次照射以使輻射損傷所發(fā)生的可能性最小。二、劑量與效應(yīng)的關(guān)系隨機(jī)性效應(yīng)(Stochastic effect )隨機(jī)性效應(yīng)特征線性無(wú)閾"。無(wú)閾”指任何微小的劑量都可能誘發(fā)隨機(jī)性效應(yīng)。線性”指隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生幾率與所受劑量成線性關(guān)系，但其后果的嚴(yán)重程度不一定 與所受劑量有關(guān)系。確定性效應(yīng)有閾值。超過(guò)閾值，效應(yīng)肯定會(huì)發(fā)生，且其 嚴(yán)重程度與所受劑量大小有關(guān)，劑量越大，效應(yīng)越明顯。ICRP在其建議書(shū)草案(征求意見(jiàn)稿，2006)中將確定性效應(yīng)也稱(chēng)為組織反應(yīng)第二節(jié)輻射防護(hù)中使用的量一、與個(gè)體相關(guān)的輻射量1、當(dāng)量劑量（H）:與輻射生物效應(yīng)相聯(lián)系，用同一尺度描述不同類(lèi)型和能量的輻射對(duì)人體

10、 造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生幾率的大小。WR輻射權(quán)重因子與輻射種類(lèi)和能量有關(guān)；DT, R按組織或器官T平均計(jì)算的來(lái)自輻射 R的吸收劑量；HT單位Sv。WR值大致與輻射品質(zhì)因子 Q值一致。所謂輻射品質(zhì)，是指電離輻射授予物質(zhì)能量在微 觀空間分布上的特征，傳能線密度LA是描述加射品質(zhì)的方法之一。2、有效劑量（E）:與人體各器官對(duì)輻射的敏感度相聯(lián)系。描述輻射照射人體，給受到照射 的有關(guān)器官和組織帶來(lái)的總的危險(xiǎn)。在非均勻照射下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相 同時(shí)所對(duì)應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。有效劑量單位Sv。WT 組織權(quán)重因子，在全身均勻受照射下各器官對(duì)總危害的相對(duì)貢獻(xiàn)。組織權(quán)重因子（WT）器

11、官或組織受照射所產(chǎn)生的危害與全身均勻受照射時(shí)所 產(chǎn)生的總危害的比值。即反映了在全身均勻受照射下各器官對(duì)總危害的相對(duì)貢獻(xiàn)。有效劑量表示為表示了非均勻照射條件下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同 時(shí)所對(duì)應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。EWt Wr Dt,rT R評(píng)價(jià)危險(xiǎn)時(shí)，當(dāng)量劑量、有效劑量，只能在遠(yuǎn)低于確定性效應(yīng)閾值的吸收劑量下提 供隨機(jī)性效應(yīng)概率的依據(jù)。3、待積當(dāng)量劑量 H50,T、待積有效劑量 H50, E描述內(nèi)照射情況下，放射性核素進(jìn)入人體 內(nèi)對(duì)某一器官或個(gè)人在一段時(shí)間內(nèi)（ 50y）產(chǎn)生的危害。也可用來(lái)估計(jì)攝入放射性核素后將 發(fā)生隨機(jī)性概效應(yīng)的平均幾率。H53Tt0 50 HT（t）dt H

12、50,EWt H50,T，toT第三節(jié)人體受到照射的輻射來(lái)源及其水平1宇宙射線來(lái)自宇宙空間的高能粒子流，包括質(zhì)子、粒子、其它重粒子、中子、電子、光子、介子等；宇生核素宇宙射線與大氣中的原子核相互作用產(chǎn)生，如3H、14C、7Be等；原生核素存在于地殼中天然放射性核素，以238U、232Th、235U為起始的三個(gè)天然放射系，及獨(dú)立的長(zhǎng)壽命放射性核素如40K等。2、人工輻射醫(yī)療照射X射線檢查核動(dòng)力生產(chǎn)核燃料循環(huán)核爆炸第四節(jié)輻射防護(hù)的基本原則輻射防護(hù)的目的防止有害的確定性效應(yīng)， 并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率，使它們達(dá)到被認(rèn)為可以接受的不平。輻射實(shí)踐正當(dāng)化涉及照射的實(shí)踐，除非對(duì)受照個(gè)人或社會(huì)能夠帶來(lái)足以補(bǔ)償

13、其所產(chǎn)生的輻射危害的利益， 否則不得采用。防護(hù)與安全的最優(yōu)化對(duì)一項(xiàng)實(shí)踐中的任一特定輻射源，個(gè)人劑量的大小、受照人數(shù)以及照射發(fā)生的可能性， 在考慮了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素之后，應(yīng)當(dāng)全部保持在合理可行的最低程度( ALARA As Low As Reasonably Achievable)。為了保證公平性，應(yīng)當(dāng)在這個(gè)過(guò)程中考慮個(gè)人劑量約束或個(gè)人危險(xiǎn) 約束。最優(yōu)化的定量分析技術(shù)一代價(jià)利益分析 Cost Benefit Analysis劑量限制個(gè)人劑量限值個(gè)人受到所有有關(guān)實(shí)踐聯(lián)合產(chǎn)生的照射，應(yīng)當(dāng)遵守劑量限值。劑量約束值一種與源相關(guān)的個(gè)人劑量值，公眾成員從任何受控源的計(jì)劃運(yùn)行中接受的年劑量上界。干預(yù)的防護(hù)體系一

14、一ICRP60干預(yù)：任何旨在減小或避免不屬于受控實(shí)踐的或因事故而失控的源所致照射或照射可能性的行動(dòng).第四章回顧第一節(jié)外照射防護(hù)的一般方法1.1、外照射防護(hù)的基本原則盡量減少或避免射線從外部對(duì)人體的照射，使之所受照射不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的劑量限值。內(nèi)、外照射的特點(diǎn)照射方式輻射源類(lèi)型危害方式常見(jiàn)致電離粒子照射特點(diǎn)內(nèi)照射多見(jiàn)開(kāi)放源電離、化學(xué)毒性、 高能、電子、持續(xù)外照射多見(jiàn)封閉源電離X、n間斷1.2、 外照射防護(hù)的基本方法1、減少接觸放射源的時(shí)間2、增大與放射源的距離3、設(shè)置屏蔽1.3、 屏蔽材料的選擇一般選低Z材料紙、鋁箔、有機(jī)玻璃低Z+高Z材料鋁、有機(jī)玻璃、混凝土、鉛X、 高Z材料、通用建筑材料鉛、鐵

15、、鴇，鈾N 高Z材料、含氫低Z材料、含硼材料 水、石蠟、碳化硼鋁、含硼聚乙烯第二節(jié)射線的劑量計(jì)算2.1 點(diǎn)源的照射量率計(jì)算點(diǎn)源：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)與輻射源的距離，比輻射源本身的幾何尺寸大5倍以上，即可把輻射源看成是點(diǎn)狀的，稱(chēng)其為點(diǎn)狀源，簡(jiǎn)稱(chēng)點(diǎn)源。非點(diǎn)源：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)與輻射源的距離，比輻射源本身的幾何尺寸小于5倍，且輻射源有一定的大小和形狀，因而該輻射源不能視為簡(jiǎn)單的點(diǎn)源。第三節(jié)X、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律3.1窄束X或射線的減弱規(guī)律窄束一入射光子發(fā)生一次相互作用，就認(rèn)為該光子消失宏觀衰減量一質(zhì)量能量減弱系數(shù)、質(zhì)量厚度物質(zhì)對(duì)光子數(shù)目衰減N N°e (u/ )d第四節(jié)射線的屏蔽計(jì)算點(diǎn)源屏蔽計(jì)算點(diǎn)

16、源，初級(jí)輻射丫占主導(dǎo)時(shí)：透射比:11.4 105A qH 02rHL,hHl2Z51.4 105A q減弱倍數(shù)1.4 105A qHl"于 3 Svh-1。K一92.161 1092r14D1?0100K f(d)20 b ima sou求得KB,可查P199起附表613 一定丫能量和屏蔽物下減弱K倍的對(duì)屏蔽物厚度例7、強(qiáng)輻射場(chǎng)所用的 輻射源，通常都是在水井中進(jìn)行倒源工作。強(qiáng)輻射源的運(yùn)輸 容器高度為1m,從容器中提出源時(shí)，源可高出容器口不超過(guò)0.5m?，F(xiàn)倒裝60Co輻射源的活度為1.85X1015Bq,問(wèn)需要多深的水井，才能使水井表面的當(dāng)量劑量率低_5_5_15_181.4 105A

17、 q 1.4 105 1.85 102.503 10Hl"3 10 6 r2曲線A根據(jù)P109頁(yè)附表6各向同性點(diǎn)源射線減弱 K倍所需的水屏蔽層厚度作出，曲線 B 根據(jù)作出。A、B兩曲線交點(diǎn)相應(yīng)的水深約為 33m,再加上操作源所需的厚度 1.5m,因而水 井總需深度為34.5m。第五節(jié) B射線外照射防護(hù)3射線特點(diǎn)：能譜連續(xù)，在物質(zhì)中的減弱近似指數(shù)規(guī)律散射顯著；物致輻射；3點(diǎn)源的劑量分布與距離平方成反比，但有很多修正項(xiàng)。3點(diǎn)源對(duì)空氣吸收劑量率近似：D 8.1 10 12 A- r3射線的射程 r 0.4i2E(1.265 0。9541ne)0.01 e 2.5MeVR 0.53E-0.1

18、062.5 E 20MeVR 0.5Emax例10、設(shè)計(jì)為存放活度為 3.7X1012Bq的32P點(diǎn)狀源的溶器。選定用有機(jī)玻璃作內(nèi)層屏蔽層，鉛作外屏蔽層。計(jì)算所需的有機(jī)玻璃和鉛各為多厚？假設(shè)離輻射源1m的當(dāng)量劑量率控制水平為7.5 Svh-1。若內(nèi)外層材料顛倒過(guò)來(lái)，則又將怎么樣？由P105頁(yè)表4.9某些放射性核素3射線的最大能量和平均能量可知，32P的3射線最大電子能量為 1.711 (100%) r 0 412E(1.265 0.09541nE)0 7907 g cm 2由P109頁(yè)表4.10查得有機(jī)玻璃的密度為 1.18gcm-3,由此得有機(jī)玻璃厚度d R /0.67 cm 7 mm由P1

19、84頁(yè)附表1可查得，與物致輻射光子平均能量Eb為0.695MeV相應(yīng)的空氣質(zhì)量能量吸收系數(shù)為 2.918X 10-3m2kg-1。用(4.66)式可算得空氣中的吸收劑量率為：32.918 10-14 Eb 214120.695 24.58 10 AZe() ( en/ ) 4.58 103.7 105.85 ()r14.59 5 10 3Gyh 13射線的輻射權(quán)重因子為1,故HI WrD 3.105 10 3Svh三* 2.415 10 33.105 10 3% r24.58 10-14AZeEb2( en/ )相應(yīng)的減弱倍數(shù)為：K 1/414查P202頁(yè)附表，可得鉛的屏蔽厚度為5.86cm。

20、第六節(jié)中子外照射的防護(hù)1中子源特點(diǎn)總結(jié)：放射性中子源優(yōu)點(diǎn)：各向同性、源的總體尺寸小(可視為點(diǎn)源)缺點(diǎn)：中子產(chǎn)額低(400中子/ (106 s Bq), 中子場(chǎng)常伴隨有輻射 加速器中子源 優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)額高(1091010中子/ (s A)(p, n)源伴隨輻射少缺點(diǎn)：中子產(chǎn)額角分布嚴(yán)重，各角度中子分布不均 中子源體積較大2當(dāng)量劑量計(jì)算單能中子場(chǎng)(4.73)Hi nfHI,n具有能量分布的中子場(chǎng)(4.74) Hf dE'/ H In,E I H I,n (E)dE與中子譜n,E相應(yīng)的中子平均當(dāng)量劑量換算因子(4.75)fHi,n njH,n(E)dE/ n,EdE3、中子在屏蔽層中的減弱中子在

21、物質(zhì)中衰減規(guī)律總結(jié)：非弱性散射：有閾值，中子能量在25MeV以下，非彈性散射截面隨中子能量增大而 增加。彈性散射：與中子相碰撞的原子核越輕，中子轉(zhuǎn)移給反沖核能量越多。氫是1MeV左右的中子最好的慢化劑。要使快中子(0.510MeV )慢化，首先應(yīng)使用重或較重的物質(zhì)，通過(guò)非彈性散射使 中子能量很快降低到與原子核的第一激發(fā)能級(jí)相應(yīng)的能量以下；以后再利用含氫物 質(zhì)，能過(guò)彈性散射使中子能量進(jìn)一步降低到熱能區(qū)。硼的熱中子慢化截面大，且其伴隨的輻射能量低，因而適宜做熱中子慢化劑。反應(yīng)堆中常用其吸收熱中子，調(diào)節(jié)臨界系數(shù)。計(jì)算寬束流中子減弱的分出截面法經(jīng)歷散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽的中子束中分出”了，使

22、穿過(guò)屏蔽層的都是哪些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。滿(mǎn)足下列條件可用分出截面法：A、屏蔽層足夠厚，使得在屏蔽層后面的當(dāng)量劑量主要是由中子束中一組貫穿能力最強(qiáng)的中子的貢獻(xiàn)所致；B、屏蔽層內(nèi)須含有鐵、鉛之類(lèi)的中等重或重的材料，以使入射中子能量能通過(guò)非彈性散射很快降低到1MeV左右；C、屏蔽層內(nèi)要含有足夠的氫，以保證在很短的距離內(nèi)，使中子能量從1MeV左右很快降到熱能區(qū)，并使其能在屏蔽層內(nèi)被吸收。為使參考點(diǎn)上中子注量率降低到L(m-2s-1),所需屏蔽厚度d,可由下式計(jì)算：n(d)noBnqeRdRdnoBnqAyB nq所以in普個(gè)14、已知226Ra-Be中子源的活度為 3.7X 1012Bq (中子產(chǎn)額見(jiàn)表 4.12)。求離源2m處 的中子與當(dāng)量劑量率。中子當(dāng)量劑量率：從P112頁(yè)表4.12查得226Ra-Be中子源的中子產(chǎn)額為 405 X 10-6s-1Bq-1 ,查P117頁(yè)表4.15得226Ra-Be中子源的當(dāng)量劑量換算因子為_(kāi) 12_Ay 3.7 10405Hn fHI,n . fH,n4 r10 6 1.49851.4985 10934.5 X 1015Svm-2。9110 s42234.515110 15 1.029 Sv s 1當(dāng)量齊U量率：查P82頁(yè)表4.4得核素226Ra的空氣