輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)課件

1、輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù) “輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)”是國(guó)家一級(jí)學(xué)科 “核科學(xué)與技術(shù)”下的四個(gè)二級(jí)學(xué)科之一。本講座是為非輻射防護(hù)與環(huán)境保護(hù)專業(yè)的研究生所作的。第一章基礎(chǔ)知識(shí) 1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線。 1896年，貝可勒爾發(fā)現(xiàn)天然放射性，這是人們第一次觀察到的核變化?，F(xiàn)在通常就把這一重大發(fā)現(xiàn)看成是核物理學(xué)的開端。其后不久居里夫人發(fā)現(xiàn)鐳。放射性元素能發(fā)射出能量很大的射線，這為探索原子和原子核提供了一種前所未有的武器。 1911年，盧瑟福等人利用射線轟擊各種原子，觀測(cè)射線所發(fā)生的偏折，從而確立了原子的核結(jié)構(gòu)，提出了原子結(jié)構(gòu)的行星模型，這一成就為原子結(jié)構(gòu)的研究奠定了基礎(chǔ)。1919年，盧瑟福等又發(fā)現(xiàn)用粒子轟擊氮核

2、會(huì)放出質(zhì)子，這是首次用人工實(shí)現(xiàn)的核蛻變(核反應(yīng))。此后用射線轟擊原子核來引起核反應(yīng)的方法逐漸成為研究原子核的主要手段。 在初期的核反應(yīng)研究中，最主要的成果是1932年中子的發(fā)現(xiàn)和1934年人工放射性核素的合成。30年代初，靜電、直線和回旋等類型的加速器已具雛形，利用加速器可以獲得束流更強(qiáng)、能量更高和種類更多的射線束，從而大大擴(kuò)展了核反應(yīng)的研究工作。此后，加速器逐漸成為研究原子核和應(yīng)用技術(shù)的必要設(shè)備。在核物理發(fā)展的過程中人們很快就發(fā)現(xiàn)了放射性射線對(duì)某些疾病的治療作用。直到今天，核醫(yī)學(xué)仍然是核技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。 核物理研究受到人們的重視得到社會(huì)的大力支持，是和它具有廣泛而重要的應(yīng)用價(jià)值密切相

3、關(guān)的。 核技術(shù)主要為核能源的開發(fā)服務(wù)，核電成為火電、水電后的第三大能源，正在研究開發(fā)的核聚變工程將為今后的能源提供新的途徑。同位素的應(yīng)用是核技術(shù)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，同位素示蹤已應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域；同位素藥劑應(yīng)用于某些疾病的診斷或治療；同位素儀表在各工業(yè)部門用作生產(chǎn)自動(dòng)線監(jiān)測(cè)或質(zhì)量控制裝置。 離子注入技術(shù)是研究半導(dǎo)體物理和制備半導(dǎo)體器件的重要手段。離子束已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于材料科學(xué)和固體物理的研究工作。離子束也是用來進(jìn)行無損、快速、痕量分析的重要手段。 在原子核物理學(xué)誕生、壯大和鞏固的全過程中，通過核技術(shù)的應(yīng)用，核物理和其他學(xué)科及生產(chǎn)、醫(yī)療、軍事等部分建立了廣泛的聯(lián)系，取得了有力的支持。第一節(jié)電離

4、輻射和輻射危害電離輻射 電離輻射是由能引起物質(zhì)電離的帶電粒子或不帶電粒子構(gòu)成的輻射，簡(jiǎn)稱輻射。 具有一定能量的帶電粒子例如和粒子可以與原子中的電子直接碰撞后將其擊出，形成一個(gè)離子對(duì)，稱為直接電離。不帶電粒子例如射線、X射線和中子引起的電離是它們與物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生的次級(jí)帶電粒子引起的，稱為次級(jí)電離。機(jī)體受到各種電離輻射的作用稱為輻射照射，或簡(jiǎn)稱照射。人類受到的照射可來自體外，成為外照射，也可來自進(jìn)入體內(nèi)的放射性核素，稱為內(nèi)照射。 粒子 輻射的概念已經(jīng)擴(kuò)大到正電子輻射，粒子是正電子和電子。它們的靜止質(zhì)量相同，電荷相等，符號(hào)相反。 與粒子不同，粒子展示出一個(gè)連續(xù)能譜。核素表中查到的是能譜的最大值。

5、 電子與介質(zhì)相互作用主要是電離、激發(fā)和輻射（軔致輻射產(chǎn)生X射線）。電子在介質(zhì)中衰減過程基本符合指數(shù)規(guī)律。 粒子可以構(gòu)成外部傷害，深度和粒子能量有關(guān)，高能粒子還要考慮它通過軔致輻射產(chǎn)生的X射線的危害，而它的內(nèi)照射危害卻比粒子小得多。X和輻射 和射線都是電磁波（光子）。唯一的區(qū)別是來源：射線是屬于原子核發(fā)射出來的輻射；射線指的是在原子核外部產(chǎn)生的輻射。 它們和物質(zhì)的相互作用主要是三種過程：光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)的產(chǎn)生。三種過程都產(chǎn)生電子。它們又電離或激發(fā)物質(zhì)中的其它原子。 和輻射穿透性強(qiáng)。對(duì)人體外照射傷害大，一般情況下需要屏蔽。而且它的反散射問題嚴(yán)重。但內(nèi)照射的危害卻要小得多。中子 與上述三

6、種輻射不同，中子不可能是天然衰變的產(chǎn)物，它主要是由核反應(yīng)產(chǎn)生的。中子依據(jù)能量不同而分為熱中子、中能中子、快中子和相對(duì)論性的中子。不同種類的中子和介質(zhì)作用的機(jī)理很不相同。 中子屏蔽困難，對(duì)機(jī)體傷害大，還能產(chǎn)生感生放射性，是輻射防護(hù)中要認(rèn)真對(duì)付的輻射。但它幾乎不存在內(nèi)照射的危險(xiǎn)。輻射危害 各種輻射照射對(duì)人類的健康危害是在人類不斷利用各種電離輻射源的過程中被認(rèn)識(shí)的。今天，隨著輻射源與核能的廣泛和平利用，在給人類帶來莫大利益的同時(shí)，也使人類接觸各類輻射的機(jī)會(huì)顯著增加。其中包括：在從事某種職業(yè)的過程中受到的職業(yè)性照射，因接受醫(yī)學(xué)診斷和治療而受到的醫(yī)學(xué)照射，以及一般居民從所有其它輻射源受到的公眾照射。因此

7、，人類應(yīng)該在最大限度利用電離輻射源和核能的同時(shí)加強(qiáng)輻射防護(hù)，盡量避免和減少電離輻射可能引起的健康危害。 人類接受輻射照射后出現(xiàn)的健康危害來源于各種射線通過電離作用引起組織細(xì)胞中原子、分子的變化。危害的性質(zhì)和程度因輻射的物理學(xué)特性和機(jī)體的生物學(xué)背景而有所不同。它可以是發(fā)生在受照者本人的軀體性效應(yīng)，也可是因生殖細(xì)胞受到照射引起的發(fā)生在受照者后裔的遺傳性效應(yīng)；可以是超過一定水平照射后必然出現(xiàn)的必然性效應(yīng)，也可以使受照水平雖低也不能完全避免的隨機(jī)性效應(yīng)。劑量（Gy）類型程度初期癥狀或損傷程度0.250.25-0.50.5-1不明顯和不易察覺的病變可恢復(fù)的機(jī)能變化，可能有血液學(xué)的變化機(jī)能變化，血液變化，

8、但不伴有臨床癥相1-22-3.53.5-5.55.5-10骨髓型急性放射病輕度中度重度極重度乏力，不適，食欲減退頭昏乏力，食欲減退，惡心嘔吐，白細(xì)胞短暫上升后下降多次嘔吐，可有腹瀉，白細(xì)胞明顯下降多次嘔吐，腹瀉，休克，白細(xì)胞急劇下降10-5050腸型急性放射病腦型急性放射病頻繁嘔吐，腹瀉嚴(yán)重，腹痛，血紅蛋白升高頻繁嘔吐，腹瀉，休克，共濟(jì)失調(diào)，及張力增高，振顫，抽搐，昏睡，定向和判斷力減退急性放射性全身照射又未進(jìn)行專門的醫(yī)學(xué)治療的半致死劑量約為3-5Gy 由于輻射的隨機(jī)性效應(yīng)造成的低水平輻射致癌的危險(xiǎn)度見下表輻射危害評(píng)價(jià) 輻射危害評(píng)價(jià)是放射醫(yī)學(xué)研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。放射醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段

9、：醫(yī)學(xué)放射生物學(xué)、原子醫(yī)學(xué)、輻射源和核能廣泛應(yīng)用后出現(xiàn)的對(duì)低劑量照射的研究（這個(gè)階段的特點(diǎn)是放射醫(yī)學(xué)與輻射防護(hù)科學(xué)之間的更緊密的結(jié)合）。放射醫(yī)學(xué)發(fā)展的上述三個(gè)階段并不是相繼取代而是相互補(bǔ)充。醫(yī)學(xué)放射生物學(xué)、必然性效應(yīng)和急性放射病至今仍然是放射醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)。人們對(duì)輻射健康危害的研究從高劑量照射向低劑量照射擴(kuò)展，從近期效應(yīng)向遠(yuǎn)期效應(yīng)擴(kuò)展，從必然性效應(yīng)向隨機(jī)性效應(yīng)擴(kuò)展，從個(gè)體分析向群體分析擴(kuò)展，從定性評(píng)價(jià)向定量評(píng)價(jià)擴(kuò)展。輻射健康危害的定量評(píng)價(jià)為制定輻射防護(hù)劑量限值提供醫(yī)學(xué)證據(jù)。 第二節(jié)輻射防護(hù)的原則和輻射防護(hù)劑量限制的歷史ICRP-26 提出的輻射防護(hù)三原則輻射實(shí)踐的正當(dāng)化輻射防護(hù)的最優(yōu)化個(gè)人劑量

10、當(dāng)量限值ICRP-26提出的ALARA原則（As Low As Reasonable Achievable）兩類效應(yīng)概念 輻射防護(hù)的目的在于防止有害的非隨機(jī)性效應(yīng)，并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率，使之達(dá)到被認(rèn)為可以接受的水平。劑量限值的歷史 紅斑劑量 耐受劑量 容許劑量個(gè)人劑量限值 幾十年來劑量限值的概念、表達(dá)方式有很大變化，很難對(duì)不同時(shí)期的限值進(jìn)行直接比較。不過從整體來看，職業(yè)性全身照射的年限值在不斷降低。 從1958年開始定為每年50 mSv，持續(xù)到1977年（ICRP-26）。1991年 ICRP-60發(fā)表，它在劑量限值上的主要改變表現(xiàn)為每年不超過50 mSv，連續(xù)五年之和不超過100 mSv

11、。活度 在給定時(shí)刻處于一給定能態(tài)的一定量的某種放射性核素的活度定義為： A = dNdt式中：dN 在時(shí)間間隔dt內(nèi)該核素從該能態(tài) 發(fā)生自發(fā)核躍遷數(shù)目的期望值。 活度的單位是秒的倒數(shù)，稱為貝克（勒爾） （Bq）,它與原使用單位居里的關(guān)系為: 1Ci = 3.7 1010Bq照射量 照射量是描述X和射線輻射場(chǎng)的量。照射量的國(guó)際單位（SI）用每千克空氣中的電荷量庫(kù)侖表示，即Ckg-1。照射量的專用單位是R(倫琴)。 R=2.5810-4Ckg-1 或 1Ckg-1=3.877103R 倫琴單位使用歷史悠久，它不是受照物質(zhì)吸收的能量，應(yīng)稱為照射量，而不是一度被誤稱的劑量和照射劑量。用于描述輻射場(chǎng)時(shí)它

12、只適用于空氣，而且只能用于度量10 KeV-3 MeV能量范圍的X或射線。吸收劑量 吸收劑量是描述輻射場(chǎng)內(nèi)受照物體接受的能量。吸收劑量是與輻射效應(yīng)有聯(lián)系的輻射防護(hù)中使用的最基本的劑量學(xué)量。吸收劑量使用與比釋動(dòng)能相同的SI單位和專用單位，即Jkg-1和Gy。吸收劑量的舊單位是rad(拉德)，1Gy=100rad。輻射權(quán)重因數(shù)、當(dāng)量劑量和劑量當(dāng)量 吸收劑量表示受到輻射照射后人體組織器官的能量沉積。輻射照射后引起的生物效應(yīng)及其嚴(yán)重程度不僅取決于能量沉積，還取決于輻射的種類。為了使不同輻射的吸收劑量能更好的與低劑量照射后隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生概率相聯(lián)系，ICRP-26中曾經(jīng)利用與輻射類型及其能量有關(guān)的權(quán)重因

13、數(shù)，即品質(zhì)因素Q對(duì)組織或器官的吸收劑量D進(jìn)行加權(quán)。 加權(quán)的吸收劑量稱為當(dāng)量劑量，按下列方程定義：H =D Q N 式中N是所有其他修正因子的乘積，實(shí)際ICRP取N=1。當(dāng)組織或器官同時(shí)受到幾種輻射照射時(shí)，則相應(yīng)的劑量當(dāng)量等于每種輻射的當(dāng)量劑量的總和。當(dāng)量劑量的SI單位與吸收劑量相同，也是Jkg-1，專用單位為Sv(希沃特)，以便與吸收劑量相區(qū)別。當(dāng)量劑量的舊單位是rem（雷姆），1Sv =100 rem。 當(dāng)量劑量HT,R的定義為： H T，R=D T，RR式中： D T，R 輻射R在器官或組織內(nèi)產(chǎn) 生的平均吸收劑量。 R輻射R的輻射權(quán)重因數(shù)。輻射權(quán)重因數(shù)通常稱為Q值，與輻射的LET值相關(guān)。

14、輻射類型 Q的平均值 X射線，射線及電子 1 熱中子 2.3 能量未知的中子、質(zhì)子和靜止質(zhì)量大于1原子質(zhì)量單位的單電荷粒子 10能量未知的粒子和多電荷粒子（及電荷數(shù)未知的粒子） 20注：熱中子的Q的平均值是ICRP-42（1984）給出的。有效劑量 有效劑量的定義為人體各組織或器官的當(dāng)量劑量乘以相應(yīng)的組織權(quán)重因數(shù)后的和。組織或器官組織權(quán)重因數(shù)T組織或器官組織權(quán)重因數(shù)T性腺0.20肝0.05（紅）骨髓0.12食道0.05結(jié)腸0.12甲狀腺0.05肺0.12皮膚0.01胃0.12骨表面0.01膀胱0.05其余組織或器官0.05乳腺0.05第三章輻射防護(hù)的方法與屏蔽 輻射對(duì)人體的照射方式有外照射和內(nèi)

15、照射兩種。外照射是體外輻射源對(duì)人體造成的照射，而內(nèi)照射是指進(jìn)入體內(nèi)的放射性核素對(duì)人體造成的照射。前者主要由X、射線、中子束、高能帶電粒子束和射線引起的；后者則主要因人們通過吸入、食入、完好皮膚或皮膚傷口吸收了放射性核素造成的。針對(duì)這兩種照射方式，有兩種完全不同的防護(hù)方法。 外照射防護(hù)一般采用下述三種方法中的一種，或幾種方法聯(lián)合應(yīng)用縮短受照時(shí)間增大與輻射源的距離在人與輻射源之間增加防護(hù) 屏蔽 內(nèi)照射防護(hù)與外照射防護(hù)方法完全不同，最根本的防護(hù)方法是盡量減少放射性物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)的機(jī)會(huì)。 第一節(jié)外照射的防護(hù)X射線和射線的屏蔽 高密度和高原子序數(shù)的材料，作為防止X射線和射線的屏蔽較為有效，例如鉛(原子序數(shù)

16、82)、水泥和鋼鐵。因?yàn)檫@些物質(zhì)有很多的原子和電子，可以和光子發(fā)生康普頓效應(yīng)和光電效應(yīng)，使入射光子的能量減少，達(dá)到屏蔽的目的。 射線的衰減系數(shù)與能量有關(guān)。對(duì)中子的屏蔽 中子的屏蔽與中子能量有關(guān)。對(duì)于能量高的中子應(yīng)先用含氫物質(zhì)作近距離減速。中子的反散射和天空返照問題突出，應(yīng)特別予以注意。進(jìn)行屏蔽計(jì)算和設(shè)計(jì)的步驟 1.確定劑量控制目標(biāo)值（一般會(huì)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的劑量限值）， 根據(jù)工作負(fù)載因子，束流指向系數(shù)等確定目標(biāo)位置的當(dāng)量劑量率。2.確定源項(xiàng)，從以下幾方面考慮：a.源的幾何形狀點(diǎn)、線、面、體源及其它更復(fù)雜的幾何形狀 場(chǎng)的幾何形狀各向同性、各向異性、空間角分布。b.射線種類X射線、射線、射線、射線、中

17、子源、電 子加速器、質(zhì)子加速器、離子加速器、核裂變（核反應(yīng)堆）、 核聚變（等離子體源）等等，還有混合源。c.能量區(qū)分單能、多種能量、連續(xù)譜d.其它包括工作負(fù)載因子W、束流指向因子U和區(qū)域占有因子 T等。值得注意的是加速器沿程損失的百分比和上述提到的 束流指向因子的總合在屏蔽設(shè)計(jì)中均為大于1的數(shù)。3.算出標(biāo)準(zhǔn)距離處的吸收劑量率或當(dāng)量劑量 率的水平 這主要是通過不同種類的射線、不同能量找出相應(yīng)的通量-劑量率轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，按不同種類的射線累加而成。4.選擇、確定屏蔽方案 根據(jù)射線種類選擇屏蔽材料及布置。 根據(jù)空間情況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定屏蔽方 案。5. 屏蔽計(jì)算a.根據(jù)所關(guān)心位置（包括放射性工作人員工作區(qū)

18、、 放射性場(chǎng)所非放射性工作人員工作區(qū)、公眾區(qū)域 及環(huán)境）的當(dāng)量劑量率的目標(biāo)值分別計(jì)算。b.按不同射線種類分別計(jì)算進(jìn)行累加，其中要考慮 質(zhì)量吸收系數(shù)、衰減系數(shù)、積累因子等。c.按a中條件要求屏蔽最厚的確定最終的屏蔽計(jì)算結(jié) 果。6. 屏蔽設(shè)計(jì) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，根據(jù)建筑要求按照保守的原則取整，活動(dòng)屏蔽要根據(jù)安裝穩(wěn)定性，還要考慮后面提到的頂蓋、通管、迷宮等問題進(jìn)行調(diào)整來完成最終的屏蔽設(shè)計(jì)。第二節(jié)計(jì)算機(jī)模擬方法 MCNP程序簡(jiǎn)介 MCNP是由美國(guó)Los Alamos實(shí)驗(yàn)室編制的大型多功能中子光子輸運(yùn)程序。利用MCNP求解問題，需要有效地概括出物理問題的主要因素，舍棄一些影響不大的細(xì)節(jié)和因素，以降低問題描述

19、和計(jì)算的復(fù)雜性，同時(shí)又能保證計(jì)算結(jié)果的可靠性。由于蒙特卡羅計(jì)算往往要消耗大量的計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)，對(duì)物理模型進(jìn)行簡(jiǎn)化是很有必要的，這樣可以使結(jié)果盡快的收斂到要求的方差以下。MCNP程序要求相對(duì)統(tǒng)計(jì)誤差不大于20，這時(shí)計(jì)算結(jié)果才是可以考慮的。一個(gè)較為復(fù)雜的計(jì)算往往需要幾天到十幾天的機(jī)時(shí)，如果計(jì)算數(shù)據(jù)的誤差精度控制的更高，所需機(jī)時(shí)會(huì)更長(zhǎng)。另外MCNP提供了接續(xù)運(yùn)行方式，可以對(duì)一次運(yùn)算的結(jié)果增加運(yùn)行時(shí)間或源粒子數(shù)，繼續(xù)運(yùn)算以達(dá)到更高的精度。使用時(shí)須細(xì)考慮所解問題的計(jì)算途徑以選擇最佳的問題描述，并適當(dāng)運(yùn)用MCNP提供的有關(guān)技巧，才能節(jié)約機(jī)時(shí)。EGS4簡(jiǎn)介 EGS是Electron-Gamma Shower的縮

20、寫，它是一個(gè)用Monte-Carlo方法模擬在任意幾何體中，電子-光子簇射過程的通用程序包，由美國(guó)斯坦福直線加速器中心（Stanford Linear Accelerator Center）提供。EGS4是1986年發(fā)表的版本。注意要用經(jīng)驗(yàn)公式等方法估算后再用計(jì)算機(jī)模擬法算，并在有有屏蔽設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的人參與的情況下才能取得事半功倍的效果。第三節(jié)屏蔽設(shè)計(jì)中的一些特殊問題 頂蓋屏蔽在輻射屏蔽問題中，這一問題受到注意和重視是最為近期的事，最早是在高能質(zhì)子加速器的機(jī)器周圍通過對(duì)中子環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)的，起名為“天空反照”（skyshine）。最為直觀而且簡(jiǎn)約地表示為： (r)aQe-r/4r2 這是一個(gè)簡(jiǎn)單而又

21、能確切表達(dá)天空反照注量的公式，式中a為常數(shù)，其物理意義類似于積累因子；Q為相當(dāng)?shù)闹凶釉磸?qiáng)；r為討論點(diǎn)到源的距離；大氣衰減系數(shù)在267米到859米之間，其差別主要在于中子能譜的不同。 距離較小時(shí)由于兩建筑物側(cè)面的陰影，這一公式并不適用。源也有類似的天空反照問題，但遠(yuǎn)無中子嚴(yán)重。一個(gè)放射性裝置絕不可以沒有頂蓋或不考慮頂蓋屏蔽，這是有深刻教訓(xùn)的。 射線經(jīng)屋頂逸出通過天空反散射對(duì)周圍環(huán)境造成劑量影響，所以房頂厚度由環(huán)境劑量決定。根據(jù)NCRP51號(hào)報(bào)告提供的計(jì)算公式：X: 房頂厚度（米）T1： 第一個(gè)十值厚度Te: 其他十值厚度d1: 出束口到屋頂上方2米處距離（米）d2: 出束口到觀測(cè)點(diǎn)的最短距離（米

22、）：出束口到屋頂頂角的立體角HM: 與目標(biāo)值相應(yīng)的劑量當(dāng)量率(Sv/h)DI0: 距離源標(biāo)準(zhǔn)距離1米處的吸收劑量率（Gym2min-1） 迷道及防護(hù)門 迷道就是利用輻射多次散射已減弱輻射水平，它的減弱系數(shù)通常與它的長(zhǎng)度與截面積的比值有關(guān)，為了避免使用非常笨重的防護(hù)門，在通道口多使用迷道與普通防護(hù)門共用的解決辦法。管道 電纜和通風(fēng)管道要盡量做成迷道式的。一些不能做成迷道的通管如微波管線及部分水管等。管道方向要避免在源的直射方向，要選擇劑量率最小處穿出。要有盡量高的填充比。輻射通過穿管的衰減也是L/S的函數(shù)。1：第一個(gè)材料的反射系數(shù)2：其他材料對(duì)0.5MeV的X射線的反射系數(shù)A1: 在第一個(gè)反射材

23、料上的反射面積A2：在其他反射材料上的反射面積dr1dr2drj:每一個(gè)迷宮段中線間的距離 Co2: 氧在空氣中的質(zhì)量百分比 0.2318G: 電子輻照氧氣時(shí)臭氧產(chǎn)額 6個(gè)分子100eV: 每毫安秒的電子數(shù)6.281015mA-1S-1N: 阿伏伽德羅常數(shù)6.6231023分子22.4LScol: 電子在空氣中的碰撞阻止本領(lǐng) 2.5keVcm-1I: 電子的平均流強(qiáng) mAX: 電子在空氣中實(shí)際走的路徑 X70cmT: 連續(xù)輻照時(shí)間 1分鐘60秒V: 加速器大廳的空間 L。臭氧濃度計(jì)算公式 屏蔽設(shè)計(jì)是一個(gè)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)緊密相關(guān)的工作。屏蔽計(jì)算只是屏蔽設(shè)計(jì)過程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，有時(shí)候還不是一個(gè)最重要的環(huán)節(jié)

24、。對(duì)一個(gè)大型的機(jī)器，屏蔽設(shè)計(jì)完成之后，要請(qǐng)多名有經(jīng)驗(yàn)的專家咨詢，修改最后確定設(shè)計(jì)方案。第四章輻射監(jiān)測(cè) 為了評(píng)估和控制工作場(chǎng)所和周圍環(huán)境的輻射照射水平，對(duì)輻射或放射性物質(zhì)所進(jìn)行的測(cè)量稱為輻射監(jiān)測(cè)。輻射監(jiān)測(cè)還包括按ICRP的建議和國(guó)家有關(guān)規(guī)定，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。 輻射監(jiān)測(cè)一般包括區(qū)域監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)（瞬發(fā)輻射、土壤、大氣、植物、水源）、個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)、感生放射性監(jiān)測(cè)（元器件、屏蔽材料、冷卻水）等。環(huán)境監(jiān)測(cè)和感生放射性中包括的土壤、大氣、植物、水源、冷卻水等的活化分析需由環(huán)保部門認(rèn)定，而區(qū)域監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)中對(duì)瞬發(fā)輻射的監(jiān)測(cè)應(yīng)采用實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)的方法。 輻射與物質(zhì)作用時(shí)誘發(fā)的物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)范疇內(nèi)的各

25、種變化以及伴隨出現(xiàn)的各種次級(jí)現(xiàn)象，都是輻射劑量測(cè)量的基礎(chǔ)。 常用的輻射探測(cè)方法和探測(cè)器包括：電離室、徑跡探測(cè)器、熱釋光、玻璃熒光、量熱方法、化學(xué)劑量計(jì)、計(jì)數(shù)管、半導(dǎo)體探測(cè)器、丙氨酸等。一. 和探測(cè)器有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)1. 靈敏度與能量響應(yīng) 單位吸收劑量（或當(dāng)量劑量或照射量等）所對(duì)應(yīng)的儀器讀數(shù)為該儀器的靈敏度。如劑量?jī)x的讀數(shù)與能量無關(guān)，則稱該儀器的能量響應(yīng)好。任何一臺(tái)儀器（或某種劑量計(jì)）都有一定的能響范圍，使用前要查閱其能響曲線及分析所測(cè)量的輻射場(chǎng)的能量分布情況。2. 劑量及劑量率響應(yīng) 每種劑量計(jì)或劑量?jī)x器都會(huì)有一定的劑量及劑量率響應(yīng)范圍。低于此范圍會(huì)造成無響應(yīng)或誤差過大，高于此范圍會(huì)形成飽和而造成

26、錯(cuò)誤。 3. 劑量計(jì)或劑量?jī)x器對(duì)輻射場(chǎng)時(shí)間結(jié)構(gòu)的響應(yīng) 從時(shí)間結(jié)構(gòu)分析，輻射場(chǎng)可分為穩(wěn)恒場(chǎng)和瞬發(fā)場(chǎng)。穩(wěn)恒場(chǎng)的測(cè)量比較容易，對(duì)于瞬發(fā)場(chǎng)，占空因子是一個(gè)重要的物理量。占空因子越小的瞬發(fā)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器的選擇越要小心。凡是計(jì)數(shù)式儀器都有一定的死時(shí)間，最好選用與時(shí)間結(jié)構(gòu)無關(guān)的劑量計(jì)對(duì)這樣的場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，它們的缺點(diǎn)是不能做實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，可以采用電離室測(cè)量電離積累電荷的方法予以補(bǔ)充。使用一般的計(jì)數(shù)式儀器，要仔細(xì)研究輻射場(chǎng)脈沖寬度、儀器死時(shí)間長(zhǎng)度、輻射場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系。而死時(shí)間很長(zhǎng)的儀器，如蓋革計(jì)數(shù)管儀器，在占空因子較小的輻射場(chǎng)中，就不能使用了。二. 輻射場(chǎng)的方向性及角分布對(duì)輻 射測(cè)量的影響 任何輻射場(chǎng)

27、的分布幾乎都是不均勻的，空間分布最簡(jiǎn)單的輻射場(chǎng)是各種放射源周圍的輻射場(chǎng)。但即使是這樣的輻射場(chǎng)，分布也不是遵循嚴(yán)格意義上的距離平方反比規(guī)律。地面、墻，頂蓋和其他屏障的反散射都會(huì)擾亂輻射場(chǎng)原有的分布規(guī)律。加速器尤其是高能加速器周圍的輻射場(chǎng)具有最強(qiáng)的方向性和最惡劣的角分布。如果輻射場(chǎng)是一個(gè)混合輻射場(chǎng)（，電子，中子，質(zhì)子，離子等等兩種或兩種以上），各種成分的方向分布也完全不同。這都是輻射場(chǎng)測(cè)量中必須考慮的。三. 混合輻射場(chǎng)的測(cè)量 由于輻射場(chǎng)中各種不同的粒子與介質(zhì)作用的機(jī)理不同，所以對(duì)不同種類的粒子的探測(cè)機(jī)理和方法也完全不同。在混合場(chǎng)中，幾乎沒有任何一種單一的輻射測(cè)量?jī)x器可以使用。一般要針對(duì)不同種類的粒

28、子使用不同的探測(cè)器。只有兩種情況可以使用單一的探測(cè)器，一是其中一種輻射的當(dāng)量劑量水平在總當(dāng)量劑量中永遠(yuǎn)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（95%以上），另一種情況是各種輻射水平的比例基本固定，通過測(cè)量其中一種輻射，經(jīng)加權(quán)后再顯示記錄其它輻射水平的方法。四. 對(duì)變化的輻射場(chǎng)的測(cè)量 在實(shí)驗(yàn)型輻射產(chǎn)生裝置中，幾乎總是存在著輻射源項(xiàng)隨機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)變化的輻射場(chǎng)。在這樣的場(chǎng)中，為了能觀察到輻射場(chǎng)隨機(jī)器運(yùn)行而變化的情況，需要安裝實(shí)時(shí)輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 第五章輻射安全聯(lián)鎖 輻射安全聯(lián)鎖包括機(jī)器輻射安全聯(lián)鎖和人身輻射安全聯(lián)鎖兩部分。機(jī)器輻射安全聯(lián)鎖是否設(shè)置因機(jī)器類型而異，人身輻射安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)則是任何一臺(tái)輻射產(chǎn)生裝置所必需的。 世界上

29、一些與核設(shè)施有關(guān)的惡性事故，幾乎無一不是與聯(lián)鎖系統(tǒng)相關(guān)。這除了一些人為因素外，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)不盡合理也是一個(gè)重要原因。 一臺(tái)輻射產(chǎn)生裝置的人身輻射安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)取決于機(jī)器的類型、用途和場(chǎng)所的特點(diǎn)等情況。輻射產(chǎn)生裝置人身輻射安全聯(lián)鎖設(shè)計(jì)（以加速器為例）一般應(yīng)遵從下列一些原則：輻射安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)基本原則（1）建立嚴(yán)格的隔離區(qū) （9）束流閘（2）“硬件”最可靠 （10）鑰匙箱的使用 （3）失效保護(hù) （11）自鎖（4）“冗余” （12）聯(lián)鎖的旁路 （5）最優(yōu)切斷 （13）排風(fēng)的聯(lián)鎖（6）指示醒目明確 （14）質(zhì)量保證（7）急停開關(guān)（8）輻射監(jiān)測(cè)器與聯(lián)鎖系統(tǒng) 一.建立嚴(yán)格的隔離區(qū) 首先應(yīng)將裝置周

30、圍的區(qū)域視其輻射水平和潛在的輻射水平進(jìn)行分類，將其中的高輻射區(qū)和一部分輻射區(qū)建成隔離區(qū)。隔離區(qū)的四周應(yīng)用固定的圍墻而不是可以隨意移開的活動(dòng)障礙物與其它區(qū)域隔開。該區(qū)域與其它區(qū)域的通道應(yīng)同裝置的運(yùn)行嚴(yán)格聯(lián)鎖。二. 硬件最可靠 在重要的位置要把最大的信賴寄托在“硬件”上。比如，只要有可能，寧可設(shè)置墻式屏蔽體或在門上加鎖，而不是僅設(shè)警告裝置、輻射探測(cè)裝置或電子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。三. 安全保護(hù)（Fail-safe) 在電氣或電子學(xué)線路中，任何一處的失效應(yīng)導(dǎo)致聯(lián)鎖系統(tǒng)的被切斷，而使機(jī)器處于安全狀態(tài)。其它氣動(dòng)或電動(dòng)閥門及其它零部件的設(shè)計(jì)均應(yīng)滿足這一原則。如氣源、電源的任何故障應(yīng)導(dǎo)致相應(yīng)閥門處于使機(jī)器停止運(yùn)行或束流

31、被切斷的位置。四. 冗余 在同一位置、為同一目的而使用若干種聯(lián)鎖手段以提高可靠性的原則稱為“冗余”原則。在特別重要的地方，為提高可靠性可使用多重聯(lián)鎖。應(yīng)該注意，“冗余”不是簡(jiǎn)單地重復(fù)，必須考慮多樣性和各種冗余手段間的獨(dú)立性。五. 最優(yōu)切斷 聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)切斷機(jī)器的最初始的運(yùn)行功能（如電子槍的觸發(fā)、離子源的高壓、微波功率觸發(fā)等），只有這樣才能終止可能發(fā)生在任何地方的嚴(yán)重輻照危險(xiǎn)。只切斷后級(jí)控制而前級(jí)仍在運(yùn)行時(shí)，輻射危險(xiǎn)仍未消除。六. 指示醒目明確 高輻射和輻射區(qū)內(nèi)及其入口，要有醒目且明確的區(qū)域或區(qū)域內(nèi)狀況的指示。預(yù)備開機(jī)或準(zhǔn)備接受束流時(shí)，該區(qū)域內(nèi)要有警鈴及閃動(dòng)燈光，開機(jī)或束流出現(xiàn)后保持警告燈為平光狀

32、態(tài)。在區(qū)域入口處要有中英文的“高輻射區(qū)”、“輻射區(qū)”字樣。附近有一個(gè)隨區(qū)內(nèi)出現(xiàn)輻射而轉(zhuǎn)動(dòng)或閃動(dòng)的燈光比平光對(duì)人的感官刺激更為強(qiáng)烈。指示燈應(yīng)為習(xí)慣的紅色或綠色，但對(duì)有殘余放射性的區(qū)域，綠燈應(yīng)改為黃燈。最好把指示燈選為復(fù)合色，如洋紅、橙黃、蘋果綠等，因?yàn)閱紊け葟?fù)合色盲要多得多。七. 急停開關(guān) 高輻射區(qū)和輻射區(qū)內(nèi)設(shè)置“急停開關(guān)”是十分必要的，可以使萬一在輻射危險(xiǎn)即將或已經(jīng)出現(xiàn)時(shí)仍留在這類區(qū)域內(nèi)的人能夠按下該開關(guān)，中止機(jī)器運(yùn)行而達(dá)到自救的目的。為此，急停開關(guān)要有醒目的標(biāo)志并安裝在人員容易到達(dá)的地方。八. 自鎖 在聯(lián)鎖系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)上要有自鎖。一旦聯(lián)鎖從該處切斷，安全負(fù)責(zé)人員必須到該現(xiàn)場(chǎng)檢查，確保不安

33、全因素已排除后先于當(dāng)?shù)亍皬?fù)位”，然后再按動(dòng)控制屏上的復(fù)位開關(guān)，聯(lián)鎖系統(tǒng)才全部復(fù)位投入運(yùn)行。九.束流閘（Beam stopper） 在大型機(jī)器中，束流可能被引到多個(gè)隔離區(qū)去工作。在束流分叉的地方，僅僅將伺動(dòng)束流轉(zhuǎn)彎的電氣元件投入聯(lián)鎖是不夠的，必須插入束流閘，并將其驅(qū)動(dòng)線路接人聯(lián)鎖系統(tǒng)。為符合Fail-safe原則，在動(dòng)力失效情況下該束流閘應(yīng)處于關(guān)閉位置。十. 鑰匙箱（Keybank）的使用 在大型機(jī)器上，使用鑰匙箱并將其投入聯(lián)鎖系統(tǒng)是必要的。鑰匙箱是裝有一組鑰匙開關(guān)的箱子，這些鑰匙必須全部插入并轉(zhuǎn)到適當(dāng)位置上才能完成該點(diǎn)的聯(lián)鎖。這樣，在臨時(shí)停機(jī)期間進(jìn)入隔離區(qū)的人應(yīng)先登記然后再?gòu)蔫€匙箱中取走一把鑰匙隨身攜帶，從該區(qū)出來后將鑰匙放回并轉(zhuǎn)到原位，機(jī)器才能繼續(xù)運(yùn)行。該鑰匙一般也作為開啟隔離區(qū)門的鑰匙。在小機(jī)器上鑰