輻射防護(hù)8.1

1、1,第三章 外照射的防護(hù),2,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法 第二節(jié) X、γ射線的外照射防護(hù) 第三節(jié) 帶電粒子外照射的防護(hù)第四節(jié) 中子外照射的防護(hù),3,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法,一、 外照射防護(hù)的基本原則二、 外照射防護(hù)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(hù)的一般方法,4,一、外照射防護(hù)的基本原則,? 內(nèi)外照射的特點(diǎn),? 基

2、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(hù)的一般方法,5,二、  外照射防護(hù)的基本方法,?外照射防護(hù)三要素： 時間、距離、屏蔽,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法,6,1．時間防護(hù)(Time) 累積劑量與受照時間成正比 措施：充分準(zhǔn)備，減少受照時間,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法,7,2．距離防護(hù)(Distance)

3、 劑量率與距離的平方成反比（點(diǎn)源） 措施：?遠(yuǎn)距離操作； ?任何源不能直接用手操作； ?注意β射線防護(hù)。,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法,8,3. 屏蔽防護(hù)(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(hù)的一般方法,

4、9,第一節(jié) 外照射防護(hù)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(hù)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(hù)的一般方法,12,居留因子T,第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法,13,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),一、X、γ輻射源及輻射場二、X、γ射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律三、X、γ射線的屏蔽計算,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),14,一、X、γ輻射源及輻射場,（一）X射線機(jī),第二節(jié) X

5、、 γ射線的外照射防護(hù),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）γ輻射源,點(diǎn)源 — 距離比源本身的幾何尺寸大5倍以上。,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),16,2. ?點(diǎn)源的照射量率計算,照射量率常數(shù),非單能

6、情況：,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),,,,,,,17,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),18,3. ?點(diǎn)源的吸收劑量率計算,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),4.比釋動能率常數(shù),,,19,5、非點(diǎn)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(diǎn)源；進(jìn)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(dāng)距離比輻射源本身尺寸大5倍以上時，將其視為點(diǎn)源引入的誤差在0.5％以內(nèi)。,第二節(jié) X、 γ射線的外照

7、射防護(hù),20,二、X、γ射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律,（一）、窄束X、γ射線的減弱規(guī)律（二）、寬束X、γ射線的減弱規(guī)律 單一均勻介質(zhì)的積累因子（三）、寬束X、γ射線的透射曲線（四）、屏蔽X、γ射線的常用材料,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),γ射線與物質(zhì)原子間的相互作用只要發(fā)生一次碰撞就是一次大的能量轉(zhuǎn)移；它不同于帶電粒子穿過物質(zhì)時，經(jīng)過許多次小能量轉(zhuǎn)移的碰撞來損失它的能量。帶電粒子在物質(zhì)中是逐漸損失能量

8、，最后停止下來，有射程概念；γ射線穿過物質(zhì)時，強(qiáng)度逐漸減弱，按指數(shù)規(guī)律衰減，不與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子穿過吸收層，其能量保持不變，因而沒有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”來表示γ射線對物質(zhì)的穿透情況。,22,（一）、窄束X或γ射線的減弱規(guī)律,（1）窄束（narrow beam）： 不包含散射成分的射線束,（2）窄束單能γ射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律,μ—線衰減系數(shù)，cm-1。,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),所謂窄束射線是指不包括散射成份

9、的射線束，通過吸收片后的γ光子，僅由未經(jīng)相互作用或稱為未經(jīng)碰撞的光子所組成?！罢币辉~是實驗上通過準(zhǔn)直器得到細(xì)小的束而取名。這里所說的“窄束”并不是指幾何學(xué)上的細(xì)小，而是指物理意義上的“窄束”，即使射線束有一定寬度，只要其中沒有散射光子，就可稱之為“窄束”。,24,低能光子更易被高Z物質(zhì)吸收；存在一個能量點(diǎn)，μ值最小。,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),25,（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

10、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λ=1/μ。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＝λ，即厚度等于一個平均自由程，X或γ射線被減弱到原來的e-1。,康普頓效應(yīng)占優(yōu)時，估算，,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),？,？,26,（二）、 寬束X或γ射線的減弱規(guī)律,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),,入射光子從屏蔽物中出來的 射線包括：

11、未經(jīng)相互作用的 光子相互作用后的光子：康普頓散射（主要成分）電子對淹沒光子韌致輻射特征x射線（能量低，穿不出）,28,描述散射光子影響的物理量，表示通過吸收體后散射光子對考察點(diǎn)增加的影響。,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，主要光子能量E? 和介質(zhì)厚度（平均自由程數(shù)μd）有關(guān)，即B（Eγ，μd）。,B－積累因子（build-up factor),第二

12、節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),N 在物質(zhì)中所考慮的那一點(diǎn)的光子總計數(shù),在物質(zhì)中所考慮的那一點(diǎn)散射光子的計數(shù),在物質(zhì)中所考慮的那一點(diǎn)未經(jīng)相互作用的光子計數(shù),射線的能量越?。灯疹D占優(yōu)的最小能以上），介質(zhì)的原子序數(shù)越低，介質(zhì)厚度越大，散射越嚴(yán)重，B越大,30,單層介質(zhì)，B值的確定：（1）查表法；,（2）公式法,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),矩方法蒙特卡洛法,31,（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

13、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(yīng)低Z在前，高Z在后。,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),32,（三）、寬束X或γ射線的透射曲線,（1）減弱倍數(shù)K 輻射場中某點(diǎn)處沒有設(shè)置屏蔽層時的當(dāng)量劑量率H(0)，與設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)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

14、量,33,（2）透射比η 輻射場中某點(diǎn)處設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)量劑量率H(d)，與沒有設(shè)置屏蔽層時的當(dāng)量劑量率H(0)，的比值。,34,（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(diǎn)1m處，單位工作負(fù)荷（1mA·min）所造成的當(dāng)量劑量。 單位：Sv·m2·（mA·min）-1。,實際用于γ射線的屏蔽材料主要有鉛、鐵、混凝土。屏

15、蔽γ射線的半值厚度?1/2表示窄束γ射線經(jīng)過這個厚度材料的屏蔽，其照射量率降低為沒有屏蔽時一半，與線吸收系數(shù)?的關(guān)系式中， ?1/2為半值厚度。根據(jù)屏蔽材料的不同性質(zhì)各用于不同場合。混凝土往往用來做固定屏蔽體，既起屏蔽作用又同時作為建筑，例如輻照設(shè)備的屏蔽墻。,γ射線的防護(hù),為了提高它的屏蔽性能，必要時可用鑄鐵塊或鐵礦石作骨料。鉛為γ射線的屏蔽效果最好，但結(jié)構(gòu)性能差，容易形變，而且價格較高，適宜于做活動屏蔽體。對強(qiáng)γ輻照源貯存井

16、，往往利用水作為屏蔽材料。,γ射線的防護(hù),屏蔽物的半厚度所需用屏蔽物的厚度，應(yīng)根據(jù)不同情況，如輻射類型、輻射強(qiáng)度、防護(hù)水平等通過計算確定。在實際的防護(hù)中，有經(jīng)驗的工作人員可以憑半厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定γ射線屏蔽材料的厚度。半厚度——指某種屏蔽材料將入射的γ射線強(qiáng)度減弱一半的厚度。半厚度與γ射線能量有關(guān)。半厚度亦被稱為半減弱層。簡言之， γ射線經(jīng)過ｎ個半厚度的屏蔽層后，其強(qiáng)度將減弱到原來強(qiáng)度的1/2 n。,例題１：欲使60Co點(diǎn)源外

17、某點(diǎn)的劑量率由800?Sv/h減弱至100?Sv/，問需多厚的鉛屏蔽層 （鉛對Co60的半厚度為13mm）？,,解：因為 γ射線需減弱 800÷100 ＝ 8 ＝ 2 3(倍）所以 鉛層需３個半厚度，厚度為13 × 3 ＝ 39(mm) 答：需39mm厚的鉛層，可將該點(diǎn)的劑量率從800?Sv/h降至100?Sv/h。,例題2：一點(diǎn)狀γ源外4米處劑量率為200?Sv/h，欲使1米處

18、工作人員半小時所受劑量不超過100?Sv，問須設(shè)至少多厚的鉛屏蔽層（鉛的半厚度為13mm）？,,解：１米處的劑量率為：200 ×（4÷1）2 ＝ 3200（?Sv/h）屏蔽后,如要滿足條件，則１米處的劑量率應(yīng)為：100?Sv÷0.5h ＝ 200?Sv/h因為 屏蔽后劑量率的減弱倍數(shù)為：3200÷200 ＝ 16 ＝ 2 4所以 鉛屏蔽層厚度至少為4個半厚度：13×4 ＝

19、 52(mm) 答：所設(shè)鉛屏蔽至少應(yīng)厚52mm。,,,,,45,2. 半減弱厚度與十倍減弱厚度,（1）半減弱厚度△1/2：half value thickness 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 ：tenth value thickness 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

20、二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),46,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),47,（四）、屏蔽X或γ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γ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(diǎn)：成本高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(hù)屏障。4.

21、 水： 屏蔽性能較差，但有特殊優(yōu)點(diǎn)：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γ輻射源。,第二節(jié) X、 γ射線的外照射防護(hù),48,2. ? 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、 γ射線的外照射防護(hù),,,X射線的屏蔽計算,發(fā)射率常數(shù)與射線管類型、管電壓、電壓波形、靶的材料和形狀、過濾片的材料和厚度有關(guān),50,第三節(jié) 帶電粒子的外照射防護(hù),一、β射線的劑量計算二、β射線的屏蔽防

22、護(hù)三、重帶電粒子的劑量計算四、重帶電粒子的屏蔽防護(hù),第三節(jié) 帶電粒子的外照射防護(hù),51,一、β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(hù),52,2. β射線,特點(diǎn)： β射線的能譜是連續(xù)譜； 散射很顯著，情況復(fù)雜； 通常用經(jīng)驗公式近似計算。,?點(diǎn)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

23、粒子的外照射防護(hù),53,二、β射線的屏蔽防護(hù),?β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(yīng)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(hù),54,1. 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(hù),55,介質(zhì)修正：,式中：,第三節(jié) 帶電粒子的外照射防護(hù),56,第三節(jié) 帶電粒

24、子的外照射防護(hù),57,2. 軔致輻射的屏蔽計算,第三節(jié) 帶電粒子的外照射防護(hù),58,式中：F — ? 射線被第一屏蔽層吸收時產(chǎn)生軔致輻射的份額；μ — ? 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(hù),59,式中：,第三節(jié) 帶電粒子的外照射防護(hù),60,三、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(hù),61,（

25、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(hù),62,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(hù),63,重帶電粒子外照射劑量應(yīng)考慮到粒子的種類和能量：,5MeV以下的?粒