第3章 外照射防护精选文档.ppt
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1、第3章外照射防护本讲稿第一页,共一百零四页2第一节 外照射防护的一般方法第二节第二节 X、射线的外照射防护射线的外照射防护第三节带电粒子外照射的防护第四节第四节中子外照射的防护中子外照射的防护本讲稿第二页,共一百零四页3第一节 外照射防护的一般方法一、外照射防护的基本原则二、二、外照射防护的基本方法外照射防护的基本方法三、屏蔽材料的选择原则四、确定屏蔽厚度所需用的参数和资料第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第三页,共一百零四页4一、外照射防护的基本原则内外照射的特点 基本原则:尽尽量量减减少少或或避避免免射射线线从从外外部部对对人人体体的的照照射射,使使之之所所受照射不超过国家规定的剂量限值。
2、受照射不超过国家规定的剂量限值。照射方式辐射源类型危害方式常见致电离粒子照射特点内照射多见开放源电离、化学毒性、持续外照射多见封闭源电离高能、质子、X、n间断第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第四页,共一百零四页5二、二、外照射防护的基本方法外照射防护的基本方法外照射防护三要素:时间、距离、屏蔽时间、距离、屏蔽第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第五页,共一百零四页61时间防护时间防护(Time)累积剂量与受照时间成正比累积剂量与受照时间成正比 措施:充分准备,减少受照时间措施:充分准备,减少受照时间第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第六页,共一百零四页72距离防护距离防护(Distance)剂
3、量率与距离的平方成反比(点源)剂量率与距离的平方成反比(点源)措施:措施:远距离操作;远距离操作;任何源不能直接用手操作;任何源不能直接用手操作;注意注意射线防护。射线防护。第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第七页,共一百零四页83.屏蔽防护屏蔽防护(Shielding)措施措施:设置屏蔽体设置屏蔽体屏蔽材料和厚度的选择:屏蔽材料和厚度的选择:辐射源的类型、射线能量、活度辐射源的类型、射线能量、活度第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第八页,共一百零四页9第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第九页,共一百零四页10三、屏蔽材料的选择原则射线类型作用的主要形式材料选择原则常用屏蔽材料电离、激发一般低
4、Z材料纸、铝箔、有机玻璃等、e电离、激发、轫致辐射低Z高Z材料铝、有机玻璃、混凝土、铅P、d核反应产生中子高Z材料钽、钚X、光电、康普顿、电子对高Z材料铅、铁、钨、铀;混凝土、砖、去离子水等n弹性、非弹性、吸收含氢、含硼材料水、石蜡、混凝土、聚乙烯;碳化硼铝、含硼聚乙烯等第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第十页,共一百零四页11四、确定屏蔽厚度所需用的参数和资料有关问题主要考虑的参数辐射源(或装置)辐射类型、能谱、角分布、发射率、活度或工作负荷等辐射场辐射场空间分布、距离、居留因子屏蔽层外表面剂量控制参考值根据相关标准推算出控制区、监督区边界的剂量控制值屏蔽层厚度选择适当的材料,根据透视比确定
5、屏蔽层厚度第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第十一页,共一百零四页12居留因子T居留因子T种类举例T1全居留值班室、控制室、工作室、实验室、车间、放射工作人员经常用的休息室;宿舍;儿童娱乐场所;宽得足以放办公桌的走廊;暗室。T1/4部分居留容不下放办公桌的走廊;杂用房;不常用的休息室;有司机的电梯;无人看管的停车场。T1/16偶然居留候诊室;厕所;楼梯;自动电梯;储藏室;人行道、街道。第一节 外照射防护的一般方法本讲稿第十二页,共一百零四页13第二节 X、射线的外照射防护一、X、辐射源及辐射场二、二、X、射线在物质中的减弱规律射线在物质中的减弱规律三、三、X、射线的屏蔽计算射线的屏蔽计算第二节
6、 X、射线的外照射防护本讲稿第十三页,共一百零四页14一、X、辐射源及辐射场(一)X射线机第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第十四页,共一百零四页151.放射性活度:用于表征某一物质中放射性核素总数的量度。式中:dN是在时间间隔dt内,该核素发生核跃迁次数的期望值。单位:贝可勒尔(Becquerel);符号Bq。(三)辐射源点源 距离比源本身的几何尺寸大5倍以上。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第十五页,共一百零四页162.点源的点源的照射量率计算照射量率计算照射量率常数照射量率常数非单能情况:第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第十六页,共一百零四页17第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第十
7、七页,共一百零四页183.点源的吸收剂量率计算第二节 X、射线的外照射防护4.4.比释动能率常数比释动能率常数本讲稿第十八页,共一百零四页195、非点源的照射量率、比释动能率计算辐射源大小、形状差别,不能简单视为点源;进行积分计算;还要考虑源本身的吸收和散射的影响;线源情况下,当距离比辐射源本身尺寸大5倍以上时,将其视为点源引入的误差在0.5以内。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第十九页,共一百零四页20二、X、射线在物质中的减弱规律(一)、窄束X、射线的减弱规律(二)、宽束(二)、宽束X、射线的减弱规律射线的减弱规律单一均匀介质的积累因子单一均匀介质的积累因子(三)、宽束X、射线的透射曲线
8、(四)、屏蔽X、射线的常用材料第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十页,共一百零四页21(一)、窄束X或射线的减弱规律(1)窄束(narrowbeam):不包含散射成分的射线束(2)窄束单能射线在物质中的减弱规律线衰减系数,cm-1。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十一页,共一百零四页22低能光子更易被高低能光子更易被高Z物质吸收;物质吸收;存在一个能量点,存在一个能量点,值值最小。最小。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十二页,共一百零四页23(3 3)两个概念)两个概念能谱的硬化:平均自由程:随着通过物质厚度的增加,不易被减弱的“硬成分”所占比重越来越大的现象。线减弱系数的倒数
9、称为光子在物质中的平均自由程。即=1/。表示光子每经过一次相互作用之前,在物质中所穿行的平均厚度。如果d,即厚度等于一个平均自由程,X或射线被减弱到原来的e-1。康普顿效应占优时,估算,第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十三页,共一百零四页24(二)、(二)、宽束宽束X或或射线的减弱规律射线的减弱规律第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十四页,共一百零四页25描述散射光子影响的物理量。表示某一点散射光子数所占份额。B取取决决于于:源源的的形形状状,光光子子能能量量,屏屏蔽蔽材材料料的的原原子子序序数数,屏蔽层厚度,屏蔽层几何条件屏蔽层厚度,屏蔽层几何条件给给定定辐辐射射源源和和屏屏蔽蔽介
10、介质质的的话话,只只与与光光子子能能量量E 和和介介质质厚厚度度(平均自由程数(平均自由程数d)有关,即)有关,即B(E,d)。)。B积累因子(积累因子(build-up factor)第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十五页,共一百零四页26单层介质,B值的确定:(1)查表法;(2)公式法第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十六页,共一百零四页27(3)多层介质情况两种介质的原子序数相差不大,两种介质的原子序数相差很大,1)低Z介质在前,高Z介质在后:2)高Z介质在前,低Z介质在后:能量高时,能量低时,排列屏蔽材料时,应低Z在前,高Z在后。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十七页,
11、共一百零四页28(三)、宽束X或射线的透射曲线(1)减弱倍数)减弱倍数K辐射场中某点处没有设置屏蔽层时的当量剂量率H(0),与设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率H(d)的比值。表表示示屏屏蔽蔽材材料料对对辐辐射射的的屏蔽能力屏蔽能力,无量纲。1.屏蔽计算中用的几个参量第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十八页,共一百零四页29(2)透射比辐射场中某点处设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率H(d),与没有设置屏蔽层时的当量剂量率H(0),的比值。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第二十九页,共一百零四页30(3)透射系数设置厚度为d的屏蔽层后,离X射线发射点1m处,单位工作负荷(1mAmin)所
12、造成的当量剂量。单位:Svm2(mAmin)-1。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第三十页,共一百零四页312.2.半减弱厚度与十倍减弱厚度半减弱厚度与十倍减弱厚度(1)半减弱厚度1/2:halfvaluethickness将入射光子数(注量率或照射量率等)减弱一半所需的屏蔽层厚度(2)十倍减弱厚度1/10:tenthvaluethickness将入射光子数(注量率或照射量率等)减弱到十分之一所需的屏蔽层厚度1/2、1/10 并不是绝对的常数第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第三十一页,共一百零四页32第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第三十二页,共一百零四页33(四)、屏蔽X或射线的常用材
13、料1.铅:原子序数、密度大,对低能和高能的X或射线有很高的减弱能力,但在1Mev到几Mev的能区,减弱能力最差。缺点:成本高,结构强度差,不耐高温。2.铁:屏蔽性能比铅差。但成本低,易获得,易加工。3.混凝土:价格便宜,结构性能良好。多用作固定的防护屏障。4.水:屏蔽性能较差,但有特殊优点:透明度好,可随意将物品放入其中。常以水井、水池形式贮存固体辐射源。第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第三十三页,共一百零四页342.射线的屏蔽计算射线的屏蔽计算(2)查透射比曲线(1)查减弱倍数表第二节 X、射线的外照射防护本讲稿第三十四页,共一百零四页35第三节 带电粒子的外照射防护一、射线的剂量计算二、
14、二、射射线线的屏蔽防的屏蔽防护护三、重带电粒子的剂量计算四、重带电粒子的屏蔽防护第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第三十五页,共一百零四页36一、射线的剂量计算1.单能电子束单位:mGy/h式中:第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第三十六页,共一百零四页372.射线特点:射线的能谱是连续谱;散射很显著,情况复杂;通常用经验公式近似计算。点源空气中吸收剂量的粗略估算式中:A是活度,Bq;r是距离,m。单位:Gy/h第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第三十七页,共一百零四页38二、射线的屏蔽防护射线的屏蔽要分两层:先轻射线的屏蔽要分两层:先轻Z,后重,后重Z。屏屏蔽蔽材材料料的的厚厚度度一一般般应
15、应等等于于 射射线线在在物物质质中中的最大射程。的最大射程。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第三十八页,共一百零四页391.经验公式(或查图)计算最大射程式中:Rmax 射线在铝中的最大射程(g/cm2);E max 射线的最大能量(MeV)。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第三十九页,共一百零四页40介质修正:式中:第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十页,共一百零四页41第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十一页,共一百零四页422.轫致辐射的屏蔽计算第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十二页,共一百零四页43式中:F 射线被第一屏蔽层吸收时产生轫致辐射的份额;射线在空气中的线衰
16、减系数,cm-1。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十三页,共一百零四页44式中:第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十四页,共一百零四页45三、重带电粒子的剂量计算放射性核素存在“群体反冲”现象。因此,必须保存在密闭容器内,在密闭良好的手套箱中操作。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十五页,共一百零四页46(一)质量阻止本领法(mSv/h)重带电粒子的注量率,(1/m2s);S/重带电粒子在物质中的质量阻止本领;WR 辐射权重因子。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十六页,共一百零四页47S/的确定:z重带电粒子的电荷数等效质子能量Mp/M1质子质量与入射重带电粒子质量之比;E
17、 入射重带电粒子能量(兆电子伏)。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十七页,共一百零四页48重带电粒子外照射剂量应考虑到粒子的种类和能量:5MeV以下的粒子,2MeV以下的质子,都几乎不能穿透皮层,进行外照射剂量计算没有实际意义。第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十八页,共一百零四页49查表法:四、重带电粒子的屏蔽计算第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第四十九页,共一百零四页50公式法:式中:第三节 带电粒子的外照射防护本讲稿第五十页,共一百零四页51第四节 中子的外照射防护一、中子辐射源二、中子剂量计算三、中子在屏蔽层的减弱规律三、中子在屏蔽层的减弱规律四、中子屏蔽计算四、中子屏蔽计
18、算本讲稿第五十一页,共一百零四页52放射性核素中子源放射性核素中子源加速器中子源反应堆中子源等离子体中子源一、中子辐射源中子源注意事项:往往伴有 辐射。第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十二页,共一百零四页53放射性核素中子源优点:发出的中子基本各向同性;源的尺寸小;价格便宜。缺点:产额小,且随时间减弱;易形成污染。第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十三页,共一百零四页54表3.4.1放射性核素中子源的特性名称名称放射性放射性核素核素反应反应类型类型半衰期半衰期T1/2中子最中子最大能量,大能量,MeV中子平中子平均能量,均能量,MeV中子产额中子产额y,10-6S-1Bq-1中子源发射率为中
19、子源发射率为106s-1,距离,距离1m处的处的照射量率,照射量率,10-7Ckg-1h-1中子能中子能谱谱伴随伴随辐射辐射钠钠鈹鈹锑锑鈹鈹釙釙鈹鈹镭镭鈹鈹钚钚鈹鈹钚钚鈹鈹鎇鎇鈹鈹24Na124Sb210Po226Ra238Pu239Pu241Am(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)15.0h60.4d138.4d1620a87.75a24390a432a10.8713.0811.310.7411.50.830.0294.24.04.54.14.53.515.1467.640554.143.254.13.761041.331040.1031551.294.392.58单能单
20、能单能单能连续连续连续连续连续连续连续连续连续连续非常强非常强非常强非常强很低很低很低很低低低低低低低第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十四页,共一百零四页55加速器中子源T(d,n)4He反应的优点是中子能量高(1030MeV),即使氘核能量低到0.1MeV,通过T(d,n)4He反应也能获得接近14MeV的单能中子。第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十五页,共一百零四页56加速器(,n)中子源:连续谱第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十六页,共一百零四页57反应堆中子源:中子数量大,能谱宽(0.07517MeV)第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十七页,共一百零四页58二、中子剂量的计算(
21、一)中子与机体组织相互作用的特点(一)中子与机体组织相互作用的特点表3.4.6中子在机体组织中发生的重要的相互作用(En100MeV)第四节 中子的外照射防护元素相互作用氢弹性散射辐射俘获H(n,)D碳弹性散射非弹性散射C(n,n3)和C(n,n)Be反应氮弹性散射非弹性散射N(n,p)C,N(n,d)C,N(n,t)C,N(n,)B,N(n,2)Li和N(n,2n)N反应氧弹性散射非弹性散射O(n,)C和O(n,p)N反应本讲稿第五十八页,共一百零四页59(二)中子剂量的计算1.比释动能计算式中为中子比释动能因子。吸收剂量:小块组织:第四节 中子的外照射防护本讲稿第五十九页,共一百零四页60
22、表表3.4.73.4.7中子辐射权重因子中子辐射权重因子WWR R,中子当量剂量换算因子,中子当量剂量换算因子f fHiHi,n n和对应的中子注量率和对应的中子注量率10Sv10Sv h h-1-1En,MeV辐射权重因子辐射权重因子WR当量剂量换算因子当量剂量换算因子fHi,n10-15Svm2中子注量率中子注量率LCm-2s-12.510-8110-7110-6110-5110-4110-3110-2110-1510-1125102050210Po-BEn2.8210Po-BeEn4.2226Ra-BeEn4.0239Pu-BeEn4.1241Am-BeEn4.5252Cf源源En2.1
23、322222227.41110.69.37.86.86.05.08.07.57.37.57.49.151.0681.1571.2631.2081.1571.0290.9925.78719.8432.6839.6840.6540.8542.7445.5433.135.534.535.239.533.21260.1240.1219.9230.0240.1270.0280.048.0014.008.6087.0006.8326.8006.5006.1008.4007.8408.0407.8807.0408.3642.当量剂量计算单能:连续谱:第四节 中子的外照射防护本讲稿第六十页,共一百零四页61表
24、3.4.1放射性核素中子源的特性名称名称放射性放射性核素核素反应反应类型类型半衰期半衰期T1/2中子中子最大最大能量,能量,MeV中子中子平均平均能量,能量,MeV中子产中子产额额y,10-6S-1Bq-1中子源发射率为中子源发射率为106s-1,距离,距离1m处的处的照射量率,照射量率,10-7Ckg-1h-1中子中子能谱能谱伴随伴随辐射辐射钠钠鈹鈹锑锑鈹鈹釙釙鈹鈹镭镭鈹鈹钚钚鈹鈹钚钚鈹鈹鎇鎇鈹鈹24Na124Sb210Po226Ra238Pu239Pu241Am(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)(,n)15.0h60.4d138.4d1620a87.75a24390a432a
25、10.8713.0811.310.7411.50.830.0294.24.04.54.14.53.515.1467.640554.143.254.13.761041.331040.1031551.294.392.58单能单能单能单能连续连续连续连续连续连续连续连续连续连续非常强非常强非常强非常强很低很低很低很低低低低低低低第四节 中子的外照射防护本讲稿第六十一页,共一百零四页62表表3.4.73.4.7中子辐射权重因子中子辐射权重因子WWR R,中子当量剂量换算因子,中子当量剂量换算因子f fHiHi,n n和对应的中子注量率和对应的中子注量率10Sv10Sv h h-1-1En,MeV辐射权
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