辐射剂量与防护 复习综述

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1、辐射剂量与防护 授课单位：核工程技术学院 授课专业：核工程、核技术 授课教师：田丽霞 课程简要知识体系 第一篇 辐射防护基础 概念定义 v 电离：从一个原子、分子或其它束缚状态释放 一个或多个电子的过程； v 电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起 电离的带电粒子或不带电粒子组成的，或者由它 们混合组成的辐射； 概念定义（续） v 电离辐射场：电离辐射无论在空间，还是在介 质内部通过、传播以至经由相互作用发生能量传 递的整个空间范围，由此形成的场； v 辐射量：为了表征辐射源特征，描述辐射场性 质，量度辐射与物质相互作用的程度及受照物质 内部发生的辐射效应的量； 一、基本物理量 二、射线与物

2、质相互作用 1、带电粒子与物质的相互作用 带电粒子类别: 电子、重带电粒子（质子、粒子 、重离子） 主要作用类型: 非弹性碰撞 辐射相互作用 弹性碰撞 2、(X)射线与物质的相互作用 （1）与物质的作用类型（按能量吸收多少划分） 完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反应 和光介子生成等。 部分吸收：康普顿散射和核共振散射。 不吸收：弹性散射。 3、中子与物质的相互作用 1 分类 v 高能中子 能量大于10MeV v 快中子 100keV-10MeV v 中能中子 1keV-100keV v 慢中子 0-1keV（热中子-与周围物 质处于热平衡的中子。在常温20.40C下，热中子 的平均能量为0

3、.0253eV） 2. 作用类型（Interaction type） 1). 弹性散射 (Elastic-scattering)：总动能守 恒。 2). 非弹性散射 (Inelastic scattering)：总能 量、动量守恒，动能不守恒； 3). 去弹性散射 (Nonelastic scattering)： (n,p), (n,)等； 4). 俘获(Capture)：(n,)； 5). 散射(Spallation)； 以上均属与原子核的相互作用。 4、相互作用系数 v 相互作用系数是用来描述电离辐射与物质相互 作用程度的。 (1)描述带电粒子与物质相互作用的程度 v 线阻止本领，质量阻止

4、本领 v 质量碰撞阻止本领 v 质量辐射阻止本领 (2)描述非带电粒子与物质相互作用的程度 5、带电粒子平衡 带电带电 粒子平衡条件总总 结结： 1)、离介质边界要有一定的距离。被考虑的体积边界与介质 边界的最短距离d必须不小于次级带电粒子在介质中的最大 射程，即 ； 2)、均匀照射条件。要求离所考虑体积(图2(B)中阴影部分) 的边界等于次级带电粒子最大射程的体积内，辐射的注量率 处处相等，即上图虚线范围内初级辐射射束须尽可能均匀； 3)、介质均匀。在上述体积范围内介质均匀一致，使得粒子 在该体积内的作用保持一致性； 第五节 总结本章中各个物理量之间的关系 三、辐射来源及防护原则 1、相关概

5、念 v 传能线密度LET v 确定性效应 v 随机性效应 v 基本限值 v 导出限值 天然辐射是人类的主要辐射来源 生活中的辐射来源 天然辐射 人工辐射 2、辐射来源 天然辐射 宇宙射线 宇生放射性核素 原生放射性核素 一般场所： 天然本底为 2. 4mSv/year, 多为内照射 (222Rn, 60%) 3 3、 辐射防护的目的辐射防护的目的 1 防止确定性效应的发生； 2 减少随机性效应的发生率，使之达到可以接受 的水平。 4 4、 辐射防护的基本原则辐射防护的基本原则 1 实践的正当化 （justification of practice） 2 防护的最优化 （optimization

6、 of radiation protection） 可合理做到的尽量低的原则(ALARA： as low as reasonably achievable) 3 个人剂量限值（dose limits） 第二篇 辐射防护方法 (1)外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐 射照射，包括均匀全身照射、局部受照。 (2)内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成 的辐射照射称为内照射。 辐射作用人体的方式： 一 外照射和内照射防护原则和方法 v 外照射防护基本原则 尽量减少或避免射线从外部对人体的 辐射，使之所受照射不超过国家规定的剂 量限值。 v 内照射防护基本原则 制定各种规章制度，采用各种措

7、施，尽 量减少放射性物质进入体内的机会； 外照射防护方法外照射防护方法 vv （1 1）时间防护）时间防护 原理：累积剂量与受照时间成正比原理：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 vv （2 2）距离防护）距离防护 原理：剂量率与距离的平方成反比原理：剂量率与距离的平方成反比 措施：远距离操作措施：远距离操作 vv （3 3）屏蔽防护）屏蔽防护 原理：某些材料可以有效衰减射线；原理：某些材料可以有效衰减射线； 措施：选择合适材料，设计并建造屏蔽装置措施：选择合适材料，设计并建造屏蔽装置 。 内照射防护方法 v 包容：采用通风橱、手套箱、防护用品等

8、 v 隔离：工作场所分区分级 v 净化：降低浓度 v 稀释：降低浓度 v 在开放型放射操作中，“包容、隔离”和“净化 、稀释”往往联合使用。 二 外照射防护 1、有关概念 2、X、射线的外照射防护 3、带电粒子的外照射防护 4、中子的外照射防护 1、相关概念 v 窄束、宽束 v 积累因子 v 减弱倍数、透射比、透射系数 v 半减弱厚度、十倍减弱厚度 v 射程 v 分出截面法 2、X、射线的外照射防护 1） X射线产生原理及剂量计算 2）点源及剂量计算 注意：照射量率常数或以其它单位的形式给出， 如： 比释动能常数见P75表3.2； 3） 线源 A 积累因子的引入 考虑到散射的影响，在宽束条件下

9、 ： B、Bx 均为积累因子，其定义为： 4 ) 宽束X或射线在物质中的减弱 v积累因子是指在所考察点上真正测量的某一辐射量的值 ND同用窄束减弱规律算得同一辐射量值N1的比值： 在实验的基础上,归纳出积累因子。以双层屏蔽 为例有: （1）双层介质的原子序数相差不大 （2）两种原子序数相差很大 a) 低Z在前,高Z在后 即总积累因子值,可以用高Z介质的代替，原因是光 子从低Z介质中射出的散射光子很容易被后面的高Z 介质吸收。 b) 高Z在前,低Z在后 当光子能量较低时： 当光子能量较高,超过与高Z介质线减弱系数最小 值相应的那个能量 5)点源的屏蔽计算 v 直接用公式计算 利用减弱倍数法计算

10、利用半减弱厚度计算 令K=2n，则n=logK/log2 屏蔽厚度d=n 1/2 6)6)屏蔽屏蔽X X或或射线常用的材料射线常用的材料 v 综合考虑防护性能、结构性能、稳定性和经济 成本，常用材料有： 铅：屏蔽能力好，但结构较软，一般采用钢 骨架支撑；常用于铅容器、活动屏、铅砖等。 钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于 防护铁门等。 混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固 定的防护屏障。 水：来源广泛，本身液体；透明度好，常以 水井、水池等贮存放射源。 v 不常见：钨、贫铀等局部屏蔽。 3 带电粒子的外照射防护 1) 若粒子最大能量Emax ，单单能粒子束能量也 为为Emax ，在低Z物质

11、质中的射程R为为： 公式使用要点： 1) 射程R的单位是gcm-2； 2) 屏蔽层的厚度d = R/ 即可； 射线屏蔽材料选择 v 选择选择 使射线线的韧韧致辐辐射份额额尽量少的材料 ，同时还时还 要保证证相当的屏蔽效果。 v 常用材料有： 铝铝、有机玻璃、混凝土等，与X、射线线 的屏蔽材料选择选择 有很大不同。 1) 中子源分类： 4 中子的外照射防护 2)中子剂量的计算 单能中子比释动能 有能谱分布的中子 附表3 单能中子剂量当量指数： 有能谱分布的中子 在P153表5.6给出了不同能量中子的辐射权重因子WR即 Q，剂量当量指数因子 以及和 对应的中子注 量率。 分析中子与物质 的相互作用

12、 从辐射防护角度来 得到好的防护材料 2）屏蔽层中中子束的减弱原理 对于类似的窄束： 对于类似的宽束： 距离源r处一点在放置屏蔽层之后中子注量率； 距离源r处一点在放置屏蔽层之前的中子注量率； 屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面； 屏蔽材料的厚度，单位m； 3 3）分出截面法应用的计算公式）分出截面法应用的计算公式 距离源r处一点在放置屏蔽层之后的剂量当量指数率； 距离源r处一点在放置屏蔽层之前的剂量当量指数率； 屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面； 屏蔽材料的厚度，单位m； 设参考点处的中子注量率限值水平为 4） 屏蔽层厚度d的计算 5）屏蔽中子的材料 屏蔽材料需要拥有一定数量的质量中等以上

13、的材料，使 得快中子快速降低能量，并需要有适量数量的轻元素，从而 是的中子能量迅速下降到热中子能区，最后为了减少俘获 射线的能量，可以在屏蔽层材料中掺杂一定的10B或6Li； 常用的中子屏蔽材料有：水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥 土、锂和硼，这些材料一般要配合使用才能达到好的屏蔽 效果。 选择原则是：综合考虑材料的屏蔽性能、结构性能、稳定 性能以及经济成本等，其中以效果为优先考虑； 第三篇 辐射监测 一、空腔电离理论 待测量位置 空腔（放置探测器 ） 空腔电离理论就是利用空腔中的电离电 荷来表征空腔中气体所接受的吸收剂量进而表征 在空腔位置处壁材料的吸收剂量所需的条件。空 腔里面可以是空气也可以是其他气体。 二、 辐射防护监测的一般原则 v 个人剂量监测 1、外照射剂量监测 2、皮肤污染监测 3、体内污染监测：监测方法及考虑因素 v 工作场所监测 v 环境辐射监测 关键途径、关键核素、关键居民组 谢谢谢谢 ！