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1、1,外照射剂量的计算及其防护,内外照射的特点,粒子的防护,Alpha particles can be blocked by A sheet of paper One or two inches of air The outer layer of the skin Thus, materials that emit alpha radiation are only dangerous if inhaled or ingested (where they can be next to biological tissue),射线的防护,Beta particles can be blocked b
2、y A thin aluminum plate Several feet of air The first few layers of the skin Thus, beta particles are dangerous if inhaled or ingested and to the cornea（角膜）, where they can cause cataracts （白内障）,射线的防护,Gamma particles can be blocked by A couple inches of lead A few feet of concrete Thus, care must be
3、 taken to shield oneself from gamma radiation X-rays are similar to gamma rays but do not penetrate as far-you are probably safe if separated by a normal wall,由于射线贯穿能力的限制，可以构成外照射的射线包括：中子、及X射线、较高能量的射线,8,主要内容,7.1 外照射防护的一般方法 X、射线的外照射防护 7.2 剂量率的计算 7.3 x、射线在物质中的减弱规律 7.4 x、射线的屏蔽计算 7.5 带电粒子外照射剂量计算及防护 中子剂量计
4、算及防护 （第八章）,第一节 外照射防护的一般方法,外照射防护的基本原则 外照射防护的基本方法 屏蔽材料的选择原则 确定屏蔽厚度所需用的参数和资料,外照射防护的基本原则,内外照射的特点,外照射防护的基本原则： 尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。,外照射防护的基本方法,外照射防护三要素： 时间、距离、屏蔽,外照射防护的基本方法,时间防护法 累积剂量与受照时间成正比 措施： 充分准备，减少受照时间,外照射防护的基本方法,距离防护法 剂量率与距离的平方成反比（点源） 措施： 远距离操作； 任何源不能直接用手操作； 注意射线防护。,外照射防护的基本方法,屏蔽防
5、护法 措施：设置屏蔽体 辐射源的类型、射线能量、活度 屏蔽材料的选择和厚度的计算： 注意散射和孔隙泄漏,屏蔽材料的选择,屏蔽材料的选择原则,确定屏蔽厚度所需用的参数和资料,确定屏蔽厚度所需用的参数和资料,第二节 X、射线的外照射防护,X、辐射源及辐射场 剂量率的计算 、射线在物质中的减弱规律 、射线的屏蔽计算,X、辐射源及辐射场,（一）X射线机,X射线在医学中的应用,X 射线透视,X 射线摄影,X线计算机体层成像（X-CT）,（二）辐射源 点源 距离比源本身的几何尺寸大10倍以上（5-7倍）。 非点源： 实际工作中，不能被当做点源的辐射源 计算外照射剂量，必须考虑源的形状、体积、源体积内的散射
6、和自吸收等 任何非点源都可以分割成足够数目的点源,X、辐射源及辐射场,剂量率的计算是屏蔽设计的基础。 放射性活度： 吸收剂量率 比释动能率,剂量率的计算,一、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。居里：Ci 1 Ci = 3.71010 Bq,例1 226Ra的半衰期为1602年，1g 226Ra的放射性活度为多少？ 1g 226Ra的原子个数为：,二、吸收剂量率,空间任意一点的光子注量与吸收剂量之间的关系： 射线在注量率为的某一点处空气中产生的吸收剂量率 Gy/s 射
7、线在计算剂量点处的剂量率 该种能量的射线在空气中的质能吸收系数 E射线的能量,二、吸收剂量率,空间任意一点的光子注量与吸收剂量之间的关系：,例2在工作场所某点处，用仪器测得能量为1.00MeV的射线的注量率为3.1 107（m-2s-1），计算此点在空气中吸收剂量率。 查表得：,若已知空气中某一点的吸收剂量率，可用下式计算同一点其它物质的吸收剂量率：,二、吸收剂量率,二、吸收剂量率,照射量率常数,三、比释动能率,比释动能率常数,三、比释动能率,例3计算活度为3.7 1010Bq的60Co点源在1m远处空气中产生的比释动能率为多少？,上节回顾,四、非点源剂量率的计算,辐射源大小、形状差别，不能简
8、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。,1、32P的半衰期是14.3 d, 1g 纯32P的放射性活度是多少贝可(Bq)？ 2、在距辐射源某点处，用仪器测得能量为1.50MeV的射线的注量率为2.1 107（m-2s-1），计算此点在空气中吸收剂量率。 2、计算距活度为3.71010Bq的137Cs放射源1米处肌肉组织的吸收剂量率。 2、计算活度为3.7 108Bq的198Au点源在0.8m远处空气中产生的比释动能率为多少？,随堂作业,宽束与窄束 射线通过物质后，有两部分组成。一部分
9、是发生一次或多次康普顿散射的散射光子，其能量和方向都会发生变化，即射线束会发散变宽，称为“宽束”；一部分是没有发生康普顿散射的光子，能量与方向均无变化，仍以原来的方向前进，射线束并不变宽，称为“窄束”。,、射线在物质中的减弱规律,窄束X或射线的减弱规律,窄束单能或射线在物质中的减弱规律,线衰减系数，cm-1。,低能光子更易被高Z物质吸收； 存在一个能量点，值最小。,窄束X或射线的减弱规律,两个概念,能谱的硬化： 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。 平均自由程： 线减弱系数的倒数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
10、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，估算类似材料之间的厚度转换，,宽束X或射线的减弱规律,宽束射线在物质中的减弱规律将窄束减弱规律加以修正：,线衰减系数，cm-1。,宽束X或射线的减弱规律,B积累因子（build-up factor) 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取决于：源的形状，光子能量，屏蔽材料的原子序数，屏蔽层厚度，屏蔽层的组合及照射的几何条件 给定辐射源和屏蔽介质的话，只与光子能量E 和介质厚度（平均自由程数d）有关，即B（E，d）。,（1）查表法；(书上附表4、5),单层介质，B值的确定,
11、单层介质，B值的确定,（2）公式法,多层介质的累积因子,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： 能量低时， 能量高时，,排列屏蔽材料时，应低Z在前，高Z在后,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。 铁：屏蔽性能比铅差。但成本低，易获得，易加工。 混凝土：价格便宜，结构性能良好。多用作固定的防护屏障。 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。,和射线的
12、屏蔽计算,利用宽束减弱规律计算屏蔽,查表、查图法,例4利用水井法储存一个活度为1.2 1014Bq的60Co源，要求水井表面的剂量率不大于110-2mGy/h。为安全起见引入2倍安全系数，试求井水的最小深度？,1）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。 表示屏蔽材料对辐射的屏蔽能力，无量纲。,附表6-14,（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。 表示辐射透过屏蔽材料的能力，无量纲。,附图1-6,3）半减弱厚度与十倍减弱厚度,（1）半减弱
13、厚度1/2：half value thickness 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 ：tenth value thickness 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,例5将60Co和137Cs 源所产生的剂量率减弱104倍所需铅屏蔽层的厚度为多少？,将50MV的射线源所产生的剂量率减弱108倍所需铅屏蔽层的厚度为多少？,随堂作业,对波长为1.5410-10m的射线，铝的线性吸收系数为132cm-1，铅的线性吸收系数为2610cm-1 ，要和1mm厚的铅层达到同样的屏蔽效
14、果，铅板的厚度应为多大？ 已知；铝对波长为0.710-10m的射线的质量吸收系数为0.5m2 kg-1，铝的密度为2.7103kg m-3。若要使波长为0.710-10m的射线的强度降低到原来的1/100，铝板应为多厚？,第三节 带电粒子外照射剂量计算及防护,一、射线的防护 二、射线的剂量计算 三、射线的屏蔽计算 四、重带电粒子的屏蔽计算,射线的防护,射线具有一定的穿透能力，易被组织表层吸收，引起表层组织的辐射损伤。 射线与物质作用的一个特点是产生韧致辐射。韧致辐射的强度与射线的能量和屏蔽材料的原子序数有关； 韧致辐射的最大能量近似等于初级粒子的能量；,射线的防护,射线的防护必须考虑两层屏蔽：
15、 第一层用低原子序数的材料（减弱韧致辐射）屏蔽射线（常用烯基材料、有机玻璃及铝等） 第二层用高原子序数的材料屏蔽韧致辐射（常用生铁、钢板和铅板）,射线的剂量计算,在物质中的衰减近似服从指数衰减规律； 射线为连续谱； 散射明显： 散射不仅与空气成分、离源的距离有关； 而且与源周围散射物的存在及几何形状、位置有关； 很难用公式来描述散射的影响； 至今尚无满意的理论公式来计算源的剂量； 常用经验公式。,射线的剂量计算（点源）,洛文格(Lovinger) 总结了12种放射性核素的直接测量数据，提出了著名的经验公式； 当射线的能量为0.1672.24MeV时， 用公式：,常用核素的一些物理性质,射线的剂
16、量计算（点源）,点源空气中吸收剂量的粗略估算,单位：Gy/h 式中：A是活度，Bq；r是距离，m。,射线的剂量计算（面源）,无限平面源：所考虑的点到该平面的距离为x（g/cm2) ,该点的吸收剂量率为：,射线的剂量计算（面源）,圆盘源：所考虑的点在圆盘的轴上，离圆盘的距离为a，圆盘的半径为R0，则圆盘源在该点的吸收剂量率为：,计算活度为1Ci的32P 点源在相距30.5cm处的空气中产生的吸收剂量率。 假设皮肤表面被32P沾污，沾污程度为3.7104Bq/cm2，求沾污皮肤的吸收剂量率。,随堂作业,射线的屏蔽计算,射线的防护必须考虑两层屏蔽： 第一层用低原子序数的材料 屏蔽射线（常用烯基材料、有机玻璃及铝等） 第二层用高原子序数的材料 屏蔽韧致辐射（常用生铁、钢板和铅板）,屏蔽
