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1、核辐射物理与防护核辐射物理与防护核辐射物理与防护核辐射物理与防护1外照射剂量的计外照射剂量的计算及其防护算及其防护内外照射的特点照射方式照射方式辐射源类型辐射源类型危害方式危害方式常见致电离粒子常见致电离粒子照射特点照射特点内照射内照射多见开放源多见开放源电离、化学毒性电离、化学毒性、持续持续外照射外照射多见封闭源多见封闭源电离电离高能高能、质子、质子、 、X、n间断间断粒子的防护Alpha particles can be blocked byA sheet of paperOne or two inches of airThe outer layer of the skinThus, ma
2、terials 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 byA thin aluminum plateSeveral feet of airThe first few layers of the skinThus, beta particles are dangerous if inhaled or ingested and to the c
3、ornea（角膜）, where they can cause cataracts （白内障）射线的防护Gamma particles can be blocked byA couple inches of leadA few feet of concreteThus, care must be taken to shield oneself from gamma radiationX-rays are similar to gamma rays but do not penetrate as far-you are probably safe if separated by a normal
4、 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主要内容主要内容 7.1 7.1 外外照射防护的一般方法照射防护的一般方法 X、 射线射线的外照射的外照射防护防护 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 7.5 带电粒子带电粒子外外照射剂量计算及防护照射剂量计算及防护中子剂量计算及防护中子剂量计算及防护 （第八章）（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：尽尽量量
5、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，使使之之所所受受照射不超过国家规定的剂量限值。照射不超过国家规定的剂量限值。照射方式照射方式辐射源类型辐射源类型危害方式危害方式常见致电离粒子常见致电离粒子照射特点照射特点内照射内照射多见开放源多见开放源电离、化学毒性电离、化学毒性、持续持续外照射外照射多见封闭源多见封闭源电离电离高能高能、质子、质子、 、X、n间断间断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1.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2.距离防护法 剂量率与距离的平方成反比（点源
6、）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3.屏蔽防护法措施：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射线射线类型类型作用的作用的主要形式主要形式材料选材料选择原则择原则常用屏蔽材料常用屏蔽材料 电离、激发电离、激发一般低一般低Z材料材料纸、铝箔、有机玻璃等纸、铝箔、有机玻璃等 、e电离、激发、轫电离、激发、轫致辐射致辐射低低Z高高Z材材料料铝、有机玻璃、混凝土、铅铝、有机玻璃、混凝土、铅P、d核反应产生中子核反应产生中子高高Z材料材料钽、钚钽、钚X、 光电、康普顿、光电、康普顿、电
7、子对电子对高高Z材料材料铅、铁、钨、铀；铅、铁、钨、铀；混凝土、砖、去离子水等混凝土、砖、去离子水等n弹性、非弹性、弹性、非弹性、吸收吸收含氢、含硼材含氢、含硼材料料水、石蜡、混凝土、聚乙烯；碳水、石蜡、混凝土、聚乙烯；碳化硼铝、含硼聚乙烯等化硼铝、含硼聚乙烯等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，根据透视比确定屏蔽层厚度确定屏蔽厚度所需用的参数和资料居留因子居留因子T种类种类举举
8、例例T1全居留全居留值班室、控制室、工作室、实验室、车间、放值班室、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。场所；宽得足以放办公桌的走廊；暗室。T1/4部分居留部分居留容不下放办公桌的走廊；杂用房；不常用的休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。息室；有司机的电梯；无人看管的停车场。T1/16偶然居留偶然居留候诊室；厕所；楼梯；自动电梯；储藏室；人候诊室；厕所；楼梯；自动电梯；储藏室；人行道、街道。行道、街道。第二节 X、射线的外照射防护X、辐射源
9、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 X 射线透射线透视X X 射线射线摄影X线计算机体层成像（X-CT）（二）辐射源1.点源 距离比源本身的几何尺寸大10倍以上（5-7倍）。2.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。1放射性活度：2 2吸收剂量率吸收剂量率3 3比释动能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
10、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：Ci1 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
11、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、吸收剂量率研究辐射在该物质中的质能吸收系数研究辐射在该物质中的质能吸收系数研究辐射在空气中的质能吸收系数研究辐射在空气中的质能吸收系数研究辐射在空气中的吸收剂量率研究辐射在空气中的吸收剂量率研究辐射在该物研究辐射在该物质中的吸收剂量质中的吸收剂量率率二、吸收剂量率照射量率常数照射量率常数三、比释动能率比释动能率常数比释动能率常数三、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，不能简单视为点源
12、；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。一部分是发生一次或多次康普顿散射的散
13、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，值最小。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，在物质中所穿行
14、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给定定辐辐射射源源和和屏屏蔽蔽介介质质的的话话，只只与与光光子子能能量量E 和和介介质厚度（平均自由程数质厚度（平均自由程数d）有关，即）有关，即B（E，d）。 （1）查
15、表法；(书上附表4、5)单层介质，B值的确定单层介质，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，铅：原子序数、密度大， 对低能和高能的对低能和高能的X或或射线有很射线有很高的减弱能力，但在高的减弱能力，但在1Mev到几到几Mev的能区，减弱能力最差的能区，减弱能力最差缺点：成本高，结构强度差，不耐高温。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。铁：屏蔽性能比铅差。
16、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混凝土：价格便宜，结构性能良好。多用作固定的防护屏障。障。水：屏蔽性能较差，但有特殊优点：透明度好，可随意将水：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、水池形式贮存固体物品放入其中。常以水井、水池形式贮存固体辐射源。辐射源。和射线的屏蔽计算利用宽束减弱规律计算屏蔽查表、查图法查表、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。附图附图1-63）半减弱厚度与十倍减弱厚度（1）半减弱厚度1/2：half value thickness将入射光子数（注
