第四章 外照射防护.ppt

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1、 第四章 外照射的防护 第一节 外照射防护的一般方法 第二节 射线的外照射防护 第三节 射线外照射的防护第四节 中子外照射的防护第一节 外照射防护的一般方法一、外照射防护的基本原则二、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外照射防护的基本原则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 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。第一节 外照射防护的一般方法二、外照射防护的基本方法外照射防护三要素：时间、距离、屏蔽剂量剂量率时间1时间

2、防护(Time)累积剂量与受照时间成正比措施：充分准备，剂量分担，加强培训和操练2距离防护(Distance)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点状源：平方反比规律（当离源的距离为源的线度10倍以上时）3.屏蔽防护(Shielding)措施：设置屏蔽体屏蔽材料和厚度的选择：辐射源的类型、射线能量、活度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、

3、去离子水等n弹性、非弹性、吸收中等以上高Z材料、含氢、含硼材料水、石蜡、混凝土、聚乙烯；碳化硼铝、含硼聚乙烯等根据辐射类型的和应用的特点来选择，同时又要考虑经济代价和材料的易获得。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屏蔽物的半减弱厚度1/2 所需用屏蔽物的厚度，应根据不同情况，如辐射类型、辐射强度、防护水平等通过计算确定。在实际的防护中，有经验的工作人员可以

4、凭半厚度的经验数据确定射线屏蔽材料的厚度。半减弱厚度指某种屏蔽材料将入射的射线强度减弱一半的厚度。半厚度与射线能量有关。简言之，射线经过个半厚度的屏蔽层后，其强度将减弱到原来强度的1/2n。例题：欲使60Co点源外某点的剂量率由800Sv/h减弱至100Sv/，问需多厚的铅屏蔽层？例题2：一点状源外4米处剂量率为200Sv/h，欲使1米处工作人员半小时所受剂量不超过100Sv，问须设至少多厚的铅屏蔽层？第二节射线的外照射防护（一）辐射源及剂量计算（二）射线在物质中的减弱规律（三）射线的屏蔽计算（一）辐射源及剂量计算1、点源的照射量率的计算(1)放射性活度A(2)照射量率常数照射率常数把源的活度

5、A和照射率联系起来，其物理意义：距离单位活度的点源1米处，在1小时内所产生的照射率。点源距离比源本身的几何尺寸大5倍以上。miienimiienieniEnlEnlAWeEdtdXX123-19-1812221A1036.285.3310602.110242.64秒千克库伦电子伏库伦焦耳电子伏光子焦耳千克米转变光子米贝克千克米库伦213123221036.2)1036.2(miienimiieniEnEnlAAldtdXAlT(3)、照射量计算公式2112111A;102P753.2XrXC kgsABqC mkgBqsrmkeV 照照射射量量率率，单单位位；放放射射性性活活度度，单单位位；照

6、照射射量量率率常常数数，单单位位；参参考考点点距距离离放放射射源源的的距距离离，单单位位注注：1 1、值值取取、不不核核值值见见表表同同素素的的XfXDmaenmenm/107.83Dm吸收剂量，J/kg；fm因子，J/C；X照射量，C/kg.XfXXeWDmaenmenaaenmenm/85.33/Dm吸收剂量，Gy；fm因子，Gy/R；X照射量，R.2、点源的空气吸收剂量率3、点源的吸收剂量率与粒子注量之间的关系2121DDGyJ;,1;enrenrEmsEmkg -1 1-1 1-1 1吸吸收收剂剂量量率率,单单位位s s=k kg gs s;光光子子注注量量率率，单单位位能能量量的的

7、光光子子在在空空气气中中的的质质能能吸吸收收系系数数，单单位位具具体体数数值值见见附附表表前提条件：需满足带电粒子平衡条件！4、点源的空气比释动能率21211AKKGyAGy;KaaKrsBqmBqsrm 空空气气比比释释动动能能率率，单单位位；放放射射源源活活度度，单单位位；比比释释动动能能率率常常数数，单单位位；参参考考点点距距离离放放射射源源的的距距离离，单单位位5、点源的空气比释动能率与吸收剂量率的关系 11DKKGyDGyenmmaenaamss 空空气气比比释释动动能能率率，单单位位；空空气气吸吸收收剂剂量量率率，单单位位；在空气中，上述2个剂量学量相等，对于水、肌肉、软组织等一类

8、物质，如果忽略它们分别的质能吸收系数的区别，可以近似认为2个量在数值上也是相等的。前提条件：需满足带电粒子平衡条件！(1)基本思路*任何一个辐射源,都可以分割成许多个小块辐射源,以致每一小块源都能被着成是一个点源；由于放射源的特殊性，因此源的形状一般比较固定，最多为点源，其余均可以归结于线源、面源、体源类型，而后三者可以看作是点源的集合体。*分割的许多个点源在某点上产生的剂量学量等于它们简单叠加-积分问题；*对于非点源,除了需要考虑它的形状,体积外,还要考虑辐射源自身的吸收与散射等因素对剂量的影响。非点源rLtgLrAX11rLtgLrAX2212rLtgrLLtgLrAX111132242L

9、lAXLelAXL12422221lnhahaAX24ln2222ahhaAX 2222224222223221lndhdhaadahhaAX22224lnallaAX2aAXalhtgaltgahAX111ahtgahAX2212Q1Q2aseAX14sAX421111114aAaAAXssAX221111112aAaAAXs（二）X、射线在物质中的衰减规律一、窄束X或射线在物质中的减弱规律 000mdddNN eN eN e ddm（是物质的质量厚度）1.两大特点(1)低能时,光电效应占优势;然后是康普粒子散射占优势;高能时电子对效应占优势.趋趋势势对对一一切切物物质质一一样样对对不不同同

10、物物质质每每种种过过程程占占优优势势的的能能量量范范围围不不同同一、窄束X或射线在物质中的减弱规律 000mdddNN eN eN e 1.两大特点(2)曲线在某个能量有极小值rE原因:故在某一特定能量(E)min处出现最小值.实践意义：在(E)min附近的光子在物质中的穿透本领最强，即最不易被减弱。Z50的物质：(E)min在3-4MeV之间低Z物质：(E)min10MeV(1)低能时,光电效应占优势;然后是康普粒子散射占优势;高能时电子对效应占优势.趋趋 势势 对对 一一 切切 物物 质质 一一 样样对对 不不 同同 物物 质质 每每 种种 过过 程程 占占 优优 势势 的的 能能 量量

11、范范 围围 不不 同同rE 2.两个概念(1)能谱的硬化入射射线有谱分布,不同能量光子有不同值,大减弱得快,小减弱得慢。因此，随着通过物质的厚度增加，那些不易被减弱的“硬成分”所占比重会越来越大，这种现象称为能谱的硬化。(2)平均自由程定义:=1/，它表示一个光子每经过一次相互作用之前，在物质中所穿过的平均厚度。屏蔽厚度为几个平均自由程表示射线将减弱到原来的e的负几次方。适者生存！二、宽束X或射线在物质中的减弱规律1、积累因子的引入考虑到散射的影响，在宽束条件下：0dNBN e 0dxXB X e B、Bx为积累因子*窄束、宽束主要不是几何概念，而是物理概念。*一般，积累因子是指在所考察点上真

12、正测量的某一辐射量的大小同用窄束减弱规律算得同一辐射量大小的比值。*对不同的辐射量,相应有不同的积累因子。*只有当d=0,B=1；一般B1。说明:2、单一均匀介质的积累因子2、单一均匀介质的积累因子(1)累积因子数据:rEdxBZxB一般情况下：(2)Bx的近似解析表达式对于各向同性点源，介质的Bx与材料厚度d的关系可表达为:1211(1)adadxBA eA e A1和a1、a2仅与材料和射线的能量有关，数值具体见P102表4.6;3、多层介质的积累因子在实验的基础上,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,()max,()raabtrbabB EddBB Edd

13、 （2）两种原子序数相差很大*低Z在前,高Z在后,()trBB Ed 高高即总积累因子值,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。*高Z在前,低Z在后当光子能量较低时：,()trrBB EdB Ed 低低高高当光子能量较高,超过与高Z介质线减弱系数最小值相应的那个能量min(,):rE高高 min(,),trrBB EdB Ed 高高低低高高【例题】设注量率为1010m-2s-1，能量为8MeV的单向光子束垂直入射到1m厚的水和0.08m厚的铅组成的双层以屏蔽结构上。试确定这两种不同介质应怎样排列，其屏蔽效果较好。已知，对于8MeV光子，注量率=1

14、.3106m-2s-1相当于当量剂量率为110-2mSvh-1。三、宽束X或射线屏蔽的透射曲线在X、辐射场中，某一点上的或，与同一点上的照射量率成正比。故：D H 0()dxH dBHe 1、屏蔽计算中用的几个参量a.减弱倍数K定义：0()()dxrHeKBEdH d 无量纲,表示屏蔽层材料对辐射的屏蔽能力,对于给定的光子能量和屏蔽材料,和也就确定了，则可得K(d)。(,)xrBEd b.透视比定义.0()(,)dxrH dBEd eH 1K 1K )(lnd显然，或、，即、K互为倒数。d为透射比曲线。c.透射系数定义:设置厚度为d的屏蔽层之后，离X射线发射点1m处,由该射线装置单位工作负荷(

15、1mAmin)所造成的当量剂量。单位为。12minvSmmA 2、半减弱厚度1/2和十倍减弱厚度1/101/2的定义:将入射X或光子数(注量率或照射量率等)减弱到一半所需的屏蔽层厚度。1/10的定义:将入射X或光子数(注量率或照射量率等)减到十分之一所需的屏蔽层厚度。10121301.02110132.3两者之间的联系:*给定辐射在屏蔽介质中的1/2和1/10值并不是一个常数,而且随K的增加略有变化。*当辐射穿过一定厚度的物质层之后存在一个平衡的1/2和1/10,它们不能用于初级X或射线的屏蔽计算,但可用于经过相当程度减弱的射线束。说明四、屏蔽X或射线的常用材料1.铅：原子序数、密度大，对低能

16、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。（三）射线的屏蔽计算hLHrqAH,250104.1qArHhLr52,104.1（2）查透射比曲线（1）查减弱倍数表2,5104.1rHAKhL【例题】欲将放射性活度为3.71014Bq的60Co辐射源置于一个铅容器中，要求容器表面的当量剂量率小于210-3Svh-1，距容器表面1m处的当量剂量应小于10-4Svh-1。设设容器表面到源的距离r1=25cm，求铅容器的屏蔽层厚度。【例题】钴治疗机机头内，贮源位置处盛放着一个活度为3.331014Bq的60Co辐射源，要求在机头外表面处的剂量当量率不超过7.510-6Svh-1水平。试确定所需铅屏蔽层的厚度。迄今，还没有一个满意的计算射线剂量的理论方式。通常都用经验公式来作近似计算。一、射线的剂量计算1、点源的剂量计算