第3章-外照射防护-大学课程《辐射防护概论》-课件.ppt
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1、12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3一、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4 内外照射的特点 基本原则:尽量减少或避免射线从外部对人体的照射,使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。之所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
2、电离高能、质子、X、n间断第一节 外照射防护的一般方法5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72距离防护距离防护(Distance)剂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83.屏蔽防护屏蔽防护(Shielding)措施措施:设
3、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9第一节 外照射防护的一般方法10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、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11有关问题主要考虑的参数辐射源(或装置)辐射类型、能谱
4、、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第一节 外照射防护的一般方法12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13一、X、辐射源及辐射场二、二、X
5、、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 X、射线的外照射防护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。dtdNA/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162.点源的点源的照射量率计算照射量率计算2rAXmiieniWeEXi1照射量率常数照射量率常数非单能情况:ii第二节 X、射线的外照射防护XAr217第
6、二节 X、射线的外照射防护18XfDmm3.点源的吸收剂量率计算2rAKk第二节 X、射线的外照射防护KArK219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(四)、屏蔽X、射线的常用材料第二节 X、射线的外照射防护21(1)窄束(narrow
7、beam):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deNN0线衰减系数,cm-1。第二节 X、射线的外照射防护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,值最小。值最小。第二节 X、射线的外照射防护23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,1221dd第二节 X、射线的外照射
8、防护24d0BeNN第二节 X、射线的外照射防护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取决于:源的形状,光子能量,屏蔽材料的原子序取决于:源的形状,光子能量,屏蔽材料的原子序数,屏蔽层厚度,屏蔽层几何条件数,屏蔽层厚度,屏蔽层几何条件给定辐射源和屏蔽介质的话,只与光子能量给定辐射源和屏蔽介质的话,只与光子能量E 和介质和介质厚度(平均自由程数厚度(平均自由程数d)有关,即)有关,即B(E,d)。)。colnNNB,B积累因子(积累因子(build-up factor)colnxXXB,第二节 X、射线的外照射防护26单层介质,B值的确定:(1)查表法;dadaxeAeA
9、B21)1(11(2)公式法第二节 X、射线的外照射防护27(3)多层介质情况两种介质的原子序数相差不大,)(,)(,maxbabbaatddEBddEBB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:)(,高dEBBt2)高Z介质在前,低Z介质在后:)(,)(,高低dEBdEBBt)(,)(,)(min,高低高dEBdEBBt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28(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。表示屏蔽材料对辐射的表示屏蔽材料对
10、辐射的屏蔽能力屏蔽能力,无量纲。d10 x1eHB)d(H1.屏蔽计算中用的几个参量)d,E(B/e(d)H/Hkd110第二节 X、射线的外照射防护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。1d101e)d,(H(d)/HKEB第二节 X、射线的外照射防护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)所造成的当量剂量。单位:Svm2(mAmin)-1。第二节 X、射线的外照射防护31(1)半减弱厚度1/2:half value thickness 将入射光子数(注
11、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2/110/132.31/2、1/10 并不是绝对的常数第二节 X、射线的外照射防护32第二节 X、射线的外照射防护331.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
12、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342.射线的屏蔽计算射线的屏蔽计算hLIHrqAdH,25104.1)(qArHhLr52,104.1(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2,5104.1rHAKhL2,5104.1rHAKhL35第三节 带电粒子的外照射防护一、射线的剂量计算二、二、射线的屏蔽防护射线的屏蔽防护三、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36一、射线的剂量计算1.单能电子束colSD6106.3单位:mGy/h式中:第三节 带电粒子的外照射防护372.射线特点:射线的
13、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1228.1 10/DA r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。屏蔽材料的厚度一般应等于屏蔽材料的厚度一般应等于 射线在射线在物质中的最大射程。物质中的最大射程。第三节 带电粒子的外照射防护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40介质修正:式中:第三节 带电粒子
14、的外照射防护41第三节 带电粒子的外照射防护422.轫致辐射的屏蔽计算第三节 带电粒子的外照射防护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减系数,cm-1。第三节 带电粒子的外照射防护44式中:第三节 带电粒子的外照射防护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46(一)质量阻止本领法SwHR6106.3(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47S/的确定:SzS
15、zzSp22z重带电粒子的电荷数等效质子能量EMMp1Mp/M1质子质量与入射重带电粒子质量之比;E 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50公式法:式中:第三节 带电粒子的外照射防护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、中子屏蔽计算52放射性核素中
16、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54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T 1/2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中子源发射率为中子源发射率为106 s-1,距离,距离1m处处的的照射量率,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
17、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55加速器中
18、子源MeVHendD27.33MeVHendT586.174T(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56加速器(,n)中子源:连续谱第四节 中子的外照射防护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58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
19、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59(二)中子剂量的计算1.比释动能计算KfK式中EftrK/为中子比释动能因子。mmtrTtrTTKKD/吸收剂量:小块组织:mmtrTtrTKK/第四节 中子的外照射防护60En,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f Hi,n10-15 Svm2中子注量率中子注量率LCm-2s-1 2.510-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110-2 110-1 510-1 1 2
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