辐射防护.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,1,第6章 外照射的防护,第1页，共63页。,2,第一节 外照射防护的一般方法,第二节,X、,射线的外照射防护,第三节 带电粒子外照射的防护,第四节 中子外照射的防护,第2页，共63页。,3,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,第一节 外照射防护的一般方法,第3页，共63页。,4,一、外照射防护的基本原则,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,电离,高能,、质子、,、X、n,间断,第一节 外照射防护的一般方法,第4页，共63页。,5,二、,外照射防护的基本方法,外照射防护三要素：,时间、距离、屏蔽,第一节 外照射防护的一般方法,第5页，共63页。,6,1,时间防护(Time),累积剂量与受照时间成正比,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,第6页，共63页。,7,2,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；,注意射线防护。,第一节 外照射防护的一般方法,第7页，共63页。,8,3.,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,第一节 外照射防护的一般方法,第8页，共63页。,9,第一节 外照射防护的一般方法,第9页，共63页。,10,三、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、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,第10页，共63页。,11,四、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，根据透射比确定屏蔽层厚度,第一节 外照射防护的一般方法,第11页，共63页。,12,居留因子T,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,第12页，共63页。,13,第二节,X、,射线的外照射防护,一、X、,辐射源及辐射场,二、,X、,射线在物质中的减弱规律,三、,X、,射线的屏蔽计算,第二节,X、,射线的外照射防护,第13页，共63页。,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,第14页，共63页。,15,1.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。,（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,第15页，共63页。,选择适当的材料，根据透射比确定屏蔽层厚度,因此，必须保存在密闭容器内，在密闭良好的手套箱中操作。,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,第三节 带电粒子的外照射防护,一、X、辐射源及辐射场,2距离防护(Distance),对强辐照源贮存井，往往利用水作为屏蔽材料。,半厚度与射线能量有关。,四、重带电粒子的屏蔽防护,累积剂量与受照时间成正比,屏蔽材料的厚度一般应等于射线在物质中的最大射程。,第三节 带电粒子的外照射防护,在物质中所考虑的那一点散射光子的计数,混凝土往往用来做固定屏蔽体，既起屏蔽作用又同时作为建筑，例如辐照设备的屏蔽墙。,第三节 带电粒子的外照射防护,16,2.,点源的,照射量率计算,照射量率常数,非单能情况,：,第二节,X、,射线的外照射防护,第16页，共63页。,17,第二节,X、,射线的外照射防护,第17页，共63页。,18,3.,点源的吸收剂量率计算,第二节,X、,射线的外照射防护,4.比释动能率常数,第18页，共63页。,19,5、非点源的照射量率、比释动能率计算,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,第19页，共63页。,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X、射线的减弱规律,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,第20页，共63页。,射线与物质原子间的相互作用只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移；它不同于带电粒子穿过物质时，经过许多次小能量转移的碰撞来损失它的能量。带电粒子在物质中是逐渐损失能量，最后停止下来，有射程概念；射线穿过物质时，强度逐渐减弱，按指数规律衰减，不与物质发生相互作用的光子穿过吸收层，其能量保持不变，因而没有射程概念可言，但可用“半吸收厚度”来表示射线对物质的穿透情况。,第21页，共63页。,22,（一）、窄束X或射线的减弱规律,（1）窄束（narrow 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,线衰减系数，cm,-1,。,第二节,X、,射线的外照射防护,第22页，共63页。,所谓窄束射线是指不包括散射成份的射线束，通过吸收片后的光子，仅由未经相互作用或称为未经碰撞的光子所组成。“窄束”一词是实验上通过准直器得到细小的束而取名。这里所说的“窄束”并不是指几何学上的细小，而是指物理意义上的“窄束”，即使射线束有一定宽度，只要其中没有散射光子，就可称之为“窄束”。,第23页，共63页。,为了提高它的屏蔽性能，必要时可用铸铁块或铁矿石作骨料。,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；,四、重带电粒子的屏蔽防护,（2）窄束单能射线在物质中的减弱规律,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,第一节 外照射防护的一般方法,式中：A是活度，Bq；,碳化硼铝、含硼聚乙烯等,第三节 带电粒子的外照射防护,混凝土往往用来做固定屏蔽体，既起屏蔽作用又同时作为建筑，例如辐照设备的屏蔽墙。,屏蔽射线的半值厚度1/2表示窄束射线经过这个厚度材料的屏蔽，其照射量率降低为没有屏蔽时一半，与线吸收系数的关系,第二节 X、射线的外照射防护,第二节 X、射线的外照射防护,24,低能光子更易被高Z物质吸收；,存在一个能量点，,值最小。,第二节,X、,射线的外照射防护,第24页，共63页。,25,（3）两个概念,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，,第二节,X、,射线的外照射防护,？,？,第25页，共63页。,26,（二）、,宽束X或射线的减弱规律,第二节,X、,射线的外照射防护,第26页，共63页。,入射光子从屏蔽物中出来的 射线包括：,未经相互作用的 光子,相互作用后的光子：,康普顿散射（主要成分）,电子对淹没光子,韧致辐射,特征x射线（能量低，穿不出）,第27页，共63页。,28,描述散射光子影响的物理量，表示通过吸收体后散射光子对考察点增加的影响。,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，屏蔽层几何条件,给定辐射源和屏蔽介质的话，主要光子能量E,和介质厚度（平均自由程数,d,）有关，即B（E,，d）。,B积累因子,（build-up factor),第二节,X、,射线的外照射防护,N 在物质中所考虑的那一点的光子总计数,在物质中所考虑的那一点散射光子的计数,在物质中所考虑的那一点未经相互作用的光子计数,第28页，共63页。,射线的能量越小（康普顿占优的最小能以上），介质的原子序数越低，介质厚度越大，散射越严重，B越大,第29页，共63页。,30,单层介质，B值的确定：,（1）查表法；,（2）公式法,第二节,X、,射线的外照射防护,矩方法,蒙特卡洛法,第30页，共63页。,31,（3）多层介质情况,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,第31页，共63页。,32,（三）、宽束X或射线的透射曲线,（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。,1.屏蔽计算中用的几个参量,第32页，共63页。,33,（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。,第33页，共63页。,34,（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（1mA,min,）所造成的当量剂量。单位：Sv,m,2,（,mA,min）,-1,。,第34页，共63页。,实际用于射线的屏蔽材料主要有铅、铁、混凝土。,屏蔽射线的半值厚度,1/2,表示窄束射线经过这个厚度材料的屏蔽，其照射量率降低为没有屏蔽时一半，与线吸收系数,的关系,式中，,1/2,为半值厚度。根据屏蔽材料的不同性质各用于不同场合。,混凝土往往用来做固定屏蔽体，既起屏蔽作用又同时作为建筑，例如辐照设备的屏蔽墙。,射线的防护,第35页，共63页。,为了提高它的屏蔽性能，必要时可用铸铁块或铁矿石作骨料。铅为射线的屏蔽效果最好，但结构性能差，容易形变，而且价格较高，适宜于做活动屏蔽体。,对强辐照源贮存井，往往利用水作为屏蔽材料。,射线的防护,第36页，共63页。,屏蔽物的半厚度,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凭半厚度的经验数据确定射线屏蔽材料的厚度。,半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。,半厚度亦被称为半减弱层。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1/2,n,。,第37页，共63页。,第38页，共63页。,例题：欲使,60,Co点源外某点的剂量率由800,Sv/h减弱至100,Sv/，问需多厚的铅屏蔽层,（铅对Co60的半厚度为13mm）？,解：因为 射线需减弱 800100 8 2,3,(倍）,所以 铅层需个半厚度，厚度为13 3 39(,mm,),答：需39,mm,厚的铅层，可将该点的剂量率从800,Sv/h降至100,Sv/h。,第39页，共63页。,例题2：一点状源外4米处剂量率为200,Sv/h，欲使1米处工作人员半小时所受剂量不超过100,Sv，问须设至少多厚的铅屏蔽层（铅的半厚度为13,mm,）？,解：米处的剂量率为：200（41）2 3200（,Sv/h）屏蔽后,如要满足条件，则米处的剂量率应为：100,Sv0.5h 200,Sv/h,因为 屏蔽后剂量率的减弱倍数为：3200200 16 2 4所以 铅屏蔽层厚度至少为4个半厚度：134 52(,mm),答：所设铅屏蔽至少应厚52,mm,。,第40页，共63页。,第41页，共63页。,第42页，共63页。,43,2.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,第二节,X、,射线的外照射防护,第43页，共63页。,44,第二节,X、,射线的外照射防护,第44页，共63页。,45,（四）、屏蔽X或射线的常用材料,1.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,第45页，共63页。,46,2.,射线的屏蔽计算,（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,第46页，共63页。,书上例题1、2,非点源,第47页，共63页。,48,第三节 带电粒子的外照射防护,一、,射线的剂量计算,二、,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,第48页，共63页。,49,一、,射线的剂量计算,1.单能电子束,单位：mGy/h,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,第49页，共63页。,50,2.,射线,特点：射线的能谱是连续谱；,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,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,第50页，共63页。,51,二、,射线的屏蔽防护,射线的屏蔽要分两层：先轻Z，后重Z。,屏蔽材料的厚度一般应等于,射线在物质中的最大射程。,第三节 带电粒子的外照射防护,第51页，共63页。,52,1.经验公式（或查图）计算最大射程,式中：,R,max,射线在铝中的最大射程（g/cm,2,）；,E,max,射线的最大能量（MeV）。,第三节 带电粒子的外照射防护,第52页，共63页。,53,介质修正：,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,第53页，共63页。,54,第三节 带电粒子的外照射防护,第54页，共63页。,55,2.轫致辐射的屏蔽计算,第三节 带电粒子的外照射防护,第55页，共63页。,56,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,第56页，共63页。,57,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,第57页，共63页。,58,三、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,第58页，共63页。,59,（一）质量阻止本领法,（mSv/h）,重带电粒子的注量率，（1/m,2,s）；,S/,重带电粒子在物质中的质量阻止本领；,W,R,辐射权重因子。,第三节 带电粒子的外照射防护,第59页，共63页。,60,S/,的确定：,z,重带电粒子的电荷数,等效质子能量,M,p,/M,1,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,第60页，共63页。,61,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,第61页，共63页。,62,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,第62页，共63页。,63,公式法：,式中：,第三节 带电粒子的外照射防护,第63页，共63页。,