辐射剂量与防护概念.doc

第一章 电离辐射与辐射量
电离：从一个原子、分子或其它束缚状态释放一个或多个电子的过程
电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子组成的，或者由它们混合组成的辐射；
电离辐射场：电离辐射无论空间还是在介质内部通过，传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围
辐射量：为了表征辐射源特征，描述辐射场性质，量度辐射与物质相互作用的程度及受照物质内部发生的辐射效应的量
粒子通量：粒子数在单位时间的变化量 单位：s-1
定律：粒子注量等于单位体积内的径迹总长度
能量注量：辐射在单位时间内的变化量 单位：J/s
粒子注量：单位截面小球的粒子数 单位：m-2
能量注量：单位截面积小球的所有粒子能量之和 单位：J*m-2
谱分布：辐射场中某点的粒子注量存在着按粒子能量的谱分布
角分布：
辐射度：单位时间内某点空间位置处的辐射强度
辐射剂量学量
质量减弱系数 ：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，因相互作用，粒子数减少的份额。 单位：m2kg-1
质量能量转移系数 ：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，因相互作用，其能量转移给带电粒子的份额。单位：m2kg-1
质量能量吸收系数 ：不带电粒子在物质中穿过单位质量厚度后，其能量被物质吸收的份额。
相同点：都针对不带电粒子（X、g射线和中子）穿过物质时发生的物理现象而定义的；
不同点：
质量减弱系数（m/r）：描述物质中入射不带电粒子数目的减小，不涉及具体物理过程。
质量能量转移系数（mtr/r）：描述不带电粒子穿过物质时，其能量转移给带电粒子数值。只涉及带电粒子获得的能量，而不涉及这些能量是否被物质吸收。
质量能量吸收系数（men/r）：描述不带电粒子穿过物质时，不带电粒子被物质吸收的能量。
带电粒子：电子，重带电粒子（质子，重离子，alpha 粒子）
相互作用：非弹性碰撞，辐射相互作用，弹性碰撞
线碰撞阻止本领Scol:指一定能量的带电粒子子在指定物质中穿过单位长度路程时，由于电离激发过程所损失的能量 单位：Jm-1+
质量碰撞阻止本领S/r)col:指一定能量的带电粒子子在指定物质中穿过单位长度路程时，由于电离激发过程所损失的能量 单位：Jm2kg-1
辐射阻止本领： Srad:指一定能量的带电粒子子在指定物质中穿过单位长度路程时，由于轫致辐射过程所损失的能量 单位：Jm-1+
定限阻止本领（传能线密度LET）:表征带电粒子在单位长度路径内沉积能量大小
不带电粒子与物质的相互作用分二个阶段：
第一阶段：不带电粒子通过与物质的相互作用，把能量转移给次级带电粒子；
第二阶段：次级带电粒子通过电离、激发等方式把转移来的能量大部分留在介质中；
吸收剂量（D）：同授与能（e）相联系，单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。
单位Gy。适用于任何类型的辐射和受照物质，与一个无限小体积相联系的辐射量。受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值。1rad=10-2Gy
比释动能（K）：同转移能（etr）相联系，不带电粒子在质量dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值。单位Gy。
针对不带电粒子；对受照物质整体，而不对受照物质的某点而言。实用时可先查比释动能因子表（国际上给出比释动能因子的推荐值），进而求得比释动能。
照射量（X）：X或g射线在单位质量的空气中，释放出来的全部电子完全被空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。
单位C/kg。针对X或g射线、空气。空气中各点的照射量不同。
带电粒子平衡（CPE）：进入某无限小体积内的带电粒子的辐射能等于离开该体积的辐射能
带电粒子平衡条件：
1)、离介质边界要有一定的距离。被考虑的体积边界与介质边界的最短距离d必须不小于次级带电粒子在介质中的最大射程，即d》Rmax;
2)、均匀照射条件。要求离所考虑体积(图2(B)中阴影部分)的边界等于次级带电粒子最大射程的体积内，辐射的注量率处处相等，即上图虚线范围内初级辐射射束须尽可能均匀；
3)、介质均匀。在上述体积范围内介质均匀一致，使得粒子在该体积内的作用保持一致性；
D=K（1-g） g是次级电子在慢化过程中，能量损失于轫致辐射的能量份额。
对低能X或g射线，可忽略轫致辐射能量损失，此时D＝K
带电粒子平衡条件下，空气中照射量（X）和同一点处空气吸收剂量(Da)的关系为：
吸收剂量与物质的质量吸收系数成正比，即

故空气中同一点处物质的吸收剂量Dm为：

照射量换算到某物质吸收剂量的换算因子，可查表得到。
辐射量
吸收剂量D
比释动能K
照射量X
适用范围
适用于任何带电粒子及不带电粒子和任何物质
适用于不带电粒子如X、光子、中子等和任何物质
仅适用于X或射线，并仅限于空气介质
剂量学含义
表征辐射在所关心的体积V内沉积的能量，这些能量可来自V内或V外
表征不带电粒子在所关心的体积V内交给带电粒子的能量，不必注意这些能量在何处，以何种方式损失的
表征X或射线在所关心的空气体积V内交给次级电子用于电离、激发的那部分能量

辐射对人体的影响和防护标准
高LET辐射（high LET radiation）：直接产生的或通过次级带电粒子产生的各电离事件之间的距离以细胞核的尺度衡量比较小的辐射。一般指快中子、质子和a粒子等。
低LET辐射（low LET radiation）：直接产生的或通过次级带电粒子产生的各电离事件之间的距离以细胞核的尺度衡量比较大的辐射。一般指X、g、b辐射等。
随机性效应：定义：是指发生几率(而非严重程度)与剂量的大小成正比的效应。
从防护的角度来看认为不存在剂量阈值。血液的辐射效应，胚胎的辐射效应
确定性效应：定义：是效应严重程度)与剂量的大小成正比的效应。
从防护的角度来看认为存在剂量阈值。肿瘤，遗传
剂量当量 H： D 是吸收剂量，Q是R类型辐射的品质因数，N是修正因数
(决定一部分受照条件)，Q、N都是无量刚的量 1rem=10-2Sv
辐射品质：指的是电离辐射授与物质能量在微观空间分布上的特征
不同种类和不同能量的射线有不同的生物效应.
品质因数：指用来衡量各种辐射引起的有害效应程度的一个系数，x 伽马，贝塔，电子为1
传能线密度LET（linear energy transfer）：单位长度上发生的能量转移。
危险度：表示与器官或组织单位计量当量相应辐射诱发的癌症死亡率或最初二代扬中遗传疾患的几率
不同的器官和组织其危险度是不一样的。有了某一个器官的受照剂量当量和该器官的危险度就能唯一确定辐照对该器官产生有害生物效应的发生几率
有效剂量当量 ：
当量剂量定义为:
\ 式中， ―辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量; wR―辐射R的辐射权重因数。
待积剂量当量：人体单词摄人放射性物质后，某器官或组织在50年内将受到的累积的剂量当量。
待积有效剂量 ：受到辐射危险的各个器官或组织的待积当量剂量经组织权重因数wT加权处理后的总和 。
集体有效剂量是受照群体每个成员的有效剂量的总和。
吸收剂量指数：辐射场中某点的吸收剂量指数，是以此点为中心ICRU内的最大吸收剂量
剂量当量指数：辐射场中某点的吸收剂量指数，是以此点为中心ICRU内的最大剂量当量
强贯穿性辐射：小块皮肤受到的剂量当量小于于有效剂量当量的10倍
弱贯穿性辐射：小块皮肤受到的剂量当量大于于有效剂量当量的10倍HT,皮肤> 10倍HE ,皮肤
深部个人剂量当量：深度为10mm 反映了体内深部剂量当量
浅部个人剂量当量：深度为0.07mm 反映了体表剂量当量；
周围剂量当量：H*(d） H*(d)主要用于强贯穿场情况，且多用H*(10)
定向剂量当量：H’(d） H’(d, Ω)一般用于弱贯穿辐射，且多用H’(0.07, Ω)。

生活中的辐射来源：天然辐射（人类的主要辐射来源：宇宙射线，宇宙放射性核素，原生放射性核素，般场所：天然本底为 2. 4mSv/year, 多为内照射 (222Rn, 60%)）；人工辐射
医疗辐射是最大的人工辐射来源；各种人工放射性核素，大约80％用于医学目的

辐射作用人体的方式：
外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包括均匀全身照射，局部受照
137Cs、95Zr、106Ru、140Ba等；
内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射14C、137Cs、3H、131I、239Pu、
放射性核素的体表沾染：指放射性核数沾染于人体表面（皮肤或粘膜）。沾染的放射性核素对沾染局部构成的外照射，同时尚可经过体表吸进血液构成内照射
辐射防护的目的：1 防止确定性效应的发生；2 减少随机性效应的发生率，使之达到可以接受的水平。
辐射防护的基本原则：
实践的正当化（justification of practice）:只有当项实践所带来的利益大于为其所付出的代价时，才认为改项辐射实践是正当的
防护的最优化（optimization of radiation protection）：在实施某项辐射实践的过程中，可能有几个方案可供选择，在对几个方案进行选择时，应当运用最优化程序，也就是在考虑了经济和社会的因素之后，应当将一切辐射照射保持在可合理达到的尽可能低的水平，也叫做ALARA原则(As Low As Reasonably Achievable)。
个人剂量限值（dose limits）对于给定的某项辐射实践，不论代价与利益的分析结果如何，必须用剂量当量限制对个人所受到照射加以限制
辐射防护标准：基本限值，导出限值，管理限值，参考水平

最大一年的剂量为职业50 mSv/a，公众5 mSv/a
辐射防护的方法
对人体照射方式：外照射，内照射
外照射防护原则：尽量或避免射线从外部对人体的辐射使之所受照辐射不超过国家规定的剂量限值
外照射防护方法：缩短受照时间，增大与辐射的距离，屏蔽防护
外照射防护基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。

γ(X)射线与物质的相互作用（按能量吸收多少划分）
1. 完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反应和光介子生成等。
2. 部分吸收：康普顿散射和核共振散射。
3. 不吸收：弹性散射
X、γ辐射源: X射线机 加速器X射线源 γ射线源
发射率常数：管电流为1mA时，距离阳极靶1m处，由初级射线束在空气中产生的空气比释动能率 单位：mGy m2 mA-1 min-1
剂量率计算公式:
发射率常数：视X射线源为点源，单位束流1mA，在标准距离1m处形成的吸收剂量指数率。 单位：Gy m2 mA-1 min-1
点源：辐射场中某点与辐射源的距离，比辐射源本身的几何尺寸大5倍以上，即可把辐射源看成是点状的，称其为点状源，简称点源。
照射量率常数 :
能谱硬化：随着通过物质的厚度增加，那些不易被 衰减的“硬成分”所占比重会越来越大的现象。
γ线源：

平均自由程：表示粒子每经过一次相互作用之前，在物质中穿过的平均厚度。
射程：带电粒子从进入物质到完全被吸收沿入社的方向穿过的最大直线距离
宽束：指射线束较宽，而且所穿过的物质也可以能相当厚，它的衰减不仅考虑未相互作用的，也考虑经多次散射后出来的散射粒子
窄束：指射线束垂直，它的衰减认为只要入射光子发生了一次相互作用，则认为其消失，不考虑散射出来
积累因子：指在所考察点上，真正测量到的某一辐射来那个的大小，通用窄束减弱规律算的的同一辐射量的大小的比值
影响因素：源的形状，能量，屏蔽介质的原子序数及厚度等
（1）双层介质的原子序数相差不大
（2) 低Z在前,高Z在后
（3）高Z在前,低Z在后
当光子能量较低时
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

减弱倍数K：辐射场中某一点处没有设屏蔽层的剂量当量指数率与设置厚度为d的屏蔽后的剂量当量指数率的比值

透射比： 辐射场中某一点处设置厚度为d的屏蔽后的剂量当量指数率与没有设屏蔽层的剂量当量指数率的比值

透射系数：设屏蔽层厚度为d的屏蔽层之后，离x射线发射点1m出，由该x射线装置单位工作负荷（即1mA*min）-1所造成的剂量当量指数
半减弱厚度：将入射粒子的光子数(注量率或照射量率等)减弱到一半所需的屏蔽层厚度
十减弱厚度：将入射粒子的光子数(注量率或照射量率等)减弱到十分之一所需的屏蔽层厚度
点源的屏蔽计算：
直接用公式计算： 利用减弱倍数法
利用半减弱厚度计算 令K=2n，则n=logK/log2 屏蔽厚度d=n △1/2
屏蔽X或γ射线常用的材料：铅：屏蔽能力好，但结构较软，一般采用钢骨架支撑；常用于铅容器、活动屏、铅砖等。钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于防护铁门等。混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固定的防护屏障。水：来源广泛，本身液体；透明度好，常以水井、水池等贮存放射源。不常见：钨、贫铀等局部屏蔽
β射线屏蔽材料选择
铝、有机玻璃、混凝土等，与X、γ射线的屏蔽材料选择有很大不同
带电粒子类别: 电子、重带电粒子（质子、α粒子、重离子）
主要作用类型: 非弹性碰撞 辐射相互作用 弹性碰撞

第六章 中子外照射的防护
中子源：产生方式分类：
放射性核素中子源（镅铍，锎等）（优点：价格便宜、易于制备和运输，且为各向同性场，可以视为点源 缺点：产额较低，泄漏几率较大，中子产额随时间减少等；）
加速器中子源：:可以通过调节改变把物质种类和带电粒子类型，调节带电粒子的能量和中子的初设方向获不同能量的中子
反应堆中子源：单位时间产生的中子数量大，能谱分布宽，缺点，装置大，辐射问题
等离子体中子源，
能谱分类：单能中子源，多能中子源
分类:高能中子 能量大于10MeV
快中子 100keV------10MeV
中能中子 1keV--------100keV 慢中子 0-------1keV（热中子----与周围物质处于热平衡的中子。在常温20.40C下，热中子的平均能量为0.0253eV）
作用类型（Interaction type）
1). 弹性散射 (Elastic-scattering)：总动能守恒。
2). 非弹性散射 (Inelastic scattering)：总能量、动量守恒，动能不守恒；
3). 去弹性散射 (Nonelastic scattering)：(n,p), (n,α)等；
4). 俘获(Capture)：(n,γ)； 5). 散射(Spallation)；
以上均属与原子核的相互作用。
中子剂量的计算：
单能中子比释动能单能中子剂量当量指数：
根据中子与物质相互作用的性质，对快中子，首先用中等偏高原子序数的材料，通过非弹性散射使中子能量很快降低到与原子核的第一激发能级相应的能量之下，使中子降到非弹性散射阈值以下；再利用低能中子与物质相互作用的性质，利用低原子序数的材料如氢，通过弹性散射作用使中子的能量进一步降低到热中子的范围；此时再选择对热中子吸收截面大、同时俘获γ辐射能量低的材料，完成对中子的吸收和有效屏蔽
窄束 宽束 窄束宽束分出截面法应用

分出截面法：通过合理地选择和安排屏蔽材料，我们可以使中子在屏蔽层中的衰减符合窄束的定义要求，即使中子在屏蔽层中一经散射便能在很短的距离内被迅速慢化和吸收，从而可以按照窄束的较为简单的计算公式来计算中子的衰减情况，这就是所谓的分出截面法。
分出截面法条件：屏蔽层材料足够厚，屏蔽层里有较重材料，屏蔽层内含有足够的氢
屏蔽中子的材料
屏蔽材料需要拥有一定数量的质量中等以上的材料，使得快中子快速降低能量，并需要有适量数量的轻元素，从而是的中子能量迅速下降到热中子能区，最后为了减少俘获γ射线的能量，可以在屏蔽层材料中掺杂一定的10B或6Li；
常用的中子屏蔽材料有：水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥土、锂和硼，这些材料一般要配合使用才能达到好的屏蔽效果。含氢Bn=5,铅Bn=3.5，铁Bn=2.6
第七章 内照射防护 P201
内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射称为内照射。
内照射防护基本原则：制定各种规章制度，采用各种措施，尽量减少放射性物质进入体内的机会
内照射防护方法：
1. 包容：采用通风橱、手套箱、防护用品等
2. 隔离：工作场所分区分级
3. 净化：降低浓度
4. 稀释：降低浓度
在开放型放射操作中，“包容、隔离”和“净化、稀释”往往联合使用。
放射性计入人体的途径：
1. 经口，消化道的摄入 2.经呼吸道的吸入 3.经皮肤，伤口的进入
传输过程: 1 摄入和吸收 2 沉积和转移 3 廓清和滞留 4 排出
摄入: 放射性物质从体外进入体内称作摄入，而进入的物质的量称为摄入量（intake）
吸收: 进入人体内的放射性物质有一定份额到达体液，称为吸收，而进入的物质的量称作吸收量（uptake）。
沉积: 放射性物质进入并居留于器官或组织之内称作沉积（deposition）。
转移: 放射性物质在体内的移动称作转移（transfer）。
廓清: 放射性核素从某一器官或组织内移出的过程称作廓清（clearance），生物廓清和放射性衰变作用将使沉积在器官或组织内的放射性活度逐渐减少。
滞留: 描述放射性核素在器官、组织或全身内的居留状况，亦即器官、组织或者全身放射核素活度的动态变化过程。在摄入、沉积或吸收后的给定时刻，器官、组织或全身的物质的量称为器官、组织或者全身的滞留量（retained quantity）。
排出: 物质随尿、粪、汗和呼出气体而从体内移出的过程称作排出（elimination）。
原器官：含有大量放射性核素的组织或官；
靶器官：吸收辐射能量的组织或器官
有效半衰期：滞留在人体内的某放射性核素，由于生物代谢和放射性衰变减少一半所经历的时间
生物半排期: 是指放射性核素进入人体后通过新陈代谢排出一半数量所需要的时间，用Tb来表示。
物理半排期: 放射性核素同时还在不断衰变衰变为原来数量的一半所需的时间，用Tr表示；
比有效能：在源器官S内，每次核转变所发射的某一特定辐射j，授予单位质量靶器官T的能量
年摄入量限值; ALI（annual limit of intake），是指一年内摄入的放射性物质的最高上限量，其目标是其产生的待积有效剂量等于ICRP规定的年有效剂量限值
导出空气浓度：用V = 2.4×103 m3去除放射性核素吸入时的年摄入量限值ALI，就得到放射性核素的浓度限值（导出限值），称作导出空气浓度DAC(derived air concentvation )： DAC = ALI / V
开放型放射分级，按所用放射性核素最大等效日操作量，分为三级 甲级 乙级 丙级
第八章 辐射剂量测量的基本原则 P235
空腔：若腔室填充材料为气体，则构成一个空腔。
空腔电离理论: 就是利用空腔中的电离电荷来表征空腔中气体所接受的吸收剂量进而表征在空腔位置处壁材料的吸收剂量所需的条件。空腔里面可以是空气也可以是其他气体
B-G条件
a. 腔室的线度比撞击腔室的带电粒子的射程小得多，以致腔室的存在不会干扰带电粒子辐射场。
b. 腔室内的吸收剂量完全是由穿过腔室的带电粒子产生的。
个人剂量监测：1、外照射剂量监测 2、皮肤污染监测
3、体内污染监测：监测方法及考虑因素
体内污染监测方法的分类 ：
a) 通过体外测量来估算体内或组织的放射性核素的积存量。
b) 全身或器官（组织）中放射性核素的直接测量
c) 排泄物、呼出气或其他生物样品分析
工作场所的监测可分为：一、外照射监测 二、表面污染监测 三、空气污染监测
关键途径：排放到环境介质中的放射性核素最终进入人体的各种途径中，有1个或2个照射途径比其他途径更重要，这样的照射途径称为“关键途径”。
关键核素：对人体的照射而言，各种放射性核素中对人体危害最大的某一种核素称为关键核素。
关键居民组：排放到环境中的放射性核素对每一居民造成的危害，由于个人的嗜好、饮食习惯、居住条件、年龄、性别等的不同而不同，其中受到的照射的在一定程度上是均匀的且高于受照群体中其它成员的人群组称为关键居民组