高等電離輻射防護教程 夏益華 總復習

1、非電離輻射：長波、低頻、低能量電離輻射：短波、高頻、高能量Ionizing radiation is ubiquitous. Air, water, soil, plants, animals, people, food, paper, machinery and buildings are radioactive. 人體受照射的輻射來源天然輻射和人工輻射天然輻射是人類的主要輻射來源天然輻射是人類的主要輻射來源天然照射的來源及其水平天然照射原生放射性核素宇生放射性核素宇宙射線一般場所：一般場所： 天然本底為 2.4mSv/year, 多為內照射 (222Rn, 60%)人為活動引起天然照射的升

2、高NORM由于人類自身活動的原因引起天然放射性物質濃度增高或者人類受到的天然照射增加，以及引起的相關防護問題。日?；顒樱w機）、醫(yī)療、核爆、核電站、其它污染對天然照射的控制和防護對天然照射進行控制必須考慮三個標準：照射的可控性分清現(xiàn)有照射和將來照射兩種情況一公眾的雙重心理標準電離輻射生物學效應電離輻射生物學效應（biological effect of ionizing radiation）電離輻射作用于機體后，其能量傳遞給機體的分子、細胞、組織和器官等基本生命物質和分子后，引起一系列復雜的物理、化學和生物學變化，由此所造成生物體組織細胞和生命各系統(tǒng)功能、調節(jié)和代謝的改變，產生各種生物學效應。

3、l輻射的生物效應的特點 ：l很低的吸收能量就能引起高的生物效應；l短暫作用引起長期效應。電離輻射生物學效應電離輻射生物學效應按劑量效應關系可分為：l確定性效應 （組織反應）l因細胞丟失導致的組織或器官功能失常或功能喪失。l輻射效應的嚴重程度取決于所受劑量的大小。這種效應有一個明確的劑量閡值，在閡值以下不會見到有害效應，如放射性皮膚損傷、 生育障礙。l隨機性效應 （致癌效應、遺傳效應）l輻射效應的發(fā)生幾率(而非其嚴重程度)與劑量相關的效應，不存在劑量的閡值。l可能在受照后很久才顯現(xiàn)出來輻射對DNA的損傷DNA是細胞繁殖遺傳的物質基礎，是引起細胞一系列生化、生理變化的關鍵物質。普遍認為DNA是電離

4、輻射作用主要的靶u帶電粒子與DNA分子直接發(fā)直接發(fā)生作用生作用，導致細胞的損傷。u通過自由基的間接作用間接作用：輻射粒子與DNA周圍環(huán)境成份（主要是水）發(fā)生作用，產生自由基和過氧化物，自由基將能量轉移給DNA，導致DNA產生化學變化。輻射對輻射對DNA損傷的兩種機制損傷的兩種機制自由基：自由基：是指具有一個或多個不配對電子的是指具有一個或多個不配對電子的原子或分子，它能夠與其它具有不配對電子原子或分子，它能夠與其它具有不配對電子的原子或分子形成化學鍵，因此化學性質很的原子或分子形成化學鍵，因此化學性質很活潑、不穩(wěn)定?；顫?、不穩(wěn)定。 對天然照射的控制和防護法規(guī)和標準電離輻射防護與輻射源安全基本標

5、準（GB 188712002）我國頒布了有關建材、地熱水應用、磷酸鹽肥料、有色礦物、汽燈紗罩生產等方面對天然照射防護方面的標準。IAEA 2004年安全導則（RS-G-1.7）第第1號號 出版物出版物 1959年年 第第6號號出版物出版物 1964年年 第第9號號出版物出版物 1966年年 第第26號號出版物出版物 1977年年 第第60號號出版物出版物 1990年年 第第103號號出版物出版物2007年年ICRP發(fā)布的建議書（總報告）發(fā)布的建議書（總報告）防護體系的基本目的輻射防護的基本目的是在保證不對伴隨輻射照射的有益實踐造成過度限制的情況下為人類提供合適的保護。具體來講，就是要防止有害的

6、確定性效應，并限制隨機性效應的發(fā)生率，使之達到被認為可以接受的水平。保護人類健康輻射防護原則防護體系的核心輻射防護原則正當性 實踐的利益付出的代價最優(yōu)化 ALARA原則原則劑量限值與約束電離輻射帶電粒子的輻射帶電粒子的輻射：電子、正電子、質子、粒子等。亦可稱為直接電離輻射直接電離輻射，帶電粒子通過物質時，沿著粒子徑跡通過許多次的庫倫力的相互作用，將其能量傳遞給物質。非帶電粒子的輻射非帶電粒子的輻射：電磁輻射（射線和X射線）和中子等。亦可稱為間接電離輻射間接電離輻射，X/射線或中子通過物質時，可能會發(fā)生少數(shù)幾次相對而言較強的相互作用，把其部分或全部能量轉移給它們所通過物質中的某帶電粒子，然后，所

7、產生的快速帶電粒子再按直接致電離輻射的方式將能量傳遞給物質。 X/射線將其全部或部分能量傳遞給物質中原子核外的電子，產生次級電子次級電子；中子幾乎總是以核反應或核裂變過程產生次級重帶電粒子次級重帶電粒子。帶電粒子與物質相互作用的方式帶電粒子與靶原子核外電子的非彈性碰撞帶電粒子與靶原子核外電子的非彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞帶電粒子與靶原子核外電子的彈性碰撞帶電粒子與靶原子核外電子的彈性碰撞帶電粒子的能量損失方式帶電粒子在物質中的能量損失方式主要是通過電離和激發(fā)、其次為韌致輻射。重帶電粒子主要為電離與

8、激發(fā)電子主要為韌致輻射與彈性散射帶電粒子在物質中的能量損失：電離損失或輻射損失。重帶電粒子主要為電離損失電子主要為電離損失和輻射損失射線與物質的相互作用時的射程快速電子包括射線（正電子和電子）和單能電子束。由于電子的靜止質量約是粒子的1/7000，所以與物質的相互作用及在物質中的運動軌跡都與重帶電粒子有很大的差異?？焖匐娮优c物質的相互作用有：（1）與原子的電子發(fā)生非彈性碰撞，引起原子的電離和激發(fā)；（2）核彈性庫倫散射，散射嚴重；（3）在電子減速或加速的過程中發(fā)射電磁輻射（軔致輻射）；（4）正電子或負電子的湮滅。雖然電離和激發(fā)仍是重要的，但軔致輻射的作用不能隨意的忽略。并且在與軌道電子的一次作用

9、中，可以損失相當大份額甚至全部的能量，并顯著改變自己的運動方向。隨堂作業(yè)隨堂作業(yè)1：2-3 簡述簡述射線與物質相互作用的主要過程射線與物質相互作用的主要過程射線與物質的相互作用射線和射線兩種射線性質大致相同，是不帶電波長短的電磁波，一般統(tǒng)稱為光子。射線對物質的電離作用：兩步作用三種作用效應三種作用效應 光電效應光電效應 康普頓效應康普頓效應 電子對效應電子對效應 產生次級電子產生次級電子電離效應電離效應次級電子使次級電子使物質原子電離物質原子電離射線射線初級作用初級作用次級作用次級作用隨堂作業(yè)隨堂作業(yè)2：2-4 簡述射線與物質相互作用的主要過程，以及窄束射線在物質中的減弱規(guī)律X、射線與物質的相

10、互作用X、射線是一種比紫外線的波長短得多的電磁波，它與物質相互作用時，能產生次級帶電粒子（主要是電子）和次級光子，通過這些次級帶電粒子的電離、激發(fā)把能量傳遞給物質；X、射線與物質相互作用， 不是通過多次小能量的損失逐漸消耗其能量，而是在一次作用過程中就可能損失大部分或全部能量；在0.110MeV能量范圍內，主要的作用過程是光電效應、康普頓效應和電子對效應；X、射線在物質中不存在射程的概念。中子與物質的相互作用中子不與原子核外層電子發(fā)生作用 彈性散射：運動方向改變非彈性散射：中子的一部分能量使核激發(fā)、產生光子中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進入原子核內同原子核發(fā)生作用引起核反應穿透力強外照

11、射防護的基本原則內外照射的特點外照射防護的基本原則：盡量減少或避免射線從外部對人體的照射，使之所受盡量減少或避免射線從外部對人體的照射，使之所受照射不超過國家規(guī)定的劑量限值。照射不超過國家規(guī)定的劑量限值。照射方式照射方式輻射源類型輻射源類型危害方式危害方式常見致電離粒子常見致電離粒子照射特點照射特點內照射內照射多見開放源多見開放源電離、化學毒性電離、化學毒性、持續(xù)持續(xù)外照射外照射多見封閉源多見封閉源電離電離高能高能、質子、質子、 、X、n間斷間斷外照射防護的基本方法外照射防護三要素： 時間、距離、屏蔽外照射防護的基本方法時間防護法 累積劑量與受照時間成正比 措施：充分準備，減少受照時間外照射防

12、護的基本方法距離防護法 劑量率與距離的平方成反比（點源）措施：遠距離操作；任何源不能直接用手操作；注意射線防護。外照射防護的基本方法屏蔽防護法措施：設置屏蔽體屏蔽材料的選擇和厚度的計算：輻射源的類型、射線能量、活度注意散射和孔隙泄漏劑量率的計算是屏蔽設計的基礎。吸收劑量率吸收劑量率比釋動能率比釋動能率劑量率的計算二、吸收劑量率空間任意一點的光子注量與吸收劑量之間的關系： 射線在注量率為的某一點處空氣中產生的吸收劑量率 Gy/s射線在計算劑量點處的劑量率 該種能量的射線在空氣中的質能吸收系數(shù)E射線的能量EdmdDenDen若已知空氣中某一點的吸收劑量率，可用下式計算同一點其它物質的吸收劑量率：二

13、、吸收劑量率aaenMenMDD)()(研究輻射在該物質中的質能吸收系數(shù)研究輻射在該物質中的質能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的質能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的質能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的吸收劑量率研究輻射在空氣中的吸收劑量率研究輻射在該物研究輻射在該物質中的吸收劑量質中的吸收劑量率率三、比釋動能率帶電粒子平衡時，比釋動能等于吸收劑量2RAKkKARK2比釋動能率常數(shù)比釋動能率常數(shù)窄束X或射線的減弱規(guī)律窄束單能或射線在物質中的減弱規(guī)律deNN0線衰減系數(shù)，cm-1。寬束X或射線的減弱規(guī)律寬束射線在物質中的減弱規(guī)律將窄束減弱規(guī)律加以修正：線衰減系數(shù)，cm-1。d0BeNN1）減弱倍數(shù)K輻射場中某點處沒

14、有設置屏蔽層時的當量劑量率H(0)，與設置厚度為d的屏蔽層后的當量劑量率H(d)的比值。表示屏蔽材料對輻射的屏蔽能力，無量綱。)d,E(B/e(d)H/Hkd110附表附表6-14（2）透射比輻射場中某點處設置厚度為d的屏蔽層后的當量劑量率H(d)，與沒有設置屏蔽層時的當量劑量率H(0) 的比值。表示輻射透過屏蔽材料的能力，無量綱。1d101e )d,(H(d)/HKEB附圖附圖1-63）半減弱厚度與十倍減弱厚度（1）半減弱厚度1/2：half value thickness將入射光子數(shù)（注量率或照射量率等）減弱一半所需的屏蔽層厚度（2）十倍減弱厚度1/10 ：tenth value thic

15、kness將入射光子數(shù)（注量率或照射量率等）減弱到十分之一所需的屏蔽層厚度2/ 110/ 132. 31/2、 1/10 并不是絕對的常數(shù)1、32P的半衰期是14.3 d, 1g 純32P的放射性活度是多少貝可(Bq)？隨堂作業(yè)（第七章）222310882.110022.6321N)(100556. 1693. 016BqNTNA2、在距輻射源某點處，用儀器測得能量為1.50MeV的射線的注量率為2.1 107（m-2s-1），計算此點在空氣中吸收劑量率。（同例題）3、計算距活度為3.71010Bq的137Cs放射源1米處肌肉組織的吸收劑量率。隨堂作業(yè)（第七章）1371092122921211

16、3613.7 103.0 10 ()44 3.14 1()3.0 100.003240.661.6 10/1.02 103.63/enCsAm srDEm sm kgMeVJ MeVGysmGy h肌肉解：E(137Cs)=0.66MeV, (en/)肌肉=0.00324m2kg-1, r=1m,方法2：解：fD(137Cs)=3.0910-12Gycm2, (en/)空氣=0.002931m2kg-1.hmGyDDhmGyGysGycmscmDscmcmenenAir/69. 334. 3002931. 000324. 0)()(/34. 31027. 91009. 3100 . 3100

17、. 3)100(4107 . 317212125125210空氣空氣肌肉肌肉4、計算活度為3.7 108Bq的198Au點源在0.8m遠處空氣中產生的比釋動能率為多少？(書上例7-2)隨堂作業(yè)（第七章）1 -5-1 -9-21121782ka112178hGy1014. 3sGy1073. 8m8 . 01051. 1Bq10 3.7RA)(1051. 1的198Au查得7.1由表，0.8m=R，Bq10 3.7 =A）（則解：sBqmGysBqmGyk隨堂作業(yè)（第七章）5、對波長為1.5410-10m的射線，鋁的線性吸收系數(shù)為132cm-1，鉛的線性吸收系數(shù)為2610cm-1 ，要和1mm厚

18、的鉛層達到同樣的屏蔽效果，鉛板的厚度應為多大？6、已知；鋁對波長為0.710-10m的射線的質量吸收系數(shù)為0.5m2 kg-1，鋁的密度為2.7103kg m-3。若要使波長為0.710-10m的射線的強度降低到原來的1/100，鋁板應為多厚？7、將50MV的射線源所產生的劑量率減弱108倍所需鉛屏蔽層的厚度為多少？（書上例7-4）隨堂作業(yè)（第七章）cm38cm43. 158.26d0MV558.26301. 08lg2lgKncm43. 1的0MV5查得7.8由表,10 =K218射線所需鉛層厚度為的故對則所需半價層數(shù)目為射線源的解：例5將60Co和137Cs 源所產生的劑量率減弱104倍所需鉛屏蔽層的厚度為多少？8、計算活度為1Ci的32P 點源在相距30.5cm處的空氣中產生的吸收劑量率。9、假設皮膚表面被32P沾污，沾污程度為3.7104Bq/cm2，求沾污皮膚的吸收劑量率。隨堂作業(yè)10