輻射劑量與防護(hù)(final)教學(xué)文稿

輻射劑量與防護(hù)(final)2、輻射場(chǎng)的描述粒子注量定義：?jiǎn)蜗蜉椛鋱?chǎng)：粒子注量，數(shù)值上等于通過(guò)與粒子入射方向垂直的單位面積的粒子數(shù)。θda┴da按能譜分布：能量注量：能量注量與粒子注量的關(guān)系3、相互作用系數(shù)A、帶電粒子（e、、重帶電粒子）總阻止本領(lǐng):

總線阻止本領(lǐng)帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)在單位路程上損失的能量。－dE是dl距離上損失能量的數(shù)學(xué)期望值?？偩€阻止本領(lǐng)與帶電粒子的性質(zhì)（電荷、質(zhì)量、能量）和物質(zhì)的性質(zhì)（原子序數(shù)、密度）有關(guān)。去除物質(zhì)密度的影響可得到總質(zhì)量阻止本領(lǐng)公式：總質(zhì)量阻止本領(lǐng)描述帶電粒子在物質(zhì)中穿過(guò)單位路程時(shí)，因各種相互作用而損失的能量。它可分解為各種相互作用阻止本領(lǐng)之和。質(zhì)量輻射阻止本領(lǐng)（由非彈性輻射相互作用導(dǎo)致的初級(jí)帶電粒子的能量損失決定）質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)（包括電離和激發(fā)對(duì)能量損失的貢獻(xiàn)）X、射線與物質(zhì)作用類型：光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)生成5MeVr=1mm柵元0.2×1mm25MeVnr=1mm柵元0.2×1mm2筆形束輻射在水模中的縱向能量沉積中子與物質(zhì)相互作用類型:

彈性散射（Elastic-scattering）：總動(dòng)能守恒。非彈性散射（In-elasticscattering）：總能量、動(dòng)量守恒，動(dòng)能不守恒。去彈性散射（Non-elasticscattering）：（n.p）（n.）等。俘獲（Capture）：（n.γ）。散射（Spallation）以上均屬與原子核的相互作用。B、不帶電粒子（X、、中子）質(zhì)量減弱系數(shù)（/）：描述物質(zhì)中入射不帶電粒子數(shù)目的減小，不涉及具體物理過(guò)程。質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（tr/）：描述不帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，其能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子數(shù)值。只涉及帶電粒子獲得的能量，而不涉及這些能量是否被物質(zhì)吸收。質(zhì)量能量吸收系數(shù)（en/）：描述不帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，不帶電粒子被物質(zhì)吸收的能量。當(dāng)次級(jí)帶電粒子動(dòng)能較小、物質(zhì)原子序數(shù)較低時(shí)，軔致輻射弱，g值接近于零，此時(shí)en/值近似tr/值。數(shù)值上：質(zhì)量減弱系數(shù)（/）>質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（tr/）>質(zhì)量能量吸收系數(shù)（en/）4、輻射劑量學(xué)中使用的量A吸收劑量（D） 同授與能（）相聯(lián)系，單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收的平均輻射能量。單位Gy。適用于任何類型的輻射和受照物質(zhì)，與一個(gè)無(wú)限小體積相聯(lián)系的輻射量。受照物質(zhì)中每一點(diǎn)都有特定的吸收劑量數(shù)值。B、比釋動(dòng)能（K）同轉(zhuǎn)移能（tr）相聯(lián)系，不帶電粒子在質(zhì)量dm的物質(zhì)中釋放出的全部帶電粒子的初始動(dòng)能總和的平均值。單位Gy。針對(duì)不帶電粒子，對(duì)受照物質(zhì)整體，而不對(duì)受照物質(zhì)的某點(diǎn)而言。實(shí)用時(shí)可先查比釋動(dòng)能因子表（國(guó)際上給出比釋動(dòng)能因子的推薦值），進(jìn)而求得比釋動(dòng)能。

C帶電粒子平衡

不帶電粒子在某一體積元的物質(zhì)中，轉(zhuǎn)移給帶電粒子的平均能量，等于該體積元物質(zhì)所吸收的平均能量。發(fā)生在物質(zhì)層的厚度大于次級(jí)帶電粒子在其中的最大射程深度處。5MeVr=1mm柵元0.2×1mm2吸收劑量與比釋動(dòng)能的關(guān)系帶電粒子平衡下

D=K（1-g）

g是次級(jí)電子在慢化過(guò)程中，能量損失于軔致輻射的能量份額。對(duì)低能X或射線，可忽略軔致輻射能量損失，此時(shí)

D＝KC、照射量（X）

X或射線在單位質(zhì)量的空氣中，釋放出來(lái)的全部電子完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中產(chǎn)生一種符號(hào)的離子的總電荷的絕對(duì)值。單位C/kg。針對(duì)X或射線、空氣?？諝庵懈鼽c(diǎn)的照射量不同?？諝庵心滁c(diǎn)的照射量X與同一點(diǎn)處的能量注量的關(guān)系：若粒子為單能的，則照射量與粒子注量有如下關(guān)系：本章概念一、名詞解釋

電離輻射粒子注量粒子注量率比釋動(dòng)能吸收劑量二、簡(jiǎn)答題什么叫帶電粒子平衡？三、簡(jiǎn)述題比釋動(dòng)能、吸收劑量和照射量間的區(qū)別與聯(lián)系四、計(jì)算題1.4、在γ輻射場(chǎng)中，某點(diǎn)處放置一個(gè)圓柱形電離室，其直徑為0.03m長(zhǎng)為0.1m。在γ射線照射下產(chǎn)生10-6C的電離電荷。試求在該考察點(diǎn)處的照射量和同一點(diǎn)處空氣的吸收劑量各為多少？第二章回顧1、照射量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法A自由空氣電離室 適用于測(cè)量50keV~3MeV的X或射線，基本原理根據(jù)照射量定義。比釋動(dòng)能L1和L2距離大于次級(jí)電子在空氣中的射程，保證電子平衡條件。B空腔電離室

測(cè)量較高能量的X或射線的照射量，特點(diǎn)增加電離室的壁厚。測(cè)量依據(jù)布拉格—戈瑞原理。條件：介質(zhì)內(nèi)存在的空腔足夠小以致i腔內(nèi)的氣體電離幾乎全部是介質(zhì)中的次級(jí)電子引起的；ii空腔的存在不會(huì)改變介質(zhì)中初始光子和次級(jí)光子的能譜和角分布；iii空腔周圍介質(zhì)厚度大于次級(jí)電子在其中的最大射程?？涨晃恢锰幋嬖谥娮悠胶釹m,g物質(zhì)與腔內(nèi)氣體的平均質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)比2、中子當(dāng)量劑量的測(cè)量中子當(dāng)量——不同中子能量范圍的中子吸收劑量乘以相應(yīng)的輻射權(quán)重因子，最后相加，即得中子當(dāng)量劑量。實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量不同中子能量范圍的中子吸收劑量是困難的。這時(shí)在一定能量范圍內(nèi)，調(diào)整儀器的響應(yīng)，使儀器的探測(cè)效率正比于。這樣，輻射場(chǎng)中探測(cè)器測(cè)到的中子數(shù)Nn，即正比于中子的當(dāng)量劑量指數(shù)HI,no。本章試題舉例1、B-G腔需滿足哪些條件？2、什么樣的劑量計(jì)不需刻度？第三章回顧第一節(jié)輻射對(duì)人體健康的影響一、影響輻射生物學(xué)作用的因素1、物理因素——與輻射有關(guān)的因素輻射類型劑量率及分次照射照射部位和面積照射的幾何條件2、生物因素——與機(jī)體有關(guān)不同生物種系的輻射敏感性個(gè)體不同發(fā)育階段的輻射敏感性不同細(xì)胞組織或器官的輻射敏感性輻射防護(hù)即從影響輻射損傷的因素入手來(lái)進(jìn)行防護(hù)，如對(duì)不同的輻射類型采取不同的防護(hù)方法、限制劑量和分次照射以使輻射損傷所發(fā)生的可能性最小。二、劑量與效應(yīng)的關(guān)系隨機(jī)性效應(yīng)（Stochasticeffect）隨機(jī)性效應(yīng)特征“線性無(wú)閾”。“無(wú)閾”指任何微小的劑量都可能誘發(fā)隨機(jī)性效應(yīng)。“線性”指隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生幾率與所受劑量成線性關(guān)系，但其后果的嚴(yán)重程度不一定與所受劑量有關(guān)系。劑量有害效應(yīng)的發(fā)生率確定性效應(yīng)有閾值。超過(guò)閾值，效應(yīng)肯定會(huì)發(fā)生，且其嚴(yán)重程度與所受劑量大小有關(guān)，劑量越大，效應(yīng)越明顯。

ICRP在其建議書草案(征求意見稿,2006)中將確定性效應(yīng)也稱為組織反應(yīng)。劑量有害效應(yīng)的嚴(yán)重程度閾值第二節(jié)輻射防護(hù)中使用的量一、與個(gè)體相關(guān)的輻射量1、當(dāng)量劑量（H）：與輻射生物效應(yīng)相聯(lián)系，用同一尺度描述不同類型和能量的輻射對(duì)人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生幾率的大小。WR輻射權(quán)重因子——與輻射種類和能量有關(guān)；DT，R按組織或器官T平均計(jì)算的來(lái)自輻射R的吸收劑量；HT單位Sv。WR值大致與輻射品質(zhì)因子Q值一致。所謂輻射品質(zhì)，是指電離輻射授予物質(zhì)能量在微觀空間分布上的特征，傳能線密度LΔ是描述加射品質(zhì)的方法之一。2、有效劑量（E）：與人體各器官對(duì)輻射的敏感度相聯(lián)系。描述輻射照射人體，給受到照射的有關(guān)器官和組織帶來(lái)的總的危險(xiǎn)。在非均勻照射下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時(shí)所對(duì)應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。有效劑量單位Sv。WT——組織權(quán)重因子，在全身均勻受照射下各器官對(duì)總危害的相對(duì)貢獻(xiàn)。組織權(quán)重因子（WT）——器官或組織受照射所產(chǎn)生的危害與全身均勻受照射時(shí)所產(chǎn)生的總危害的比值。即反映了在全身均勻受照射下各器官對(duì)總危害的相對(duì)貢獻(xiàn)。組織權(quán)重因子有效劑量表示為表示了非均勻照射條件下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時(shí)所對(duì)應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。評(píng)價(jià)危險(xiǎn)時(shí)，當(dāng)量劑量、有效劑量，只能在遠(yuǎn)低于確定性效應(yīng)閾值的吸收劑量下提供隨機(jī)性效應(yīng)概率的依據(jù)。3、待積當(dāng)量劑量H50,T、待積有效劑量H50，E描述內(nèi)照射情況下，放射性核素進(jìn)入人體內(nèi)對(duì)某一器官或個(gè)人在一段時(shí)間內(nèi)（50y）產(chǎn)生的危害。也可用來(lái)估計(jì)攝入放射性核素后將發(fā)生隨機(jī)性概效應(yīng)的平均幾率。第三節(jié)人體受到照射的輻射來(lái)源及其水平1、天然本底照射宇宙射線來(lái)自宇宙空間的高能粒子流，包括質(zhì)子、粒子、其它重粒子、中子、電子、光子、介子等；宇生核素宇宙射線與大氣中的原子核相互作用產(chǎn)生，如3H、14C、7Be等；原生核素存在于地殼中天然放射性核素，以238U、232Th、235U為起始的三個(gè)天然放射系，及獨(dú)立的長(zhǎng)壽命放射性核素如40K等。2、人工輻射醫(yī)療照射X射線檢查核動(dòng)力生產(chǎn)核燃料循環(huán)核爆炸第四節(jié)輻射防護(hù)的基本原則輻射防護(hù)的目的

防止有害的確定性效應(yīng)，并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率，使它們達(dá)到被認(rèn)為可以接受的不平。輻射實(shí)踐正當(dāng)化

涉及照射的實(shí)踐，除非對(duì)受照個(gè)人或社會(huì)能夠帶來(lái)足以補(bǔ)償其所產(chǎn)生的輻射危害的利益，否則不得采用。防護(hù)與安全的最優(yōu)化

對(duì)一項(xiàng)實(shí)踐中的任一特定輻射源，個(gè)人劑量的大小、受照人數(shù)以及照射發(fā)生的可能性，在考慮了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素之后，應(yīng)當(dāng)全部保持在合理可行的最低程度（ALARAAsLowAsReasonablyAchievable）。為了保證公平性，應(yīng)當(dāng)在這個(gè)過(guò)程中考慮個(gè)人劑量約束或個(gè)人危險(xiǎn)約束。最優(yōu)化的定量分析技術(shù)

－代價(jià)利益分析CostBenefitAnalysis劑量限制

個(gè)人劑量限值

個(gè)人受到所有有關(guān)實(shí)踐聯(lián)合產(chǎn)生的照射，應(yīng)當(dāng)遵守劑量限值。

劑量約束值一種與源相關(guān)的個(gè)人劑量值，公眾成員從任何受控源的計(jì)劃運(yùn)行中接受的年劑量上界。干預(yù)的防護(hù)體系——ICRP60干預(yù)：任何旨在減小或避免不屬于受控實(shí)踐的或因事故而失控的源所致照射或照射可能性的行動(dòng).本章試題舉例1、確定性效應(yīng)、隨機(jī)性效應(yīng)2、當(dāng)量劑量、有效劑量3、待積當(dāng)量劑量4、輻射防護(hù)三原則第四章回顧第一節(jié)外照射防護(hù)的一般方法1.1、外照射防護(hù)的基本原則

盡量減少或避免射線從外部對(duì)人體的照射，使之所受照射不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的劑量限值。內(nèi)、外照射的特點(diǎn)照射方式輻射源類型危害方式常見致電離粒子照射特點(diǎn)內(nèi)照射外照射多見開放源多見封閉源電離、化學(xué)毒性電離、高能、電子、、X、n持續(xù)間斷1.2、外照射防護(hù)的基本方法1、減少接觸放射源的時(shí)間2、增大與放射源的距離3、設(shè)置屏蔽1.3、屏蔽材料的選擇一般選低Z材料紙、鋁箔、有機(jī)玻璃低Z+高Z材料鋁、有機(jī)玻璃、混凝土、鉛X、高Z材料、通用建筑材料鉛、鐵、鎢，鈾N高Z材料、含氫低Z材料、含硼材料水、石蠟、碳化硼鋁、含硼聚乙烯第二節(jié)射線的劑量計(jì)算2.1點(diǎn)源的照射量率計(jì)算點(diǎn)源：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)與輻射源的距離，比輻射源本身的幾何尺寸大5倍以上，即可把輻射源看成是點(diǎn)狀的，稱其為點(diǎn)狀源，簡(jiǎn)稱點(diǎn)源。非點(diǎn)源：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)與輻射源的距離，比輻射源本身的幾何尺寸小于5倍，且輻射源有一定的大小和形狀，因而該輻射源不能視為簡(jiǎn)單的點(diǎn)源。第三節(jié)X、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律3.1窄束X或射線的減弱規(guī)律窄束—入射光子發(fā)生一次相互作用，就認(rèn)為該光子消失宏觀衰減量—質(zhì)量能量減弱系數(shù)、質(zhì)量厚度物質(zhì)對(duì)光子數(shù)目衰減第四節(jié)射線的屏蔽計(jì)算點(diǎn)源屏蔽計(jì)算點(diǎn)源，初級(jí)輻射γ占主導(dǎo)時(shí)：透射比：減弱倍數(shù)求得K后，可查P199起附表6~13一定γ能量和屏蔽物下減弱K倍的對(duì)屏蔽物厚度例7、強(qiáng)輻射場(chǎng)所用的輻射源，通常都是在水井中進(jìn)行倒源工作。強(qiáng)輻射源的運(yùn)輸容器高度為1m，從容器中提出源時(shí)，源可高出容器口不超過(guò)0.5m?，F(xiàn)倒裝60Co輻射源的活度為1.85×1015Bq，問(wèn)需要多深的水井，才能使水井表面的當(dāng)量劑量率低于3Svh-1。曲線A根據(jù)P109頁(yè)附表6各向同性點(diǎn)源射線減弱K倍所需的水屏蔽層厚度作出，曲線B根據(jù)作出。A、B兩曲線交點(diǎn)相應(yīng)的水深約為33m，再加上操作源所需的厚度1.5m，因而水井總需深度為34.5m。第五節(jié)β射線外照射防護(hù)β射線特點(diǎn)：能譜連續(xù)，在物質(zhì)中的減弱近似指數(shù)規(guī)律散射顯著；軔致輻射；β點(diǎn)源的劑量分布與距離平方成反比，但有很多修正項(xiàng)。β點(diǎn)源對(duì)空氣吸收劑量率近似：β射線的射程例10、設(shè)計(jì)為存放活度為3.7×1012Bq的32P點(diǎn)狀源的溶器。選定用有機(jī)玻璃作內(nèi)層屏蔽層，鉛作外屏蔽層。計(jì)算所需的有機(jī)玻璃和鉛各為多厚？假設(shè)離輻射源1m的當(dāng)量劑量率控制水平為7.5Svh-1。若內(nèi)外層材料顛倒過(guò)來(lái)，則又將怎么樣？由P105頁(yè)表4.9某些放射性核素β射線的最大能量和平均能量可知，32P的β射線最大電子能量為1.711（100%）由P109頁(yè)表4.10查得有機(jī)玻璃的密度為1.18gcm-3，由此得有機(jī)玻璃厚度

由P184頁(yè)附表1可查得，與軔致輻射光子平均能量Eb為0.695MeV相應(yīng)的空氣質(zhì)量能量吸收系數(shù)為2.918×10-3m2kg-1。用（4.66）式可算得空氣中的吸收劑量率為：β射線的輻射權(quán)重因子為1，故相應(yīng)的減弱倍數(shù)為：查P202頁(yè)附表，可得鉛的屏蔽厚度為5.86cm。

第六節(jié)中子外照射的防護(hù)1中子源特點(diǎn)總結(jié)：放射性中子源優(yōu)點(diǎn)：各向同性、源的總體尺寸?。梢暈辄c(diǎn)源）缺點(diǎn)：中子產(chǎn)額低（400中子/（106sBq）），中子場(chǎng)常伴隨有輻射加速器中子源優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)額高（109~1010中子/（sA）），

（p，n）源伴隨輻射少缺點(diǎn)：中子產(chǎn)額角分布嚴(yán)重，各角度中子分布不均中子源體積較大2當(dāng)量劑量計(jì)算單能中子場(chǎng)具有能量分布的中子場(chǎng)與中子譜n,E相應(yīng)的中子平均當(dāng)量劑量換算因子(4.73)(4.74)（4.75）3、中子在屏蔽層中的減弱中子在物質(zhì)中衰減規(guī)律總結(jié)：非弱性散射：有閾值，中子能量在25MeV以下，非彈性散射截面隨中子能量增大而增加。彈性散射：與中子相碰撞的原子核越輕，中子轉(zhuǎn)移給反沖核能量越多。氫是1MeV左右的中子最好的慢化劑。要使快中子（0.5~10MeV）慢化，首先應(yīng)使用重或較重的物質(zhì)，通過(guò)非彈性散射使中子能量很快降低到與原子核的第一激發(fā)能級(jí)相應(yīng)的能量以下；以后再利用含氫物質(zhì)，能過(guò)彈性散射使中子能量進(jìn)一步降低到熱能區(qū)。硼的熱中子慢化截面大，且其伴隨的輻射能量低，因而適宜做熱中子慢化劑。反應(yīng)堆中常用其吸收熱中子，調(diào)節(jié)臨界系數(shù)。計(jì)算寬束流中子減弱的分出截面法

經(jīng)歷散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽的中子束中“分出”了，使穿過(guò)屏蔽層的都是哪些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。滿足下列條件可用分出截面法：A、屏蔽層足夠厚，使得在屏蔽層后面的當(dāng)量劑量主要是由中子束中一組貫穿能力最強(qiáng)的中子的貢獻(xiàn)所致；B、屏蔽層內(nèi)須含有鐵、鉛之類的中等重或重的材料，以使入射中子能量能通過(guò)非彈性散射很快降低到1MeV左右；C、屏蔽層內(nèi)要含有足夠的氫，以保證在很短的距離內(nèi)，使中子能量從1MeV左右很快降到熱能區(qū)，并使其能在屏蔽層內(nèi)被吸收。為使參考點(diǎn)上中子注量率降低到L(m-2s-1)，所需屏蔽厚度d，可由下式計(jì)算：14、已知226Ra-Be中子源的活度為3.7×1012Bq（中子產(chǎn)額見表4.12）。求離源2m處的中子與當(dāng)量劑量率。

中子當(dāng)量劑量率：從P112頁(yè)表4.12查得226Ra-Be中子源的中子產(chǎn)額為405×10-6s-1Bq-1