高等電離輻射防護(hù)教程 夏益華 總復(fù)習(xí)課件

習(xí)題課非電離輻射：長(zhǎng)波、低頻、低能量電離輻射：短波、高頻、高能量Ionizingradiationisubiquitous.Air,water,soil,plants,animals,people,food,paper,machineryandbuildingsareradioactive.

人體受照射的輻射來(lái)源天然輻射和人工輻射天然輻射是人類的主要輻射來(lái)源天然照射的來(lái)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(chǎng)所：天然本底為2.4mSv/year,

多為內(nèi)照射(222Rn,60%)人為活動(dòng)引起天然照射的升高NORM由于人類自身活動(dòng)的原因引起天然放射性物質(zhì)濃度增高或者人類受到的天然照射增加，以及引起的相關(guān)防護(hù)問(wèn)題。日常活動(dòng)（飛機(jī)）、醫(yī)療、核爆、核電站、其它污染對(duì)天然照射的控制和防護(hù)對(duì)天然照射進(jìn)行控制必須考慮三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：照射的可控性分清現(xiàn)有照射和將來(lái)照射兩種情況公眾的雙重心理標(biāo)準(zhǔn)電離輻射生物學(xué)效應(yīng)電離輻射生物學(xué)效應(yīng)（biologicaleffectofionizingradiation）電離輻射作用于機(jī)體后，其能量傳遞給機(jī)體的分子、細(xì)胞、組織和器官等基本生命物質(zhì)和分子后，引起一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物學(xué)變化，由此所造成生物體組織細(xì)胞和生命各系統(tǒng)功能、調(diào)節(jié)和代謝的改變，產(chǎn)生各種生物學(xué)效應(yīng)。輻射的生物效應(yīng)的特點(diǎn)：很低的吸收能量就能引起高的生物效應(yīng)；短暫作用引起長(zhǎng)期效應(yīng)。電離輻射生物學(xué)效應(yīng)電離輻射生物學(xué)效應(yīng)按劑量—效應(yīng)關(guān)系可分為：確定性效應(yīng)（組織反應(yīng)）因細(xì)胞丟失導(dǎo)致的組織或器官功能失?；蚬δ軉适?。輻射效應(yīng)的嚴(yán)重程度取決于所受劑量的大小。這種效應(yīng)有一個(gè)明確的劑量閡值，在閡值以下不會(huì)見到有害效應(yīng)，如放射性皮膚損傷、生育障礙。隨機(jī)性效應(yīng)（致癌效應(yīng)、遺傳效應(yīng)）輻射效應(yīng)的發(fā)生幾率(而非其嚴(yán)重程度)與劑量相關(guān)的效應(yīng)，不存在劑量的閡值?？赡茉谑苷蘸蠛芫貌棚@現(xiàn)出來(lái)輻射對(duì)DNA的損傷DNA是細(xì)胞繁殖遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)，是引起細(xì)胞一系列生化、生理變化的關(guān)鍵物質(zhì)。普遍認(rèn)為DNA是電離輻射作用主要的靶帶電粒子與DNA分子直接發(fā)生作用，導(dǎo)致細(xì)胞的損傷。通過(guò)自由基的間接作用：[輻射粒子與DNA周圍環(huán)境成份（主要是水）發(fā)生作用，產(chǎn)生自由基和過(guò)氧化物，自由基將能量轉(zhuǎn)移給DNA，導(dǎo)致DNA產(chǎn)生化學(xué)變化。]輻射對(duì)DNA損傷的兩種機(jī)制自由基：是指具有一個(gè)或多個(gè)不配對(duì)電子的原子或分子，它能夠與其它具有不配對(duì)電子的原子或分子形成化學(xué)鍵，因此化學(xué)性質(zhì)很活潑、不穩(wěn)定。

對(duì)天然照射的控制和防護(hù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)（GB18871——2002）我國(guó)頒布了有關(guān)建材、地?zé)崴畱?yīng)用、磷酸鹽肥料、有色礦物、汽燈紗罩生產(chǎn)等方面對(duì)天然照射防護(hù)方面的標(biāo)準(zhǔn)。IAEA2004年安全導(dǎo)則（RS-G-1.7）第1號(hào)出版物1959年第6號(hào)出版物1964年第9號(hào)出版物1966年第26號(hào)出版物1977年第60號(hào)出版物1990年第103號(hào)出版物2007年ICRP發(fā)布的建議書（總報(bào)告）

防護(hù)體系的基本目的輻射防護(hù)的基本目的是在保證不對(duì)伴隨輻射照射的有益實(shí)踐造成過(guò)度限制的情況下為人類提供合適的保護(hù)。具體來(lái)講，就是要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，使之達(dá)到被認(rèn)為可以接受的水平。保護(hù)人類健康輻射防護(hù)原則防護(hù)體系的核心——輻射防護(hù)原則正當(dāng)性實(shí)踐的利益>付出的代價(jià)最優(yōu)化ALARA原則劑量限值與約束電離輻射帶電粒子的輻射：電子、正電子、質(zhì)子、α粒子等。亦可稱為直接電離輻射，帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，沿著粒子徑跡通過(guò)許多次的庫(kù)倫力的相互作用，將其能量傳遞給物質(zhì)。非帶電粒子的輻射：電磁輻射（γ射線和X射線）和中子等。亦可稱為間接電離輻射，X/γ射線或中子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生少數(shù)幾次相對(duì)而言較強(qiáng)的相互作用，把其部分或全部能量轉(zhuǎn)移給它們所通過(guò)物質(zhì)中的某帶電粒子，然后，所產(chǎn)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(zhì)。

X/γ射線將其全部或部分能量傳遞給物質(zhì)中原子核外的電子，產(chǎn)生次級(jí)電子；中子幾乎總是以核反應(yīng)或核裂變過(guò)程產(chǎn)生次級(jí)重帶電粒子。帶電粒子與物質(zhì)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(zhì)中的能量損失方式主要是通過(guò)電離和激發(fā)、其次為韌致輻射。重帶電粒子主要為電離與激發(fā)電子主要為韌致輻射與彈性散射帶電粒子在物質(zhì)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β射線與物質(zhì)的相互作用時(shí)的射程快速電子包括β射線（正電子和電子）和單能電子束。由于電子的靜止質(zhì)量約是α粒子的1/7000，所以與物質(zhì)的相互作用及在物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)軌跡都與重帶電粒子有很大的差異?？焖匐娮优c物質(zhì)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(kù)倫散射，散射嚴(yán)重；（3）在電子減速或加速的過(guò)程中發(fā)射電磁輻射（軔致輻射）；（4）正電子或負(fù)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中，可以損失相當(dāng)大份額甚至全部的能量，并顯著改變自己的運(yùn)動(dòng)方向。隨堂作業(yè)1：2-3簡(jiǎn)述β射線與物質(zhì)相互作用的主要過(guò)程射線與物質(zhì)的相互作用射線和射線兩種射線性質(zhì)大致相同，是不帶電波長(zhǎng)短的電磁波，一般統(tǒng)稱為光子。射線對(duì)物質(zhì)的電離作用：兩步作用三種作用效應(yīng)

光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)

產(chǎn)生次級(jí)電子電離效應(yīng)次級(jí)電子使物質(zhì)原子電離γ射線初級(jí)作用次級(jí)作用隨堂作業(yè)2：2-4簡(jiǎn)述γ射線與物質(zhì)相互作用的主要過(guò)程，以及窄束γ射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律X、射線與物質(zhì)的相互作用X、射線是一種比紫外線的波長(zhǎng)短得多的電磁波，它與物質(zhì)相互作用時(shí)，能產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子（主要是電子）和次級(jí)光子，通過(guò)這些次級(jí)帶電粒子的電離、激發(fā)把能量傳遞給物質(zhì)；X、射線與物質(zhì)相互作用，不是通過(guò)多次小能量的損失逐漸消耗其能量，而是在一次作用過(guò)程中就可能損失大部分或全部能量；在0.110MeV能量范圍內(nèi)，主要的作用過(guò)程是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)；X、射線在物質(zhì)中不存在射程的概念。中子與物質(zhì)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(yùn)動(dòng)方向改變非彈性散射：中子的一部分能量使核激發(fā)、產(chǎn)生γ光子中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進(jìn)入原子核內(nèi)同原子核發(fā)生作用引起核反應(yīng)穿透力強(qiáng)外照射防護(hù)的基本原則內(nèi)外照射的特點(diǎn)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。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)照射多見開放源電離、化學(xué)毒性α、β持續(xù)外照射多見封閉源電離高能β、質(zhì)子、、X、n間斷外照射防護(hù)的基本方法外照射防護(hù)三要素：時(shí)間、距離、屏蔽外照射防護(hù)的基本方法時(shí)間防護(hù)法累積劑量與受照時(shí)間成正比措施：充分準(zhǔn)備，減少受照時(shí)間外照射防護(hù)的基本方法距離防護(hù)法劑量率與距離的平方成反比（點(diǎn)源）措施：遠(yuǎn)距離操作；任何源不能直接用手操作；注意β射線防護(hù)。外照射防護(hù)的基本方法屏蔽防護(hù)法措施：設(shè)置屏蔽體屏蔽材料的選擇和厚度的計(jì)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(jì)算是屏蔽設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。吸收劑量率比釋動(dòng)能率劑量率的計(jì)算二、吸收劑量率空間任意一點(diǎn)的光子注量與吸收劑量之間的關(guān)系：——射線在注量率為的某一點(diǎn)處空氣中產(chǎn)生的吸收劑量率Gy/s——射線在計(jì)算劑量點(diǎn)處的劑量率——該種能量的射線在空氣中的質(zhì)能吸收系數(shù)E——射線的能量若已知空氣中某一點(diǎn)的吸收劑量率，可用下式計(jì)算同一點(diǎn)其它物質(zhì)的吸收劑量率：二、吸收劑量率研究輻射在該物質(zhì)中的質(zhì)能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的質(zhì)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該物質(zhì)中的吸收劑量率三、比釋動(dòng)能率帶電粒子平衡時(shí)，比釋動(dòng)能等于吸收劑量比釋動(dòng)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(zhì)中的減弱規(guī)律μ—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(zhì)中的減弱規(guī)律將窄束減弱規(guī)律加以修正：μ—線衰減系數(shù)，cm-1。1）減弱倍數(shù)K輻射場(chǎng)中某點(diǎn)處沒(méi)有設(shè)置屏蔽層時(shí)的當(dāng)量劑量率H(0)，與設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)量劑量率H(d)的比值。表示屏蔽材料對(duì)輻射的屏蔽能力，無(wú)量綱。附表6-14（2）透射比η輻射場(chǎng)中某點(diǎn)處設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)量劑量率H(d)，與沒(méi)有設(shè)置屏蔽層時(shí)的當(dāng)量劑量率H(0)的比值。表示輻射透過(guò)屏蔽材料的能力，無(wú)量綱。附圖1-63）半減弱厚度與十倍減弱厚度（1）半減弱厚度△1/2：halfvaluethickness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：tenthvaluethickness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△1/2、△1/10

并不是絕對(duì)的常數(shù)1、32P的半衰期是14.3d,

1g

純32P的放射性活度是多少貝可(Bq)？隨堂作業(yè)（第七章）2、在距輻射源某點(diǎn)處，用儀器測(cè)得能量為1.50MeV的射線的注量率為2.1×107（m-2·s-1），計(jì)算此點(diǎn)在空氣中吸收劑量率。（同例題）3、計(jì)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）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-1.4、計(jì)算活度為3.7×108Bq的198Au點(diǎn)源在0.8m遠(yuǎn)處空氣中產(chǎn)生的比釋動(dòng)能率為多少？(書上例7-2)隨堂作業(yè)（第七章）隨堂作業(yè)（第七章）5、對(duì)波長(zhǎng)為1.54×10-10m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厚的鉛層達(dá)到同樣的屏蔽效果，鉛板的厚度應(yīng)為多大？6、已知；鋁對(duì)波長(zhǎng)為0.7×10-10m的射線的質(zhì)量吸收系數(shù)為0.5m2·kg-1，鋁的密度為2.7×103kg·m-3。若要使波長(zhǎng)為0.7×10-10m的射線的強(qiáng)度降低到原來(lái)的1/100，鋁板應(yīng)為多厚？7、將50MV的射線源所產(chǎn)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）[例5]將60Co和137Cs源所產(chǎn)生的劑量率減弱104倍所需鉛屏蔽層的厚度為多少？8、計(jì)算活度為1Ci的32P點(diǎn)源在相距30.5cm處的空氣中產(chǎn)生的吸收劑量率。9、假設(shè)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、設(shè)計(jì)一個(gè)存放活度為3.7×1012Bq的32Pβ點(diǎn)狀源的容器，假定用有機(jī)玻璃做內(nèi)屏蔽層，鉛做外屏蔽層，計(jì)算所需有機(jī)玻璃與鉛層的厚度？（假設(shè)離輻射源1m處的劑量當(dāng)量率控制水平為7.5Sv/h）內(nèi)外層材料若顛倒效果如何？（書上例7-8）隨堂作業(yè)兩層屏蔽：一層為低Z材料：鋁或有機(jī)玻璃；一層為高Z材料，鉛。應(yīng)該先低Z再高Z。查附表得：32Pβ點(diǎn)狀源的Emax=1.711MeV，Eb=0.695MeV，有機(jī)玻璃的ρ=1.18g/cm3(或鋁的密度ρ=2.754g/cm3)1、有機(jī)玻璃的厚度因?yàn)镋max=1.711MeV，

則，有機(jī)玻璃的厚度為

d=R0/ρ=0.669cm(或鋁的厚度為d=R0/ρ=0.29cm)

2、鉛