辐射防护(屏蔽计算)

1第6章外照射的防护2第一节外照射防护的一般方法第二节X、γ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α、β持续外照射多见封闭源电离高能β、质子、、X、n间断第一节外照射防护的一般方法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61．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72．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β射线防护。第一节外照射防护的一般方法83.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9第一节外照射防护的一般方法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12居留因子T居留因子T种类举例T＝1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。T＝1/4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。T＝1/16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13第二节X、γ射线的外照射防护一、X、γ辐射源及辐射场二、X、γ射线在物质中的减弱规律三、X、γ射线的屏蔽计算第二节X、γ射线的外照射防护14一、X、γ辐射源及辐射场（一）X射线机第二节X、γ射线的外照射防护151.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。dtdNA/单位：贝可［勒尔］（Becquerel）；符号Bq。（三）γ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、γ射线的外照射防护162.点源的照射量率计算2rAXmiienimiieniWeEtrnWeEXii1214照射量率常数非单能情况：ii第二节X、γ射线的外照射防护XAr21114433.85iimmieneniiiiineEnEW17第二节X、γ射线的外照射防护18XfDmm3.点源的吸收剂量率计算2rAKk第二节X、γ射线的外照射防护4.比释动能率常数KArK2195、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、γ射线的外照射防护20二、X、γ射线在物质中的减弱规律（一）、窄束X、γ射线的减弱规律（二）、宽束X、γ射线的减弱规律单一均匀介质的积累因子（三）、宽束X、γ射线的透射曲线（四）、屏蔽X、γ射线的常用材料第二节X、γ射线的外照射防护•γ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；γ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γ射线对物质的穿透情况。22（一）、窄束X或γ射线的减弱规律（1）窄束（narrowbeam）：不包含散射成分的射线束（2）窄束单能γ射线在物质中的减弱规律deNN0μ—线衰减系数，cm-1。第二节X、γ射线的外照射防护•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γ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”。24低能光子更易被高Z物质吸收；存在一个能量点，μ值最小。第二节X、γ射线的外照射防护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λ=1/μ。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＝λ，即厚度等于一个平均自由程，X或γ射线被减弱到原来的e-1。康普顿效应占优时，估算，1221dd第二节X、γ射线的外照射防护1122112212dddd？？26（二）、宽束X或γ射线的减弱规律deBNN0第二节X、γ射线的外照射防护•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）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μd）有关，即B（Eγ，μd）。ncolsncolncolNNNNNBB－积累因子（build-upfactor)第二节X、γ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ncolNsN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•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0dxXBXe30单层介质，B值的确定：（1）查表法；dadaxeAeAB21)1(11（2）公式法第二节X、γ射线的外照射防护矩方法蒙特卡洛法31（3）多层介质情况两种介质的原子序数相差不大，)](,[)](,[maxbabbaatddEBddEBB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：])(,[高dEBBt2）高Z介质在前，低Z介质在后：])(,[])(,[高低dEBdEBBt])(,[])(,)[(min,高低高dEBdEBBt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、γ射线的外照射防护32（三）、宽束X或γ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。d10x1eHB)d(H1.屏蔽计算中用的几个参量)d,E(B/e(d)H/Hkd11033（2）透射比η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。1d101e)d,(H(d)/HKEB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·m2·（mA·min）-1。•实际用于γ射线的屏蔽材料主要有铅、铁、混凝土。•屏蔽γ射线的半值厚度∆1/2表示窄束γ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。2ln2/1γ射线的防护•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γ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γ辐照源贮存井，往往利用水作为屏蔽材料。γ射线的防护•–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γ射线屏蔽材料的厚度。–半厚度——指某种屏蔽材料将入射的γ射线强度减弱一半的厚度。半厚度与γ射线能量有关。–半厚度亦被称为半减弱层。简言之，γ射线经过ｎ个半厚度的屏蔽层后，其强度将减弱到原来强度的1/2n几种屏蔽材料对Co60γ材料铅铁混凝土水半厚度13mm23mm50mm200mm•例题１：欲使60Co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γ射线需减弱800÷100＝8＝23(所以铅层需３个半厚度，厚度为13×3＝39(mm)•答：需39mm厚的铅层，可将该点的剂量率从800Sv/h降至100Sv/h•例题2：一点状γ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13mm•解：１米处的剂量率为：200×（4÷1）2＝3200（Sv/h,如要满足条件，则１米处的剂量率应为：100Sv÷0.5h＝200Sv/h•因为屏蔽后剂量率的减弱倍数为：3200÷200＝16＝24所以铅屏蔽层厚度至少为4个半厚度：13×4＝52(mm)•答：所设铅屏蔽至少应厚52mm。432.半减弱厚度与十倍减弱厚度（1）半减弱厚度△1/2：halfvaluethickness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：tenthvaluethickness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2/110/132.3△1/2、△1/10并不是绝对的常数第二节X、γ射线的外照射防护44第二节X、γ射线的外照射防护45（四）、屏蔽X或γ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γ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γ辐射源。第二节X、γ射线的外照射防护462.射线的屏蔽计算hLIHrqAdH,25104.1)(qArHhLr52,104.1（2）查透射比曲线（1）查减弱倍数表第二节X、γ射线的外照射防护2,5104.1rHAKhL•书上例题1、2•非点源48第三节带电粒子的外照射防护一、β射线的剂量计算二、β射线的屏蔽防护三、重带电粒子的剂