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上海光源用户辐射安全培训教材(第一版,2009年4月)上海光源用户辐射安全培训教材上海光源2009年4月16日（第一版）目录I.基础篇:辐射安全基础知识1.1辐射及电离辐射概念1.2电离辐射射线种类和穿透能力1.3辐射防护中使用的量1.4辐射防护剂量限值1.5辐射防护基本原则1.6外照射防护三要素II.实用篇:上海光源辐射安全及注意事项2.1基本依据2.3上海光源的辐射源2.4上海光源的剂量限制2.5上海光源辐射防护措施2.6上海光源的辐射管理区域划分2.7上海光源安全标识2.8光束线站安全联锁系统操作方法2.9注意事项2.10紧急情况下对策I.基础篇:辐射安全基础知识1.1辐射及电离辐射概念广义上,辐射是以波动形式或运动粒子形式向周围介质传播的能量,是一种能量传播的方式。广义上的辐射概念包括声辐射、热辐射、电磁辐射及粒子辐射等，在这些辐射中，我们更多关心的是电磁辐射及粒子辐射，而广义上电磁辐射的范围很广，从无线电波、微波、紫外线等，一直到X射线和伽玛射线。根据辐射能量的大小所产生的辐射形式不一，可将辐射分为非电离辐射和电离辐射两大类。电离辐射包括高能电磁辐射电磁波和粒子辐射，高能电磁辐射电磁波指X射线和γ射线，不包括无线电和射频波等低能电磁辐射；粒子辐射有n、Alpha、Beta、p、e-、介子、重离子。不管是X射线和伽玛射线，还是其它粒子辐射，与物质的原子作用时都能间接或直接地使原子产生电离。通常辐射防护上关心的对象就是电离辐射。电离辐射的分类因分类原则不同可分为多种类型，通常分为天然辐射和人工辐射。辐射源也可相应分为天然辐射源和人工辐射源。天然辐射源源于宇宙射线和天然放射性，包括自然界中动物植物、空气、水、泥土、岩石等天然介质中存在的放射性；人工辐射源来源于人类从事与辐射相关的活动、实践或辐射事件。由于天然辐射源所产生的辐射照射称为天然本底照射；来自人工辐射源的照射为人工照射。1.2电离辐射射线种类和穿透能力常见的电离辐射有α粒子、β粒子、γ射线、X射线、中子、质子、重离子、介子等。其中α粒子、β粒子、质子、重离子为带电粒子,X射线、γ射线、中子和介子为不带电粒子。电离辐射的性质决定了辐射的穿透能力不一。一般电离能力强的辐射较电离能力弱的辐射在物质中的穿透能力小。以下是几种主要和常见电离辐射和它们的穿透能力:α粒子是带2个单位正电荷，质量数为4的高速运动的氦原子核，它的电离作用大，贯穿本领小。α粒子的电离本领大，容易对人体产生内照射。防护的重点是不要让α粒子的发射体进入体内以免造成内照射损伤。α粒子的贯穿能力小,有10cm空气、薄玻璃板、外科手套、衣服、一张纸或生物组织的表皮就足以挡住α粒子。β射线是高速运动的电子流。带一个单位电荷，质量轻。它的电离作用较小，贯穿本领较大。β粒子能引起内、外照射损伤。对于来自β射线的外照射屏蔽，通常采用原子序数较低的材料,如用塑料、几毫米厚的薄金属片、有机玻璃等。X或γ射线是波长很短的电磁波,是光子，不带电，无静止质量。电离作用较小，贯穿本领大。主要引起外照射损伤。对X或伽玛射线需要用高原子序数的厚金属材料,常用的防护材料有铁、铜、铅、混凝土等。中子是质量约为一个原子质量单位的不带电粒子。无直接电离作用，贯穿本领很大。对于中子的屏蔽需要低原子序数且含氢元素多的材料,如水、聚乙烯、石蜡等。中子常常与γ射线一起,需要同时屏蔽中子与γ射线,这时需要用高原子序数的材料防护慢化高能中子和吸收慢化过程中产生的γ射线，然后由低原子序数且含氢元素多的材料来阻挡低能中子。1.3辐射防护中使用的量人体受到电离辐射照射,所受照射大小用剂量描述,根据射线种类和所需评价受照对象的不同详细分为:吸收剂量吸收剂量是单位质量上因辐射照射所沉积的能量，SI单位为J/kg，专用单位为Gy。它是一个基本的物理学剂量量，是实际可测量的量。实际上，对人体某一组织或器官所受吸收剂量是该组织或器官质量范围上的平均，通常为平均吸收剂量。当量剂量由于不同质的辐射照射所产生的生物效能的差异，引入辐射权重因子，平均吸收剂量与对应辐射权重因子之积就是当量剂量。SI单位为J/kg，专用单位为Sv。有效剂量为了建立辐射剂量与辐射危害之间的关系，除了考虑不同质的辐射照射所产生的生物效能的差异外，对同一种辐射还需要考虑器官和组织对辐射照射的敏感性不同。为此，引入组织权重因子，用它和组织当量剂量加权求和来获得人体所受的有效剂量。SI单位为J/kg，专用单位为Sv。有效剂量主要用于计划目的和防护最优化的前瞻性剂量评价，和验证是否符合剂量限值，或者与剂量约束值或参考水平进行比较的回顾性剂量评价。1.4辐射防护剂量限值为了保护工作人员和公众的健康,国际辐射防护委员会对辐射剂量制定了辐射防护剂量限值体系,辐射防护剂量限值体系对职业照射和公众照射有明确的剂量限值,详细如下:对于职业照射：连续5年内的平均有效剂量为20mSv；连续5年中任何一个单一年份中的年有效剂量50mSv，但5年内有效剂量总合不超过100mSv；眼晶体的年当量剂量150mSv；四肢（手、足）或皮肤的年当量剂量500mSv；对于公众照射：年有效剂量为1mSv；特殊情况下，连续5年的年平均有效剂量不超过1mSv，其中某一个单一年份中的年有效剂量可为5mSv，但5年内有效剂量总合不超过100mSv；眼晶体的年当量剂量15mSv；四肢（手、足）或皮肤的年当量剂量50mSv；1.5辐射防护基本原则辐射无处不在,全世界人均受到天然本底辐射照射剂量为2.4mSv/a。但是通过合理正当的辐射防护和必要的安全管理措施,我们可以充分利用辐射,造福人类,并有效避免辐射所产生的危害或使辐射危害最小,这就是辐射防护所遵循的三个基本原则：正当性原则任何改变照射情况的决定都应当是利大于弊。通过引入新的辐射源，减少现存照射，或减低潜在照射的危险，人们能够获得足够的个人或社会利益以弥补其引起的损害。防护最优化原则在考虑了社会和经济因素后，受照射的可能性、受照射的人员数目和个人所受到辐射剂量的大小均应保持在可合理达到的尽可能低的水平。剂量限值的应用原则除了患者的医疗照射之外，任何个人受到来自监管辐射源的计划照射的剂量和不能超过相应的剂量限值。1.6外照射防护三要素外照射是指来自体外的电离辐射对人体的照射,根据外照射的特点，尽量减少和避免辐射从外部对人体的照射，使人体所受照射不超过规定的剂量限值。辐射防护上的三要素：缩短时间:减少接触辐射源时间,因为人体所受辐射照射的累积剂量和照射时间成正比,时间越长,所受的剂量越多;增大距离:增大人与辐射源之间的距离,因为人体所受辐射照射剂量和人与放射源之间距离的平方成反比,也就是说距离辐射源越远越好；设置屏蔽:在人体何辐射源之间设置屏蔽,当缩短时间和增大距离的措施的有效性和方便性受到限制时,设置合适的屏蔽体是有效的防护措施。II.实用篇:上海光源辐射安全及注意事项2.1基本依据上海光源辐射安全管理规程附件A上海光源用户辐射安全管理规定附件B2.2上海光源的辐射源上海光源的主体组成由三个加速器和同步辐射光束线实验站组成。三个加速器为：150MeV的电子直线加速器(Linac)、150MeV-3.5GeV的增强器(Booster)、3.5GeV的电子储存环(StorageRing)。SSRF具有安装26条插入件光束线、36条弯铁光束线和若干条红外光束线等共六十多条光束线的潜力，它可以同时为近百个实验站供光。首批建造4条基于插入件的光束线站，分别是生物大分子晶体学、硬X射线微聚集及应用、X射线成像及医学应用、软X射线扫描显微；3条基于弯转磁铁的光束线站，分别是高分辨衍射与散射、XAFS、LIGA及光刻。其中2条由弯铁引出，即为高分辨散射和衍射线；2条由Wiggler引出，它们是X射线成像及医学应用及XAFS线；3条由Undulator引出，他们是生物大分子晶体学、软X射线扫描显微、硬X射线微聚集及应用。上海光源的辐射场是一个由初级粒子,即高能电子、次级粒子(电子、光子和中子)和同步辐射光所组成的复杂混合辐射场。电子与周围介质的相互作用，能量沿途发生损失,高能电子主要以辐射形式损失能量。因电子束流损失引起高能电子与介质相互作用产生轫致辐射，形成能量从0到入射电子能量的连续光子能谱,其中的高能光子又与介质作用主要产生正负电子对，这些新的正负电子又能重演初始电子的行为，如此循环往复,这样光子与电子和正电子级联产生、同时粒子的数目不断增大,产生大量的光子和次级电子,形成电磁级联辐射。电磁级联辐射在发育、收敛过程中以较小概率产生(γ,n)光核反应从而产生巨共振中子、中能中子、高能中子。以接近光速运动的高能电子在电磁场中偏转时,由于相对论效应,沿着电子运动轨道的切线方向产生同步辐射。电磁级联辐射和同步辐射称为瞬时辐射。由于轫致辐射所产生的光子与介质通过(γ,n)反应以及中子活化反应，使介质，如隧道内空气，隧道内设备冷却水以及加速器构件等产生放射性产物。这些放射性产物称为感生放射性。依据辐射场特点，上海光源的辐射源分为瞬时辐射源和残余辐射源。瞬时辐射源指上述的瞬时辐射和同步辐射。瞬时辐射源又分为直接辐射源（含直射和折射）和天空散射。残余辐射源指加速器运行所产生的感生放射性源，包括被活化的隧道内空气、冷却水和加速器构件等。2.4上海光源的剂量限制上海光源的辐射安全设计以国际辐射防护委员会建议的辐射防护最优化为基本原则,以国家有效的最新相关法律标准为依据,参考了世界上同类加速器辐射防护设计目标,同时考虑了辐射防护的发展趋势。应用的辐射防护剂量基本限值依据为《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871-2002)中规定的剂量限值,即：职业照射——对任何工作人员的职业照射加以控制，使其连续5年的年平均有效剂量不超过20mSv；任何一年中的有效剂量不超过50mSv。特殊情况——经过审管部门的批准，在特殊情况下，按照GB18871－2002附录B中B1.1.2的规定执行。公众照射——公众中有关关键人群组的成员所受到的平均剂量估计值不应超过年有效剂量1mSv；在特殊情况下，如果5个连续年平均剂量不超过1mSv，则某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv。在满足上述《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》对职业照射和公众照射水平的剂量限值的前提下，参考世界上同类加速器辐射防护设计目标,考虑了的国际辐射防护发展的趋势，确定上海光源的辐射防护设计目标为：职业照射——任何工作人员的职业照射的年平均有效剂量不超过5mSv；在计算屏蔽墙厚度时给予2倍的安全系数。公众照射——公众个人剂量管理目标值为年有效剂量不超过0.1mSv，其中包括上海光源产生的杂散辐射、放射性气体和放射性废水等所造成的剂量。表1给出国际上同类光源的剂量管理限值,上海光源的工作人员职业照射的年平均有效剂量不超过5mSv,为国家规定的1/4,与同类光源的剂量管理目标值处于同一水平,是足够安全的。表1.国际上主要同类光源的剂量管理限值光源名称上海光源(SSRF)ALSAPSNSLSSSRLSpring-8剂量限值(mSv/a)52511122.5上海光源辐射防护措施针对上海光源辐射源的特性，上海光源采取了相应的防护措施，以保证上海光源运行工作人员和公众的健康和安全，保护上海光源周边环境。上海光源的辐射安全保障建立在一个包含硬件系统和软件系统在内的完善的辐射安全系统上。上海光源辐射安全硬件系统主要包括辐射屏蔽、人身安全联锁、束流损失探测和辐射监测。软件系统包括系列管理规章制度的制定和执行,以及辐射安全教育培训。主要的辐射安全硬件系统界面如图1所示。图1.辐射安全系统中央控制界面辐射屏蔽辐射屏蔽用于阻挡来自高辐射区的辐射,使用户和工作人员所受辐射照射在可合理达到的尽可能第的水平。上海光源的辐射屏蔽包括主体屏蔽和局部屏蔽。主体屏蔽是辐射屏蔽的主要部分,根据预计加速器运行时束固定监测系统辐射安全联锁系统束损监测系统流损失分布的特点以及辐射防护最优化的原则设计,由普通钢筋混凝土结构的隧道墙构成；局部屏蔽配合主体屏蔽，用于补充主体屏蔽的不足或加强特定