第三章X射线的外照射防护课件.ppt

1、 环境工程 Environmental Engineering外照射防护基本原则外照射防护基本原则（1）时间防护）时间防护(Time) 累积剂量与受照时间成正比累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间措施：充分准备，减少受照时间外照射防护三要素：外照射防护三要素： 时间防护、距离防护、屏蔽防护。时间防护、距离防护、屏蔽防护。 环境工程 Environmental Engineering（2）距离防护）距离防护(Distance) 剂量率与距离的平方成反比剂量率与距离的平方成反比 措施：远距离操作措施：远距离操作 任何源不能直接用手操作；任何源不能直接用手操作； 注意注意射线防护射

2、线防护 环境工程 Environmental Engineering（3）屏蔽防护）屏蔽防护(Shielding) 设置屏蔽体设置屏蔽体 屏蔽材料和厚度的选择：屏蔽材料和厚度的选择： 辐射源的类型、射线能量、活度等辐射源的类型、射线能量、活度等 环境工程 Environmental Engineering第一节：第一节： x x或或 辐射源及其辐射场辐射源及其辐射场X射线的性质 (一)物理效应 1穿透作用 2电离作用 3荧光作用 4热作用5干涉、衍射、反射、折射作用 环境工程 Environmental Engineering （二）化学效应 1感光作用 2着色作用 某些物质如铂氰化钡、铅玻璃

3、、水晶等，经X射线长期照射后，其结晶体脱水而改变颜色 环境工程 Environmental Engineering (三)生物效应 当X射线照射到生物机体时，生物细胞受到抑制、破坏甚至坏死，致使机体发生不同程度的生理、病理和生化等方面的改变，称为X射线的生物效应。 环境工程 Environmental Engineering 一、 x射线的产生 1、 x射线机的组成：x射线管高压电源阴极阳极组成 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 2、x射线剂量

4、计算 1）x射线机的发射率常数x A、定义： x射线机的发射率常数射线机的发射率常数x：当管电流为1mA时，距离阳极靶1m处，由初级射线束产生的比释动能率，单位 B、影响因素： X射线管类型、管电压、电压波形、靶的材料和形状、滤片的材料和厚度有关。112minmAmmGy 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering查图选择发射率常数

5、时应注意： 1、曲线给出的发射率常数是指不存在被照物时的空气比释动能率，如果在所考虑位置上有人体，则由于人体对射线的反射会使靠近人体表面处的比释动能率常数比曲线所示值的结果高出20%40%。 环境工程 Environmental Engineering 2、必须注意电压波形的影响、必须注意电压波形的影响 当管电压和过滤条件相同时，恒定电压的发射率常数大约为单相半波整流脉动电压射线机的23倍，对于低电压、大电流状态下短时的工作脉动电压医用x射线机，如果改在低电流条件下用于荧光透视，则注意由于电缆电容的影响，会使管电压波形变得平稳趋于恒定。 环境工程 Environmental Engineeri

6、ng 2）x射线剂量率的计算射线剂量率的计算 在距离靶r（m）处由于x射线机产生的初级x射线束造成的空气比释动能率可近似按下式计算：；：管电流，单位：mrmAImGyrrIKxa1min,)(0120 环境工程 Environmental Engineering 在在x射线辐射场中，同一点处以射线辐射场中，同一点处以Gy为单位的为单位的比释动能比释动能K与以与以Gy为单位的吸收剂量指数为单位的吸收剂量指数DI，以及以以及以Sv为单位的剂量当量指数为单位的剂量当量指数HI数值上数值上几乎相等。因此可上式算出距离阳极靶几乎相等。因此可上式算出距离阳极靶r（m）处的吸收剂量指数率、剂量当量指数）处的

7、吸收剂量指数率、剂量当量指数率。率。 环境工程 Environmental EngineeringDi=Ka(1-g)由于低能g很小 环境工程 Environmental Engineering 二、加速器二、加速器X射线源射线源 1、加速器X射线的发射率常数 1）定义：）定义： 将X射线源看成点源，单位电流（1mA），在距离1m处所形成的吸收剂量指数率， 2）影响因素：）影响因素： 电子能量、束流强度、靶物质的原子序数、靶厚度、束流的入射角度112minmAmGy 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境

8、工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 2、加速器X射线的剂量计算 在离靶rm处的吸收剂量指数率；：电子束流强度，单位：mAIGyrIDaI12min,1 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering三、三、辐射源辐射源 点源：点源：辐射场中某点与辐射源的距离，比辐射源本身的几何尺寸大5倍以上，即可把辐射源看成是点源。 1、点源的照射量率点源的照射量率 1）照射量率常数照射量率常数11122,/sBqKgmCAXr单位： 环境工程 Env

9、ironmental Engineering数，光子的质量能量吸收系种：为空气对第数目核能量的乘积；种光子发射的第为所考虑核素每次衰变iiEnEnEneWiaeniiaeniiiiaeniiiii,16,)/(:)/(10766. 3)/()/(41非单能非单能源照射量率常数：源照射量率常数： 环境工程 Environmental Engineering 3）点源的照射量率计算点源的照射量率计算 2、 点源的吸收剂量率点源的吸收剂量率 在空气中的 在其它物质中的112,/sKgCrAX单位：XDa85.33aenmenmmmfXfD）（）（/85.33 环境工程 Environmental E

10、ngineering 3 、点源的照射量率与粒子注量率之间的关系 带电粒子在平衡条件下，光子注量率与吸收剂量率的关系： 4、 点源的空气比释动能率计算 1）比释动能率常数 2）比释动能率 在空气中 在某点物质中renED)(1122,/sBqmGyAKrK单位：2/rAKKaaaenmenmKD)/()/(在空气中的吸收剂量率与空气中的比释动能率在数值上使相等。对于象水、肌肉核软组织一类物质amaenmenKD所以, 1)/()/( 环境工程 Environmental Engineering5.非点源的照射量率、比释动能率计算非点源的照射量率、比释动能率计算22i2222iii,/rxdxK

11、drxaadxKdKdQdxdxLAkk）（所以其中：）（为：点的在元的活度为 环境工程 Environmental Engineering）（代替，则得用照射量常数上式）（代入，得将积分：得对于：skgCrLtgrLAXsGyrLtgrLAKLArLtgrdxxrKLLKKiKiLLKi./(22/22222/2/-1112/2/-22rLtg21注意： 环境工程 Environmental Engineering)(1.:)() 2/(:) 4) 322) 21) 1 (24224111131211考虑自吸收不考虑自吸收：）线状源LelAXQLlAXQrLtgrLLtgLrAXQrLtgL

12、rAXQrLtgLrAXQL 环境工程 Environmental Engineering)ln(:)4)()(2)(21ln:)3)24ln(:)2)ln(:) 1)2(222242222224222223222222221allaAXQdhdhaadahhaAXQahhaAXQhahaAXQ圆盘源 环境工程 Environmental EngineeringaAXQ：）球面源1)3( 环境工程 Environmental EngineeringahtgahAXQalhtgaltgahAXQ22:) 2)(:) 14(12111）圆柱状面源 环境工程 Environmental Engine

13、ering)1(4:5(s1aeAXQ中心的照射量）球体源 环境工程 Environmental Engineering）（计多次散射）（不计多次散射）任一点的照射量）无限大体积源2111ss111446 (aAaAAXAX 环境工程 Environmental Engineering）（计多次散射）（不计多次散射）点的照射量）半无限大体积源2111ss111227 (aAaAAXAXQ 环境工程 Environmental Engineering 一窄束一窄束x或或射线减弱规律射线减弱规律第二节第二节 x或或射线在物质射线在物质中的减弱规律中的减弱规律 环境工程 Environmental

14、Engineering 窄束的概念（narrow beam）： 不包含散射成分的射线束单能射线在物质中的减弱规律deII0I，I0：设置屏蔽前后的剂量率（强度）：设置屏蔽前后的剂量率（强度）d：屏蔽层厚度（：屏蔽层厚度（cm）线衰减系数：线衰减系数：Linear attenuation coefficient（cm-1）/m质量衰减系数（cm2/g） 环境工程 Environmental Engineering两个常用的概念两个常用的概念 能谱的硬化：能谱的硬化： 随着通过物质厚度的增加，不易被减弱的随着通过物质厚度的增加，不易被减弱的“硬成分硬成分”所占比重越来越大的现象。所占比重越来越大的

15、现象。 平均自由程： 线减弱系数的倒数称为光子在物质中的平均自由程。即=1/。 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。1221/0/ddeNNd 环境工程 Environmental Engineering二、宽束(broad beam) 辐射的衰减dBeII0B：累积因子（：累积因子（build-up factor)描述散射光子影响的物理量。描述散射光子影响的物理量。表示某一点散射光子数所占份额表示某一点散射光子数所占份额B取决于：光子能量，屏蔽材料的原子数，取决于：光子能量，屏蔽材料的原子数， 屏蔽层厚度，屏蔽层几何条件屏蔽层厚度，屏蔽层几何条件 环境工程 Enviro

16、nmental Engineering 1、单一均匀介质的累积因子、单一均匀介质的累积因子 B值可以查表求得。 有时可用解析方程1)入射光子能量越低，入射光子能量越低， B就越大；就越大；2）原子序数越大，）原子序数越大， B就越小；就越小；dadaeAeAB21)1 (11 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 2.多层介质的累积因子B 1）Z1与 Z2相差不大时 2) Z1与 Z2相差较大时 a: Z1在 Z2前（ Z1 Z2 ） 能量较低时,

17、 能量较高时,)(,)(,maxbaarbabrddEBddEBB)(高dEBBr)(.)(高低dEBdEBBrr)(.)(min高低，dEBdEBBrr 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering屏蔽计算中常用的几个参数 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。 K = H(0)/H(d) = ed/B(E，d) 表示屏蔽材料对辐射的屏蔽能力。 无量纲。 环境工程 Envi

18、ronmental Engineering 2)透射比透射比 定义：定义： = H(d) /H(0) = B(E，d) e-d =1/k 3)透射系数透射系数 设置厚度为设置厚度为d的屏蔽层之后，离的屏蔽层之后，离x射线发射点射线发射点1m处，由该射线装置单位工作负荷所造成的处，由该射线装置单位工作负荷所造成的剂量当量指数。剂量当量指数。Sv.m2(mA.min)-1 环境工程 Environmental Engineering半减弱厚度与十倍减弱厚度 半减弱厚度半减弱厚度1/2：half value thickness 将入射光子数减弱一半所需的屏蔽层厚度将入射光子数减弱一半所需的屏蔽层厚度

19、十倍减弱厚度十倍减弱厚度1/10 ：tenth value thickness将入射光子数减弱到十分之一所需的屏蔽层厚度将入射光子数减弱到十分之一所需的屏蔽层厚度2/ 110/ 110/ 12/ 132. 3301. 0 环境工程 Environmental Engineering常用射线的1/2， 1/10 （cm）核素铅钢铁混凝土1/21/101/21/101/21/10Co-601.242.06.76.120.3Cs-1370.72.21.55.04.916.3Ra-2261.34.42.17.17.023.3 环境工程 Environmental Engineering屏蔽材料选择的一

20、般原则屏蔽材料选择的一般原则射线类型作用形式材料选择原则常用屏蔽材料电离、激发一般低Z材料电离、激发、轫致辐射低Z材料+高Z材料铝、有机玻璃、混凝土、铅、光电、康普顿、电子对高Z材料、铅、铁、钨混凝土、砖中子弹性、非弹性、吸收含H低Z材料、含硼材料水、石蜡、含硼聚乙烯 环境工程 Environmental Engineering第三节 x射线的屏蔽计算 一、屏蔽计算的一般一、屏蔽计算的一般方程方程：离辐射源的距离。算系数；：与源相关的的单位换，偶然居留）；全部居留，部分居留，居留因子（源用加速器）（射线的放射性核素用对发射周或周机用工作负荷对医用的发射率的一个参数，表征辐射源rKqmGyIXs

21、mkgcAmSvWRmAWXjFrKqFdHHdHjaijiIhLI161411,)min.(.).().min.()./(.()()(121211212,00 环境工程 Environmental Engineering加速器X射线源的屏蔽计算 1、沿入射电子方向发射的初级X射线的屏蔽计算qIrHxmAImGymIHrqIdHahLxxaahLxaI.1067. 10:,)min.1.1067. 1.)(2,212,22r方向上的透射比，：在射线的发射率常数。加速器：电子束流强，。处的吸收剂量指数率设置屏蔽层前距离源， 环境工程 Environmental Engineering 上述计算查

22、透射比曲线，上述计算查透射比曲线， 如用减弱倍数时，可用十倍减弱厚度如用减弱倍数时，可用十倍减弱厚度1/10 计算，：计算，： 1）先算与）先算与x相应的需要的相应的需要的1/10的数目的数目n n =lg（1/x） 则，则， d= 1/10，1+（n-1） 1/10，e 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 1、沿入射电子方向90o发射的初级X射线的屏蔽计算 注意：注意：查表时，用等效入射电子能量E来查。 E由E查图得到。hLaIHrqIdH,2

23、2oor.1067. 1.90.90.)(）（）（， 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering三、 点源的屏蔽计算 直接用公式计算dBeII0利用减弱倍数法计算利用减弱倍数法计算BeIIKd0利用半减弱厚度计算利用半减弱厚度计算 令令K=2n，则，则n=logK/log2 屏蔽厚度屏蔽厚度d=n 1/2 环境工程 Environmental EngineeringhLhLrhLIHrqAKqAHrHrqAdH,255,2,25104 .1104 .1.104 .1)( 环境工程 Environmental Eng

24、ineering例题1将Co-60所产生的剂量减弱2000倍，所需铅防护层厚度是多少？解：已知K=2103， 查表得Co-60的1/2 =1.2cm 则：n=（log 2103)/log2=11 R=n1/2 =11 1.2=13.2cm 环境工程 Environmental Engineering例题2 要建筑一个Co-60辐照室，源活度为3754居里，墙外容许照射率为0.25mR/h,若用混凝土建筑，需要屏蔽墙的厚度是多少？解：A=3754Ci, =1.32 Rm2/hCi R=3m, X=0.25mR/h 无屏蔽时，墙外的照射量率为 300cmhmRRAX/1050. 531032. 1375452320减弱倍数为 K=X0/X=(5.05105 )/0.25=2.02106查表：Co-60平均能量为1.25MeV, 需要混凝土的厚度约为145cmP 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering 环境工程 Environmental Engineering作业： P119 5、6、7、8、9