1、辐射剂量与防护授课单位：核工程技术学院授课专业：核工程、核技术授课教师：田丽霞课程简要知识体系第一篇 辐射防护基础概念定义概念定义v电离：电离：从一个原子、分子或其它束缚状态释放一个或多个电子的过程；v电离辐射：电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子组成的，或者由它们混合组成的辐射；概念定义（续）概念定义（续）v电离辐射场电离辐射场：电离辐射无论在空间，还是在介质内部通过、传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围，由此形成的场；v辐射量：辐射量：为了表征辐射源特征，描述辐射场性质，量度辐射与物质相互作用的程度及受照物质内部发生的辐射效应的量；一、基本物理量一、
2、基本物理量二、射线与物质相互作用二、射线与物质相互作用1、带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用带电粒子类别带电粒子类别:电子、重带电粒子（质子、电子、重带电粒子（质子、粒子、粒子、重离子重离子）主要作用类型主要作用类型:非弹性碰撞非弹性碰撞辐射相互作用辐射相互作用弹性碰撞弹性碰撞2 2、(X)(X)射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用（1）与物质的作用类型（按能量吸收多少划分）与物质的作用类型（按能量吸收多少划分）完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反应和光介子生成等。应和光介子生成等。部分吸收：康普顿散射和核共振散射。部分吸收：康普顿散射
3、和核共振散射。不吸收：弹性散射。不吸收：弹性散射。3 3、中子与物质的相互作用、中子与物质的相互作用1 分类分类v高能中子高能中子 能量大于能量大于10MeVv快中子快中子 100keV-10MeVv中能中子中能中子 1keV-100keVv慢中子慢中子 0-1keV（热中子（热中子-与周围物质处与周围物质处于热平衡的中子。在常温于热平衡的中子。在常温20.40C下，热中子的平下，热中子的平均能量为均能量为0.0253eV）2.作用类型作用类型（Interaction type）1).弹性散射弹性散射(Elastic-scattering)：总动能守恒。：总动能守恒。2).非弹性散射非弹性散射
4、(Inelastic scattering)：总能量、动：总能量、动量守恒，动能不守恒；量守恒，动能不守恒；3).去弹性散射去弹性散射(Nonelastic scattering)：(n,p),(n,)等；等；4).俘获俘获(Capture)：(n,)；5).散射散射(Spallation)；以上均属与原子核的相互作用。以上均属与原子核的相互作用。4 4、相互作用系数、相互作用系数v相互作用系数是用来描述电离辐射与物质相互作相互作用系数是用来描述电离辐射与物质相互作用程度的。用程度的。(1)(1)描述描述带电粒子带电粒子与物质相互作用的程度与物质相互作用的程度v线阻止本领，质量阻止本领线阻止本
5、领，质量阻止本领v质量碰撞阻止本领质量碰撞阻止本领v质量辐射阻止本领质量辐射阻止本领(2)(2)描述描述非带电粒子非带电粒子与物质相互作用的程度与物质相互作用的程度5、带电粒子平衡带电粒子平衡条件总结：带电粒子平衡条件总结：1)、离介质边界要有一定的距离。被考虑的体积边界与介质、离介质边界要有一定的距离。被考虑的体积边界与介质边界的最短距离边界的最短距离d必须必须不小于不小于次级带电粒子在介质中的最大次级带电粒子在介质中的最大射程，即射程，即 ；2)、均匀照射条件。要求离所考虑体积、均匀照射条件。要求离所考虑体积(图图2(B)中阴影部分中阴影部分)的边界等于次级带电粒子最大射程的体积内，辐射的
6、注量率的边界等于次级带电粒子最大射程的体积内，辐射的注量率处处相等，即上图虚线范围内初级辐射射束须尽可能均匀；处处相等，即上图虚线范围内初级辐射射束须尽可能均匀；3)、介质均匀。在上述体积范围内介质均匀一致，使得粒子、介质均匀。在上述体积范围内介质均匀一致，使得粒子在该体积内的作用保持一致性；在该体积内的作用保持一致性；maxdR 第五节第五节 总结本章中各个物理量之间的关系总结本章中各个物理量之间的关系三、辐射来源及防护原则三、辐射来源及防护原则1 1、相关概念、相关概念v传能线密度传能线密度LETLETv确定性效应确定性效应v随机性效应随机性效应v基本限值基本限值v导出限值导出限值天然辐射
7、是人类的主要辐射来源天然辐射是人类的主要辐射来源生活中的辐射来源生活中的辐射来源天然辐射天然辐射人工辐射人工辐射2 2、辐射来源、辐射来源天然辐射天然辐射宇宙射线宇宙射线宇生放射性核素宇生放射性核素原生放射性核素原生放射性核素 一般场所：一般场所：天然本底为天然本底为 2.4mSv/year,多为内照射多为内照射(222Rn,60%)1 防止确定性效应的发生；防止确定性效应的发生；2 减少随机性效应的发生率，使之达到可以接受减少随机性效应的发生率，使之达到可以接受的水平。的水平。1 实践的正当化实践的正当化 （justification of practice）2 防护的最优化防护的最优化 （
8、optimization of radiation protection）可合理做到的尽量低的原则可合理做到的尽量低的原则(ALARA：as low as reasonably achievable)3 个人剂量限值（个人剂量限值（dose limits）第二篇 辐射防护方法(1)(1)外照射：外照射：是指辐射源位于人体外对人体造成的辐是指辐射源位于人体外对人体造成的辐射照射，包括均匀全身照射、局部受照。射照射，包括均匀全身照射、局部受照。(2)(2)内照射：内照射：存在于人体内的放射性核素对人体造成存在于人体内的放射性核素对人体造成的辐射照射称为内照射。的辐射照射称为内照射。辐射作用人体的方
9、式：辐射作用人体的方式：一一 外照射和内照射防护原则和方法外照射和内照射防护原则和方法v外照射防护基本原则外照射防护基本原则 尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射，尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。v内照射防护基本原则内照射防护基本原则 制定各种规章制度，制定各种规章制度，采用各种措施，尽量减采用各种措施，尽量减少放射性物质进入体内的机会少放射性物质进入体内的机会；内照射防护方法v包容：包容：采用通风橱、手套箱、防护用品等采用通风橱、手套箱、防护用品等v隔离：隔离：工作场所分区分级工作场所分区分级v净化：净化：降低
10、浓度降低浓度v稀释：稀释：降低浓度降低浓度v在开放型放射操作中，在开放型放射操作中，“包容、隔离包容、隔离”和和“净化、净化、稀释稀释”往往联合使用。往往联合使用。二二 外照射防护外照射防护 1、有关概念、有关概念 2、X、射线的外照射防护射线的外照射防护 3、带电粒子的外照射防护、带电粒子的外照射防护 4、中子的、中子的外照射防护外照射防护1、相关概念v窄束、宽束窄束、宽束v积累因子积累因子v减弱倍数、透射比、透射系数减弱倍数、透射比、透射系数v半减弱厚度、十倍减弱厚度半减弱厚度、十倍减弱厚度v射程射程v分出截面法分出截面法2、X、射线的外照射防护1）X射线产生原理及剂量计算射线产生原理及剂
11、量计算 2;axxaKIrImKr -1-12-1-12-1-1比比释释动动能能率率，单单位位mGy minmGy min管管电电流流，单单位位mAmA；发发射射率率常常数数,单单位位mGy mmAminmGy mmAmin；参参考考点点距距离离靶靶的的距距离离，单单位位2）点源及剂量计算点源及剂量计算1121112102P753 2A.XC kgsC mkgBrsXqkeV 照照射射量量率率，单单位位；照照射射量量率率常常数数，单单位位；注注：1 1、常常见见 值值取取、不不同同核核素素的的值值见见表表注意：照射量率常数或以其它单位的形式给出，注意：照射量率常数或以其它单位的形式给出，如：如
12、：211R mhCi12211KGyAG;KyAaKKasBqmBqsrmr 空空气气比比释释动动能能率率，单单位位；放放射射源源活活度度，单单位位；比比释释动动能能率率常常数数，单单位位；参参考考点点距距离离放放射射源源的的距距离离，单单位位比释动能常数见比释动能常数见P75表表3.2；3）线源211112222222LkkkLALLKdxtgtgxrrrLrr 122ALXtgLrr A 积累因子的引入积累因子的引入 考虑到散射的影响，在宽束条件下考虑到散射的影响，在宽束条件下：0dNBN e 0dxXB X e B、Bx 均为积累因子，其定义为：均为积累因子，其定义为：4)宽束X或射线在
13、物质中的减弱DD0B1dNNNN e v积累因子是指在所考察点上真正测量的某一辐射量的值积累因子是指在所考察点上真正测量的某一辐射量的值ND同用窄束减弱规律算得同一辐射量值同用窄束减弱规律算得同一辐射量值N1的比值：的比值：在实验的基础上在实验的基础上,归纳出积累因子。以双层屏蔽归纳出积累因子。以双层屏蔽为例有为例有:（1）双层介质的原子序数相差不大）双层介质的原子序数相差不大,()max,()raabtrbabB EddBB Edd （2）两种原子序数相差很大）两种原子序数相差很大a)低低Z在前在前,高高Z在后在后,()trBBEd 高高即总积累因子值即总积累因子值,可以用高可以用高Z介质的
14、代替，原因是光介质的代替，原因是光子从低子从低Z介质中射出的散射光子很容易被后面的高介质中射出的散射光子很容易被后面的高Z介质吸收。介质吸收。b)高高Z在前在前,低低Z在后在后当光子能量较低时：当光子能量较低时：,()trrBB EdB Ed 低低高高当光子能量较高当光子能量较高,超过与高超过与高Z介质线减弱系数最小介质线减弱系数最小值相应的那个能量值相应的那个能量 min(,):rE高高 min(,),trrBB EdB Ed 高高低低高高5)5)点源的屏蔽计算点源的屏蔽计算v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BeIIKd 0利用半减弱厚度计算利用半减弱厚度计算
15、令令K=2n，则，则n=logK/log2 屏蔽厚度屏蔽厚度d=n 1/2v综合考虑防护性能、结构性能、稳定性和经济成综合考虑防护性能、结构性能、稳定性和经济成本，常用材料有：本，常用材料有：铅：屏蔽能力好，但结构较软，一般采用钢骨架铅：屏蔽能力好，但结构较软，一般采用钢骨架支撑；常用于铅容器、活动屏、铅砖等。支撑；常用于铅容器、活动屏、铅砖等。钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于防护钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于防护铁门等。铁门等。混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固定的混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固定的防护屏障。防护屏障。水：来源广泛，本身液体；透明度好，常以水井、水：
16、来源广泛，本身液体；透明度好，常以水井、水池等贮存放射源。水池等贮存放射源。v不常见：钨、贫铀等局部屏蔽。不常见：钨、贫铀等局部屏蔽。3 带电粒子的外照射防护1)若若粒子最大能量粒子最大能量Emax，单能粒子束能量也为，单能粒子束能量也为Emax，在低，在低Z物质中的射程物质中的射程R为：为：1.265 0.0954ln0.4120.012.50.531.062.520EREEMeVREEMeV 公式使用要点：公式使用要点：1)射程射程R的单位是的单位是gcm-2；2)屏蔽层的厚度屏蔽层的厚度d=R/即可；即可；射线屏蔽材料选择v选择使选择使射线的韧致辐射份额尽量少的材料，同射线的韧致辐射份额
17、尽量少的材料，同时还要保证相当的屏蔽效果。时还要保证相当的屏蔽效果。v常用材料有：常用材料有：铝、有机玻璃、混凝土等，与X、射线的屏蔽材料选择有很大不同。1)中子源分类：中子源分类：一一 放放射射性性核核素素中中子子源源二二 加加速速器器中中子子源源：三三 反反应应堆堆中中子子源源四四 等等离离子子体体中中子子源源单单能能中中子子源源：多多能能按按产产生生方方式式按按能能谱谱分分中中子子源源类类4 中子的中子的外照射防护外照射防护2)中子剂量的计算中子剂量的计算trKKfE 单能中子比释动能单能中子比释动能有能谱分布的中子有能谱分布的中子 trEEKKE dEfdE 附表附表3Kf,IIHnn
18、Hf单能中子剂量当量指数：单能中子剂量当量指数：有能谱分布的中子有能谱分布的中子 ,IIn EHnHfEdE 在在P153表表5.6给出了不同能量中子的辐射权重因子给出了不同能量中子的辐射权重因子WR即即Q，剂量当量指数因子，剂量当量指数因子 以及和以及和 对应的中子注对应的中子注量率。量率。,IHnf125 Sv h 分析中子与物质分析中子与物质的相互作用的相互作用从辐射防护角度来从辐射防护角度来得到好的防护材料得到好的防护材料2 2）屏蔽层中中子束的减弱原理）屏蔽层中中子束的减弱原理 0drrde 对于类似的对于类似的窄束窄束：对于类似的对于类似的宽束宽束：0drrndB e 0Rdrrd
19、e rd：距离源距离源r处一点在放置屏蔽层之处一点在放置屏蔽层之后后中子注量率；中子注量率；0r：距离源距离源r处一点在放置屏蔽层之处一点在放置屏蔽层之前前的中子注量率；的中子注量率；R ：屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面；屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面；d：屏蔽材料的厚度，单位屏蔽材料的厚度，单位m；0RdIIHHe IH：距离源距离源r处一点在放置屏蔽层之处一点在放置屏蔽层之后的后的剂量当量指数率；剂量当量指数率；距离源距离源r处一点在放置屏蔽层之处一点在放置屏蔽层之前前的剂量当量指数率；的剂量当量指数率；R ：屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面；屏蔽材料对入射中子总的宏观分出截面；
20、d：屏蔽材料的厚度，单位屏蔽材料的厚度，单位m；0IH：设参考点处的中子注量率限值水平为设参考点处的中子注量率限值水平为21()Lms 002241ln4RRdrrnLdrnnLLnRLdB qeB qAyB qerAyB qdr 4）屏蔽层厚度d的计算5）屏蔽中子的材料）屏蔽中子的材料 屏蔽材料需要拥有一定数量的屏蔽材料需要拥有一定数量的质量中等以上的材料质量中等以上的材料，使，使得快中子快速降低能量，并需要有得快中子快速降低能量，并需要有适量数量的轻元素适量数量的轻元素，从而，从而是的中子能量迅速下降到热中子能区，最后为了减少俘获是的中子能量迅速下降到热中子能区，最后为了减少俘获射线的能量
21、，可以在屏蔽层材料中掺杂一定的射线的能量，可以在屏蔽层材料中掺杂一定的1010B B或或6 6LiLi；常用的中子屏蔽材料有：常用的中子屏蔽材料有：水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥土、锂和硼土、锂和硼，这些材料一般要配合使用才能达到好的屏蔽，这些材料一般要配合使用才能达到好的屏蔽效果。效果。选择原则选择原则是：综合考虑材料的屏蔽性能、结构性能、稳定是：综合考虑材料的屏蔽性能、结构性能、稳定性能以及经济成本等，其中以效果为优先考虑；性能以及经济成本等，其中以效果为优先考虑；第三篇 辐射监测一、空腔电离理论一、空腔电离理论待测量位置待测量位置空腔（放置探测器）空腔（放置探测
22、器）空腔电离理论就是利用空腔中的电离电荷来空腔电离理论就是利用空腔中的电离电荷来表征空腔中气体所接受的吸收剂量进而表征在空表征空腔中气体所接受的吸收剂量进而表征在空腔位置处壁材料的吸收剂量所需的条件。空腔里腔位置处壁材料的吸收剂量所需的条件。空腔里面可以是空气也可以是其他气体。面可以是空气也可以是其他气体。二、辐射防护监测的一般原则v个人剂量监测个人剂量监测1、外照射剂量监测、外照射剂量监测2、皮肤污染监测、皮肤污染监测3、体内污染监测：监测方法及考虑因素、体内污染监测：监测方法及考虑因素v 工作场所监测工作场所监测v环境辐射监测环境辐射监测关键途径、关键核素、关键途径、关键核素、关键居民组关键居民组谢谢！谢谢！
