核辐射防护期末复习

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1、 什么是电离辐射剂量?电离辐射剂量实质是电离辐射对受照物质造成的 真实效应或潜在影响的一种物理度量。为什么对电离辐射要进行防护？核技术的的广泛应用导致可能对人体造成损伤：1.核能应用（包括核武器的制造）2.核技术在工农医等各部门的应用 按射线本质分类 1.粒子辐射：是指组成物质的基本粒子，或由这些粒子组成的原子核。既有能量又有静止质量。粒子辐射是一些高速运动的粒子，消耗自己的动能把能量传给被穿透的物质。粒子辐射包括电子、质子、中子、粒子、粒子和带电重离子等。2.电磁辐射：实质是电磁波，仅有能量，没有静止质量。包括无线电波、微波、可见光、紫外线、X 射线和 射线等。按与物质的作用能力分类 1.电

2、离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，如粒子、粒子、质子、中子、X 射线和 射线等，对于 X、射线，一般当 E 10ev 时可以引起电离辐射，或当波长 10 倍 HE,皮肤，表示射线能量大部分停留在人体表层，即为弱贯穿，反之为强贯穿；能量低于 15keV 的辐射，能量低于 2MeV 的辐射或电子束一般视为弱贯穿；中子全部视为强贯穿。环境测量用剂量当量 以 ICRU 球中指定深度处的剂量当量来衡量处于辐射场中的人体受照情况，可用具有规定性能的环境监测仪表来测量。个人测量用剂量当量 以人体指定深度处软组织中的剂量当量来衡量人体受照情况，可以用规定性能的个人剂量计测量。周围剂量当量 H*(d)用途

3、 环境监测，把外部辐射场和处于辐射场中的人体有效剂量联系起来。定义 辐射场中某点的周围剂量当量 H*(d)是由相应的齐向扩展场在 ICRU 球中正对着齐向场方向的半径上深度 d 处产生的剂量当量。H*(d)主要用于强贯穿场情况，且多用 H*(10)周围剂量当量 H*(d)H*(d)表示来自周围各个方向的辐射在 ICRU 球中产生的剂量当量，数值上等于扩展场中各个方向上的辐射在正对着其入射方向的 ICRU 球半径上深度 d 处产生的剂量当量之和，从而由参考点的辐射场唯一确定。从定义可知，H*(d)与辐射场在参考点的注量及其能谱分布有关，而与注量的角分布无关，契合“周围”的含义 测量方面 H*(d

4、)可用各向同性响应的测量仪器精确测量，这一点仪器制作难度不大；应用方面 H*(d)适合于表征有效剂量 HE，且可以给出有效剂量的偏安全的估计值（一般 H*(d)略大于 HE）定向剂量当量 H(d,)用途：a）避免皮肤在弱贯穿辐射场中遭受过量剂量而引起确定性效应。b）用于环境监测。定义：辐射场中某点的定向剂量当量是由相应的扩展场在 ICRU球中某一指定方向的半径上深度d处产生的剂量当量，即与照射方向有关；给出 H(d,)时必须同时指明参考深度 d 和方向参考。H(d,)一般用于弱贯穿辐射，且多用 H(0.07,)。对强贯穿场，d=10mm，H(d,)H(10,)；对弱贯穿场，皮肤：d=0.07m

5、m，H(d,)H(0.07,)，相当于皮肤基底层的深度；眼晶体：d=3mm，H(d,)H(3,)；个人剂量当量 Hp(d)定义：身体上指定点下深度为 d 处组织中的剂量当量。不同于 H*(d)和 H(d)在 ICRU 球体模上定义，Hp(d)是在人体上定义的。测量：在指定参考点对应的身体部位表面佩戴剂量计，而剂量计由适当厚度的组织等效材料制作的外表和内部探测器组成，另外剂量计的尺寸要足够小。测量深度取值 对强贯穿场 d=10mm，Hp(d)Hp(10);反映了体内深部剂量当量；对弱贯穿场 皮肤：d=0.07mm，Hp(d)Hp(0.07)；眼晶体：d=3mm，Hp(d)Hp(3)；反映了体表剂

6、量当量；刻度方法 一般利用 ICRU 平板体模进行刻度 X 射线机：原理：利用高速电子轰击高原子序列的靶，会产生强烈的韧致辐射、伴随核外电子跃迁引起的特征 X 射线发射；能谱特点：产生的 X 射线分韧致 X 射线和特征 X 射线 2 类，但在实际应用一般不做区别。能量特点：产生的 X 射线能量一般比较低，一般 小于 MeV 量级；发射率常数：定义：管电流为 1mA 时，距离阳极靶 1m 处，由初级射线束在空气中产生的空气比释动能率；单位：mGy m2 mA-1 min-1 加速器 X 射线源：原理：利用高速电子束轰击高原子序列的靶，产生的高能 X 射线。因电子能量较高，因此产生的 X 射线成分

7、以连续谱的韧致辐射为主。与射线机的区别在于电子的能量较为单一、发射方向基本一致；发射率常数：定义：视 X 射线源为点源，单位束流 1mA，在标准距离 1m 处形成的吸收剂量指数率。单位：Gy m2 mA-1 min-1 特点：拥有明显的角分布特征 点源：即放射源可以视作一个点，射线向四面八方发射，形成一个各向同性辐射场；实际操作：如果辐射场中某点与辐射源的距离 r，比辐射源本身的几何尺寸 L 大 5 倍以上，即可把辐射源视为一个点源。随着通过物质的厚度增加，那些不易被减弱的“硬成分”所占比重会越来越大，这种现象称为能谱的硬化。散射光子的忽略，往往低估射线的穿透能力或高估屏蔽材料的屏蔽能力。积累

8、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N1 的比值：减弱倍数 K：无量纲,表示屏蔽层材料对辐射的屏蔽能力 透射比：透射系数 定义:设置厚度为d的屏蔽层之后，离X射线发射点1m处,由该射线装置单位工作负荷(1mAmin)所造成的当量剂量。单位：半减弱厚度1/2 和十倍减弱厚度1/10 1/2 的定义:将入射 X 或光子数(注量率或照射量率等)减弱到一半所需的屏蔽层厚度。1/10 的定义:将入射 X 或光子数(注量率或照射量率等)减到十分之一所需的屏蔽层厚度。两者之间的联系：1.说明：给定辐射在屏蔽介质中的1/2 和1/10 值并不是一个常数,而且随 K

9、 的增加略有变化。2.当辐射穿过一定厚度的物质层之后存在一个平衡的1/2 和1/10,它们不能用于初级 X 或射线的屏蔽计算,但可用于经过相当程度减弱的射线束。屏蔽 X 或射线常用的材料：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。钢铁：屏蔽能力、结构性能均很好。常用于防护铁门等。混凝土：屏蔽能力好，造价便宜；多用于固定的防护屏障。水：来源广泛，本身液体；透明度好，常以水井、水池等贮存放射源。带电粒子的外照射防护 射线屏蔽材料选择：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。特别注意：带电粒子与物质相互作用，因韧致辐射作用会发射出

10、各个能量段的韧致 X 射线，因此，除了对带电粒子屏蔽以外，还需要增加另外的 X 射线屏蔽层。中子的外照射防护 放射性核素中子源：优点：价格便宜、易于制备和运输，且为各向同性场，可以视为点源；缺点：产额较低，泄漏几率较大，中子产额随时间减少等 加速器中子源 产生方法：通过加速器加速的各种带电粒子轰击靶材料发生核反应来制备，绝大多数通过(d,n)核反应；加速器类型：静电、直线、回旋 特点：通过改变靶物质种类和带电粒子类型，并调节带电粒子的能量和中子的出射方向，就可以获得不同能量的中子类型，因此比起前面的放射性核素中子源在中子能量的选择上要灵活的多，当然整个设备比较笨重，在可移动性能上要差上许多；反

11、应堆中子源 来源 来自反应堆中自持的链式反应。特点 强度高，能谱分布宽，结构庞大，危险性较高，辐射防护的工作较为繁重。辐射屏蔽工作对象：针对瞬发裂变中子、瞬发光子、裂变产物的 辐射以及其它各种因核反应带来的辐射。只要能防护住上述的n 和射线即可。屏蔽层中中子束的减弱原理：根据中子与物质相互作用的性质，对快中子，首先用中等偏高原子序数的材料，通过非弹性散射使中子能量很快降低到与原子核的第一激发能级相应的能量之下，使中子降到非弹性散射阈值以下；再利用低能中子与物质相互作用的性质，利用低原子序数的材料如氢，通过弹性散射作用使中子的能量进一步降低到热中子的范围；此时再选择对热中子吸收截面大、同时俘获辐

12、射能量低的材料，完成对中子的吸收和有效屏蔽；分出截面法：通过合理地选择和安排屏蔽材料，我们可以使中子在屏蔽层中的衰减符合窄束的定义要求，即使中子在屏蔽层中一经散射便能在很短的距离内被迅速慢化和吸收，从而可以按照窄束的较为简单的计算公式来计算中子的衰减情况，这就是所谓的分出截面法。以下是应用分出截面法的前提：A 屏蔽层足够厚，使得在屏蔽层后面的剂量当量指数主要使由中子束中一组贯穿能力最强的中子贡献所致；B 屏蔽层中必须含有铁、铅等中高原子序数的重型材料，使得高能中子能够通过非弹性散射迅速降低能量；C 屏蔽层中要含有足够的氢，以保证在很短的距离内，使中子的能量再迅速降低到热能段，从而可以被屏蔽层所

13、吸收；中子的透射系数：中子源发出的单位中子注量在屏蔽体后造成的剂量当量指数，单位Svcm2；中子的透射比 ：中子辐射场中某点，有屏蔽体时的吸收剂量指数率(剂量当量指数率)与没有屏蔽体时的吸收剂量指数率(剂量当量指数率)之比 中子的减弱倍数 Kn：中子辐射场中某点，没有屏蔽体时的吸收剂量指数率(剂量当量指数率)与有屏蔽体时的吸收剂量指数率(剂量当量指数率)之比 屏蔽中子的材料 屏蔽材料需要拥有一定数量的质量中等以上的材料，使得快中子快速降低能量，并需要有适量数量的轻元素，从而使得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，可以在屏蔽层材料中掺杂一定的10B 或 6Li；常用的中子屏

14、蔽材料有：水、混凝土、石蜡、聚乙烯、泥土、锂和硼，这些材料一般要配合使用才能达到好的屏蔽效果 选择原则是：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；内辐射剂量学 放射性物质进入体内的途径 经口，消化道的摄入 经呼吸道的吸入 经皮肤，伤口的进入 沉积：放射性物质进入并居留于器官或组织之内称作沉积（deposition）转移：放射性物质在体内的移动称作转移（transfer）廓清：放射性核素从某一器官或组织内移出的过程称作廓清（clearance），生物廓清和放射性衰变作用将使沉积在器官或组织内的放射性活度逐渐减少。滞留（retention）：描述放射性核素在

15、器官、组织或全身内的居留状况，亦即器官、组织或者全身放射核素活度的动态变化过程。在摄入、沉积或吸收后的给定时刻，器官、组织或全身的物质的量称为器官、组织或者全身的滞留量（retained quantity）。物质随尿、粪、汗和呼出气体而从体内移出的过程称作排出（elimination）。直接排出：放射性物质进入体内后没有进入体液循环而直接排出体外的；相关排出：凡是曾经被吸收到细胞间液而后被排出的。随尿和汗排出的都属于相关排出。随粪排出的包括两种成分：相关排出的和未经吸收而直接排出的。源组织（器官）：含有大量放射性核素的组织或官；靶组织（器官）：吸收辐射能量的组织或器官。有效半衰期：滞留在人体内

16、的某放射性核素，由于生物代谢和放射性衰变减少一半所经历的时间。生物半排期：是指放射性核素进入人体后通过新陈代谢排出一半数量所需要的时间，用 Tb 来表示。物理半排期：放射性核素同时还在不断衰变衰变为原来数量的一半所需的时间，用Tr 表示；人体呼吸道的形态学模型：NP 区（鼻咽区或胸外区，nose-pharynx region）、TB 区(气管、支气管区，0-16 代，trachea-bronchial region)、P 区（肺区，17-23 代，pulmonary region）、L 区（肺淋巴区，lymph tissue）放射性气溶胶：空气中的固态放射性核素一般沉积在空气中悬浮的固体或液体

17、微粒上，或者本身就是一些悬浮的小颗粒。这些悬浮微粒统称作放射性气溶胶（radioactive aerosol）。比有效能量 SEE(TS)Yi 是放射性核素 j 核转变时发射第 i 种辐射粒子的产额；Ei 是第 i 种辐射粒子的能量；AF(TS)i 是源器官 S 中发射的第 i 种辐射粒子能量被靶组织 T 吸收的分数；MT 是靶组织的质量;WR 是第 i 种粒子的辐射权重因子；对非贯穿辐射 当源组织与靶组织是同一组织时，AF(TS)i=1 当源组织与靶组织不是同一组织时，AF(TS)i=0 对贯穿辐射 见 ICRP（1975）报告附件的推荐值。放射性核素年摄入量限值ALI ALI（annual

18、 limit of intake），是指一年内摄入的放射性物质的最高上限量，其目标是其产生的待积有效剂量等于ICRP 规定的年有效剂量限值。剂量限值规定：有效剂量 HE 连续五年内每年不能超过 20mSv，其中一年最高不能超过 50mSv；皮肤的剂量当量 HT 每年不能超过 500mSv。空气导出浓度 DAC 用 V 去除放射性核素吸入时的年摄入量限值 ALI，就得到放射性核素的浓度限值（导出限值），称作导出空气浓度 DAC(derived air concentvation)：DAC=ALI/V 按照放射性核素的导出空气浓度和相应的比活度，放射性核素分为极毒、高毒、中毒和低毒四个组。开放型放

19、射性工作单位的分类 等效年用量：各种放射性核素年用量分别乘以核素的毒性组别系数其积之和。毒性组别系数：极毒组：10；高度组：1；中毒组：0.1;低毒组：0.01 开放型放射性工作场所的分级 最大等效日操作量：每种核素的最大日操作量分别乘以毒性组别系数之和 实例：某开放型放射工作场所一般湿性操作 125I 和 90Sr，最大日操作量分别为 7.4108Bq 和 3.7107Bq，其属哪级工作场所？最大等效日操作量：=7.4108Bq 0.1 1 3.7107Bq 1 1 =1.11107Bq 应属于 丙级工作场所 开放型放射工作单位的卫生防护要求 1一、二类放射工作单位不得设于市区，三类放射工作

20、单位及属于二类的医疗单位可设于市区。2一类放射工作单位的工作场所应设在单独的建筑物内。二、三类单位的工作场所可设在一般建筑物内，但应集中在同一层或一端，与非放射工作场所隔开。3放射工作单位按其所属类别，在其周围划出防护监测区（一类150m，二类 30150m，三类30m）并定期监测。4甲级工作场所按三区原则布置，甲、乙级工作场所应设卫生通过间。根据操作性质和特点，要有良好的排风换气设备；各类表面应采用易去污材料覆盖；操作伴有粉尘、挥发气体、气溶胶的放射性核素时，应有通风柜、密闭工作箱或手套箱等设备。个人卫生防护 1使用个人防护器材：根据开放型放射性工作场所不同等级的要求，穿戴工作服、工作帽、防

21、护口罩、手套等。2注意个人卫生：离开工作场所，应进行污染检查并认真洗手；在甲、乙级工作场所操作的人员，工作完毕应进行淋浴。在放射工作场所内严禁进食、饮水、吸烟或存放食物等。3药物预防：在操作放射性核素，或进行设备检修，或处理事故之前，应用某些药物可减少放射性核素在体内的沉积量。4严格遵守安全操作规程：从事放射性核素工作之前，必须进行专业培训，熟悉所从事的放射工作的性质、安全操作规程和安全防护知识。必须熟练掌握操作技术，工作认真负责，一丝不苟，杜绝事故的发生。放射性废液的处理 稀释排放：放置衰变：浓缩贮存：固化贮存：放射性固体废物的处理：主要有放置衰变和压缩贮存等方法。放射性废气的处理：主要有稀

22、释排放和净化排放等方法。天空反散射问题：对于强贯穿辐射(X、n),当穿过屋顶后，由于大气层对辐射的散射作用，会造成建筑物周围出现较强的辐射场。因此在建设上述辐射源装置时，屋顶应该有足够的厚度，使穿出的射线被大气层散射后造成的剂量当量指数率控制在限值以下。反散射：射向物体表面的辐射，与物质相互作用后，又被反射穿回表面的现象。迷道：利用辐射多次散射以减弱辐射水平的一种进出通道，一般截面为矩形。在保证防护效果的条件下，应该尽量缩短迷道的长度、宽度和高度。并把拐角处修建为凹形面从而减少散射。最简单的方法是设置迷道使辐射在达到出口处时经过三次以上散射。腔室：为了确定射线在介质内的剂量学量(一般是吸收剂量

23、)值，需要在介质中置入敏感元件(探测器)，因其密度可能与介质的相差较大，材料成分可能有所不同。以上情况会在介质内构成一个不连续的区域腔室。空腔：若腔室填充材料为气体，则构成一个空腔。腔室理论：研究由腔室测得的信息，来确定介质中的 D、K 和 X 等剂量学量值的理论。电离法：利用电离电荷测量剂量的方法。法诺定理：受注量均匀的初级辐射(为 X、射线或中子)照射的给定组成的介质中的次级辐射注量也是均匀的，且与介质的密度以及介质密度从一点到另一点的变化无关。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

24、气体 是指用工作人员佩带的个人剂量计所进行的测量及对测量结果的解释和分析 外照射剂量监测：目的是对主要的受照器官或组织所接受的平均剂量或全身剂量（有效剂量）作出估算，进而控制工作人员所受的剂量，并证实他们接受的剂量是符合有关的国家标准 。监测时应侧重以下几点：a、位置选择：选择具有代表性的工作位置（剂量较大，操作时间较长，距离较近）进行监测。b、选用合适的个人剂量计：要针对射线的种类、能量大小、辐射场的强度选用灵敏度高、体积小、便于携带的一种或两种以上剂量计。如个人剂量笔、荧光玻璃剂量计、热释光剂量笔，数字式个人报警器等 c、佩带部位合适：剂量计应佩带在身体具有代表性的部位（头、手、肠、性腺部

25、位等）或需要观察监测的特定部位。根据外照射推算出这些器官所受的剂量当量 环境辐射监测 1.环境辐射监测的分类：一类是针对较大区域内的环境质量监测，另一类是针对源项周围的外围环境监测。2.辐射环境质量监测：3.辐射环境质量评价：关键途径：排放到环境介质中的放射性核素最终进入人体的各种途径中，有1 个或 2 个照射途径比其他途径更重要，这样的照射途径称为“关键途径”。关键核素：对人体的照射而言，各种放射性核素中对人体危害最大的某一种核素称为关键核素。关键居民组：排放到环境中的放射性核素对每一居民造成的危害，由于个人的嗜好、饮食习惯、居住条件、年龄、性别等的不同而不同，其中受到的照射的在一定程度上是

26、均匀的且高于受照群体中其它成员的人群组称为关键居民组 环境剂量估算的基本方法有浓集因子法和系统分析法。轫致辐射：对于轻质量的高速带电粒子组成的射线如通过原子核附近时，受到原子核的库伦场的作用而急剧减速，一部分能量以光子的形式辐射出来。光电效应：光子与物质中的束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去（光电子），而光电子本身消失的过程。康普顿效应：康普顿效应是光子与核外电子的非弹性碰撞过程，在作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。电子对效应：当入射射线能量高于1.022Mev时，当它从原子核旁

27、经过时，在核力的作用下，入射光子转化为一个电子和一个负电子的过程。电离过程中释放的带电粒子能量不一，如果能量超过某定值(一般为 100eV)，那么带电粒子可以明显偏离初始运动方向且穿越一段路程，进一步引起其它原子激发/电离，此类电子称为 粒子；注意：电离过程中带电粒子损失的能量并非直接沉积在当地，而是有很大一部分被 粒子散播到其它位置 能量限值 定义：判断 粒子能量高低的一个能量阈值，若 E ，则认为该电子能量就地沉积；E ，则认为该电子能量为独立粒子；由此可见，电离过程在某空间点损失的能量不可能全部就地沉积！传能线密度：指定物质内，特定能量的带电粒子穿行单位长度路程时，在电离、激发过程中，扣

28、除能量大于 的所有 粒子的动能后，被该部位物质所吸收的能量总和，即单位路径长度内就地沉积的能量大小。不带电粒子与物质的相互作用分二个阶段：第一阶段：不带电粒子通过与物质的相互作用，把能量转移给次级带电粒子；第二阶段：次级带电粒子通过电离、激发等方式把转移来的能量大部分留在介质中；引入转移能和比释动能，描述第一阶段的过程 吸收剂量描述第二过程。转移能：在指定体积V内由不带电粒子释放出来的所有带电的电离粒子(具备电离能力)初始动能之和，单位 J；例子计算过程：比释动能与注量的关系：1 单向，单能，不带电粒子辐射场 2 任意方向，单能，不带电粒子辐射场 定律：粒子注量等于单位体积内的径迹总长度。碰撞

29、比释动能表征了次级带电粒子的能量就地沉积的部分；而辐射比释动能则表征了次级带电粒子的能量由韧致辐射和高能粒子带走的部分 1R=2.5810-4 Ckg-1，1Ckg-1=3.877103R 伦琴定义：在 0，760 毫米汞柱气压下的 1 立方厘米空气中造成 1 静电单位（3.336410-10 库仑）正负离子的辐射强度为 1 伦琴单位。沉积能：在具体描述过程中，称基本过程中沉积的能量，就是单次相互作用中沉积的能量，即为沉积能。授予能：定义：指该能量沉积事件所涉及到的单个或单类相关电离粒子在指定体积 V 内发生的所有的相互作用中沉积能之和。Ein 是进入该体积元的辐射能，即进入该体积元的所有带电

30、的和不带电的电离粒子能量（不包括静止质量能，这里的能量就是指动能）的总合。Eout 是从该体积元逸出的辐射能，即离开该体积元的所有带电的和不带电的电离粒子能量（不包括静止质量能，这里的能量就是指动能）的总合。例 1、一个动能 E=10MeV 的正电子进入体积 V，通过碰撞损失掉 5MeV 的能量后与体积内的一个静止负电子发生湮没，产生能量相等的两个光子，其中的一个逸出体积 V，另一个在 V 内产生动能相等的正负电子对。正负电子在 V 内通过碰撞各自消耗掉其一半动能后负电子逸出 V，正电子与一个静止负电子发生飞行中湮没，湮没光子从 V 逸出。求对 V 的授与能。(为了便于计算假定静止的正负电子对

31、湮没产生 1MeV 的光子，反之亦然)解:Rin=10MeV，Rout=(Rout1)u+(Rout2)c+(Rout3)u，(Rout1)u=(10-5+1)/2=3MeV，(Rout2)c=(3-1)/2/2=0.5MeV，(Rout3)u=0.5+1=1.5MeV Q=2mc2-2mc2+2mc2=1MeV，=Rin-Rout+Q=10-3-0.5-1.5+1=6MeV 辐射平衡：如果进入和离开某一无限小体积元的电离辐射、带电粒子或粒子的辐射能彼此相等，那么称该空间点处辐射场的这种特殊状况为存在着不同程度的辐射平衡；放射源定义：是指除研究堆和动力堆核燃料循环范畴的材料以外，永久密封在容器中或者有严密包层并呈固态的放射性材料。