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輻射劑量與防護(hù)(final)2、輻射場的描述粒子注量定義:單向輻射場:粒子注量,數(shù)值上等于通過與粒子入射方向垂直的單位面積的粒子數(shù)。θda┴da按能譜分布:能量注量:能量注量與粒子注量的關(guān)系3、相互作用系數(shù)A、帶電粒子(e、、重帶電粒子)總阻止本領(lǐng):
總線阻止本領(lǐng)帶電粒子通過物質(zhì)時在單位路程上損失的能量。-dE是dl距離上損失能量的數(shù)學(xué)期望值。總線阻止本領(lǐng)與帶電粒子的性質(zhì)(電荷、質(zhì)量、能量)和物質(zhì)的性質(zhì)(原子序數(shù)、密度)有關(guān)。去除物質(zhì)密度的影響可得到總質(zhì)量阻止本領(lǐng)公式:總質(zhì)量阻止本領(lǐng)描述帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位路程時,因各種相互作用而損失的能量。它可分解為各種相互作用阻止本領(lǐng)之和。質(zhì)量輻射阻止本領(lǐng)(由非彈性輻射相互作用導(dǎo)致的初級帶電粒子的能量損失決定)質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)(包括電離和激發(fā)對能量損失的貢獻(xiàn))X、射線與物質(zhì)作用類型:光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對生成5MeVr=1mm柵元0.2×1mm25MeVnr=1mm柵元0.2×1mm2筆形束輻射在水模中的縱向能量沉積中子與物質(zhì)相互作用類型:
彈性散射(Elastic-scattering):總動能守恒。非彈性散射(In-elasticscattering):總能量、動量守恒,動能不守恒。去彈性散射(Non-elasticscattering):(n.p)(n.)等。俘獲(Capture):(n.γ)。散射(Spallation)以上均屬與原子核的相互作用。B、不帶電粒子(X、、中子)質(zhì)量減弱系數(shù)(/):描述物質(zhì)中入射不帶電粒子數(shù)目的減小,不涉及具體物理過程。質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)(tr/):描述不帶電粒子穿過物質(zhì)時,其能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子數(shù)值。只涉及帶電粒子獲得的能量,而不涉及這些能量是否被物質(zhì)吸收。質(zhì)量能量吸收系數(shù)(en/):描述不帶電粒子穿過物質(zhì)時,不帶電粒子被物質(zhì)吸收的能量。當(dāng)次級帶電粒子動能較小、物質(zhì)原子序數(shù)較低時,軔致輻射弱,g值接近于零,此時en/值近似tr/值。數(shù)值上:質(zhì)量減弱系數(shù)(/)>質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)(tr/)>質(zhì)量能量吸收系數(shù)(en/)4、輻射劑量學(xué)中使用的量A吸收劑量(D) 同授與能()相聯(lián)系,單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收的平均輻射能量。單位Gy。適用于任何類型的輻射和受照物質(zhì),與一個無限小體積相聯(lián)系的輻射量。受照物質(zhì)中每一點(diǎn)都有特定的吸收劑量數(shù)值。B、比釋動能(K)同轉(zhuǎn)移能(tr)相聯(lián)系,不帶電粒子在質(zhì)量dm的物質(zhì)中釋放出的全部帶電粒子的初始動能總和的平均值。單位Gy。針對不帶電粒子,對受照物質(zhì)整體,而不對受照物質(zhì)的某點(diǎn)而言。實(shí)用時可先查比釋動能因子表(國際上給出比釋動能因子的推薦值),進(jìn)而求得比釋動能。
C帶電粒子平衡
不帶電粒子在某一體積元的物質(zhì)中,轉(zhuǎn)移給帶電粒子的平均能量,等于該體積元物質(zhì)所吸收的平均能量。發(fā)生在物質(zhì)層的厚度大于次級帶電粒子在其中的最大射程深度處。5MeVr=1mm柵元0.2×1mm2吸收劑量與比釋動能的關(guān)系帶電粒子平衡下
D=K(1-g)
g是次級電子在慢化過程中,能量損失于軔致輻射的能量份額。對低能X或射線,可忽略軔致輻射能量損失,此時
D=KC、照射量(X)
X或射線在單位質(zhì)量的空氣中,釋放出來的全部電子完全被空氣阻止時,在空氣中產(chǎn)生一種符號的離子的總電荷的絕對值。單位C/kg。針對X或射線、空氣??諝庵懈鼽c(diǎn)的照射量不同??諝庵心滁c(diǎn)的照射量X與同一點(diǎn)處的能量注量的關(guān)系:若粒子為單能的,則照射量與粒子注量有如下關(guān)系:本章概念一、名詞解釋
電離輻射粒子注量粒子注量率比釋動能吸收劑量二、簡答題什么叫帶電粒子平衡?三、簡述題比釋動能、吸收劑量和照射量間的區(qū)別與聯(lián)系四、計(jì)算題1.4、在γ輻射場中,某點(diǎn)處放置一個圓柱形電離室,其直徑為0.03m長為0.1m。在γ射線照射下產(chǎn)生10-6C的電離電荷。試求在該考察點(diǎn)處的照射量和同一點(diǎn)處空氣的吸收劑量各為多少?第二章回顧1、照射量的標(biāo)準(zhǔn)測量方法A自由空氣電離室 適用于測量50keV~3MeV的X或射線,基本原理根據(jù)照射量定義。比釋動能L1和L2距離大于次級電子在空氣中的射程,保證電子平衡條件。B空腔電離室
測量較高能量的X或射線的照射量,特點(diǎn)增加電離室的壁厚。測量依據(jù)布拉格—戈瑞原理。條件:介質(zhì)內(nèi)存在的空腔足夠小以致i腔內(nèi)的氣體電離幾乎全部是介質(zhì)中的次級電子引起的;ii空腔的存在不會改變介質(zhì)中初始光子和次級光子的能譜和角分布;iii空腔周圍介質(zhì)厚度大于次級電子在其中的最大射程。空腔位置處存在著電子平衡Sm,g物質(zhì)與腔內(nèi)氣體的平均質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)比2、中子當(dāng)量劑量的測量中子當(dāng)量——不同中子能量范圍的中子吸收劑量乘以相應(yīng)的輻射權(quán)重因子,最后相加,即得中子當(dāng)量劑量。實(shí)際測量中,測量不同中子能量范圍的中子吸收劑量是困難的。這時在一定能量范圍內(nèi),調(diào)整儀器的響應(yīng),使儀器的探測效率正比于。這樣,輻射場中探測器測到的中子數(shù)Nn,即正比于中子的當(dāng)量劑量指數(shù)HI,no。本章試題舉例1、B-G腔需滿足哪些條件?2、什么樣的劑量計(jì)不需刻度?第三章回顧第一節(jié)輻射對人體健康的影響一、影響輻射生物學(xué)作用的因素1、物理因素——與輻射有關(guān)的因素輻射類型劑量率及分次照射照射部位和面積照射的幾何條件2、生物因素——與機(jī)體有關(guān)不同生物種系的輻射敏感性個體不同發(fā)育階段的輻射敏感性不同細(xì)胞組織或器官的輻射敏感性輻射防護(hù)即從影響輻射損傷的因素入手來進(jìn)行防護(hù),如對不同的輻射類型采取不同的防護(hù)方法、限制劑量和分次照射以使輻射損傷所發(fā)生的可能性最小。二、劑量與效應(yīng)的關(guān)系隨機(jī)性效應(yīng)(Stochasticeffect)隨機(jī)性效應(yīng)特征“線性無閾”。“無閾”指任何微小的劑量都可能誘發(fā)隨機(jī)性效應(yīng)?!熬€性”指隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生幾率與所受劑量成線性關(guān)系,但其后果的嚴(yán)重程度不一定與所受劑量有關(guān)系。劑量有害效應(yīng)的發(fā)生率確定性效應(yīng)有閾值。超過閾值,效應(yīng)肯定會發(fā)生,且其嚴(yán)重程度與所受劑量大小有關(guān),劑量越大,效應(yīng)越明顯。
ICRP在其建議書草案(征求意見稿,2006)中將確定性效應(yīng)也稱為組織反應(yīng)。劑量有害效應(yīng)的嚴(yán)重程度閾值第二節(jié)輻射防護(hù)中使用的量一、與個體相關(guān)的輻射量1、當(dāng)量劑量(H):與輻射生物效應(yīng)相聯(lián)系,用同一尺度描述不同類型和能量的輻射對人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生幾率的大小。WR輻射權(quán)重因子——與輻射種類和能量有關(guān);DT,R按組織或器官T平均計(jì)算的來自輻射R的吸收劑量;HT單位Sv。WR值大致與輻射品質(zhì)因子Q值一致。所謂輻射品質(zhì),是指電離輻射授予物質(zhì)能量在微觀空間分布上的特征,傳能線密度LΔ是描述加射品質(zhì)的方法之一。2、有效劑量(E):與人體各器官對輻射的敏感度相聯(lián)系。描述輻射照射人體,給受到照射的有關(guān)器官和組織帶來的總的危險。在非均勻照射下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時所對應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。有效劑量單位Sv。WT——組織權(quán)重因子,在全身均勻受照射下各器官對總危害的相對貢獻(xiàn)。組織權(quán)重因子(WT)——器官或組織受照射所產(chǎn)生的危害與全身均勻受照射時所產(chǎn)生的總危害的比值。即反映了在全身均勻受照射下各器官對總危害的相對貢獻(xiàn)。組織權(quán)重因子有效劑量表示為表示了非均勻照射條件下隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生率與均勻照射下發(fā)生率相同時所對應(yīng)的全身均勻照射的當(dāng)量劑量。評價危險時,當(dāng)量劑量、有效劑量,只能在遠(yuǎn)低于確定性效應(yīng)閾值的吸收劑量下提供隨機(jī)性效應(yīng)概率的依據(jù)。3、待積當(dāng)量劑量H50,T、待積有效劑量H50,E描述內(nèi)照射情況下,放射性核素進(jìn)入人體內(nèi)對某一器官或個人在一段時間內(nèi)(50y)產(chǎn)生的危害。也可用來估計(jì)攝入放射性核素后將發(fā)生隨機(jī)性概效應(yīng)的平均幾率。第三節(jié)人體受到照射的輻射來源及其水平1、天然本底照射宇宙射線來自宇宙空間的高能粒子流,包括質(zhì)子、粒子、其它重粒子、中子、電子、光子、介子等;宇生核素宇宙射線與大氣中的原子核相互作用產(chǎn)生,如3H、14C、7Be等;原生核素存在于地殼中天然放射性核素,以238U、232Th、235U為起始的三個天然放射系,及獨(dú)立的長壽命放射性核素如40K等。2、人工輻射醫(yī)療照射X射線檢查核動力生產(chǎn)核燃料循環(huán)核爆炸第四節(jié)輻射防護(hù)的基本原則輻射防護(hù)的目的
防止有害的確定性效應(yīng),并限制隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率,使它們達(dá)到被認(rèn)為可以接受的不平。輻射實(shí)踐正當(dāng)化
涉及照射的實(shí)踐,除非對受照個人或社會能夠帶來足以補(bǔ)償其所產(chǎn)生的輻射危害的利益,否則不得采用。防護(hù)與安全的最優(yōu)化
對一項(xiàng)實(shí)踐中的任一特定輻射源,個人劑量的大小、受照人數(shù)以及照射發(fā)生的可能性,在考慮了經(jīng)濟(jì)和社會因素之后,應(yīng)當(dāng)全部保持在合理可行的最低程度(ALARAAsLowAsReasonablyAchievable)。為了保證公平性,應(yīng)當(dāng)在這個過程中考慮個人劑量約束或個人危險約束。最優(yōu)化的定量分析技術(shù)
-代價利益分析CostBenefitAnalysis劑量限制
個人劑量限值
個人受到所有有關(guān)實(shí)踐聯(lián)合產(chǎn)生的照射,應(yīng)當(dāng)遵守劑量限值。
劑量約束值一種與源相關(guān)的個人劑量值,公眾成員從任何受控源的計(jì)劃運(yùn)行中接受的年劑量上界。干預(yù)的防護(hù)體系——ICRP60干預(yù):任何旨在減小或避免不屬于受控實(shí)踐的或因事故而失控的源所致照射或照射可能性的行動.本章試題舉例1、確定性效應(yīng)、隨機(jī)性效應(yīng)2、當(dāng)量劑量、有效劑量3、待積當(dāng)量劑量4、輻射防護(hù)三原則第四章回顧第一節(jié)外照射防護(hù)的一般方法1.1、外照射防護(hù)的基本原則
盡量減少或避免射線從外部對人體的照射,使之所受照射不超過國家規(guī)定的劑量限值。內(nèi)、外照射的特點(diǎn)照射方式輻射源類型危害方式常見致電離粒子照射特點(diǎn)內(nèi)照射外照射多見開放源多見封閉源電離、化學(xué)毒性電離、高能、電子、、X、n持續(xù)間斷1.2、外照射防護(hù)的基本方法1、減少接觸放射源的時間2、增大與放射源的距離3、設(shè)置屏蔽1.3、屏蔽材料的選擇一般選低Z材料紙、鋁箔、有機(jī)玻璃低Z+高Z材料鋁、有機(jī)玻璃、混凝土、鉛X、高Z材料、通用建筑材料鉛、鐵、鎢,鈾N高Z材料、含氫低Z材料、含硼材料水、石蠟、碳化硼鋁、含硼聚乙烯第二節(jié)射線的劑量計(jì)算2.1點(diǎn)源的照射量率計(jì)算點(diǎn)源:輻射場中某點(diǎn)與輻射源的距離,比輻射源本身的幾何尺寸大5倍以上,即可把輻射源看成是點(diǎn)狀的,稱其為點(diǎn)狀源,簡稱點(diǎn)源。非點(diǎn)源:輻射場中某點(diǎn)與輻射源的距離,比輻射源本身的幾何尺寸小于5倍,且輻射源有一定的大小和形狀,因而該輻射源不能視為簡單的點(diǎn)源。第三節(jié)X、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律3.1窄束X或射線的減弱規(guī)律窄束—入射光子發(fā)生一次相互作用,就認(rèn)為該光子消失宏觀衰減量—質(zhì)量能量減弱系數(shù)、質(zhì)量厚度物質(zhì)對光子數(shù)目衰減第四節(jié)射線的屏蔽計(jì)算點(diǎn)源屏蔽計(jì)算點(diǎn)源,初級輻射γ占主導(dǎo)時:透射比:減弱倍數(shù)求得K后,可查P199起附表6~13一定γ能量和屏蔽物下減弱K倍的對屏蔽物厚度例7、強(qiáng)輻射場所用的輻射源,通常都是在水井中進(jìn)行倒源工作。強(qiáng)輻射源的運(yùn)輸容器高度為1m,從容器中提出源時,源可高出容器口不超過0.5m?,F(xiàn)倒裝60Co輻射源的活度為1.85×1015Bq,問需要多深的水井,才能使水井表面的當(dāng)量劑量率低于3Svh-1。曲線A根據(jù)P109頁附表6各向同性點(diǎn)源射線減弱K倍所需的水屏蔽層厚度作出,曲線B根據(jù)作出。A、B兩曲線交點(diǎn)相應(yīng)的水深約為33m,再加上操作源所需的厚度1.5m,因而水井總需深度為34.5m。第五節(jié)β射線外照射防護(hù)β射線特點(diǎn):能譜連續(xù),在物質(zhì)中的減弱近似指數(shù)規(guī)律散射顯著;軔致輻射;β點(diǎn)源的劑量分布與距離平方成反比,但有很多修正項(xiàng)。β點(diǎn)源對空氣吸收劑量率近似:β射線的射程例10、設(shè)計(jì)為存放活度為3.7×1012Bq的32P點(diǎn)狀源的溶器。選定用有機(jī)玻璃作內(nèi)層屏蔽層,鉛作外屏蔽層。計(jì)算所需的有機(jī)玻璃和鉛各為多厚?假設(shè)離輻射源1m的當(dāng)量劑量率控制水平為7.5Svh-1。若內(nèi)外層材料顛倒過來,則又將怎么樣?由P105頁表4.9某些放射性核素β射線的最大能量和平均能量可知,32P的β射線最大電子能量為1.711(100%)由P109頁表4.10查得有機(jī)玻璃的密度為1.18gcm-3,由此得有機(jī)玻璃厚度
由P184頁附表1可查得,與軔致輻射光子平均能量Eb為0.695MeV相應(yīng)的空氣質(zhì)量能量吸收系數(shù)為2.918×10-3m2kg-1。用(4.66)式可算得空氣中的吸收劑量率為:β射線的輻射權(quán)重因子為1,故相應(yīng)的減弱倍數(shù)為:查P202頁附表,可得鉛的屏蔽厚度為5.86cm。
第六節(jié)中子外照射的防護(hù)1中子源特點(diǎn)總結(jié):放射性中子源優(yōu)點(diǎn):各向同性、源的總體尺寸小(可視為點(diǎn)源)缺點(diǎn):中子產(chǎn)額低(400中子/(106sBq)),中子場常伴隨有輻射加速器中子源優(yōu)點(diǎn):產(chǎn)額高(109~1010中子/(sA)),
(p,n)源伴隨輻射少缺點(diǎn):中子產(chǎn)額角分布嚴(yán)重,各角度中子分布不均中子源體積較大2當(dāng)量劑量計(jì)算單能中子場具有能量分布的中子場與中子譜n,E相應(yīng)的中子平均當(dāng)量劑量換算因子(4.73)(4.74)(4.75)3、中子在屏蔽層中的減弱中子在物質(zhì)中衰減規(guī)律總結(jié):非弱性散射:有閾值,中子能量在25MeV以下,非彈性散射截面隨中子能量增大而增加。彈性散射:與中子相碰撞的原子核越輕,中子轉(zhuǎn)移給反沖核能量越多。氫是1MeV左右的中子最好的慢化劑。要使快中子(0.5~10MeV)慢化,首先應(yīng)使用重或較重的物質(zhì),通過非彈性散射使中子能量很快降低到與原子核的第一激發(fā)能級相應(yīng)的能量以下;以后再利用含氫物質(zhì),能過彈性散射使中子能量進(jìn)一步降低到熱能區(qū)。硼的熱中子慢化截面大,且其伴隨的輻射能量低,因而適宜做熱中子慢化劑。反應(yīng)堆中常用其吸收熱中子,調(diào)節(jié)臨界系數(shù)。計(jì)算寬束流中子減弱的分出截面法
經(jīng)歷散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽的中子束中“分出”了,使穿過屏蔽層的都是哪些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。滿足下列條件可用分出截面法:A、屏蔽層足夠厚,使得在屏蔽層后面的當(dāng)量劑量主要是由中子束中一組貫穿能力最強(qiáng)的中子的貢獻(xiàn)所致;B、屏蔽層內(nèi)須含有鐵、鉛之類的中等重或重的材料,以使入射中子能量能通過非彈性散射很快降低到1MeV左右;C、屏蔽層內(nèi)要含有足夠的氫,以保證在很短的距離內(nèi),使中子能量從1MeV左右很快降到熱能區(qū),并使其能在屏蔽層內(nèi)被吸收。為使參考點(diǎn)上中子注量率降低到L(m-2s-1),所需屏蔽厚度d,可由下式計(jì)算:14、已知226Ra-Be中子源的活度為3.7×1012Bq(中子產(chǎn)額見表4.12)。求離源2m處的中子與當(dāng)量劑量率。
中子當(dāng)量劑量率:從P112頁表4.12查得226Ra-Be中子源的中子產(chǎn)額為405×10-6s-1Bq-1
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