哈爾濱工程大學《輻射防護概論》課后題及其答案

思考題與習題〔第一章p21〕1．為什么定義粒子注量時，要用一個小球體?答：粒子注量表示的是非單向平行輻射場的情況。之所以采用小球體，是為了保證從各個方向入射的粒子有相同的截面積，從而保證到達“是進入單位截面積小球的粒子數(shù)〞的目的。2．質(zhì)量減弱系數(shù)、質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和質(zhì)量能量吸收系數(shù)三者之間有什么聯(lián)系和區(qū)別?答：區(qū)別：質(zhì)量減弱系數(shù)：不帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位質(zhì)量厚度后，因相互作用，粒子數(shù)減少的份額。質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)：不帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位質(zhì)量厚度后，因相互作用，其能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子的份額。質(zhì)量能量吸收系數(shù)：不帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位質(zhì)量厚度后，其能量被物質(zhì)吸收的份額。聯(lián)系：由知，質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)是質(zhì)量減弱系數(shù)的一局部；由知，某物質(zhì)對不帶電粒子的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，是質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和的乘積。3．吸收劑量、比釋動能和照射量三者之間有什么聯(lián)系和區(qū)別?答：區(qū)別：D、K和X的區(qū)別輻射量吸收劑量D比釋動能K照射量X適用范圍適用于任何帶電粒子及不帶電粒子和任何物質(zhì)適用于不帶電粒子如X、光子、中子等和任何物質(zhì)僅適用于X或射線，并僅限于空氣介質(zhì)劑量學含義表征輻射在所關(guān)心的體積V內(nèi)沉積的能量，這些能量可來自V內(nèi)或V外表征不帶電粒子在所關(guān)心的體積V內(nèi)交給帶電粒子的能量，不必注意這些能量在何處，以何種方式損失的表征X或射線在所關(guān)心的空氣體積V內(nèi)交給次級電子用于電離、激發(fā)的那局部能量聯(lián)系：4．在輻射場中，某點處放置一個圓柱形電離室，其直徑為0.03m，長為0.1m。在射線照射下產(chǎn)生10-6C的電離電荷。試求在該考察點處的照射量和同一點處空氣的吸收劑量各為多少？解：答：該考察點處的照射量為，該點處空氣的吸收劑量為。5．通過測量，空氣中某點處照射量為6.45×10-3C·kg-1，求該點處空氣的吸收劑量。解：答：該點處空氣的吸收劑量為。6．在60Co射線照射下，測得水體模內(nèi)某點的照射量為5.18×10-2C·kg-1，試計算同一點處水的吸收劑量?！?0Co射線能量1.25MeV〕解：取射線能量為1.25MeV，查表1.3得fm=37.64J·C-1，于是，答：同一點處水的吸收劑量為。7．用一個小型探頭的照射量儀器，在實質(zhì)骨的一個小腔內(nèi)測得照射量為7.74×10-3C·kg-1。設(shè)輻射源的光子平均能量為80KeV，試計算在此照射條件下實質(zhì)骨的吸收劑量。解：查表1.3得fm=75.19J·C-1，所以8．設(shè)在3min內(nèi)測得能量為14.5MeV的中子注量為1.5×10-11m-2。求在這一點處的能量注量、能量注量率和空氣的比釋動能各為多少？解：答：這一點處的能量注量為、能量注量率為和空氣的比釋動能為。思考題與習題〔第二章p46〕1．試述影響輻射損傷的因素及其與輻射防護的關(guān)系。答：有物理因素和生物因素兩大方面。物理因素主要是指：輻射類型、輻射能量、吸收劑量、劑量率以及照射方式等。生物因素主要是指生物體對輻射的敏感性。這兩大因素與輻射防護的關(guān)系是：了解各因素下產(chǎn)生的生物效應(yīng)，可以更有針對性地進行輻射防護。2．各舉一例說明什么是輻射對肌體組織的隨機性效應(yīng)和確定性效應(yīng)？說明隨機性效應(yīng)和確定性效應(yīng)的特征。輻射防護的主要目的是什么？答：〔例子略〕隨機性效應(yīng)的特征：效應(yīng)的發(fā)生幾率與劑量大小有關(guān)。確定性效應(yīng)的特征：有閾值，受到劑量大于閾值，效應(yīng)就會100％發(fā)生。輻射防護的主要目的：防止有害確實定性效應(yīng)，并限制隨機性效應(yīng)的發(fā)生率，使之到達認為可以被接受的水平。何謂輻射權(quán)重因子和組織權(quán)重因子?答：輻射權(quán)重因子是與輻射品質(zhì)相對應(yīng)的加權(quán)因子，根據(jù)射到身體上〔或當源在體內(nèi)時由源發(fā)射〕的輻射的種類與能量來選定的，其值大致與輻射的品質(zhì)因子Q值相一致，無量綱。組織權(quán)重因子是器官或組織T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，也即，它反映了在全身均勻受照下各器官或組織對總危害的相對奉獻，無量綱。4．有效劑量、待積當量劑量、集體有效劑量這些概念的引入是為了什么目的？答：為了計算受到照射的有關(guān)器官或組織帶來的總的危險，相對隨機性效應(yīng)而言，引進了有效劑量。在內(nèi)照射情況下，為了定量計算放射性核素進入體內(nèi)所造成的危害，引進了待積當量劑量。為了量度某一人群所受到的輻射照射，引進了集體有效劑量。5．輻射防護體系〔劑量限制體系〕主要內(nèi)容是什么?答：三項根本原那么：輻射實踐正當化、輻射防護最優(yōu)化、限制個人劑量當量。6．輻射防護標準中的限值有哪幾類？并簡述它們的根本概念。答：根本限值：是輻射防護標準中的根本標準，它包括有效劑量限值和次級限值兩種。導出限值：可以根據(jù)根本限值，通過一定的模式導出一個供輻射防護監(jiān)測結(jié)果比擬用的限值。管理限值：由主管當局或單位主管部門制定的限值。7．判斷如下幾種說法是否全面，并加以解釋：①“輻射對人體有危害，所以不應(yīng)該進行任何與輻射有關(guān)的工作〞。②“在從事放射性工作時，應(yīng)該使劑量愈低愈好〞。③“我們要采取適當措施，吧劑量水平降低到使工作人員所受劑量當量低于限值，就能保證絕對平安〞。答：①不全面。我們應(yīng)在合理、科學的輻射防護指導下平安地進行工作。②不全面。隨機性效應(yīng)仍有發(fā)生的可能。違反最優(yōu)化原那么。③不全面。這樣能很好地防止確定性效應(yīng)的發(fā)生，卻防止不了隨機性效應(yīng)的發(fā)生。8．某實驗室內(nèi)使用241Am—Be中子源(En＝5.0MeV)進行實驗，室內(nèi)空間某點的中子注量率為107m-2·s-1，當工作人員每月工作16.0h，試問二個月內(nèi)在該點處工作人員眼晶體所受的累積劑量當量是多少？解：En＝5.0MeV，查表2.5，得WR＝10對于中子，能量低于300MeV時，D與K數(shù)值差異完全可以忽略，利用式〔1.35〕查附表3，對眼睛取近似組織，時間答：二個月內(nèi)在該點處工作人員眼晶體所受的累積劑量當量是。9．人體受到能量為0.1MeV的射線照射，測得體表處照射量率為3.0×10-2C·kg-1·s-1，問在這種條件下可連續(xù)工作多少時間?解：外照射下，職業(yè)照射年平均有效劑量查表2.12，得20mSv。，WT查表2.6，得WT＝0.01〔皮膚〕fm取皮膚〔軟組織〕，fm＝36.43J/C答：在這種條件下可連續(xù)工作21.2天。10．一位輻射工作人員在非均勻照射條件下工作，肺部受到50mSv·a-1的照射；乳腺也受到50mSv·a-1的照射，問這一年中，她所受的有效劑量當量是多少?解：查表2.6，肺的WT＝0.12，乳腺的WT＝0.05答：一年中，她所受的有效劑量當量是8.5mSv。思考題與習題〔第三章p103〕1．何謂輻射源的照射量率常數(shù)、空氣比釋動能率常數(shù)?答：引進一個照射量率常數(shù)，用以定量地描述放射性核素在產(chǎn)生照射量率這一方面的特征。發(fā)射光子的放射性核素的照射量率常數(shù)，是除以A所得的商，即式中，是距離活度為A(Bq)的放射性核素點源r(m)處，由能量大于的光子(包括光子、內(nèi)軔致輻射和特征X輻射的光子)所造成的照射量率。照射量率常數(shù)的單位是。發(fā)射光子的放射性核素的空氣比釋動能率常數(shù)，是除以A所得的商，即式中，是距離活度為A(Bq)的放射性核素點源r(m)處，由能量大于的光子(包括光子、內(nèi)軔致輻射和特征X輻射的光子)所造成的空氣比釋動能率。2．何謂窄束、寬束、點源、非點源？答：窄束：〔主要不是幾何概念，是物理概念〕寬束：〔主要不是幾何概念，是物理概念〕點源：如果輻射場中某點與輻射源的距離，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狀的，且稱其為點狀源，簡稱點源。非點源：凡不是點源的即是非點源。3．何謂積累因子？它與哪些因素有關(guān)？答：積累因子是指在所考察點上，真正測量到的某一輻射量的大小，同用窄束減弱規(guī)律算得的同一輻射量大小的比值。它與屏蔽層厚度、源的形狀、光子能量、屏蔽介質(zhì)的原子序數(shù)及其厚度等因素有關(guān)。4．何謂減弱倍數(shù)、透射比、透射系數(shù)?答：減弱倍數(shù)K：它表示輻射場中某點處沒有設(shè)置屏蔽層的當量劑量率，與設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當量劑量率的比值，即表示該屏蔽層材料對輻射的屏蔽能力，無量綱。透射比：它表示輻射場中某點處設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的X或射線的當量劑量率，與設(shè)置屏蔽層前的X或射線的當量劑量率的比值，即表示輻射透過屏蔽材料的本領(lǐng)，無量綱。透射系數(shù)：定義為設(shè)置厚度為d的屏蔽層之后，離X射線發(fā)射點1m處，由該X射線裝置單位工作負荷〔即1mA·min〕所造成的當量劑量，其單位是。5．計算距離活度為3.7×108Bq的點狀198Au源0.8m處的照射量率和空氣比釋動能率各為多少?解：答：照射量率為，空氣比釋動能率為。6．沿墻壁露出一段長1.2m，截面積為5cm2的直形管道，其中有濃度為1.1×107Bq·cm-3的60Co溶液流動著。求與管軸線中點垂直距離為2m處的照射量率、空氣比釋動能率各為多少？解：這是非點源問題。因管道直徑，遠小于管道到觀察點距離〔2m〕，所以將管狀源視為線狀源。源的活度為：照射量率為：空氣比釋動能率為：7．強輻射場所用的輻射源，通常都是在水井中進行倒源工作。強輻射源的運輸容器高度約為1m，沉著器中提出源時，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，才能使水井外表的劑量當量率低于3Sv·h-1。解：查表3-4，得按題意，q＝1，設(shè)源提出容器時距水面的最近距離為r厘米，根據(jù)以上兩個關(guān)系，作圖。如下圖，得r＝328.8cm＝3.288m所以，水井深度答：水井深度需4.788米。8．簡述射線外照射防護有何特點。答：射線與物質(zhì)相互作用會產(chǎn)生軔致輻射，因此，在射線外照射防護的屏蔽中，除了應(yīng)考慮射線本身的屏蔽外，還必須考慮對其在屏蔽材料中產(chǎn)生的次級輻射進行屏蔽。10．設(shè)計為存放活度為3.7×1012Bq的32P點狀源的容器。選定用有機玻璃作內(nèi)屏蔽層，鉛作外屏蔽層。計算所需的有機玻璃和鉛各為多厚？假設(shè)離輻射源lm處的當量劑量率控制水平為7.5Sv·h-1。假設(shè)內(nèi)外層材料顛倒過來，那么又將怎么樣？解：〔參考P79-80，以及P80例題3〕由表3.9知32P的射線的，由表3.10知，有機玻璃的密度由式〔3.60〕知，有機玻璃厚度，實際中可取0.7cm查附表1，與對應(yīng)的〔取空氣，如P80〕由式〔3.66〕由表2.5知，射線的WR＝1，故由式〔3.67〕，查附表9，得鉛屏蔽層的厚度約為5.3cm?！哺鶕?jù)例題估計〕假設(shè)，內(nèi)外層顛倒過來，由于射線在高Z材料中比低Z材料中能產(chǎn)生更強的軔致輻射，結(jié)果會形成一個相當強的新的X射線輻射源，使得屏蔽效果適得其反?！舱n本P49〕11．設(shè)計一個操作32P的手套箱，箱體用有機玻璃制作。考慮手套箱中各種玻璃器皿，而韌致輻射主要是由這些玻璃器皿產(chǎn)生的，其有效原子序數(shù)平均取作13。假設(shè)操作距離為25cm，要求在該位置上≤7.5Sv·h-1。假設(shè)手套箱不附加高Z材料屏蔽層，那么操作32P的最大活度為多少？假設(shè)操作量增大1000倍，那么應(yīng)附加多厚的鉛屏蔽層？解：由表3.9知，32P射線的查附表1，與對應(yīng)的〔取空氣，如P80〕因為不附加高Z材料，故由式〔3.67〕假設(shè)操作量增大1000倍，即由式〔3.67〕查附表9，P202得鉛的屏蔽層厚度為6.48cm?！补烙嬛怠?2．快中子防護的特點是什么?為什么常要選擇含氫多的物質(zhì)作為快中子的屏蔽材料?答：快中子防護的特點：〔課本P88，略〕選擇含氫多的物質(zhì)作為快中子的屏蔽材料的原因：通過彈性散射使中子能量進一步降低到熱能區(qū)。13．論述中子分出截面的理論及其成立的條件。答：分出截面法的根本出發(fā)點在于：選擇適宜的屏蔽材料使得中子在屏蔽層中一經(jīng)散射便能在很短的距離內(nèi)迅速慢化并保證能在屏蔽層內(nèi)被吸收。也就是說，那些經(jīng)歷了散射作用的中子被有效地從穿出屏蔽層的中子束中“分出〞了，使穿過屏蔽層的都是那些在屏蔽層內(nèi)未經(jīng)相互作用的中子。在這種情況下，即使是寬束中子，它在屏蔽層中的減弱也能滿足簡單的指數(shù)規(guī)律。為了運用分出截面法處理寬束中子的減弱，屏蔽材料必須滿足以下條件：①屏蔽層足夠厚，使得在屏蔽層后面的當量劑量主要是中子束中一組貫穿能力最強的中子的奉獻所致；②屏蔽層內(nèi)須含有像鐵、鉛之類的中等重或重的材料，以使入射中子能量通過非彈性散射很快降到1MeV左右；③屏蔽層內(nèi)要含有足夠的氫〔或充分混合，或放在屏蔽層的最后〕，以保證在很短的距離內(nèi)，使中子能量從1MeV左右很快地降到熱能，并使其能在屏蔽層內(nèi)被吸收。14．226Ra—Be中子源的活度為3.7×1012Bq(中子產(chǎn)額見表3.12)，求離源2m處的中子與的當量劑量率。解：查表3.12，知中子源的中子發(fā)射率為：答：中子與的當量劑量率為。15．利用中子輻射育種，要求種子接受的吸收劑量率為150mGy·h-1。假設(shè)使用活度為3.7×1013Bq的210Po—Be中子源，問種子應(yīng)放在離源多遠處？解：查表3.12可知，中子源的中子發(fā)射率為：答：種子應(yīng)放在離源0.15m的地方。16．試計算離活度為3.7×1011Bq的241Am—Be中子源2m處的、、和的數(shù)值。假設(shè)在無屏蔽情況下，按月當量劑量1.6mSv控制，問一個月內(nèi)在該處可工作多長時間?解：對于中子，能量低于30MeV時，，差異可以忽略。查表3