輻射防護(hù)監(jiān)測(cè).ppt

1、1,第八章 輻射防護(hù)監(jiān)測(cè),2,輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)的概念-是指為估算和控制公眾及工作人員所受輻射劑量而進(jìn)行的測(cè)量。 輻射防護(hù)的目的-是保證公眾和工作人員生活在安全的環(huán)境中，監(jiān)測(cè)是衡量這種條件的手段。 在放射源的安全使用、尋找丟失的放射源、確定放射源破損污染的程度和范圍以及公眾和工作人員所受輻射劑量的估算方面等，輻射監(jiān)測(cè)具有不可替代的作用。,3,輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)的對(duì)象是人和環(huán)境兩大部分，具體監(jiān)測(cè)有四個(gè)領(lǐng)域： 個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)、工作場(chǎng)所監(jiān)測(cè)、流出物監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。 輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)的實(shí)施，包括監(jiān)測(cè)方案的制定、現(xiàn)場(chǎng)采樣和測(cè)量、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量分析、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果評(píng)價(jià)等。在監(jiān)測(cè)方案中，應(yīng)明確監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)周期、監(jiān)測(cè)儀

2、器與方法及質(zhì)量保證措施等。,4,輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)特別強(qiáng)調(diào)要有質(zhì)量保證措施：監(jiān)測(cè)人員要經(jīng)過考核持證上崗，監(jiān)測(cè)儀器要定期送計(jì)量部門檢定，對(duì)監(jiān)測(cè)的全過程要建立嚴(yán)格的質(zhì)量控制體系。 根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象和項(xiàng)目選擇不同的監(jiān)測(cè)儀器，如測(cè)量瞬時(shí)劑量率的儀器有高氣壓電離室、G-M計(jì)數(shù)管和閃爍體劑量率儀；測(cè)量累積劑量的儀器有熱釋光劑量計(jì)；測(cè)量表面污染的有、表面沾污儀；中子射線用中子儀測(cè)定；用于核素含量分析的有NaI（Tl）譜儀、Ge（Li）譜儀或HPGe 譜儀。,5,第一節(jié) 輻射探測(cè)器原理,6,對(duì)于輻射是不能感知的，因此人們必須借助于輻射探測(cè)器探測(cè)各種輻射，給出輻射的類型、強(qiáng)度(數(shù)量)、能量及時(shí)間等特性。即對(duì)輻射進(jìn)行

3、測(cè)量。,輻射探測(cè)器是指在射線作用下能產(chǎn)生次級(jí)效應(yīng)的器件，而且這種次級(jí)效應(yīng)能被電子儀器所檢測(cè)。多數(shù)探測(cè)器是根據(jù)射線使物質(zhì)的原子或分子電離或激發(fā)的原理制成的。它們可以把射線的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?、電壓信?hào)以供電子儀器記錄。,7,人們根據(jù)射線與物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生上述的各種效應(yīng)，制成了許多不同類型探測(cè)器。放射性測(cè)量常用的探測(cè)器有三類：氣體電離探測(cè)器（利用射線在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的電離效應(yīng)）、閃爍探測(cè)器（利用射線在閃爍物質(zhì)中產(chǎn)生的發(fā)光效應(yīng)）和半導(dǎo)體探測(cè)器（利用射線在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的電子和空穴）。此外，還有其它類型的探測(cè)器，如固體徑跡探測(cè)器、熱釋光探測(cè)器等。,8,一、氣體電離探測(cè)器,電離室、正比計(jì)數(shù)器和G-M計(jì)數(shù)管統(tǒng)

4、稱為氣體電離探測(cè)器，這三種氣體電離探測(cè)器的工作特點(diǎn)雖不完全相同，但都具有一個(gè)共同點(diǎn)：射線使探測(cè)器內(nèi)的工作氣體發(fā)生電離，然后收集所產(chǎn)生的電荷，從而達(dá)到記錄射線的目的。,9,二、閃爍探測(cè)器,閃爍探測(cè)器由閃爍體和光電倍增管組成。閃爍探測(cè)器具有分辨時(shí)間短、對(duì)射線的探測(cè)效率高和能測(cè)量射線的能量等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣的核輻射探測(cè)器。它是利用某些物質(zhì)在射線作用下能發(fā)光的特性來探測(cè)射線的，這些物質(zhì)稱為閃爍體。射線在閃爍體中產(chǎn)生的熒光極弱，必須用光電倍增管來探測(cè)這些熒光，光電倍增管先把熒光轉(zhuǎn)換成電脈沖，然后放大，其脈沖輻度正比于帶電粒子或光子在晶體中沉積的能量。,10,閃爍探測(cè)器組成示意圖,11,閃爍體按化學(xué)組

5、成可分為兩大類：無機(jī)閃爍體、有機(jī)閃爍體。 常用的無機(jī)閃爍體有下列三種：NaI（T1）晶體，CsI（T1）晶體，ZnS（Ag）閃爍體。有機(jī)閃爍體按其狀態(tài)可以分為三類：有機(jī)晶體、塑料閃爍體、液體閃爍體。塑料閃爍體是一種含有有機(jī)閃爍物質(zhì)的固溶體，目前應(yīng)用相當(dāng)廣泛。它的主要特點(diǎn)是：發(fā)光衰減時(shí)間短，在ns級(jí)；透明度高，光傳輸性能好；耐輻照性能良好，性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，耐潮濕，不需封裝；制作簡(jiǎn)便，成本低廉，易于加工成各種形狀和尺寸的閃爍體。已有各種規(guī)格的塑料閃爍體可用于，射線的測(cè)量。,12,三、半導(dǎo)體探測(cè)器,半導(dǎo)體探測(cè)器是使用半導(dǎo)體材料的電離探測(cè)器。探測(cè)器中加有電場(chǎng)以便把電離產(chǎn)生的過剩載流子收集在電極上

6、。在工作機(jī)制上，半導(dǎo)體探測(cè)器與氣體探測(cè)器有不少相似之處，它們都是在外電場(chǎng)作用下利用載流子（在氣體中是離子對(duì)，在半導(dǎo)體是電子一空穴對(duì)）在介質(zhì)（氣體或半導(dǎo)體）中作漂移運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生輸出信號(hào)的，因此，可把半導(dǎo)體探測(cè)器看作一種固體電離室。,13,半導(dǎo)體探測(cè)器的突出優(yōu)點(diǎn)是能量分辨能力很高，例如鍺(鋰)探測(cè)器對(duì)的能量分辨能力比閃爍探測(cè)器要高數(shù)十倍。此外，某些類型的半導(dǎo)體探測(cè)器（如金硅面壘型）還具有輸出脈沖上升時(shí)間短，體積小，可制成適應(yīng)不同測(cè)量要求的有效厚度等優(yōu)點(diǎn)。因此，半導(dǎo)體探測(cè)器在各種類型射線的強(qiáng)度和能譜測(cè)量中的應(yīng)用已日益廣泛。,14,四、熱釋光探測(cè)器,熱釋光是絕緣體或半導(dǎo)體加熱時(shí)從中發(fā)射的光，不能與加熱到

7、白熾化時(shí)的物質(zhì)中自發(fā)發(fā)射的光相混淆。熱釋光是物質(zhì)預(yù)先吸收了輻射能之后的熱激發(fā)光。目前經(jīng)典的固體能帶理論認(rèn)為當(dāng)磷光體（晶體）受到電離輻射照射時(shí)，射線與晶體相互作用，產(chǎn)生電離和激發(fā)使得晶體價(jià)帶中的電子獲得足夠的能量游離出來上升到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中剩下空穴。,15,被電離激發(fā)的電子和空穴在亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)分別被晶格中的缺陷所俘獲（激發(fā)），這些缺陷稱為“陷阱”（俘獲電子的缺陷）或“中心”（俘獲空穴的缺陷），統(tǒng)稱為“發(fā)光中心”。處于亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)上的電子和空穴在無外源激發(fā)的環(huán)境下可以長(zhǎng)時(shí)間滯留在缺陷中。加熱磷光體時(shí)，電子和空穴從發(fā)光中心中逸出，電子與空穴迅速?gòu)?fù)合，在復(fù)合過程中以可見光或紫外光的形式釋放能量。如果在暗處

8、加熱該探測(cè)元件，探測(cè)元件上放上光電倍增管，測(cè)得的光輸出就正比于探測(cè)器接受的輻射能量。,16,第二節(jié)、輻射監(jiān)測(cè)儀,17,核輻射測(cè)量?jī)x器主要由探測(cè)器和電子儀器所組成。常用的有以下幾類： 1 .X、輻射監(jiān)測(cè)儀 （1）電離室類監(jiān)測(cè)儀 高氣壓電離室是測(cè)量環(huán)境劑量率的最常用的儀表，這類儀器由一個(gè)高壓電離室探測(cè)器和電子線路組成。前者為一個(gè)充高氣壓（一般為22個(gè)大氣壓的氬氣）的不銹鋼球殼，中間密封一個(gè)電極。電子線路主要為MOSFET靜電計(jì)、二次放大電路、高低壓變換器以及讀出線路。這類儀表在美國(guó)用得十分普遍，它的缺點(diǎn)為價(jià)格比較昂貴。,18,（2）閃爍劑量率儀表 閃爍劑量率儀表由閃爍探測(cè)器和電子線路兩部分組成。閃

9、爍探測(cè)器由閃爍體、光電倍增管、前置放大器以及磁屏蔽外殼組成。電子線路主要包括靜電計(jì)、高低壓變換器以及讀出表頭等，較為先進(jìn)的還帶有微處理器與打印裝置。目前常用的閃爍探測(cè)器為硫化鋅補(bǔ)償?shù)乃芰祥W爍體、組織等效塑料閃爍體、Nal(T1)等。前兩種探測(cè)器因其有較好的能量特性，是很優(yōu)良的劑量率儀表，已得到廣泛應(yīng)用。Nal閃爍體因其有效原子序數(shù)高，能量特性較差，測(cè)得的數(shù)據(jù)不能直接用于劑量評(píng)價(jià)，需對(duì)儀器的電子線路加以改進(jìn)或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行校正。,19,常見的國(guó)產(chǎn)閃爍劑量率儀表,20,（3）.GM計(jì)數(shù)管監(jiān)測(cè)儀,GM管為工作在GM區(qū)（氣體放大系數(shù)遠(yuǎn)大于1）,內(nèi)充的工作氣體一般為惰性氣體，此外還有猝滅氣體 這類儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

10、單，不易損壞，而且價(jià)格低廉，但靈敏度低是它的最大缺點(diǎn)，一般比閃爍探測(cè)器與高壓電離室低一個(gè)數(shù)量級(jí)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中它較難以普遍使用，西歐各國(guó)普遍將它用作核電廠周圍監(jiān)測(cè)的探測(cè)器。 我國(guó)目前有北京核儀器廠生產(chǎn)的FJ317C型可攜式測(cè)量?jī)x，西安核儀器廠生產(chǎn)的XH-2408 區(qū)域計(jì)數(shù)管監(jiān)測(cè)儀,21,（4）.攜帶式環(huán)境譜儀,環(huán)境譜儀為采用Nal(T1)或半導(dǎo)體探測(cè)器作為探頭，應(yīng)用ADC和計(jì)算機(jī)等技術(shù)，獲得環(huán)境中各種放射性核素的譜，然后按總譜能量法計(jì)算人體所受的吸收劑量。 與上述方法不同，這種儀器可以給出各種放射性核素的劑量貢獻(xiàn)，能很快確定污染的來源。 該方法的缺點(diǎn)為設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，運(yùn)行的技術(shù)要求較高，較難

11、作為一種大環(huán)境測(cè)量或普查的設(shè)備。,22,二、表面污染監(jiān)測(cè)儀 、表面污染監(jiān)測(cè)儀主要是測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備、地面、臺(tái)面、衣服和人體皮膚表面有無放射性污染,。,23,三、中子監(jiān)測(cè)儀,中子與物質(zhì)相互作用主要是通過彈性碰撞和核反應(yīng)，形成直接電離的次級(jí)粒子。探測(cè)中子取決產(chǎn)生這些粒子的中間過程。常借助n-p彈性散射探測(cè)快中子，利用10B（n、）7Li反應(yīng)和6Li（n、3H）4He反應(yīng)探測(cè)慢中子。這兩種反應(yīng)都具有不產(chǎn)生射線特點(diǎn)。 內(nèi)部充以3He和BF3氣體正比計(jì)數(shù)管和內(nèi)部涂層為6Li、7Li、10B的正比計(jì)數(shù)管，可用來測(cè)量能量低于0.5eV的慢中子， 而內(nèi)部充以含氫物質(zhì)（如甲烷、聚乙烯）的計(jì)數(shù)管，可用于探測(cè)能量大于

12、100keV的快中子,24,中子輻射監(jiān)測(cè)比起輻射的監(jiān)測(cè)要復(fù)雜的多。一方面是中子輻射場(chǎng)大都伴有輻射；另一方面，中子能量范圍寬，不同能量的中子與機(jī)體有不同類型的作用，產(chǎn)生的次級(jí)輻射也不盡相同。 即使吸收劑量相同，由于品質(zhì)因數(shù)不同，劑量當(dāng)量也不同，這就給評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果帶來很大困難。,25,四、 熱釋光劑量計(jì)和測(cè)量?jī)x,熱釋光劑量計(jì)是佩帶在人體上，用于測(cè)量個(gè)體受照劑量的監(jiān)測(cè)儀器。 熱釋光劑量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、量程范圍寬、重量輕、體積小、能量響應(yīng)好，受環(huán)境影響小，可測(cè)X、n、和等射線，可重復(fù)使用以及可進(jìn)行多點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)。 常用的熱釋光材料大致可分為三類：空氣等效性好而靈敏度稍差的，例如LiF、Li2B4O7

13、和BeO等；空氣等效性差而靈敏度高的，例如CaSO4和CaF2等；介于前二類之間的有MgSiO4和MgB4O7等。 從磷光體的存在形態(tài)可分為磷光粉、熱壓片，單晶切片、玻璃管封裝粉末，內(nèi)熱元件與聚酯等粘合劑混合成形的元件、陶瓷片，帶有金屬襯托的沉積粘合元件，熱壓在耐熱襯托上的薄膜元件和玻璃片等。,26,第三節(jié) 選用監(jiān)測(cè)儀的原則,27,（1）射線性質(zhì)：對(duì)于射線的種類及性質(zhì)清楚的場(chǎng)所，應(yīng)選用針對(duì)性較強(qiáng)的儀器。對(duì)于輻射場(chǎng)性質(zhì)不清楚的場(chǎng)所，應(yīng)選用帶有多用探頭的監(jiān)測(cè)儀或攜帶多種監(jiān)測(cè)儀。 （2）量程范圍：一般要求測(cè)量?jī)x器的量程下限值至少應(yīng)在個(gè)人劑量限值的1/10以下，上限根據(jù)具體情況而定。有的數(shù)顯式儀表會(huì)在

14、量程下限以下也報(bào)出數(shù)據(jù)，而有的儀表會(huì)在超量程時(shí)顯示為零，在實(shí)際使用前，必須了解儀器的性能。 （3）能量響應(yīng)：一臺(tái)理想的輻射監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)該是不論射線的能量大小，只要照射量相同，其儀器的響應(yīng)就應(yīng)相同。然而，事實(shí)上儀器的響應(yīng)總是隨著射線能量的不同，而產(chǎn)生一定的差異。響應(yīng)對(duì)能量依賴性小，這種差異就小，即能量響應(yīng)好。反之能量響應(yīng)差。對(duì)劑量率儀表一般要求與137Cs源相比，在50KeV到3MeV的能量范圍內(nèi)能量響應(yīng)不大于30%。 從幾種探測(cè)器的能響來看，電離室型較好，閃爍型次之，計(jì)數(shù)管較差。在防護(hù)監(jiān)測(cè)儀器中，對(duì)數(shù)百千電子伏以上的光子來說，能量響應(yīng)差別不大；對(duì)100keV以下的光子，就需要注意儀器的能量響應(yīng)性

15、能與被測(cè)光子的能量是否相適應(yīng)。,28,（4）環(huán)境特性：對(duì)于溫度，要求在-10-40的溫度范圍內(nèi)儀器讀數(shù)變化在5%以內(nèi)；對(duì)于相對(duì)濕度，要求在10%到95%范圍內(nèi)讀數(shù)變化在5%以內(nèi)。此外，應(yīng)考慮氣壓與電磁場(chǎng)的影響。 （5）對(duì)其它輻射的響應(yīng)：實(shí)際測(cè)量條件有時(shí)比較復(fù)雜，如高能射線和射線都能穿射場(chǎng)。所以一般輻射監(jiān)測(cè)儀應(yīng)對(duì)能量直到2.27MeV的射線（90Sr/90Y源，Emax=2.27MeV）無響應(yīng)。 （6）其它因素：儀器零點(diǎn)漂移要?。粶y(cè)量的方向性誤差不應(yīng)大于30%；重量較輕；體積小。另外，儀器的響應(yīng)速度要快，特別是對(duì)于一些瞬時(shí)的輻射場(chǎng)的測(cè)量（如用診斷X線機(jī)攝片的輻射場(chǎng)測(cè)量），這一點(diǎn)尤為重要。一般要求

16、響應(yīng)時(shí)間在0.5秒以下，最好為毫秒級(jí),29,第四節(jié) 個(gè)人劑量監(jiān)測(cè),30,個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)是輻射防護(hù)評(píng)價(jià)和輻射健康評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。一般是測(cè)量個(gè)人在一段時(shí)間（一年或一個(gè)月）或一次性操作過程中所接受的，X射線或中子流外照射的劑量； 監(jiān)測(cè)內(nèi)容，一是測(cè)出工作人員所接受的外照射劑量；二是內(nèi)照射，測(cè)出工作人員吸入放射性物質(zhì)的量；三是測(cè)出體表放射性物質(zhì)沾污程度。 監(jiān)測(cè)目的，是評(píng)價(jià)工作人員所接受的劑量水平，證明是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB18871），同時(shí)也可提供工作人員所受劑量的趨勢(shì)和工作場(chǎng)所條件以及提供事故照射情況下的有關(guān)資料。,31,（一）、外照射個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)側(cè)重以下幾點(diǎn)：,a、位置選擇：選擇具有代表性的工作位

17、置（劑量較大，操作時(shí)間較長(zhǎng)，距離較近）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 b、選用合適的個(gè)人劑量計(jì)：要針對(duì)射線的種類、能量大小、輻射場(chǎng)的強(qiáng)度選用靈敏度高、體積小、便于攜帶的一種或兩種以上劑量計(jì)。如個(gè)人劑量筆、熒光玻璃劑量計(jì)、熱釋光劑量筆，數(shù)字式個(gè)人報(bào)警器等 c、佩帶部位合適：劑量計(jì)應(yīng)佩帶在身體具有代表性的部位（頭、手、腸、性腺部位等）或需要觀察監(jiān)測(cè)的特定部位。根據(jù)外照射推算出這些器官所受的劑量當(dāng)量,32,個(gè)人劑量計(jì)的類型,有膠片個(gè)人劑量計(jì)，輻射致熒光玻璃個(gè)人劑量計(jì)，核乳膠快中子個(gè)人劑量計(jì)，固體徑跡中子個(gè)人劑量計(jì)，熱釋光個(gè)人劑量計(jì)，袖珍照射量計(jì)等。 目前使用最廣泛的是熱釋光個(gè)人劑量計(jì)。 熱釋光個(gè)人劑量計(jì)的選擇 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)

18、輻射種類（、X、射線和中等），以及它們的能量范圍來選擇劑量計(jì)。例如，在測(cè)量X射線裝置和源輻射場(chǎng)工作人員的劑量時(shí)，選用劑量計(jì)； 在測(cè)量中子輻射場(chǎng)工作人員的劑量時(shí)，由于中子輻射場(chǎng)往往伴有輻射，因此要用能測(cè)量中子和的復(fù)合劑量計(jì),33,監(jiān)測(cè)周期和部位的確定,根據(jù)輻射場(chǎng)的強(qiáng)弱、組成劑量計(jì)的磷光體的靈敏度和衰退情況，來確定監(jiān)測(cè)周期。一般為3個(gè)月左右。 劑量計(jì)佩帶的位置 劑量計(jì)一般分為軀干劑量計(jì)和局部（四肢）劑量計(jì) 軀干劑量計(jì)一般佩帶人體胸前，測(cè)量的劑量表示全身劑量 局部劑量計(jì)一般佩頭部、手部、足部等部位，測(cè)量的劑量表示局部劑量,34,劑量元件準(zhǔn)備,首先進(jìn)行分散性篩選，對(duì)元件按不同靈敏度進(jìn)行分組使用。根據(jù)選定的測(cè)量條件進(jìn)行校準(zhǔn)刻度。在使用前，須進(jìn)行退火處理，退火后立即分發(fā)或放入鉛室備用。 熱釋光劑量計(jì)的測(cè)量，先后測(cè)量工作人員佩帶的劑量計(jì)和伴隨劑量計(jì)的劑量值，兩個(gè)劑量計(jì)測(cè)量劑量值之差為工作人員在工作場(chǎng)所所受的劑量 結(jié)果的計(jì)算監(jiān)測(cè)劑量計(jì)所受劑量X（mSv）可按下式計(jì)算 X=（NC-NB-XC）F 式中： NC、XC為佩帶的劑量計(jì)和伴隨劑量計(jì)用熱釋光測(cè)量?jī)x測(cè)量的讀數(shù)；NB為發(fā)光體本底讀數(shù)；F為刻度系數(shù)；為衰退修正因子,35,（二）內(nèi)照射個(gè)人劑量監(jiān)測(cè),在開放型放射性工作場(chǎng)所工作的人員一般都應(yīng)進(jìn)行體內(nèi)放射性核素的劑量監(jiān)測(cè) 監(jiān)測(cè)目的：一是估算體內(nèi)放射性核素的積存量和劑量當(dāng)量；二是評(píng)定開