第七章--辐射防护分析课件

第二篇射线检测第二篇射线检测第第七七章章 辐 射 防 护洪成涛第二篇射线检测第七章 辐 射 防 护洪成涛目 录7.1 辐射量的定义、单位和标准7.2 剂量测定方法和仪器7.3 辐射防护的原则、标准和辐射损伤机理7.4 辐射防护的基本方法和防护计算目 录7.1 辐射量的定义、单位和标准7.1 辐射量的定义、单位和标准描述和射线的辐射量分为电离辐射常用辐射量和辐射防护常用辐射量两类。前者包括照射量、比释动能、吸收剂量等。后者包括当量剂量、有效剂量等。所谓“剂量”是指某一对象接收或“吸收”的辐射的一种度量。7.1 辐射量的定义、单位和标准描述和射线的辐射量分为7.1.1 描述电离辐射的常用辐射量和单位1、照射量2、比释动能3、吸收剂量4、照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别7.1.1 描述电离辐射的常用辐射量和单位1、照射量1、照射量（1）照射量的定义和单位照射量是用来表征射线或射线对空气电离本领大小的物理量。1、照射量（1）照射量的定义和单位1、照射量定义：所谓照射量是指射线或射线的光子在单位质量的空气中释放出来的所有次级电子（负电子或正电子），当它们被空气完全阻止时，在空气中形成的任何一种符号的（带正电或负电的）离子的总电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得的商，即：P=dQ/dm式中dQ当光子产生的全部电子被阻止于空气中时，在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷量的绝对值。dm体积球的空气质量1、照射量定义：所谓照射量是指射线或射线的光子在单位质量1、照射量用图表示1立方厘米的干燥空气，其质量为0.001293克，这些次级电子是光子从0.001293克空气中打出来的，它们在0.001293克空气中的里面和外面都形成离子，所有这些离子都计算在内，而在0.001293克外产生的次级电子发射形成的离子则不计算在内。入射光子次级电子e1、照射量用图表示1立方厘米的干燥空气，其质量为0.00121、照射量照射量（）的SI单位为库仑/千克，用符号 表示，沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示。1伦的照射量相当于在标准的状况下（即0，1大气压）1立方厘米的干燥空气产生1静电位（或2.083109对离子）的照射量叫1伦琴。1、照射量照射量（）的SI单位为库仑/千克，用符号 1、照射量1、照射量1、照射量一个正（负）离子所带的电量为4.810-10静电单位，1伦是在干燥空气中产生1静电单位的电量，所以产生的电子对数为1/4.810-10=2.083109对离子。照射量只适用于、射线对空气的效应，而只适用于能量大约在几千伏到3MV之间。1、照射量一个正（负）离子所带的电量为4.810-10静电1、照射量（2）照射量率的定义和单位照射量率的定义是单位时间的照射量也就是 除以 所得的商即：照射量率（）的SI单位为库伦/千克时，用符号 或伦/时（）、伦/秒（）1、照射量（2）照射量率的定义和单位2、比释动能比释动能是指不带电粒子与物质相互作用时在单位质量的物质中释放出来的所有带电粒子的初始动能的总和。式中 不带电粒子在质量为 的某一物质内释放出来的全部带电粒子的初始动能的总和。比释动能只适用于不带电粒子和、射线，但适用于各种物质。2、比释动能比释动能是指不带电粒子与物质相互作用时在单位质量2、比释动能单位：焦耳/千克（Jkg-1）其单位“戈瑞”（Gy）1Gy=1Kg受照射的物质吸收1J的辐射能量即：。毫戈瑞、微戈瑞，沿用单位拉德(rad)：比释动能率 的定义和单位单位时间内的比释动能 单位：戈瑞/秒(Gys-1)2、比释动能单位：焦耳/千克（Jkg-1）其单位“戈瑞”（3、吸收剂量（1）吸收剂量的定义和单位 吸收剂量是用来表征受照物体吸收电离辐射能量程度的一个物理量。定义：任何电离辐射，授予质量为 的物质的平均能量 除以 所得的商，即：式中 为平均授予能，或者说：电离辐射传给单位质量的被照射物质的能量叫吸收剂量，吸收剂量的大小，一方面取决于电离辐射的能量，另一方面还取决于被照射物质的种类。它适用于任何电离辐射和任何被照射的物质。3、吸收剂量（1）吸收剂量的定义和单位3、吸收剂量 吸收剂量（D）的单位和比释动能相同，SI单位是焦耳千克-1表示，其特定名称为戈瑞（Gy）沿用单位为拉德（rad）1戈瑞=1焦耳/千克 1戈瑞=100拉德3、吸收剂量 吸收剂量（D）的单位和比释动能相同，SI单3、吸收剂量（2）吸收剂量率的定义和单位吸收剂量率（）表示单位时间内吸收剂量的增量，严格定义为：某一时间间隔dt内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所得的商即：dD/dt，吸收剂量率的单位：戈瑞/时、毫戈瑞/时（）3、吸收剂量（2）吸收剂量率的定义和单位4、照射量、比释动能、吸收剂量（1）照射量和比释动能的关系：射线照射空气时，如果忽略次级电子能量转移成热能和辐射能的部分即认为在单位质量空气中所产生的次级电子能量全部用于使空气分子电离，则空气中某点的照射量和比释动能在带电粒子平衡条件下的关系为：=33.72 公式中照射量的单位库仑/千克 、比释动能的单位为戈瑞（Gy）4、照射量、比释动能、吸收剂量（1）照射量和比释动能的关系：例：已知空气中某点射线的照射量为1.29 ，求空气中该点的比释动能是多少？解：例：已知空气中某点射线的照射量为1.29 （2）比释动能和吸收剂量的关系 比释动能和吸收剂量分别反映物质吸收电离辐射的二个阶段。对于一定质量dm的物质，不带电粒子转移给次级电子的平均能量 与物质吸收能量相等，则比释动能和吸收剂量 相等。即：上述成立必须满足二个条件：首先要求是带电粒子平衡条件下；其次带电粒子产生的辐射损失可以忽略不计。（2）比释动能和吸收剂量的关系 上述成立必须满足二个条件（3）照射量和吸收剂量的关系：A、将空气中某点的照射量换算成该点空气的吸收剂量。1）D空吸收剂量（戈瑞）P空空气的照射量（库仑/千克）2）D空空气的吸收剂量（戈瑞）P空空气的照射量（仑）（3）照射量和吸收剂量的关系：B、将空气中某点的照射量换算成该点被照射物质的吸收剂量 受照物质的吸收剂量GyP空气的照射量，f转换因子B、将空气中某点的照射量换算成该点被照射物质的吸收剂量照射量、比释动能及吸收剂量之间的关系：辐射量种类照射量比释动能吸收剂量D剂量的含义表征、在关心的体积内用于电离空气的能量表征不带电粒子在所关心的体积内交给带电粒子的能量表征电离辐射在所关心的体积内被物质吸收的能量适用范围辐射场、不带电粒子电离辐射介质空气任何物质任何物质单位Gy、radGy、rad换算关系照射量、比释动能及吸收剂量之间的关系：辐射量种类照射量比释7.2 剂量测定方法和仪器7.2.1 辐射监测的内容及分类：1、工作场所监测 2、个人剂量监测7.2.5 个人剂量监测仪器7.2 剂量测定方法和仪器7.2.1 辐射监测的内容及分1、工作场所监测 （1）透照室内辐射场测定 （2）周围环境剂量场分布测定 （3）控制区和监督区剂量场分布测定1、工作场所监测1、工作场所监测控制区是指辐射工作场所划分的一种区域，在该区域内要求采取专门的防护手段和安全措施，以便在正常工作条件下能有效控制照射剂量和防止潜在照射。监督（管理）区：是指控制区以外通常不需要采取专门防护手段和安全措施，但要不断检查其职业照射条件的区域。1、工作场所监测控制区是指辐射工作场所划分的一种区域，在该区1、工作场所监测现行标准规定：对控制区的规定是：以空气比释动能率低于 作为控制区边界。对管理区的规定是：射线照相：控制区边界外空气比释动能率在 以上的范围划为管理区。射线照相：控制区边界外空气比释动能率在 以上的范围划为监督区。1、工作场所监测现行标准规定：2、个人剂量监测根据GB18871-2002电离辐射防护及辐射源安全基本标准的规定个人剂量监测的三种情况：对于任何在控制区工作的工作人员有时进入控制区工作并可能受到显著职业照射的工作人员职业照射剂量可能大于5mSv/a的工作人员，均应进行个人监测。在进行个人检测不现实或不可行的情况下，经审管部门认可后可根据工作场所监测结果和受照地点和时间的资料对工作人员的职业照射做出评价。2、个人剂量监测根据GB18871-2002电离辐射防护及对在监督区或只偶尔进入控制区工作的工作人员，如果预计其职业照射剂量在1mSv/a5mSv/a范围内，则应尽可能进行个人监测。应对这类人员的职业照射进行评价，这种评价应以个人监测或工作场所监测的结果为基础。如果可能，对所有受到职业照射的人员均应进行个人监测，但对于受照剂量始终不可能大于1mSv/a的工作人员，一般可不进行个人监测。对在监督区或只偶尔进入控制区工作的工作人员，如果预计其职业照7.2.2 剂量测定仪器的工作原理1、利用射线通过气体时的电离效应；2、利用射线通过某些固体时的电离和激发；3、利用射线对某种物质的核反应或弹性碰撞所产生的易于探测的次级粒子；4、利用射线的能量在物质中所产生的热效应；5、利用射线（、等）所带的电荷；6、利用射线和物质作用而产生的化学效应。7.2.2 剂量测定仪器的工作原理1、利用射线通过气体时的7.2.5 个人剂量监测仪器1、个人剂量笔2、热释光剂量计7.2.5 个人剂量监测仪器1、个人剂量笔7.3 辐射防护的原则、标准和辐射损伤机理7.3.1 7.3.1 辐射防护的目的和基本原理辐射防护的目的和基本原理7.3.2 7.3.2 剂量限值规定剂量限值规定7.3.3 7.3.3 辐射损伤的机理辐射损伤的机理7.3 辐射防护的原则、标准和辐射损伤机理7.3.1 辐7.3.1 辐射防护的目的和基本原理目的：（1）防止有害的确定性效应；（2）限制随机性效应的发生率使之达到被认为可以接受的水平。原则：（1）辐射实践的正当化；（2）辐射防护的最优化；（3）个人剂量限值。7.3.1 辐射防护的目的和基本原理目的：（1）防止有害的7.3.2 剂量限值规定根据GB18771-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准的规定：1、职业照射剂量限值：（1）应对任何工作人员的职业水平进行控制，使之不超过下述限值：a）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均）20mSv。b）任何一年中的有效剂量：50 mSv。c）眼晶体的年当量剂量：150 mSv。d）四肢（手和足）或皮肤年当量剂量：500 mSv。7.3.2 剂量限值规定根据GB18771-2002电离7.3.2 剂量限值规定（2）对于年龄为16-18岁接受涉及辐射照射就业培训的徒工和年龄为16-18岁在学习过程中需要使用放射源的学生应控制其职业照射使之不超过下述限值：a）年有效剂量：6 mSv。b）眼晶体的年剂量：50 mSv。c）四肢或皮肤的年当量剂量：150 mSv。7.3.2 剂量限值规定（2）对于年龄为16-18岁接受涉（3）特殊情况照射：a）依照审管部门的规定，可将剂量平均期由5个连续年延长到10个连续年；并且，在此期间内，任何工作人员所接受的平均有效剂量不应超过20 mSv，任何单一年份不应超过50 mSv；此外，当任何一个工作人员自此延长平均期开始以来所接受的剂量累计达到100 mSv时，应对这种情况进行审查。b）剂量限制的临时变更应遵循审管部门的规定，但任何一年内不得超过50 mSv，临时变更的期限不得超过5年。（3）特殊情况照射：2、公众照射剂量限值：a）年有效剂量：1 mSv。b）特殊情况下如果5个连续年的平均剂量不超过1mSv，则某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv。c）眼晶体的年当量剂量：15 mSv。d）四肢（手和足）或皮肤年当量剂量：50mSv。2、公众照射剂量限值：7.3.3 辐射损伤的机理 1、关于确定性效应和随机性效应的进一步说明；（1）确定性效应：（2）随机性效应：7.3.3 辐射损伤的机理 1、关于确定性效应和随机性效应7.3.3 辐射损伤的机理 2、影响辐射损伤的因素：（1）辐射性质：（2）剂量大小：（3）剂量率大小：（4）照射方法：（5）照射部位：（6）照射面积：7.3.3 辐射损伤的机理 2、影响辐射损伤3、辐射损伤的机理：（1）射线的间接作用游离基理论 射线首先与细胞中的水起作用生成一种自由基（游离基），再去破坏生物大分子导致细胞损伤。这个过程叫射线的间接作用。3、辐射损伤的机理：7.3.3 辐射损伤的机理 水的正、负离子不稳定要分解：OH和H叫自由基7.3.3 辐射损伤的机理 水7.3.3 辐射损伤的机理OH和H很不稳定，相当活泼，它继续与生物大分子相互作用，用RH代表生物大分子：R生物大分子的自由基 可见生物大分子遭到破坏引起的生物效应。7.3.3 辐射损伤的机理OH和H很不稳定，相当活泼，它继7.3.3 辐射损伤的机理2）射线的直接作用射线直接与生物大分子作用将生物大分子的化学链轰断引起生物大分子的损伤：只有在含水量为3%以下的化合物受到几十万伦的照射时，才有可能产生直接作用。7.3.3 辐射损伤的机理2）射线的直接作用7.4 辐射防护的基本方法和防护计算7.4.1 辐射防护的基本方法7.4.2 照射量的计算7.4.3 防护计算7.4.4 屏蔽防护常用材料7.4 辐射防护的基本方法和防护计算7.4.1 辐射防护7.4.1 辐射防护的基本方法时间防护缩短人体接触射线的时间。距离防护远离射线源。屏蔽防护在射源和人体之间加一层屏蔽物。7.4.1 辐射防护的基本方法时间防护缩短人体接触射线7.4.1 辐射防护的基本方法 1、时间：剂量=剂量率时间7.4.1 辐射防护的基本方法 1、时间：7.4.1 辐射防护的基本方法2、距离：在辐射源一定时，照射剂量或剂量率与距离平方成反比，即：式中：D1距射源R1处的剂量或剂量率 D2距射源R2处的剂量或剂量率 R1距射源到1点的距离7.4.1 辐射防护的基本方法2、距离：在辐射源一定时，照7.4.1 辐射防护的基本方法3、屏蔽 根据 在人体与射源之间加一层足够厚的（d）的屏蔽材料，则人体所受的射线强度将大大的削弱，直到降到安全剂量为止。（1）屏蔽方式：固定式和活动式 （2）屏蔽材料：铅和混凝土为优。7.4.1 辐射防护的基本方法3、屏蔽7.4.2 照射量的计算1、照射量和居里的关系式：式中：P照射量（R）A放射性强度（Ci）照射率常数（）R到射源的距离（m）t受照时间（h）7.4.2 照射量的计算1、照射量和居里的关系式：式中：P7.4.2 照射量的计算照射率和居里的关系：7.4.2 照射量的计算照射率和居里的关系：7.4.2 照射量的计算表7-6 常见源的K常数源名源名称称Co601.3292Cs1370.3222.3Tm1700.00140.097Ir1920.47232.9Se750.2013.97.4.2 照射量的计算表7-6 常见源的K常数源名7.4.2 照射量的计算例：有一个Co60源放射性强度为10Ci，在离源2米处有一个工作人员工作，受照2小时，问受照多少剂量？7.4.2 照射量的计算例：有一个Co60源放射性强度为17.4.3 防护计算1、时间防护 剂量=剂量率时间 例：已知辐射场中某点的剂量率为0.025mSv/时，在不超过一周的最大允许剂量情况下，问工作人员每周最多只能工作几小时？7.4.3 防护计算1、时间防护7.4.3 防护计算2、距离防护根据例1：今有一台机，已知在射线柜后方1米处的剂量率为8.35mSv/h，以每天工作8小时计（1）在不超过一天的安全剂量情况下，工作人员在射线柜后方最小安全距离离靶多少米？（2）10米处的剂量率为多少？例2：已知辐射场中距射源2米处的剂量率为10mSv/h，（1）工作人员每天工作6小时，问工作人员在多远处工作所接受的剂量不超过一天的最大允许剂量？（2）如果工作人员在20米处工作8小时是否安全？7.4.3 防护计算2、距离防护7.4.3 防护计算3、屏蔽防护的近似计算利用半价层近似计算屏蔽层厚度。所谓半价层是指、射线照射率或照射量减弱一半所需屏蔽层厚度。常用符号 表示。同理可定义1/10价层厚度 ,后者是指将入射或光子的照射量（或照射率）减弱到1/10所需的屏蔽层厚度。7.4.3 防护计算3、屏蔽防护的近似计算7.4.3 防护计算 和 之间有下列关系：7.4.3 防护计算 和 之间有下列关系7.4.3 防护计算利用半价层计算屏蔽层厚度的公式：式中：屏蔽前的辐射线强度 I屏蔽后的辐射线强度 n半价层个数 d1/2半价层厚度 d屏蔽层厚度7.4.3 防护计算利用半价层计算屏蔽层厚度的公式：式中：7.4.3 防护计算计算步骤：1、先求出屏蔽前的射线强度2、确定屏蔽后的安全剂量3、根据屏蔽要求，求出n值4、根据射线能量和屏蔽物质的种类由表78查出d1/2值5、求出d=nd1/2 7.4.3 防护计算计算步骤：7.4.3 防护计算例1：已知Co60源，强度为5Ci，工作地点离源6米，工作点的允许剂量为4.17毫伦/时，试计算在源与工作点之间需加铅的厚度为多少？7.4.3 防护计算例1：已知Co60源，强度为5Ci，工7.4.3 防护计算例2：（1）假设某物质对某线质的射线的=1.6mm，若线质在透过物质后不变，则其1/20值层为多少？（2）上述假设是否符合实际？若不符合则实际的1/20值是比计算值大还是小？为什么？7.4.3 防护计算例2：（1）假设某物质对某线质的射线7.4.3 防护计算例3：某单位95年1月1日进口了一台Co60源，当时的射源强度为50Ci，2005年9月1日使用该源探伤，工作人员离源10米工作5分钟，问受照剂量多少伦？如果每天的安全剂量为4.17毫伦/时，问是否安全？如果不安全，应离射源多少米方才安全？7.4.3 防护计算例3：某单位95年1月1日进口了一台C7.4.3 防护计算例4：如射线的能量为1.25Mev，用Pb作屏蔽层，欲使射线强度减弱到原来的1/16，问需多厚的Pb？（Pb的=0.693/厘米）7.4.3 防护计算例4：如射线的能量为1.25Mev，7.4.3 防护计算例5：透照无加强高的焊缝，射线穿过有缺陷和无缺陷部位后的剂量率分别为165毫伦/分和150毫伦/分，缺陷对射线的吸收忽略不计，散射比为2.5，材料对该射线的吸收系数为1.75cm-1，求缺陷的厚度？7.4.3 防护计算例5：透照无加强高的焊缝，射线穿过有缺7.4.3 防护计算例6：今有一个Ir192源，源强为15 Ci，用来作球罐的周向曝光，该球外径为10米，壁厚为30mm（钢）试计算球罐外表面照射率为多少？如果安全剂量为2.5毫伦/时，工作人员在球罐外表面工作是否安全？如不安全需离球罐表面多少米才安全？或加铅屏蔽多少厚度？（）7.4.3 防护计算例6：今有一个Ir192源，源强为157.4.3 防护计算4、精确计算确定屏蔽层厚度时应考虑的因素：屏蔽层厚度的精确计算，首先要根据GB18871-2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准的规定，确定职业照射和公众人员的安全剂量限值，以及企业所选用的射源种类和活度，屏蔽材料种类以及透照室的面积和用途。7.4.3 防护计算4、精确计算确定屏蔽层厚度时应考虑的因7.4.3 防护计算 由于和射线的能谱有所不同，因此在精确计算屏蔽层厚度时所考虑的因素和计算方法及计算公式并不相同。（1）确定射线屏蔽层厚度的精确计算必须考虑散射线的影响，计算时应用公式 但由于散射比n不是常数，与屏蔽层厚度有关，所以要根据具体情况预设屏蔽层厚度值，由散射线数据表中查出该厚度下的散射比n，带入公式，通过逐步逼近法，进行反复多次计算，最终求出精确厚度。由于计算繁琐，在此不作介绍。7.4.3 防护计算 由于和射线的能谱有所不同，7.4.3 防护计算 （2）由于射线的能谱是连续谱，很难用公式准确的计算它们在物质中减弱，一般通过射线在各种屏蔽材料中的吸收曲线来确定其减弱程度。射线屏蔽层厚度的计算包括两个方面内容：防护初级射线的主要屏蔽层厚度和防护散射线的次要屏蔽层厚度。7.4.3 防护计算 （2）由于射线的能谱是连续7.4.4 屏蔽防护常用材料1、对屏蔽材料的要求（1）防护性能；（2）结构性能；（3）稳定性能；（4）成本低、来源广、易加工、安装维修方便7.4.4 屏蔽防护常用材料1、对屏蔽材料的要求7.4.4 屏蔽防护常用材料2、常用屏蔽防护材料及特点（1）铅 原子序数82 密度11350Kgm-3。耐腐蚀、强衰减、但价格贵强度差，不耐高温，有化学毒性，对低能射线散射大。（2）铁 原子序数26 密度7800Kgm-3。力学性能好、价廉，有较好防护性能。7.4.4 屏蔽防护常用材料2、常用屏蔽防护材料及特点7.4.4 屏蔽防护常用材料（3）砖 价廉、通用来源广 24cm的实心砖墙约有2mm的铅当量。对低能射线散射小，故是屏蔽防护好材料。（4）混凝土：由水、石子、砂子和水泥混合而成。密度约2300Kgm-3，含多种元素，成本低，有良好结构性能。用作固定防护屏蔽。如特殊需要，可通过加进重骨料（如重晶石、铁砂石、铸铁块等）以制成密度较大的重混凝土，其成本较高，浇注时必须保证重骨料在整个屏蔽层均匀分布。7.4.4 屏蔽防护常用材料（3）砖 价廉、通用来源广 谢 谢 各 位谢 谢 各 位