辐射防护课程复习ppt课件

复习 1 辐射防护的基本任务要在保护环境 保障从事辐射工作人员及其后代的安全与健康 保护公众利益的前提下 允许进行那些可能产生辐射照射的必要活动 提高辐射防护措施的效益 促进核科学技术 核能和其他辐射应用事业的发展 2 防止有害的确定性效应限制随机性效应的发生率 使其合理地达到尽可能低的水平 辐射防护的目的 3 原子核自发变化而放射出各种射线的现象 称为原子核的放射性 能自发地放射各种射线的核素 叫放射性核素 有许多原子核都能自发地发射某种射线 有的发射 射线 有的发射 射线 有的发射 射线 有的在发射 射线或 射线的同时也发射 射线 有的三种射线均发射 4 放射性衰变的基本规律 在无外界影响下 原子核自发地发生转变 发射粒子而蜕变为新的子核 这现象称为原子核的衰变 某一原子核的衰变时刻不能预测 但根据微观世界的统计性 可以得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规律 具体到每个放射性原子核的衰变来说 就是服从一定规律进行衰变的一个随机事件 可以用衰变概率表示 5 单一放射性的指数衰减规律 6 衰变常数 半衰期 平均寿命 是单位时间内一个原子核发生衰变的概率 称为衰变常数 单位为时间的倒数 如s 1 min 1 h 1 d 1等等 越大 衰变越快 越小 衰变越慢 放射性核素衰变掉一半所需要的时间叫做该放射性核素的半衰期原子核的平均寿命是衰变常数的倒数 7 电离 电离辐射和电离辐射场 电离 从一个原子 分子或其他束缚状态释放一个或多个电子的过程电离辐射 由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子组成的 或者是由两者混合组成的辐射 有时简称为辐射 在核工程和核技术领域内所涉及到的电离辐射通常是指正负电子 质子 粒子 中子 射线 电离辐射场 电离辐射在空间或介质内部通过 传播以致经由相互作用发生能量传递的整个空间范围 8 放射性活度 一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数称为它的放射性活度 用符号A表示 放射性活度的SI单位为Bq 1Bq 1 s放射性活度曾用居里 Ci 为单位 1Ci 3 7 1010Bq 放射性活度仅仅是指单位时间内原子核衰变的数目 而不是衰变过程中发射出的粒子数 9 电离损失 电离与激发电离 入射粒子 快速运动的带电粒子 损失部分能量 而电子获得一部分能量 如果传递给电子的能量足以使电子克服原子的束缚 那么这个电子就脱离原子成为自由电子 而靶原子由于失去一个电子而变成带一个单位正电荷的离子 正离子 这一过程称为电离 激发 如果入射带电粒子传递给电子的能量较小 不足以使电子摆脱原子核的束缚成为自由电子 只是使电子从低能级状态跃迁到高能级状态 原子处于激发态 这种状态叫原子的激发 10 电离损失 带电粒子与物质原子中核外电子的非弹性碰撞导致原子的电离或激发 是带电粒子通过物质时动能损失的主要方式 辐射损失 带电粒子在轫致辐射过程中损失的能量称为带电粒子的辐射损失 轫致辐射 带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射 重的粒子产生的轫致辐射往往远远小于电子的轫致辐射 能量相同情况下电子的韧致辐射是 粒子和质子的106 因为辐射损失率与Z2 N成正比 所以 粒子打在重元素中容易产生轫致辐射 这点在选合适的材料阻挡 粒子是很重要 11 粒子的能量损失 粒子与物质作用主要是 电离与激发 能量损失主要是电离能量损失 电子阻止本领 每次碰撞只损失总能量的一小部分 要经过多次这样的相互作用才逐渐损失掉它的能量 12 射线能量损失 射线实际上是高速运动的电子 带一个单位电荷 是轻带电粒子 射线能量损失的主要方式有电离能量损失和辐射能量损失 多次散射导致运动轨迹是曲折的 粒子速度比 粒子速度快得多 电离损失率比 粒子小得多 比电离值较小 13 射线能量损失光电效应 康普顿效应和电子对效应 在0 01 10MeV能量范围内 射线通过物质时主要有光电效应 康普顿效应和电子对效应三种作用过程 其他的反应概率小于1 可以忽略 光电效应截面康普顿效应截面电子对效应截面 截面的大小与 射线的能量和靶物质的性质有关 14 康普顿效应和光电效应不同之处 光电效应中光子损失全部能量 康普顿效应中光子损失部分能量 光电效应发生在束缚得最紧的内层电子上 康普顿效应发生在束缚得最松的外层电子上 15 X 射线与物质相互作用 不象带电粒子那样通过多次小能量的损失逐渐消耗其能量 而是在一次相互作用过程中就可能损失大部分或全部能量 这三种效应都可产生电子 射线与物质的三种主要相互作用与光子能量 吸收物质原子序数的关系 16 应掌握的量和单位 吸收剂量 单位质量受照物质所吸收的平均辐射能量 单位是 专门名词是戈瑞 Gray 符号Gy 吸收剂量率 单位时间内的吸收剂量 单位是 也就是 旧名称拉德 rad 1Gy 100rad 尔格每克 erg g 吸收剂量适用于任何类型的辐射和受照物质 在给出吸收剂量值时 必须指明辐射类型 介质种类和所在位置 17 比释动能不带电粒子授予物质能量的过程可以分成两个阶段 1 不带电粒子与物质相互作用释放出次级粒子 不带电粒子的能量转移给带电的次级粒子 引进一个辐射量表示这一阶段的结果 就是比释动能 比释动能的单位与吸收剂量的单位相同 即 或Gray 2 带电次级粒子通过电离 激发 把从不带电粒子那里得到的能量授予物质 表示这一阶段结果的用吸收剂量 比释动能只适用于不带电粒子 但适用于任何物质 在给出比释动能值时必须同时指出与该比释动能相联系的物质和该物质的部位 18 照射量 照射量是一个用来表示X或 射线在空气中产生电离能力大小的辐射量 照射量的单位是C kg 即库伦 千克 1R 0 333 10 9C 0 001239g 103 2 58 10 4C kg 1或1C kg 1 3 877 103R照射量只用于量度X或 射线在空气介质中产生的照射效应 它不是受照物质吸收的能量 鉴于现在的技术条件和对精度的要求 能被精确测量照射量的光子的能量范围在10keV 3MeV之间 在辐射防护中 能量上限可扩大到8MeV 19 吸收剂量 比释动能和照射量的区别 20 当量剂量为了用同一尺度表示不同类型和能量的辐射对人体造成的生物效应的严重程度或发生几率的大小 辐射防护上采用了当量剂量这一辐射量 是辐射权重因子 无量纲 为按组织或器官T平均计算的来自辐射R的吸收剂量 当量剂量与吸收剂量的单位都是 专门名称叫希沃特 Sievert 简称 希 符号是 Sv 21 是器官或组织T的当量剂量 是器官或组织T的组织权重因子 没有量纲 所以有效剂量的单位名称与符号与当量剂量相同 为Sv 有效剂量是身体各组织或器官受到不同类型辐射照射下 辐射权重因子和组织权重因子的双重加权的吸收剂量之和 有效剂量 组织权重因子 22 有效剂量反映了在全身均匀受照下各器官或组织对总危害的相对贡献 它反映了不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性 有效剂量表示了在非均匀照射下随机效应发生率与均匀照射下发生率相同时所对应的全身均匀照射的当量剂量 23 辐射权重因子同辐射种类和能量有关 但与器官和组织无关 组织权重因子则与器官和组织有关 而与辐射种类和能量无关 要注意区别 不要搞混 当量剂量和有效剂量是供辐射防护用的 它们只能在远低于确定性效应阈值的吸收剂量下作为估计随机性效应概率的依据 24 损伤的发生和发展顺序 照射 能量吸收 分子的电离和激发 分子结构的改变 生理生化代谢改变 细胞组织器官损伤 机体死亡等在这些过程中 也可能因某些原因使机体得到修复 25 辐射的生物效应的特点1 很低的吸收能量就能引起高的生物效应 2 短暂作用引起长期效应 极短时间内沉积能量 辐射的确定性效应 随机性效应都体现为一种长期的 持续性的效应 26 影响辐射生物学作用的因素 物理因素辐射类型 辐射能量 吸收剂量 剂量率以及照射方式等 生物因素不同的种属 细胞 组织和器官对辐射有不同的敏感性 27 随机效应和确定性效应的区别 随机性效应是指效应的发生几率 而非严重程度 与剂量大小有关的那些效应 没有阈值 其后果的严重程度说不上与所受剂量有什么关系 确定性效应是一种有 阈值 的效应 受到的剂量大于阈值 这种效应就会发生 而且其严重程度与所受的剂量大小有关 剂量越大后果越严重 28 躯体效应 远期效应和遗传效应 由辐射引起的显现在受照者本人身上的有害效应叫躯体效应 急性的躯体效应发生在短时间内受到大剂量照射事故情况下 属于确定性效应 远期效应是一种需要经过很长时间潜伏期才显现在受照者身上的效应 主要表现为白血病和癌症 是一种随机效应 遗传效应是表现在受照者后代身体上的效应 是一种随机性效应 29 短期大剂量外照射引起的辐射损伤 不同照射剂量对人体损伤的估计 30 人体所受照射的辐射来源 天然辐射源1 宇宙射线 即来自宇宙空间的高能粒子流 2 宇生核素 它们主要是由宇宙射线与大气中的原子核相互作用产生的 3 原生核素 即存在于地壳中的天然放射性核素 人工辐射源医疗照射 核动力生产和核爆炸 还有一些用于工业 农业 地质调查 科研和教学等领域的放射性装置也对公众造成一定剂量的照射 由这些人工辐射源所致的世界居民的集体有效剂量负担与天然辐射源所致的相比 一般都很小 总计不超过天然辐射源的1 31 照射类别的划分 1 职业照射工作人员在工作过程中所受的所有照射 2 公众照射公众所受到的辐射源照射 包括获准的辐射源和实践所产生的照射和在干预情况下受到的照射 不包括职业照射 医疗照射和当地正常天然本底的照射 32 3 医疗照射患者 包括不一定患病的受检者 因自身医学诊断或治疗所受的照射 知情但自愿帮助和安慰患者的人员 不包括实行诊断或治疗的执业医师和医技人员 所受的照射 以及生物医学研究计划中的志愿者所受的照射 4 潜在照射有一定把握预期不会受到但可能会因辐射源的事故或某种具有偶然性质事件或事件序列 包括设备故障和操作失误 所引起的照射 33 辐射防护的三项基本原则 1 辐射实践正当性原则2 防护最优化原则3 剂量限制的应用原则 34 我国现行的辐射防护标准 我国目前执行的是GB18871 2002 电离辐射防护与辐射源安全基本标准 35 剂量限值a 注 a 限值用于规定期间有关的外照射剂量与该期间摄入量的50年 对儿童算到70岁 的待积剂量之和 b 另有在任一年内有效剂量不得超过50mSv的附加条件 对孕妇职业照射施加进一步限制 c 在特殊情况下 假如每5年内平均不超过1mSv 在单独一年内有效剂量可允许大一些 d 对有效剂量的限制足以防止皮肤的随机性效应 对局部照射需设附加限制以防止确定性效应 36 辐射对人体的照射方式分外照射和内照射两种 外照射是辐射源在人体外部释放出粒子 光子作用于人体的照射 内照射是放射性核素进入人体内 在体内衰变时放出粒子 光子作用于机体的照射 内 外照射的不同特点 37 外照射防护的三个基本方法 时间防护 尽量缩短受照射的时间距离防护 尽量增大与辐射源之间的距离屏蔽防护 在人和辐射源之间设置屏蔽物可以采用其中的一种或综合使用 三要素 时间 距离 屏蔽 38 射线的屏蔽 粒子在物质中运动时的比电离 单位射程上的能量损失 是很高的 在任何物质中的射程都很短 因此对 粒子的外照射防护很简单 离源稍远一点 大于5厘米 或在源的外面包一层纸就可以了 在考虑外照射防护时 对 粒子一般不需采取防护措施 39 射线的屏蔽 粒子在吸收体内损失能量的过程与 粒子大体上一样 但有两点不同 一是比电离小 因而在物质中的穿透能力比 粒子强 二是会产生轫致辐射 粒子的吸收并不精确地服从指数规律 当吸收物质有足够厚度时 粒子就全部被吸收 全吸收厚度 克 厘米2 代表了 粒子在该物质中所能达到的最大质量厚度 称为 最大射程 或简称 射程 射程决定于具有最大能量E 的 粒子 如果所加屏蔽体的厚度小于某种能量的 射线在该屏蔽材料中的最大射程 虽不能完全屏蔽 射线 但却能降低吸收剂量率 40 射线的屏蔽 射线在物质中被吸收的特点是服从于指数衰减规律的 不论用多厚的材料也不能完全屏蔽住 射线 但是可以通过理论计算和实验 找到一个合适的屏蔽体厚度 使 射线的强度减弱到能够接受的水平 常用的 射线屏蔽体厚度计算方法有三种 减弱倍数法减弱因子法半值层厚度法 十值层法 41 中子的屏蔽 对中子的外照射防护主要是对快中子的屏蔽 中子在物质中的减弱过程也遵循指数规律 常用的计算中子屏蔽层厚度的方法也是半值层法 快中子的半值层是指使入射中子的一半慢化到热能状态所需的屏蔽物质厚度 常用含氢低Z材料含硼材料 在中子辐射的防护中必须注意对 射线的防护 加速器和某些同位素中子源都伴随有很强的 辐射 226Ra Be 124Sb Be等中子源的 照射量率甚至会超过中子产生的当量剂量率 此外 中子被吸收后也伴随产生很强的 射线 所以 在设计和计算对中子防护时 有时还必须考虑对 射线的屏蔽 42 屏蔽材料的选择 屏蔽材料选择的一般原则 43 特殊部位的屏蔽 1 顶盖在考虑辐射屏蔽问题时 天空反照 skyshine 问题应予重视 主要是针对中子 源也有类似的问题 但远无中子严重 一个放射性装置绝不可以没有顶盖或不考虑顶盖屏蔽 2 迷道及防护门迷道是利用辐射多次散射来减弱辐射水平 它的减弱系数与它的长度和截面积之比有关 为了避免使用非常笨重的防护门 在通道口多使用迷道与普通防护门共用的解决办法 3 管道电缆和通风管道要尽量做成迷道式的 44 放射性核素的摄入途径与模式 放射性核素进入人体内的途径 食入 吸入 皮肤渗入 伤口进入放射性核素的摄入模式 连续 慢性 摄入每年绝大多数日子里以相当恒定的速度对放射性核素的摄入 单次 急性 摄入持续时间不超过几小时的放射性核素摄入 45 内照射防护的一般方法 1 包容 隔离 净化 稀释 遵守规章制度 作好个人防护 2 对开放型放射工作场所进行分级 分区 46 辐射测量的基本方法 利用辐射在气体 液体或固体中引起的电离 激发效应或其它物理 化学变化进行辐射探测的器件称为辐射探测器 探测器种类 气体 半导体 闪烁体 热释光辐射测量的基本过程是 辐射粒子射入探测器的灵敏体积 入射粒子通过电离 激发等效应在探测器中沉积能量 探测器通过各种机制将沉积能量转换成某种形式的输出信号 信号处理电路把原始信号转变成不同形式的可供直观读出的数字或图形显示输出 47 仪表的刻度 刻度就是将待刻度仪器的读数 指示 与标准进行比对 并调整待刻度仪器的读数与标准相一致 刻度对辐射防护仪表之所以重要是因为 1 辐射特性的改变 2 仪器工作状态的改变 48 剂量计或剂量仪器对辐射场时间结构的响应从时间结构分析 辐射场可分为稳恒场和瞬发场 各种放射源周围的辐射场是典型的稳恒场 占空因子可以认为是1 对于瞬发场 占空因子是一个重要的物理量 凡是计数式仪器都有一定的死时间 最好选用与时间结构无关的剂量计对这样的场进行测量 可以采用电离室测量电离积累电荷的方法 使用一般的计数式仪器 要仔细研究辐射场脉冲宽度 仪器死时间长度 辐射场强度之间的关系 而死时间很长的仪器 如G M计数管仪器 在占空因子较小的辐射场中 就不能使用了 混合辐射场的测量在混合场中 几乎没有任何一种单一的辐射测量仪器可以满足对各种辐射成分的测量要求 一般要针对不同种类的粒子使用不同的探测器 只有两种情况可以使用单一的探测器 一是其中一种辐射的当量剂量水平在总当量剂量中永远占有绝对优势 95 以上 另一种情况是各种辐射水平的比例基本固定 通过测量其中一种辐射 经加权后再显示记录总水平 方向性 49 辐射防护监测包括个人剂量监测 工作场所监测 环境监测监测过程中主要有以下几个特点 1 监测介质的放射性水平一般都比较低 2 监测的对象复杂 3 分析测量样品多 且变化速度有时很快 因此 有些情况下还需配备自动连续监测和数据处理系统 50 外照射个人剂量监测类型 1 常规监测 2 操作监测 3 特殊监测 51 内照射的监测方法 1 体外直接测量发射 或X射线的核素可以在体外用高灵敏的仪器直接测量 经过探测效率的校正 可以得出体内现存核素含量 也可直接测量全身 肺或甲状腺的放射性含量 这是估算发射 射线核素在体内污染的最合适方法 2 间接测量间接测量是用生物检验方法 分析通排泄物或体液 就能由排泄物中放射性核素的活度计算出摄入量 生物检验方法对各种辐射的放射性核素都适用 而且不受体表污染的影响 3 用实物样品测量作为补充方法 如从空气取样器取下滤样 测量后估算内照射剂量 52 工作场所的外照射监测 常规监测 1 新辐射装置交付使用之前或现有装置发生任何改变以后 都需要对工作场所进行综合的外照射辐射场监测 为制定常规监测方案提供依据 2 若辐射场比较稳定 常规监测可以少做 但如能制度化的设立则更好 3 辐射场容易发生变化 但变化缓慢且不甚严重的 只需要在预先设置的观察点上进行周期性或临时性的检查 4 辐射场变化速度很快 而且变化的严重程度无法预料 就需要在现场安装一个带报警的监测系统 或由工作人员随身携带一个报警装置 操作监测在工作现场辐射场恒定情况下 通常只要对工作区域的辐射水平进行初步巡视就够了 如果操作本身可能引起辐射场的明显变化 则需要在操作过程中对现场进行连续监测 53 环境监测的分类及其主要任务 54 人身辐射安全联锁系统设计原则 1 建立严格的隔离区 2 硬件 最可靠 3 失效安全 Fail safe 4 冗余 5 最优切断 6 醒目明确的指示标识 7 急停开关 8 自锁 9 束流闸 10 钥匙箱的使用 11 辐射监测器与联锁系统 12 联锁的旁路 13 排风的联锁 14 质量保证 55 辐射安全大纲 1 硬件 合理的设施设计 先进的辐射防护技术和屏蔽设施 可靠的个人安全保障 合适的个人防护设备 有效的监测计划和完善的监测仪器以及周密的应急计划等 2 软件 健全的辐射安全组织 严格的安全教育和训练 完整的辐射防护法规 规章 标准 管理措施等 56 辐射安全管理的有关法规 法律文件 1 中华人民共和国职业病防治法 2 中华人民共和国环境影响评价法 3 中华人民共和国放射性污染防治法 2003主要法规文件 1 放射性同位素与射线装置安全和防护条例 国务院第449号令2005 2 建设项目环境保护管理条例 国务院第253号令 3 放射工作卫生防护管理办法 卫生部令第17号 4 放射性同位素与射线装置安全许可管理办法 国家环境保护总局令第31号 5 放射工作人员职业健康管理办法 卫生部令第55号 主要国家标准 1 电离辐射防护与辐射源安全基本标准GB18871 2002 57