辐射防护(RTⅢ).doc

辐射防护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。7.1.1 描述电离辐射的常用辐射量和单位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。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。其定义为除以的所得的商，即：式中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。体积球的空气质量用图表示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。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2.083×109对离子）的照射量叫1伦琴。1静电单位=3.33×10-10库伦1干燥空气质量为0.001293克=1.293×10-6千克1伦=2.58×10-4库伦/千克一个正（负）离子所带的电量为4.8×10-10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1/4.8×10-10=2.083×109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。（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（）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。单位：焦耳/千克（J·kg-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：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的所得的商，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。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（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（）4、照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别（1）照射量和比释动能的关系：和射线照射空气时，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）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：（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D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。（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）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7.1.2 描述辐射防护的常用辐射量和单位：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、RGy、Gy、换算关系1、当量剂量和单位（1）当量剂量HT吸收剂量只反映被照射物质吸收了多少电离辐射的能量，吸收能量越多产生的生物效应就厉害。同样的吸收剂量由于射线的种类不同，和能量不同，引起的生物效应就不同，改变这一因素，应该有一个与辐射种类和能量有关的因子对吸收剂量进行修正。这个因子叫做辐射权重因子。（用于对不同种类和能量的辐射进行修正）。用辐射权重因子修正吸收剂量叫当量剂量。在辐射防护中，我们关心的往往不是受照体某点的吸收剂量，而是某个器官或组织吸收剂量的平均值。辐射权重因子正是用来对某组织或器官的平均吸收剂量进行修正的。用辐射权重因子修正的平均吸收剂量即为当量剂量。对于某种辐射R在某个组织或器官T中的当量剂量可由下式给出：式中：辐射R的辐射权重因子 辐射R在器官或组织T内产生吸收剂量如果某一器官或组织受到几种不同种类和能量的辐射的照射，则应分别将吸收剂量用不同的所对应的辐射种类进行修正，而后相加即可得出总的当量剂量。对于受到多种辐射的组织或器官其当量剂量应表示为：辐射权重因子的数值的大小是由国际放射防护委员会选定的。其数值的大小表示特定种类和能量的辐射在小剂量时诱发生物效应的机率大小。、射线不论其能量大小其辐射权重因子（2）当量剂量的单位由于是无量纲的，当量剂量的SI单位为，专用名称为希沃特（SV），因此，。此外还有毫希沃特（mSV）和微希沃特（SV）2、当量剂量率及单位是单位时间内的当量剂量。SI单位为希沃特秒-1（）3、有效剂量（1）组织权重因子：辐射防护中通常遇到的情况是小剂量慢性照射，在这种情况下引起的辐射效应主要是随机性效应。随机性效应发生机率与受照器官与组织有关，也就是不同的器官或组织虽然吸收相同当量剂量的射线，但发生随机性效应的机率可能不一样。为了考虑不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性，引入一个新的权重因子对当量剂量进行修正，使其修正后的当量剂量能够正确的反映出受照组织或器官吸收射线后所受的危险程度。这个对组织或器官T的当量剂量进行修正的因子称为组织权重因子，用WT表示。每个WT均小于1，对射线越敏感的组织，WT越大，所有组织的权重因子的总和为1。（2）有效剂量及单位：经过组织权重因子WT加权修正后的当量剂量称为有效剂量，用字母E表示。由于WT为无量纲，所以E的单位与当量剂量HT单位相同为，专用单位SV 通常在接受照射中，会同时涉及几个器官或组织，所以应该有不同组织或器官的WT分别对相应的器官或组织的剂量当量进行修正，所以有效剂量E是对所有组织或器官加权修正的当量剂量的总和。用公式表示如下：由当量剂量定义可得到：式中：组织或器官T所受的当量剂量组织或器官T的组织权重因子辐射R的辐射权重因子组织或器官T内的平均剂量E有效剂量，单位：，称为希沃特（）4、国际放射防护委员会60号出版物的一些新规定（1） 以“确定性效应”取代“非随机性效应”随机性效应是指发生机率与剂量成正比而严重程度与剂量无关的辐射效应。一般认为在辐射防护感兴趣的低剂量范围内这种效应的发生不存在剂量阈值。确定性效应：是指通常情况下存在剂量阈值的一种辐射效应，超过阈值时，剂量愈高则效应的严重程度愈大。（2） 进一步明确吸收剂量定义：吸收剂量均指某一组织或器官的平均吸收剂量（）单位专用名称：戈瑞（）对于随机性效应的概率，可以用平均剂量来指示：这主要基于这样一种关系：即诱发某一个效应的概率与剂量的关系是线性的，这在有限的范围内是合理的近似。对确定性效应：剂量与效应的关系不是线性的，所以除非剂量在整个器官或组织内分布是相当均匀的，把平均吸收剂量直接用于确定性效应是不贴切的。（3） 新定义的放射防护剂量单位当量剂量新：旧：剂量当量D吸收剂量Q品质因素N其它修正因素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（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。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。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：（1） 对于任何在控制区工作的工作人员（2） 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（3） 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。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。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。7.2.3 剂量仪器的选择及其校准1、仪器的选择（1）射线的性质 对于射线种类及性质清楚的场所，应选用针对性强的仪器，对于辐射场性质不清楚的场所，应选用带有多用探头的监测仪器或多种监测仪。（2）量程范围仪器的量程下限值至少应在个人剂量限值的1/10以下，上限值根据具体情况而定。（3）仪器的能量响应 所谓能量响应是指仪器的探测元件在不同能量、光子照射下，同样的照射引起的仪器响应（即读数）随光子能量的变化。如果这种差别小就称为能量响应好或能量依赖性小。（4）环境特征对于温度，要求在1040的温度范围内仪器读数变化在±5%以内；对于相对湿度，要求在10%95%的范围内读数变化在±5%以内。此外，应考虑气压和电磁场的影响。（5）对其它辐射的响应高能射线和射线都能穿透电离室或计数管的壁引起仪器响应，造成、 射线测量相互干扰；中子场中往往有辐射场。所以，一般辐射监测仪应对能量直到2.27MeV的射线无响应。（6）其它因素 仪器零点漂移要小；测量的方向性误差不应大于±30%；仪器响应速度要快；重量要轻，体积要小。2、仪器的校准标定法和替代法准确度：（1）当最大当量剂量与最大容许剂量可以比拟时，准确度应达±30%；（2）当剂量水平为最大容许剂量的1/10时，误差达3倍似乎是可以接受的；（3）万一遇到剂量水平要比最大容许剂量大得多的时候，应该以很大的努力来提高辐射测量准确度。7.2.4 场所辐射监测仪器1、气体电离探测器：电离室、正比计数器和G-M计数管统称为气体电离探测器（1）电离室探测器：具有结构简单、使用方便、测量范围宽、能量响应好和工作稳定可靠等优点，虽然灵敏度不是很高，但足够常规防护监测的需要，因此广泛应用于射线和射线的剂量测量。（2）G-M计数管：它比电离室灵敏度高，仪器结构简单，不易损坏，价格低廉。其缺点是：分辨时间太长，不能用于高计数率测量，在很强的辐射场中，由于计数率太大会发生“饱和”。对射线探测效率较低。2、闪烁探测器：由闪烁体和光电倍增管组成，目前应用最广。其优点是分辨时间短，灵敏度比G-M计数管高，射线探测效率高，能测量射线的能量。3、半导体探测器：它的突出优点是能量分辨能力很高，比闪烁探测器要高数十倍。7.2.5 个人剂量监测仪器1、个人剂量笔2、热释光剂量计7.3 辐射防护的原则、标准和辐射损伤机理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。7.3.2 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。（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。（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。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。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：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：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。水的正、负离子不稳定要分解：OH和H叫自由基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。（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。7.4 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。1、时间：剂量=剂量率×时间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R2距射源到2点的距离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。7.4.2 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）照射率和居里的关系：表7-6 常见源的常数源名称Co601.3292Cs1370.3222.3Tm1700.00140.097Ir1920.47232.9Se750.2013.9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？ 7.4.3 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0.025，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？ 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8.35，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10，（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？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。和之间有下列关系：=0.301=3.32利用半价层计算屏蔽层厚度的公式： 式中：Io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 半价层厚度 d屏蔽层厚度计算步骤：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查出值5、求出例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？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？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？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）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？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？（ ）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后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。由于和射线的能谱有所有同，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，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。（2）由于射线的能谱是连续谱线，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。计算时要考虑多项因素： 工作负荷（W）：工作负荷（工作量）W，指周工作负荷，在数值上等于每周射线的曝光时间t（分），与管电流I（毫安）的乘积，即W=It，单位：。W一般取数月或一年的平均值，它表征射线机使用的频繁程度，同时也是输出量多少的一种标志。 居留因子（T）：它表示工作人员在工作场所的停留情况的因子，是一种与工作负荷W相乘以后，用以校正有关区域的居留程度和类型的因素，在屏蔽设计中分全居留、部分居留和偶然居留。全居留T=1 指控制区部分居留T=1/4 指非控制区中日常非职业性照射人员所用的公用房间休息室等偶然居留 T=1/16 指非控制区的电梯、浴室等。而职业性照射人员所在的区域一般取T=1 利用因子（U）它表示射线利用程度的一个因素：充分利用U=1 指直接受射线照射部分利用U=1/4 指不直接受射线照射不常使用U=1/16 指基本上不受射线照射7.4.14 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2、常用屏蔽防护材料及特点（1）铅 原子序数82 密度11350 。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7800 。力学性能好、价廉，有较好防护性能。（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2300，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。24