高等电离辐射防护教程 夏益华 总复习

1、非电离辐射：长波、低频、低能量电离辐射：短波、高频、高能量Ionizing radiation is ubiquitous. Air, water, soil, plants, animals, people, food, paper, machinery and buildings are radioactive. 人体受照射的辐射来源天然辐射和人工辐射天然辐射是人类的主要辐射来源天然辐射是人类的主要辐射来源天然照射的来源及其水平天然照射原生放射性核素宇生放射性核素宇宙射线一般场所：一般场所： 天然本底为 2.4mSv/year, 多为内照射 (222Rn, 60%)人为活动引起天然照射的升

2、高NORM由于人类自身活动的原因引起天然放射性物质浓度增高或者人类受到的天然照射增加，以及引起的相关防护问题。日常活动（飞机）、医疗、核爆、核电站、其它污染对天然照射的控制和防护对天然照射进行控制必须考虑三个标准：照射的可控性分清现有照射和将来照射两种情况一公众的双重心理标准电离辐射生物学效应电离辐射生物学效应（biological effect of ionizing radiation）电离辐射作用于机体后，其能量传递给机体的分子、细胞、组织和器官等基本生命物质和分子后，引起一系列复杂的物理、化学和生物学变化，由此所造成生物体组织细胞和生命各系统功能、调节和代谢的改变，产生各种生物学效应。

3、l辐射的生物效应的特点 ：l很低的吸收能量就能引起高的生物效应；l短暂作用引起长期效应。电离辐射生物学效应电离辐射生物学效应按剂量效应关系可分为：l确定性效应 （组织反应）l因细胞丢失导致的组织或器官功能失常或功能丧失。l辐射效应的严重程度取决于所受剂量的大小。这种效应有一个明确的剂量阂值，在阂值以下不会见到有害效应，如放射性皮肤损伤、 生育障碍。l随机性效应 （致癌效应、遗传效应）l辐射效应的发生几率(而非其严重程度)与剂量相关的效应，不存在剂量的阂值。l可能在受照后很久才显现出来辐射对DNA的损伤DNA是细胞繁殖遗传的物质基础，是引起细胞一系列生化、生理变化的关键物质。普遍认为DNA是电离

4、辐射作用主要的靶u带电粒子与DNA分子直接发直接发生作用生作用，导致细胞的损伤。u通过自由基的间接作用间接作用：辐射粒子与DNA周围环境成份（主要是水）发生作用，产生自由基和过氧化物，自由基将能量转移给DNA，导致DNA产生化学变化。辐射对辐射对DNA损伤的两种机制损伤的两种机制自由基：自由基：是指具有一个或多个不配对电子的是指具有一个或多个不配对电子的原子或分子，它能够与其它具有不配对电子原子或分子，它能够与其它具有不配对电子的原子或分子形成化学键，因此化学性质很的原子或分子形成化学键，因此化学性质很活泼、不稳定。活泼、不稳定。 对天然照射的控制和防护法规和标准电离辐射防护与辐射源安全基本标

5、准（GB 188712002）我国颁布了有关建材、地热水应用、磷酸盐肥料、有色矿物、汽灯纱罩生产等方面对天然照射防护方面的标准。IAEA 2004年安全导则（RS-G-1.7）第第1号号 出版物出版物 1959年年 第第6号号出版物出版物 1964年年 第第9号号出版物出版物 1966年年 第第26号号出版物出版物 1977年年 第第60号号出版物出版物 1990年年 第第103号号出版物出版物2007年年ICRP发布的建议书（总报告）发布的建议书（总报告）防护体系的基本目的辐射防护的基本目的是在保证不对伴随辐射照射的有益实践造成过度限制的情况下为人类提供合适的保护。具体来讲，就是要防止有害的

6、确定性效应，并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。保护人类健康辐射防护原则防护体系的核心辐射防护原则正当性 实践的利益付出的代价最优化 ALARA原则原则剂量限值与约束电离辐射带电粒子的辐射带电粒子的辐射：电子、正电子、质子、粒子等。亦可称为直接电离辐射直接电离辐射，带电粒子通过物质时，沿着粒子径迹通过许多次的库伦力的相互作用，将其能量传递给物质。非带电粒子的辐射非带电粒子的辐射：电磁辐射（射线和X射线）和中子等。亦可称为间接电离辐射间接电离辐射，X/射线或中子通过物质时，可能会发生少数几次相对而言较强的相互作用，把其部分或全部能量转移给它们所通过物质中的某带电粒子，然后，所

7、产生的快速带电粒子再按直接致电离辐射的方式将能量传递给物质。 X/射线将其全部或部分能量传递给物质中原子核外的电子，产生次级电子次级电子；中子几乎总是以核反应或核裂变过程产生次级重带电粒子次级重带电粒子。带电粒子与物质相互作用的方式带电粒子与靶原子核外电子的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核外电子的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞带电粒子与靶原子核外电子的弹性碰撞带电粒子的能量损失方式带电粒子在物质中的能量损失方式主要是通过电离和激发、其次为韧致辐射。重带电粒子主要为电离与

8、激发电子主要为韧致辐射与弹性散射带电粒子在物质中的能量损失：电离损失或辐射损失。重带电粒子主要为电离损失电子主要为电离损失和辐射损失射线与物质的相互作用时的射程快速电子包括射线（正电子和电子）和单能电子束。由于电子的静止质量约是粒子的1/7000，所以与物质的相互作用及在物质中的运动轨迹都与重带电粒子有很大的差异。快速电子与物质的相互作用有：（1）与原子的电子发生非弹性碰撞，引起原子的电离和激发；（2）核弹性库伦散射，散射严重；（3）在电子减速或加速的过程中发射电磁辐射（轫致辐射）；（4）正电子或负电子的湮灭。虽然电离和激发仍是重要的，但轫致辐射的作用不能随意的忽略。并且在与轨道电子的一次作用

9、中，可以损失相当大份额甚至全部的能量，并显著改变自己的运动方向。随堂作业随堂作业1：2-3 简述简述射线与物质相互作用的主要过程射线与物质相互作用的主要过程射线与物质的相互作用射线和射线两种射线性质大致相同，是不带电波长短的电磁波，一般统称为光子。射线对物质的电离作用：两步作用三种作用效应三种作用效应 光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 电子对效应电子对效应 产生次级电子产生次级电子电离效应电离效应次级电子使次级电子使物质原子电离物质原子电离射线射线初级作用初级作用次级作用次级作用随堂作业随堂作业2：2-4 简述射线与物质相互作用的主要过程，以及窄束射线在物质中的减弱规律X、射线与物质的相

10、互作用X、射线是一种比紫外线的波长短得多的电磁波，它与物质相互作用时，能产生次级带电粒子（主要是电子）和次级光子，通过这些次级带电粒子的电离、激发把能量传递给物质；X、射线与物质相互作用， 不是通过多次小能量的损失逐渐消耗其能量，而是在一次作用过程中就可能损失大部分或全部能量；在0.110MeV能量范围内，主要的作用过程是光电效应、康普顿效应和电子对效应；X、射线在物质中不存在射程的概念。中子与物质的相互作用中子不与原子核外层电子发生作用 弹性散射：运动方向改变非弹性散射：中子的一部分能量使核激发、产生光子中子不带电不能直接使原子电离但中子容易进入原子核内同原子核发生作用引起核反应穿透力强外照

11、射防护的基本原则内外照射的特点外照射防护的基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。照射不超过国家规定的剂量限值。照射方式照射方式辐射源类型辐射源类型危害方式危害方式常见致电离粒子常见致电离粒子照射特点照射特点内照射内照射多见开放源多见开放源电离、化学毒性电离、化学毒性、持续持续外照射外照射多见封闭源多见封闭源电离电离高能高能、质子、质子、 、X、n间断间断外照射防护的基本方法外照射防护三要素： 时间、距离、屏蔽外照射防护的基本方法时间防护法 累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间外照射防

12、护的基本方法距离防护法 剂量率与距离的平方成反比（点源）措施：远距离操作；任何源不能直接用手操作；注意射线防护。外照射防护的基本方法屏蔽防护法措施：设置屏蔽体屏蔽材料的选择和厚度的计算：辐射源的类型、射线能量、活度注意散射和孔隙泄漏剂量率的计算是屏蔽设计的基础。吸收剂量率吸收剂量率比释动能率比释动能率剂量率的计算二、吸收剂量率空间任意一点的光子注量与吸收剂量之间的关系： 射线在注量率为的某一点处空气中产生的吸收剂量率 Gy/s射线在计算剂量点处的剂量率 该种能量的射线在空气中的质能吸收系数E射线的能量EdmdDenDen若已知空气中某一点的吸收剂量率，可用下式计算同一点其它物质的吸收剂量率：二

13、、吸收剂量率aaenMenMDD)()(研究辐射在该物质中的质能吸收系数研究辐射在该物质中的质能吸收系数研究辐射在空气中的质能吸收系数研究辐射在空气中的质能吸收系数研究辐射在空气中的吸收剂量率研究辐射在空气中的吸收剂量率研究辐射在该物研究辐射在该物质中的吸收剂量质中的吸收剂量率率三、比释动能率带电粒子平衡时，比释动能等于吸收剂量2RAKkKARK2比释动能率常数比释动能率常数窄束X或射线的减弱规律窄束单能或射线在物质中的减弱规律deNN0线衰减系数，cm-1。宽束X或射线的减弱规律宽束射线在物质中的减弱规律将窄束减弱规律加以修正：线衰减系数，cm-1。d0BeNN1）减弱倍数K辐射场中某点处没

14、有设置屏蔽层时的当量剂量率H(0)，与设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率H(d)的比值。表示屏蔽材料对辐射的屏蔽能力，无量纲。)d,E(B/e(d)H/Hkd110附表附表6-14（2）透射比辐射场中某点处设置厚度为d的屏蔽层后的当量剂量率H(d)，与没有设置屏蔽层时的当量剂量率H(0) 的比值。表示辐射透过屏蔽材料的能力，无量纲。1d101e )d,(H(d)/HKEB附图附图1-63）半减弱厚度与十倍减弱厚度（1）半减弱厚度1/2：half value thickness将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱一半所需的屏蔽层厚度（2）十倍减弱厚度1/10 ：tenth value thic

15、kness将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱到十分之一所需的屏蔽层厚度2/ 110/ 132. 31/2、 1/10 并不是绝对的常数1、32P的半衰期是14.3 d, 1g 纯32P的放射性活度是多少贝可(Bq)？随堂作业（第七章）222310882.110022.6321N)(100556. 1693. 016BqNTNA2、在距辐射源某点处，用仪器测得能量为1.50MeV的射线的注量率为2.1 107（m-2s-1），计算此点在空气中吸收剂量率。（同例题）3、计算距活度为3.71010Bq的137Cs放射源1米处肌肉组织的吸收剂量率。随堂作业（第七章）1371092122921211

16、3613.7 103.0 10 ()44 3.14 1()3.0 100.003240.661.6 10/1.02 103.63/enCsAm srDEm sm kgMeVJ MeVGysmGy h肌肉解：E(137Cs)=0.66MeV, (en/)肌肉=0.00324m2kg-1, r=1m,方法2：解：fD(137Cs)=3.0910-12Gycm2, (en/)空气=0.002931m2kg-1.hmGyDDhmGyGysGycmscmDscmcmenenAir/69. 334. 3002931. 000324. 0)()(/34. 31027. 91009. 3100 . 3100

17、. 3)100(4107 . 317212125125210空气空气肌肉肌肉4、计算活度为3.7 108Bq的198Au点源在0.8m远处空气中产生的比释动能率为多少？(书上例7-2)随堂作业（第七章）1 -5-1 -9-21121782ka112178hGy1014. 3sGy1073. 8m8 . 01051. 1Bq10 3.7RA)(1051. 1的198Au查得7.1由表，0.8m=R，Bq10 3.7 =A）（则解：sBqmGysBqmGyk随堂作业（第七章）5、对波长为1.5410-10m的射线，铝的线性吸收系数为132cm-1，铅的线性吸收系数为2610cm-1 ，要和1mm厚

18、的铅层达到同样的屏蔽效果，铅板的厚度应为多大？6、已知；铝对波长为0.710-10m的射线的质量吸收系数为0.5m2 kg-1，铝的密度为2.7103kg m-3。若要使波长为0.710-10m的射线的强度降低到原来的1/100，铝板应为多厚？7、将50MV的射线源所产生的剂量率减弱108倍所需铅屏蔽层的厚度为多少？（书上例7-4）随堂作业（第七章）cm38cm43. 158.26d0MV558.26301. 08lg2lgKncm43. 1的0MV5查得7.8由表,10 =K218射线所需铅层厚度为的故对则所需半价层数目为射线源的解：例5将60Co和137Cs 源所产生的剂量率减弱104倍所需铅屏蔽层的厚度为多少？8、计算活度为1Ci的32P 点源在相距30.5cm处的空气中产生的吸收剂量率。9、假设皮肤表面被32P沾污，沾污程度为3.7104Bq/cm2，求沾污皮肤的吸收剂量率。随堂作业10