1、輻射防護(hù)方法外照射防護(hù)上海交通大學(xué)張繼革 副研究員2015年5月4日輻射防護(hù)方法外照射防護(hù)上海交通大學(xué)2015年5月4日外照射防護(hù)基本方法外照射防護(hù)基本方法目前在科研和醫(yī)療等領(lǐng)域中使用的輻射源有封閉源和開放源兩類。封閉源有各種射線裝置，X射線機(jī)、治療用加速器等，對人體的危害主要是外照射。X射線機(jī)醫(yī)用直線加速器目前在科研和醫(yī)療等領(lǐng)域中使用的輻射源有封閉源和開放源兩類。X開放源主要是在基礎(chǔ)和臨床核醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的各種放射性核素，對人體的危害主要是內(nèi)照射和體表污染，還存在外照射。在使用開放源過程中，還有放射性“三廢”處理的問題。放射性廢物固化處理裝置放射性藥品使用過程的防護(hù)開放源主要是在基礎(chǔ)和臨床核醫(yī)學(xué)

2、中應(yīng)用的各種放射性核素，對人體降低職業(yè)照射劑量的重要因素 降低職業(yè)照射劑量的重要因素 外照射防護(hù)的目的及方法控制輻射對人體的照射，使之保持在可以合理做到的最低水平，保障個人所受的劑量當(dāng)量不超過國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)外照射防護(hù)方法有主要有三種：即距離防護(hù)、時間防護(hù)和屏蔽防護(hù)。對工作場所具有放射性的設(shè)備進(jìn)行去污，減少輻射源活度，也是常用的方法外照射防護(hù)的目的及方法控制輻射對人體的照射，使之保持在可以合距離防護(hù)增大與輻射源的距離照射劑量率隨距輻射源的距離增大而降低，點狀源時，人體受到照射的劑量率近似與距離的平方成反比：就是說，距離增加1倍，劑量率則減少到原來的1/4。足見距離防護(hù)的效果十分顯著。距離防護(hù)增大與

3、輻射源的距離照射劑量率隨距輻射源的距離增大而平方反比規(guī)律的適用條件非點狀源的輻射場平方反比規(guī)律僅僅適用于點狀源，而在實際的工作場所，幾乎所有的輻射源都不是點源，因此不能完全照搬這一規(guī)律。對于非點狀源，當(dāng)離源的距離為源的線度10倍以上時，可以將這輻射源近似地當(dāng)成點源來對待。從距離防護(hù)的觀點出發(fā)，無論什么形狀的輻射源，通常離源遠(yuǎn)一點，劑量率就會小一些平方反比規(guī)律的適用條件非點狀源的輻射場距離防護(hù)增大與輻射源的距離增大與輻射源間的距離可以降低受照劑量。在實際工作中，常用遠(yuǎn)距離操作工具，如長柄鉗子、機(jī)械手、遠(yuǎn)距離自動控制裝置等，以增大人體與輻射源之間的距離。在操作輻射源時，采用各種遠(yuǎn)距離操作器械，使操

4、作者與輻射源之間有足夠的距離是十分必要的。 距離防護(hù)增大與輻射源的距離增大與輻射源間的距離可以降低受照時間防護(hù)縮短受照時間人體在輻射場內(nèi)接受的劑量當(dāng)量可以近似地按下式計算：式中：H劑量當(dāng)量， 照射量率，t受照時間。縮短受照時間是簡易而有效的防護(hù)措施，為此，應(yīng)避免一切不必要的在輻射場逗留，即使工作需要，也盡量縮短在輻射場逗留時間。例如，工作前應(yīng)周密計劃、充分準(zhǔn)備、熟練快速操作。必須在強輻射內(nèi)工作時，應(yīng)采用輪流、替換等方法，控制個人的受照射時間。 時間防護(hù)縮短受照時間人體在輻射場內(nèi)接受的劑量當(dāng)量可以近似地時間防護(hù)縮短受照時間人體所受的累積劑量隨著接觸放射源的時間的延長而增加，就是說，個人在輻射場內(nèi)

5、停留的時間越長，所接受的累積劑量越大。在某些情況下常常通過受照時間的控制，來限制個人所接受的劑量。特別是在應(yīng)付緊急事態(tài)的時候，需要在一個強的輻射場內(nèi)工作。在這種情況下，必須于現(xiàn)在工作場所外仔細(xì)制訂工作程序，以使用最短的工作時間去完成工作任務(wù)。假如一個人完成這項工作所需時間過長，由此而遭受的照射將超過規(guī)定限度，則應(yīng)組織一批人去完成這項工作。時間防護(hù)縮短受照時間人體所受的累積劑量隨著接觸放射源的時間縮短受照時間的具體辦法做好準(zhǔn)備工作做好一切可能做到的準(zhǔn)備工作，進(jìn)入工作現(xiàn)場后就能立即開展工作，順利地完成任務(wù)，避免在放射性控制區(qū)內(nèi)無謂的等待和滯留準(zhǔn)備主要應(yīng)包括工作文件（規(guī)程、圖紙、工作票等）的準(zhǔn)備，工

6、具、器材的準(zhǔn)備和防護(hù)用品的準(zhǔn)備。另外，還應(yīng)安排專人進(jìn)行工作現(xiàn)場的準(zhǔn)備，保證現(xiàn)場照明、通風(fēng)和隔離等滿足安全的要求縮短受照時間的具體辦法做好準(zhǔn)備工作縮短受照時間的具體辦法劑量分擔(dān)必要時，可采用“劑量分擔(dān)”的方式?！皠┝糠謸?dān)”就是對于某些集體受照劑量可能較高的操作（如蒸發(fā)器檢修等）可以采用多人（組）輪換操作的方式，這樣每人（組）工作的時間就少一些，相應(yīng)受照劑量就少一些加強培訓(xùn)和操練就工作人員個人而言，應(yīng)提高技巧，熟練操作，縮短工作時間。對于難度較大的操作，應(yīng)事先組織培訓(xùn)，進(jìn)行模擬練習(xí)，達(dá)到熟練自如的程度。熟能生巧，事半功倍，花費時間自然就少縮短受照時間的具體辦法劑量分擔(dān)屏蔽防護(hù)-人與源之間設(shè)置防護(hù)屏

7、障在實際工作中，由于條件所限，往往單靠縮短接觸時間和增大距離并不能達(dá)到安全操作的目的，而必須采用屏蔽防護(hù)。屏蔽防護(hù)就是根據(jù)輻射通過物質(zhì)時被減弱的原理，在人與輻射源之間加一層足夠厚的屏蔽物（減弱材料），把外照射劑量減少到容許水平以下。屏蔽防護(hù)-人與源之間設(shè)置防護(hù)屏障在實際工作中，由于條件所限，屏蔽材料的選擇采用屏障防護(hù)是實用而有效的防護(hù)措施，在實際工作中，根據(jù)輻射源種類，采用不同的屏障。輻射屏蔽常采用低原子序數(shù)的鋁或有機(jī)玻璃；X、射線常采用高原子序數(shù)的鉛、鐵或經(jīng)濟(jì)實用的混凝土等材料；中子則采用原子序數(shù)較低而含氫較多的物質(zhì)，如水、石蠟等。 屏蔽材料的選擇采用屏障防護(hù)是實用而有效的防護(hù)措施，在實際工

8、作射線的防護(hù)射線的防護(hù)射線的防護(hù)在已發(fā)現(xiàn)的千余種放射性核素中，大部分放出射線，在對軍用射線儀器進(jìn)行刻度時，也經(jīng)常使用到輻射源。因此，對射線的防護(hù)非常重要。原則上任何材料對射線都有減弱作用，都可以作為射線的屏蔽材料。射線的防護(hù)在已發(fā)現(xiàn)的千余種放射性核素中，大部分放出射線，射線的防護(hù)而射線與介質(zhì)原子的作用截面與介質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)，光電效應(yīng)截面與Z5成正比，康普頓原子散射截面與Z成正比，電子對效應(yīng)截面與Z2成正比，所以原子序數(shù)高的材料屏蔽射線更為有效。實際用于射線的屏蔽材料主要有鉛、鐵、混凝土。射線的防護(hù)而射線與介質(zhì)原子的作用截面與介質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)射線的防護(hù)屏蔽射線的半值厚度1/2(half-va

9、lue thickness)表示窄束射線經(jīng)過這個厚度材料的屏蔽，其照射量率降低為沒有屏蔽時一半與線吸收系數(shù)的關(guān)系式中， 1/2為半值厚度。根據(jù)屏蔽材料的不同性質(zhì)各用于不同場合。混凝土往往用來做固定屏蔽體，既起屏蔽作用又同時作為建筑，例如輻照設(shè)備的屏蔽墻。幾種屏蔽材料對Co60射線的半值厚度射線的防護(hù)屏蔽射線的半值厚度1/2(half-valu射線的防護(hù)為了提高它的屏蔽性能，必要時可用鑄鐵塊或鐵礦石作骨料。鉛對射線的屏蔽效果最好，但結(jié)構(gòu)性能差，容易形變，而且價格較高，適宜于做活動屏蔽體。對強輻照源貯存井，往往利用水作為屏蔽材料。射線的防護(hù)為了提高它的屏蔽性能，必要時可用鑄鐵塊或鐵礦石作屏蔽射線的

10、常用材料鉛：原子序數(shù)、密度大，對低能和高能的X或射線有很高的減弱能力，但在1MeV到幾MeV的能區(qū)，減弱能力最差。缺點：成本高，結(jié)構(gòu)強度差，不耐高溫。鐵：屏蔽性能比鉛差。但成本低，易獲得，易加工?；炷粒簝r格便宜，結(jié)構(gòu)性能良好。多用作固定的防護(hù)屏障。水：屏蔽性能較差，但有特殊優(yōu)點：透明度好，可隨意將物品放入其中。常以水井、水池形式貯存固體輻射源。在某些必要場合，目前也有用貧鈾或鎢作屏蔽材料。它們的屏蔽性能優(yōu)良，但價格較貴，加工較難。貧鈾還具有少量放射性，一般外表尚須包鋼板。屏蔽射線的常用材料鉛：原子序數(shù)、密度大，對低能和高能的X或射線的防護(hù)射線的防護(hù)射線的防護(hù)射線比射線具有更大的穿透能力。同射

11、線和中子相比，射線或電子的穿透能力很差，屏蔽射線很容易，只要屏蔽材料厚度大于射線的最大射程就能阻擋全部射線。通常只要幾mm厚的鋁板就足以屏蔽射線。核裂變“碎片”絕大部分放出射線。射線的外照射防護(hù)比較簡單，但不能忽視。它容易被組織表皮吸收，引起組織表皮的輻射損傷。射線的防護(hù)射線比射線具有更大的穿透能力。同射線和中子射線的屏蔽前面所討論的外照射防護(hù)的一般方法同樣適用于對射線的防護(hù)。對射線的屏蔽，一要屏蔽射線本身，二要考慮對射線產(chǎn)生的軔致輻射的屏蔽；軔致輻射的強度與射線的能量、屏蔽材料的有效原子序數(shù)成正比。所以，屏蔽射線時應(yīng)采用諸如塑料、有機(jī)玻璃等各種低原子序數(shù)的材料。防護(hù)射線時必須考慮兩層屏蔽：第

12、一層用低原子序數(shù)的材料做成，以減少軔致輻射的產(chǎn)生；第二層用高原子序數(shù)的材料做成，用于屏蔽軔致輻射。射線的屏蔽前面所討論的外照射防護(hù)的一般方法同樣適用于對射中子的防護(hù)中子的防護(hù)背景知識中子為不帶電粒子，它與物質(zhì)的原子核僅發(fā)生核相互作用，這種相互作用可分為散射和吸收。散射只能使中子損失部分能量，中子并不消失，散射過程使中子能量不斷降低。無論是反應(yīng)堆、加速器還是同位素中子源產(chǎn)生出來的是快中子。反應(yīng)堆中的裂變中子平均能量約為2MeV，常用的同位素中子源的中子平均能量是45MeV。熱中子容易被吸收，快中子一般不易被吸收，所以主要應(yīng)考慮對快中子屏蔽。背景知識中子為不帶電粒子，它與物質(zhì)的原子核僅發(fā)生核相互作

13、用，中子在物質(zhì)中減弱過程快中子在物質(zhì)中減弱包括兩個過程：快中子的慢化；慢中子的吸收?？熘凶勇南嗷プ饔眠^程是中子與原子核的彈性碰撞和非彈性碰撞。能量在幾個MeV以上快中子主要通過與高原子序數(shù)的原子核發(fā)生非彈性碰撞降低能量。中子在物質(zhì)中減弱過程快中子在物質(zhì)中減弱包括兩個過程：快中子的高能快中子-非彈性碰撞非彈性碰撞時入射中子一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)樵雍说募ぐl(fā)能，激發(fā)核退激時會發(fā)射光子。為使原子核達(dá)到激發(fā)態(tài)，中子能量必須高于原子核的第一激發(fā)態(tài)能量，所以發(fā)生非彈性碰撞要求中子能量大于閾值。對不同原子核，閾值大體在0.1-5MeV之間。原子序數(shù)高的重原子核閾值低，這種非彈性碰撞的幾率隨入射中子能量增大而增

14、大。所以高原子序數(shù)的重物質(zhì)對高能中子的慢化非常有效。例如10MeV左右的快中子只要與鐵原子核發(fā)生很少次非彈性碰撞，就能把能量降到1MeV左右。高能快中子-非彈性碰撞非彈性碰撞時入射中子一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芸熘凶訌椥耘鲎材芰康陀?-2MeV的快中子慢化主要通過與輕原子核的彈性碰撞。中子與氫的彈性碰撞幾率最大，而且每一次碰撞中轉(zhuǎn)移給反沖質(zhì)子的能量也最多，所以氫是能量在1-2MeV以下快中子的最好的慢化劑。由于彈性碰撞截面隨中子能量降低而增大，所以在含氫多的材料中，中子經(jīng)受一次碰撞后，再次受到碰撞的幾率增大，結(jié)果導(dǎo)致中子能量很快降低到熱中子水平，最后被吸收。低能快中子彈性碰撞能量低于1-2MeV的快

15、中子慢化主要通過熱中子吸收熱中子可以較容易地被任何原子核吸收。其過程是中子與原子核形成處于激發(fā)態(tài)的核，該核退激時會發(fā)射光子。這個過程叫做中子的輻射俘獲。除少數(shù)核素(如Li等)外，這種熱中子的俘獲總伴隨發(fā)射射線，稱為俘獲輻射。吸收作用使中子不復(fù)存在，中子被吸收的主要反應(yīng)是輻射俘獲反應(yīng)，即（n、）反應(yīng)。散射和吸收都使原子核發(fā)生某種變化，常伴隨著有次級帶電粒子或射線的發(fā)射。因此，中子的屏蔽一般較為復(fù)雜，除考慮減弱過程和吸收過程外，還應(yīng)考慮射線的屏蔽。熱中子吸收熱中子可以較容易地被任何原子核吸收。其過程是中子在效能高、設(shè)計精密的中子屏蔽體中必須含有足夠量的氫，同時應(yīng)含有較高原子序數(shù)的物質(zhì)，最好摻入含有

16、10B和6Li的化合物。在效能高、設(shè)計精密的中子屏蔽體中必須含有足夠量的氫，同時應(yīng)含中子束減弱規(guī)律窄束：寬束：r0、r(d)分別是設(shè)置屏蔽層前、后在輻射場中離源r處的注量率； 是屏蔽材料對中子的宏觀分出截面；d是屏蔽層厚度；Bn是寬束下的中子積累因子 對于裂變中子的宏觀分出截面中子束減弱規(guī)律窄束： 對于裂變中子的宏觀分出截面中子屏蔽計算放射性核素中子源的屏蔽計算d是屏蔽層厚度，cm；R是屏蔽材料的宏觀分出截面，cm-1；A是放射性核素中子源中放射性核素的活度，Bq；y是放射性核素中子源的產(chǎn)額(產(chǎn)額就是核反應(yīng)生成的粒子中，中子所占的份額 )_，Bq-1s-1；Ay即為中子源中子發(fā)射率，s-1；B

17、n是中子積累因子；q是居留因子；r是參考點離源的距離，m中子屏蔽計算放射性核素中子源的屏蔽計算Bn取值從偏保守考慮:厚度不小于20cm的水、石蠟、聚乙烯一類的含氫材料，取Bn5；鉛，Bn3.5；鐵，Bn=2.6。Bn取值從偏保守考慮:不同輻射類型的屏蔽材料 不同輻射類型的屏蔽材料 核設(shè)施的輻射屏蔽核設(shè)施的輻射屏蔽加速器的輻射屏蔽加速器所加速的粒子的種類、能量和流強有時是可變的，所使用的靶材料也可能不同，因此輻射發(fā)射率往往隨著改變。必須按不同的工作狀態(tài)選擇可能的最大輻射發(fā)射率，即設(shè)計最厚的屏蔽厚度；還應(yīng)該對加速器今后在束流或能量的提高以及應(yīng)用的擴(kuò)大留有余地。加速器的輻射屏蔽加速器所加速的粒子的種

18、類、能量和流強有時是可核電站的輻射屏蔽反應(yīng)堆屏蔽特點是：輻射源活度大、能量范圍寬，有中子、以及中子的次級，在堆運行時和停堆時輻射源的類型、活度和能譜特性差別很大。在輻射安全上根據(jù)工作人員接近設(shè)備的頻率和時間，確立不同輻射水平，分區(qū)進(jìn)行屏蔽設(shè)計；要根據(jù)輻射源選用不同屏蔽材料，常選用混凝土核電站的屏蔽，分為堆本體屏蔽（一次屏蔽），主冷卻回路的屏蔽（二次屏蔽），燃料運輸屏蔽，輔助廠房屏蔽，以及可移式屏蔽等核電站的輻射屏蔽反應(yīng)堆屏蔽特點是：輻射源活度大、能量范圍寬，乏燃料后處理廠的輻射屏蔽乏燃料后處理廠的屏蔽，應(yīng)充分考慮化工系統(tǒng)的特點，對輻射水平較高的設(shè)備、儀表、管道、物料、試樣、廢物等應(yīng)設(shè)置足夠的屏

19、蔽層，將照射量率降到規(guī)定限值以下，若選用鉛、鑄鐵、鋁玻璃做屏蔽材料，還應(yīng)考慮中子的影響。乏燃料后處理廠的輻射屏蔽乏燃料后處理廠的屏蔽，應(yīng)充分考慮化工外照射防護(hù)在工程應(yīng)用中的特殊問題屋頂屏蔽貫穿輻射（X、中子）穿過屋頂，由于大氣對輻射的散射作用，使輻射場所在的建筑物周圍出現(xiàn)較強的輻射場，這種現(xiàn)象稱為“天空反散射”如果輻射源較接近地面，輻射可能從地面反射并通過高密度屏蔽體下部向屏蔽墻外射出，這種現(xiàn)象稱為“地面反散射”外照射防護(hù)在工程應(yīng)用中的特殊問題屋頂屏蔽迷道所謂迷道，就是利用輻射多次散射以減弱輻射水平的一種進(jìn)出通道。一般迷道的截面呈矩形，為了減少散射，提高迷道的防護(hù)效果，在迷道的拐角處可以設(shè)置凹

20、形面60Co輻照室迷道的示意圖迷道所謂迷道，就是利用輻射多次散射以減弱輻射水平的一種進(jìn)出通防護(hù)門問題如果源庫不設(shè)迷道或有迷道但是屏蔽墻還需要設(shè)置門，那么墻上設(shè)置防護(hù)門的位置一定要避開主射線直射的方向，而且防護(hù)門的屏蔽效果必須與屏蔽墻等效。為了避免輻射泄露過大，門與屏蔽墻之間的搭界寬度L至少應(yīng)為空隙L的十倍。還要注意門的底部與地面之間的間隙，同樣需要采取相應(yīng)的措施。1、門 2、屏蔽墻 3、嵌入的高Z材料防護(hù)門問題如果源庫不設(shè)迷道或有迷道但是屏蔽墻還需要設(shè)置門，那外照射防護(hù)解析課件管縫泄露屏蔽塊裝配時，塊與塊之間有縫隙（如門），這些縫隙的存在，使輻射比較容易從這些薄弱環(huán)節(jié)處泄露出來。與主射線束相對的屏蔽墻不允許有直通縫隙。通常構(gòu)件作成臺階形式，犬牙交錯的配合，使射線經(jīng)過多次彎折才能漏出來。管縫泄露屏蔽塊裝配時，塊與塊之間有縫隙（如門），這些縫隙的存源