高等電離輻射防護(hù)教程 夏益華 9外照射防護(hù)

1、1內(nèi)外照射的特點(diǎn)照射方式照射方式輻射源類型輻射源類型危害方式危害方式常見致電離粒子常見致電離粒子照射特點(diǎn)照射特點(diǎn)內(nèi)照射內(nèi)照射多見開放源多見開放源電離、化學(xué)毒性電離、化學(xué)毒性、持續(xù)持續(xù)外照射外照射多見封閉源多見封閉源電離電離高能高能、質(zhì)子、質(zhì)子、 、X、n間斷間斷粒子的防護(hù)Alpha particles can be blocked byA sheet of paperOne or two inches of airThe outer layer of the skinThus, materials that emit alpha radiation are only dangerous if

2、inhaled or ingested (where they can be next to biological tissue)射線的防護(hù)Beta particles can be blocked byA thin aluminum plateSeveral feet of airThe first few layers of the skinThus, beta particles are dangerous if inhaled or ingested and to the cornea（角膜）, where they can cause cataracts （白內(nèi)障）射線的防護(hù)Gamm

3、a particles can be blocked byA couple inches of leadA few feet of concreteThus, care must be taken to shield oneself from gamma radiationX-rays are similar to gamma rays but do not penetrate as far-you are probably safe if separated by a normal wall由于射線貫穿能力的限制，可以構(gòu)成外照射的射線包括：中子、及X射線、較高能量的射線8主要內(nèi)容主要內(nèi)容 7

4、.1 7.1 外外照射防護(hù)的一般方法照射防護(hù)的一般方法 X X、 射線射線的外照射的外照射防護(hù)防護(hù) 7.2 劑量率的計(jì)算7.3 x、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律7.4 x、射線的屏蔽計(jì)算 7.5 7.5 帶電粒子帶電粒子外外照射劑量計(jì)算及防護(hù)照射劑量計(jì)算及防護(hù)中子劑量計(jì)算及防護(hù)中子劑量計(jì)算及防護(hù) （第八章）（第八章）第一節(jié) 外照射防護(hù)的一般方法外照射防護(hù)的基本原則外照射防護(hù)的基本方法屏蔽材料的選擇原則確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料外照射防護(hù)的基本原則內(nèi)外照射的特點(diǎn)外照射防護(hù)的基本原則：盡量減少或避免射線從外部對人體的照射，使之所受盡量減少或避免射線從外部對人體的照射，使之所受照射不超過國家規(guī)定的劑量

5、限值。照射不超過國家規(guī)定的劑量限值。照射方式照射方式輻射源類型輻射源類型危害方式危害方式常見致電離粒子常見致電離粒子照射特點(diǎn)照射特點(diǎn)內(nèi)照射內(nèi)照射多見開放源多見開放源電離、化學(xué)毒性電離、化學(xué)毒性、持續(xù)持續(xù)外照射外照射多見封閉源多見封閉源電離電離高能高能、質(zhì)子、質(zhì)子、 、X、n間斷間斷外照射防護(hù)的基本方法外照射防護(hù)三要素： 時(shí)間、距離、屏蔽外照射防護(hù)的基本方法時(shí)間防護(hù)法 累積劑量與受照時(shí)間成正比 措施：充分準(zhǔn)備，減少受照時(shí)間外照射防護(hù)的基本方法距離防護(hù)法 劑量率與距離的平方成反比（點(diǎn)源）措施：遠(yuǎn)距離操作；任何源不能直接用手操作；注意射線防護(hù)。外照射防護(hù)的基本方法屏蔽防護(hù)法措施：設(shè)置屏蔽體輻射源的類

6、型、射線能量、活度屏蔽材料的選擇和厚度的計(jì)算：注意散射和孔隙泄漏屏蔽材料的選擇屏蔽材料的選擇原則射線射線類型類型作用的作用的主要形式主要形式材料選材料選擇原則擇原則常用屏蔽材料常用屏蔽材料 電離、激發(fā)電離、激發(fā)一般低一般低Z材料材料紙、鋁箔、有機(jī)玻璃等紙、鋁箔、有機(jī)玻璃等 、e電離、激發(fā)、軔電離、激發(fā)、軔致輻射致輻射低低Z高高Z材材料料鋁、有機(jī)玻璃、混凝土、鉛鋁、有機(jī)玻璃、混凝土、鉛P、d核反應(yīng)產(chǎn)生中子核反應(yīng)產(chǎn)生中子高高Z材料材料鉭、钚鉭、钚X、 光電、康普頓、光電、康普頓、電子對電子對高高Z材料材料鉛、鐵、鎢、鈾；鉛、鐵、鎢、鈾；混凝土、磚、去離子水等混凝土、磚、去離子水等n彈性、非彈性、彈

7、性、非彈性、吸收吸收含氫、含硼材含氫、含硼材料料水、石蠟、混凝土、聚乙烯；碳水、石蠟、混凝土、聚乙烯；碳化硼鋁、含硼聚乙烯等化硼鋁、含硼聚乙烯等確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料有關(guān)問題主要考慮的參數(shù)輻射源（或裝置）輻射類型、能譜、角分布、發(fā)射率、活度或工作負(fù)荷等輻射場輻射場空間分布、距離、居留因子屏蔽層外表面劑量控制參考值根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推算出控制區(qū)、監(jiān)督區(qū)邊界的劑量控制值屏蔽層厚度選擇適當(dāng)?shù)牟牧?，根?jù)透視比確定屏蔽層厚度確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料居留因子居留因子T種類種類舉舉 例例T1全居留全居留值班室、控制室、工作室、實(shí)驗(yàn)室、車間、放值班室、控制室、工作室、實(shí)驗(yàn)室、車間、放射工作人員經(jīng)常用的

8、休息室；宿舍；兒童娛樂射工作人員經(jīng)常用的休息室；宿舍；兒童娛樂場所；寬得足以放辦公桌的走廊；暗室。場所；寬得足以放辦公桌的走廊；暗室。T1/4部分居留部分居留容不下放辦公桌的走廊；雜用房；不常用的休容不下放辦公桌的走廊；雜用房；不常用的休息室；有司機(jī)的電梯；無人看管的停車場。息室；有司機(jī)的電梯；無人看管的停車場。T1/16偶然居留偶然居留候診室；廁所；樓梯；自動電梯；儲藏室；人候診室；廁所；樓梯；自動電梯；儲藏室；人行道、街道。行道、街道。第二節(jié) X、射線的外照射防護(hù)X、輻射源及輻射場劑量率的計(jì)算、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律、射線的屏蔽計(jì)算X、輻射源及輻射場（一）X射線機(jī)X射線在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用視攝影

9、X線計(jì)算機(jī)體層成像（X-CT）（二）輻射源點(diǎn)源 距離比源本身的幾何尺寸大10倍以上（5-7倍）。非點(diǎn)源：實(shí)際工作中，不能被當(dāng)做點(diǎn)源的輻射源計(jì)算外照射劑量，必須考慮源的形狀、體積、源體積內(nèi)的散射和自吸收等任何非點(diǎn)源都可以分割成足夠數(shù)目的點(diǎn)源X、輻射源及輻射場劑量率的計(jì)算是屏蔽設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。放射性活度：吸收劑量率吸收劑量率比釋動能率比釋動能率劑量率的計(jì)算一、放射性活度用于表征某一物質(zhì)中放射性核素總數(shù)的量度。 式中：dN是在時(shí)間間隔dt內(nèi)，該核素發(fā)生核躍遷次數(shù)的期望值。單位：貝可勒爾（Becquerel）；符號Bq。居里：Ci1 Ci = 3.71010 Bq例1 226Ra的半衰期為1602年，1g

10、 226Ra的放射性活度為多少？1g 226Ra的原子個(gè)數(shù)為：tteAeNNdtdNA00/212310665.210022.62261N)(1066. 3693. 010BqNTNA二、吸收劑量率空間任意一點(diǎn)的光子注量與吸收劑量之間的關(guān)系： 射線在注量率為的某一點(diǎn)處空氣中產(chǎn)生的吸收劑量率 Gy/s射線在計(jì)算劑量點(diǎn)處的劑量率 該種能量的射線在空氣中的質(zhì)能吸收系數(shù)E射線的能量EdmdDenDen二、吸收劑量率空間任意一點(diǎn)的光子注量與吸收劑量之間的關(guān)系：例2在工作場所某點(diǎn)處，用儀器測得能量為1.00MeV的射線的注量率為3.1 107（m-2s-1），計(jì)算此點(diǎn)在空氣中吸收劑量率。查表得：EdmdD

11、enkgmen2310787. 2若已知空氣中某一點(diǎn)的吸收劑量率，可用下式計(jì)算同一點(diǎn)其它物質(zhì)的吸收劑量率：二、吸收劑量率aaenMenMDD)()(研究輻射在該物質(zhì)中的質(zhì)能吸收系數(shù)研究輻射在該物質(zhì)中的質(zhì)能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的質(zhì)能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的質(zhì)能吸收系數(shù)研究輻射在空氣中的吸收劑量率研究輻射在空氣中的吸收劑量率研究輻射在該物研究輻射在該物質(zhì)中的吸收劑量質(zhì)中的吸收劑量率率二、吸收劑量率XfXXeWDmaenmenaaenmenm/85.33/XfXXeWDmaenmenaaenmenm/85.33/2RAXXAR2照射量率常數(shù)照射量率常數(shù)miieniWeEXi1三、比釋動能率2R

12、AKkKARK2比釋動能率常數(shù)比釋動能率常數(shù)三、比釋動能率例3計(jì)算活度為3.7 1010Bq的60Co點(diǎn)源在1m遠(yuǎn)處空氣中產(chǎn)生的比釋動能率為多少？2RAKk上節(jié)回顧tteAeNNdtdNA00/EDenaaenMenMDD)()(2RAKk四、非點(diǎn)源劑量率的計(jì)算輻射源大小、形狀差別，不能簡單視為點(diǎn)源；進(jìn)行積分計(jì)算；還要考慮源本身的吸收和散射的影響；線源情況下，當(dāng)距離比輻射源本身尺寸大5倍以上時(shí)，將其視為點(diǎn)源引入的誤差在0.5以內(nèi)。隨堂作業(yè)寬束與窄束射線通過物質(zhì)后，有兩部分組成。一部分是發(fā)生一次或多次康普頓散射的散射光子，其能量和方向都會發(fā)生變化，即射線束會發(fā)散變寬，稱為“寬束”；一部分是沒有發(fā)

13、生康普頓散射的光子，能量與方向均無變化，仍以原來的方向前進(jìn)，射線束并不變寬，稱為“窄束”。、射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律窄束X或射線的減弱規(guī)律窄束單能或射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律deNN0線衰減系數(shù)，cm-1。低能光子更易被高低能光子更易被高Z物質(zhì)吸收；物質(zhì)吸收；存在一個(gè)能量點(diǎn)，存在一個(gè)能量點(diǎn)，值最小。值最小。窄束X或射線的減弱規(guī)律兩個(gè)概念能譜的硬化：隨著通過物質(zhì)厚度的增加，不易被減弱的“硬成分”所占比重越來越大的現(xiàn)象。平均自由程：線減弱系數(shù)的倒數(shù)稱為光子在物質(zhì)中的平均自由程。即=1/。表示光子每經(jīng)過一次相互作用之前，在物質(zhì)中所穿行的平均厚度。如果d，即厚度等于一個(gè)平均自由程，X或射線被減弱到原來的e-

14、1?？灯疹D效應(yīng)占優(yōu)時(shí)，估算類似材料之間的厚度轉(zhuǎn)換，1221dd寬束X或射線的減弱規(guī)律寬束射線在物質(zhì)中的減弱規(guī)律將窄束減弱規(guī)律加以修正：線衰減系數(shù)，cm-1。d0BeNN寬束X或射線的減弱規(guī)律B積累因子（build-up factor)描述散射光子影響的物理量。表示某一點(diǎn)散射光子數(shù)所占份額。B取決于：源的形狀，光子能量，屏蔽材料的原子序數(shù)，屏蔽層厚度，屏蔽層的組合及照射的幾何條件給定輻射源和屏蔽介質(zhì)的話，只與光子能量給定輻射源和屏蔽介質(zhì)的話，只與光子能量E 和介質(zhì)和介質(zhì)厚度（平均自由程數(shù)厚度（平均自由程數(shù)d）有關(guān)，即）有關(guān)，即B（E，d）。 colnNNB,colnxXXB,（1）查表法；(書上

15、附表4、5)單層介質(zhì)，B值的確定單層介質(zhì)，B值的確定（2）公式法dadaxeAeAB21)1 (11RbaBRe1多層介質(zhì)的累積因子兩種介質(zhì)的原子序數(shù)相差不大兩種介質(zhì)的原子序數(shù)相差很大，1）低Z介質(zhì)在前，高Z介質(zhì)在后：2）高Z介質(zhì)在前，低Z介質(zhì)在后：能量低時(shí)，能量高時(shí)，排列屏蔽材料時(shí)，應(yīng)低Z在前，高Z在后)(,)(,maxbabbaatddEBddEBB)( ,高dEBBt)( ,)( ,高低dEBdEBBt)( ,)( ,)(min,高低高dEBdEBBt鉛：原子序數(shù)、密度大，鉛：原子序數(shù)、密度大， 對低能和高能的對低能和高能的X或或射線有很射線有很高的減弱能力，但在高的減弱能力，但在1Me

16、v到幾到幾Mev的能區(qū)，減弱能力最差的能區(qū)，減弱能力最差缺點(diǎn)：成本高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，不耐高溫。缺點(diǎn)：成本高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，不耐高溫。鐵：屏蔽性能比鉛差。但成本低，易獲得，易加工。鐵：屏蔽性能比鉛差。但成本低，易獲得，易加工。混凝土：價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)性能良好。多用作固定的防護(hù)屏混凝土：價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)性能良好。多用作固定的防護(hù)屏障。障。水：屏蔽性能較差，但有特殊優(yōu)點(diǎn)：透明度好，可隨意將水：屏蔽性能較差，但有特殊優(yōu)點(diǎn)：透明度好，可隨意將物品放入其中。常以水井、水池形式貯存固體物品放入其中。常以水井、水池形式貯存固體輻射源。輻射源。和射線的屏蔽計(jì)算利用寬束減弱規(guī)律計(jì)算屏蔽d0BeNN查表、查圖法查表、查圖法

17、例4利用水井法儲存一個(gè)活度為1.2 1014Bq的60Co源，要求水井表面的劑量率不大于110-2mGy/h。為安全起見引入2倍安全系數(shù)，試求井水的最小深度？1）減弱倍數(shù)K輻射場中某點(diǎn)處沒有設(shè)置屏蔽層時(shí)的當(dāng)量劑量率H(0)，與設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)量劑量率H(d)的比值。表示屏蔽材料對輻射的屏蔽能力，無量綱。)d,E(B/e(d)H/Hkd110附表附表6-14（2）透射比輻射場中某點(diǎn)處設(shè)置厚度為d的屏蔽層后的當(dāng)量劑量率H(d)，與沒有設(shè)置屏蔽層時(shí)的當(dāng)量劑量率H(0) 的比值。表示輻射透過屏蔽材料的能力，無量綱。1d101e )d,(H(d)/HKEB附圖附圖1-63）半減弱厚度與十倍減弱

18、厚度（1）半減弱厚度1/2：half value thickness將入射光子數(shù)（注量率或照射量率等）減弱一半所需的屏蔽層厚度（2）十倍減弱厚度1/10 ：tenth value thickness將入射光子數(shù)（注量率或照射量率等）減弱到十分之一所需的屏蔽層厚度2/ 110/ 132. 31/2、 1/10 并不是絕對的常數(shù)例5將60Co和137Cs 源所產(chǎn)生的劑量率減弱104倍所需鉛屏蔽層的厚度為多少？將50MV的射線源所產(chǎn)生的劑量率減弱108倍所需鉛屏蔽層的厚度為多少？隨堂作業(yè)對波長為1.5410-10m的射線，鋁的線性吸收系數(shù)為132cm-1，鉛的線性吸收系數(shù)為2610cm-1 ，要和1

19、mm厚的鉛層達(dá)到同樣的屏蔽效果，鉛板的厚度應(yīng)為多大？已知；鋁對波長為0.710-10m的射線的質(zhì)量吸收系數(shù)為0.5m2 kg-1，鋁的密度為2.7103kg m-3。若要使波長為0.710-10m的射線的強(qiáng)度降低到原來的1/100，鋁板應(yīng)為多厚？第三節(jié) 帶電粒子外照射劑量計(jì)算及防護(hù)一、射線的防護(hù)二、二、射線的劑量計(jì)算射線的劑量計(jì)算三、三、射線的屏蔽計(jì)算射線的屏蔽計(jì)算四、重帶電粒子的屏蔽計(jì)算射線的防護(hù)射線具有一定的穿透能力，易被組織表層吸收，引起表層組織的輻射損傷。射線與物質(zhì)作用的一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)生韌致輻射。韌致輻射的強(qiáng)度與射線的能量和屏蔽材料的原子序數(shù)有關(guān)；韌致輻射的最大能量近似等于初級粒子的能量

20、；射線的防護(hù)射線的防護(hù)必須考慮兩層屏蔽：第一層用低原子序數(shù)的材料（減弱韌致輻射）屏蔽射線（常用烯基材料、有機(jī)玻璃及鋁等）第二層用高原子序數(shù)的材料屏蔽韌致輻射（常用生鐵、鋼板和鉛板）射線的劑量計(jì)算在物質(zhì)中的衰減近似服從指數(shù)衰減規(guī)律；射線為連續(xù)譜；散射明顯：散射不僅與空氣成分、離源的距離有關(guān)；而且與源周圍散射物的存在及幾何形狀、位置有關(guān)；很難用公式來描述散射的影響；至今尚無滿意的理論公式來計(jì)算源的劑量；常用經(jīng)驗(yàn)公式。射線的劑量計(jì)算（點(diǎn)源）洛文格(Lovinger) 總結(jié)了12種放射性核素的直接測量數(shù)據(jù)，提出了著名的經(jīng)驗(yàn)公式；當(dāng)射線的能量為0.1672.24MeV時(shí)， 用公式： 常數(shù)吸收介質(zhì)的密度歸

21、一化系數(shù)（射線的表觀吸收系數(shù)無量綱）；最大能量有關(guān)的參數(shù)（與點(diǎn)源的放射性活度劑量率處吸收介質(zhì)的（距點(diǎn)源式中：時(shí)，當(dāng));/()/() 1(31059. 41059. 4)/)/();()/()/01 1 )(1 )(322325325221112cmgBqhmGyCeCEvEvKBqhmGyKgcmvCBqAhmGycmgrDeCvrCvrvreeCrCrKADCvrvrCvr1*77. 0*;17. 1*,)(*)()()*2()036. 0(6 .1855 . 1 , 15 . 15 . 0 , 5 . 15 . 015. 0 , 2)*2()036. 0(0 .1611. 321090ma

22、x37. 140. 155. 0maxmaxmaxmaxmaxmaxEEEEBiEESrMeVEMeVEMeVEEEEvMeVECMeVECMeVECEEEveCvCE對于其他核素；，對于對于譜平均能量論計(jì)算的轉(zhuǎn)變?yōu)槿菰S躍遷時(shí)，理假定射線的平均能量射線的最大能量，當(dāng)吸收介質(zhì)為軟組織時(shí)當(dāng)吸收介質(zhì)為空氣時(shí)，按下式計(jì)算：和參數(shù)常用核素的一些物理性質(zhì)射線的劑量計(jì)算（點(diǎn)源）點(diǎn)源空氣中吸收劑量的粗略估算1228.1 10/DA r單位：Gy/h式中：A是活度，Bq；r是距離，m。射線的劑量計(jì)算（面源）無限平面源：所考慮的點(diǎn)到該平面的距離為x（g/cm2) ,該點(diǎn)的吸收劑量率為：)/()/)()1(31)/

23、0ln11ln11089.2)(2222)1()1()1(4hmGycmgxxDCeCcmBqCevxcCvxeevxCCCEvxDACvxvxCvxA處的吸收劑量率（離平面放射性物質(zhì)的面密度（式中，時(shí)當(dāng)射線的劑量計(jì)算（面源）圓盤源：所考慮的點(diǎn)在圓盤的軸上，離圓盤的距離為a，圓盤的半徑為R0，則圓盤源在該點(diǎn)的吸收劑量率為：源的情況時(shí)，上式變?yōu)闊o限平面當(dāng)時(shí)當(dāng)0111(40111()1(2400202ln1 1089. 2),()1ln(211089. 2),(,ReeeaQCCEvRaDZQaeeeePCCEvRaDQPWhenvCQaRPRaZvZvaQaAvZvaQaQZA計(jì)算活度為1Ci的

24、32P 點(diǎn)源在相距30.5cm處的空氣中產(chǎn)生的吸收劑量率。假設(shè)皮膚表面被32P沾污，沾污程度為3.7104Bq/cm2，求沾污皮膚的吸收劑量率。隨堂作業(yè)射線的屏蔽計(jì)算射線的防護(hù)必須考慮兩層屏蔽：第一層用低原子序數(shù)的材料 屏蔽射線（常用烯基材料、有機(jī)玻璃及鋁等）第二層用高原子序數(shù)的材料 屏蔽韌致輻射（常用生鐵、鋼板和鉛板）屏蔽材料的厚度一般應(yīng)等于屏蔽材料的厚度一般應(yīng)等于 射線在物質(zhì)中的最大射程射線在物質(zhì)中的最大射程粒子和單能電子束屏蔽層的計(jì)算能量為E（MeV）的單能電子束在低Z材料中的射程有如下經(jīng)驗(yàn)公式， 當(dāng)0.01E 2.5Mev時(shí)：當(dāng)E2.5Mev時(shí)： R0 = 0.530E-1.06 其中

25、，射程R0用質(zhì)量厚度表示，單位是gcm-2，E為粒子的最大能量，單位是Mev。用其能量等于 射線能譜中的最大能量Emax所的單能電子的射程表示射線的射程EERln0954.027.10412.0粒子和單能電子束屏蔽層的計(jì)算電子、粒子在常用輕材料（如鋁、塑料、普通玻璃等）中以質(zhì)量厚度表示的射程幾乎相同。相應(yīng)材料的屏蔽厚度d計(jì)算：d =R/如果屏蔽層厚度小于粒子的最大射程， 粒子在屏蔽材料中的減弱可以用粒子的半減弱層1/2方法來估算（與屏蔽計(jì)算類似）2. 軔致輻射的屏蔽計(jì)算式中：F 射線被第一屏蔽層吸收時(shí)產(chǎn)生軔致輻射的份額； 射線在空氣中的線衰減系數(shù)，cm-1。式中：設(shè)計(jì)一個(gè)存放活度為3.7 10

26、12Bq的32P 點(diǎn)狀源的容器，假定用有機(jī)玻璃做內(nèi)屏蔽層，鉛做外屏蔽層，計(jì)算所需有機(jī)玻璃與鉛層的厚度？（假設(shè)離輻射源1m處的劑量當(dāng)量率控制水平為7.5Sv/h）內(nèi)外層材料若顛倒效果如何？隨堂作業(yè)例6將有一個(gè)活度為3.7 1011Bq的32P 固體源，要求容器外0.2m處空氣中的吸收劑量率小于25Sv/h。如何設(shè)計(jì)容器的厚度？重帶電粒子外照射劑量應(yīng)考慮到粒子的種類和能量：5MeV以下的粒子，2MeV以下的質(zhì)子，都幾乎不能穿透皮層，進(jìn)行外照射劑量計(jì)算沒有實(shí)際意義。查表法：重帶電粒子的屏蔽計(jì)算重帶電粒子的屏蔽計(jì)算公式法：第八章 中子劑量計(jì)算及防護(hù)一、中子源二、中子的劑量計(jì)算三、中子的防護(hù)中子的分類類

27、別能量 (eV)能量 (eV)慢中子0103210-3冷中子0.025熱中子0.5超熱中子11000共振中子中能中子1035105快中子5 105107非?？熘凶?075107超快中子5 1071010相對論中子1010中子輻射源加速器中子源加速器中子源反應(yīng)堆中子源反應(yīng)堆中子源等離子中子源等離子中子源中子源中子源按產(chǎn)生方式按產(chǎn)生方式按能譜按能譜多能中子源多能中子源中子源中子源放射性核素中子源放射性核素中子源單能中子源單能中子源中子源注意事項(xiàng)：往往伴有 輻射放射性核素中子源優(yōu)點(diǎn)：發(fā)出的中子基本各向同性；源的尺寸小；價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：產(chǎn)額小，且隨時(shí)間減弱；易形成污染。名稱名稱放射放射性核性核素素反應(yīng)

28、反應(yīng)類型類型半衰期半衰期T 1/2中子中子最大最大能量，能量，MeV中子中子平均平均能量，能量，MeV中子產(chǎn)額中子產(chǎn)額y，10-6S-1Bq-1中子源發(fā)射率為中子源發(fā)射率為106 s-1，距離，距離1m處的處的照射量率，照射量率，10-7Ckg-1h-1中子中子能譜能譜伴隨伴隨輻射輻射鈉鈉鈹鈹銻銻鈹鈹釙釙鈹鈹鐳鐳鈹鈹钚钚鈹鈹钚钚鈹鈹鎇鎇鈹鈹24Na124Sb210Po226Ra238Pu239Pu241Am（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）15.0h60.4d138.4d1620a87.75a24390a432a10.8713.0811.310.7411.50.830.0

29、294.24.04.54.14.53.515.1467.640554.143.254.13.761041.331040.1031551.294.392.58單能單能單能單能連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)非常強(qiáng)非常強(qiáng)非常強(qiáng)非常強(qiáng)很低很低很低很低低低低低低低放射性核素中子源的特性加速器中子源利用被加速器加速的帶電粒子轟擊某些靶物質(zhì)導(dǎo)致核反應(yīng)產(chǎn)生的中子。特點(diǎn)：中子產(chǎn)額高加速粒子為：氘（d）或質(zhì)子（p）MeVHendD27. 33MeVHendT586.174T(d,n)4He反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)是中子能量高（1030MeV），即使氘核能量低到0.1MeV，通過T(d,n)4He反應(yīng)也能獲得接近14M

30、eV的單能中子。反應(yīng)堆中子源缺點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)大缺點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)大、造價(jià)高、輻射、造價(jià)高、輻射安全問題安全問題優(yōu)點(diǎn)：中子數(shù)量優(yōu)點(diǎn)：中子數(shù)量多，能譜寬多，能譜寬（0.07517MeV）中子在機(jī)體組織中發(fā)生的重要的相互作用（En100MeV）中子的劑量計(jì)算元素相 互 作 用氫彈性散射輻射俘獲H（n，）D碳彈性散射非彈性散射C（n，n3）和C（n，n）Be反應(yīng)氮彈性散射非彈性散射N（n，p）C，N（n，d）C，N（n，t）C，N（n，）B，N（n，2）Li和N（n，2n）N反應(yīng)氧彈性散射非彈性散射O（n，）C和O（n，p）N反應(yīng) 比釋動能計(jì)算對于單能中子：對于具有譜分布的中子：nenEKD)(EdEdEd

31、KDEtr)(0劑量換算因子法：劑量換算因子法：根據(jù)某一中子源或確定能量的中子注量率，可計(jì)算吸收劑量率：比釋動能計(jì)算DfD中子的注量中子的注量率率(m-2s-1)中子的劑量轉(zhuǎn)化因中子的劑量轉(zhuǎn)化因子子(Gy/中子中子m2)各種中子源的劑量換算因子中子能量En, MeV劑量換算因子fD10-15（Gy/中子m2)中子能量En, MeV劑量換算因子fD10-15（Gy/中子m2)2.510-81.010-71.010-61.010-51.010-41.010-31.010-21.010-154610.5780.6320.6040.5790.5150.4460.7821.80

32、43.0834.2675.2116.0072050钚-硼源，2.8（平均）钚-鈹源，4.2（平均）鐳-鈹源，3.9(平均）镅-鈹源，4.5(平均）钚-鈹源，4.5(平均）锎-252源7.1239.1084.1384.7334.7265.3384.6943.630放射性核素中子源的特性名稱名稱放射放射性核性核素素反應(yīng)反應(yīng)類型類型半衰期半衰期T 1/2中子中子最大最大能量，能量，MeV中子中子平均平均能量，能量，MeV中子產(chǎn)中子產(chǎn)額額y，10-6S-1Bq-1中子源發(fā)射率為中子源發(fā)射率為106 s-1，距離，距離1m處的處的照射量照射量率，率，10-7Ckg-1h-1中子中子能譜能譜伴隨伴隨輻射輻

33、射鈉鈉鈹鈹銻銻鈹鈹釙釙鈹鈹鐳鐳鈹鈹钚钚鈹鈹钚钚鈹鈹鎇鎇鈹鈹24Na124Sb210Po226Ra238Pu239Pu241Am（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）（,n）15.0h60.4d138.4d1620a87.75a24390a432a10.8713.0811.310.7411.50.830.0294.24.04.54.14.53.515.1467.640554.143.254.13.761041.331040.1031551.294.392.58單能單能單能單能連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)非常強(qiáng)非常強(qiáng)非常強(qiáng)非常強(qiáng)很低很低很低很低低低低低低低En，MeV輻射權(quán)重

34、因輻射權(quán)重因子子WR當(dāng)量劑量換算因子當(dāng)量劑量換算因子f Hi，n10-15 Svm2中子注量率中子注量率LCm-2s-1 2.510-8 110-7 110-6 110-5 110-4 110-3 110-2 110-1 510-1 1 2 5 10 20 50210Po-B En2.8210Po-Be En4.2226Ra-Be En4.0239Pu-Be En4.1241Am-Be En4.5252Cf源源 En2.132222222 7.4 11 10.6 9.3 7.8 6.8 6.0 5.0 8.0 7.5 7.3 7.5 7.4 9.15 1.068 1.157 1.263 1.2

35、08 1.157 1.029 0.992 5.78719.8432.6839.6840.6540.8542.7445.54 33.1 35.5 34.5 35.2 39.5 33.21260.1240.1219.9230.0240.1270.0280.0 48.00 14.00 8.608 7.000 6.832 6.800 6.500 6.100 8.400 7.840 8.040 7.880 7.040 8.364中子輻射權(quán)重因子WR，中子當(dāng)量劑量換算因子FHI，N和對應(yīng)的中子注量率10SVH-1例7求距中子發(fā)射率為2.5106中子/s的钚-鈹源1米處的當(dāng)量劑量率。中子的劑量計(jì)算解：查得钚

36、-鈹中子源的fD=4.73310-15Gym-2, E(平均）=4.2MeV, WR=10, s=2.5106中子/s， r=1msSvfWHDRRT/1042. 910733. 41014105 . 291526.減弱原理：第一步：快中子通過與物質(zhì)的非彈性散射和彈性散射，慢化成熱中子；第二步：熱中子被物質(zhì)俘獲吸收。首先用重或較重的物質(zhì)，通過非彈性散射使中子能量很快降到與原子核第一激發(fā)能級能量以下；然后，再利用含氫物質(zhì)，通過彈性散射使中子能量降到熱能區(qū)。中子在屏蔽層中的減弱規(guī)律中子的防護(hù)水：含氫量大，既是慢化劑，又是吸收體，氫的俘獲 輻射能量低，只有2.2MeV，便于屏蔽。水的泄漏易釀成事故。

37、混凝土：既有輕元素，又有較重的元素和一定量的水分，對中子和光子都有較好的屏蔽作用?；炷林兴康牟煌瑢ζ帘涡Ч绊戄^大，需要進(jìn)行修正。石蠟：含大量的氫，易成型，但結(jié)構(gòu)性能差，高溫易軟化，低溫易干裂，對 輻射屏蔽性能差。聚乙烯：含氫豐富，易加工成型，溫度高于100C時(shí)，易軟化。泥土：含水多，廉價(jià)。鋰和硼：熱中子吸收截面大，鋰俘獲中子后放出的 輻射可忽略不計(jì)，硼俘獲中子放出0.47MeV的 輻射，易屏蔽。有的資料給出8.151022。有的資料給出8.31022。材材 料料化化 學(xué)學(xué) 組組 成成含氫量，原子含氫量，原子cm-3水水石石 蠟蠟聚聚 乙乙 烯烯聚聚 氯氯 乙乙 烯烯有有 機(jī)機(jī) 玻玻 璃

38、璃石石 膏膏高高 嶺嶺 土土92聚乙烯聚乙烯8B4CH2OC30H62（CH2）n（CH2CHCl）n（C4H8O2）nCaSO42H2OAl2O32SiO22H2O（CH2）nB4C6.710227. 8710227.9210224.11022 5.710223.2510222.4210227.681022常用屏蔽材料中的含氫量張弛長度法分出截面法中子屏蔽計(jì)算)exp()(0Ldd原理：通過屏蔽材料的選擇使得中子一經(jīng)散射就很快被吸收，穿過屏蔽層的都是未經(jīng)相互作用的中子。滿足簡單的指數(shù)規(guī)律屏蔽材料必須滿足的條件：（1）屏蔽層足夠厚；（2）屏蔽層含像鐵、鉛之類的重材料，通過非彈性散射將中子能量很快降到1MeV以下；（3）屏蔽層內(nèi)含有足夠的氫，在很短距離內(nèi)，將中子能量從1MeV降到熱能，然后被吸收。分出截面法滿足上述條件時(shí)，中子在屏蔽體中的減弱規(guī)律：窄束寬束drred0)(dnrreBd0)(原子量原子量10，宏觀分出截面：，宏觀分出截面：58. 021. 0AR材 料普通土含水10石墨1.54普通混凝土水石蠟聚乙烯鐵R，cm-10.0410.07850.0890.1030.1180.1230.1576元素元素?zé)嶂凶樱嶂凶樱╪,）截面截面俘獲俘獲之最高之最高能量，能量，MeV元素元素?zé)嶂凶樱嶂凶樱╪,）截面截面俘獲俘獲之最高之最高能量，能量，MeV氫氫硼硼-101）氮氮鈉鈉鎂鎂鋁