劑量率和距離公式

劑量率和距離公式典型Y輻射劑量計(jì)算方法Y輻射劑量計(jì)算是為輻射防護(hù)提供設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)，判定屏蔽材料選擇是否滿足人員和公眾輻射防護(hù)要求。文章介紹了幾種典型模型的Y輻射劑量計(jì)算方法，為同類核設(shè)施或核技術(shù)運(yùn)行設(shè)施輻射防護(hù)屏蔽計(jì)算提供參考。關(guān)鍵詞：典型；輻射；計(jì)算引言在國內(nèi)外核技術(shù)應(yīng)用和核設(shè)施中，存在大量Y放射性核素，Y放射性核素會(huì)發(fā)出一定能量的Y射線。人員接觸后，會(huì)產(chǎn)生受照劑量，在不采取輻射防護(hù)措施的情況下，一旦超過限值，可能對(duì)人員產(chǎn)生輻射損傷。在已建成的核技術(shù)運(yùn)用設(shè)施和核設(shè)施，通常設(shè)置有固定式或者便攜式Y(jié)劑量測(cè)量設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)工作現(xiàn)場(chǎng)Y劑量率，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定工作人員輻射防護(hù)措施，確保工作人員輻射安全。但新建的核技術(shù)運(yùn)用設(shè)施和核設(shè)施，需要通過新建設(shè)施內(nèi)的源項(xiàng)進(jìn)行Y劑量理論計(jì)算，計(jì)算結(jié)果作為設(shè)計(jì)輸入，進(jìn)行輻射防護(hù)屏蔽設(shè)計(jì)，確保設(shè)施運(yùn)行過程中工作人員輻射安全。目前國內(nèi)外Y輻射劑量計(jì)算多數(shù)采用蒙卡計(jì)算，計(jì)算軟件較為復(fù)雜，而且需要專業(yè)技術(shù)人員計(jì)算，科研研究院所使用較多，廠礦企業(yè)使用較少。因此，為方便廠礦企業(yè)開展輻射劑量計(jì)算，特開展較為典型模型的輻射劑量計(jì)算開展研究。對(duì)于較為復(fù)雜的模型，可采用點(diǎn)核計(jì)算后進(jìn)行積分或疊加。Y外照射輻射防護(hù)計(jì)算原理r常數(shù)放射性同位素的r常數(shù)表示從1mCi點(diǎn)源釋放出的未經(jīng)屏蔽的Y射線在距源1cm處所造成的劑量率（R/h）。r常數(shù)分為微分r常數(shù)和總r常數(shù)，對(duì)某一給定放射性同位素的某一單能Y射線所計(jì)算的「常數(shù)為微分r常數(shù)，以ri表示，放射性同位素的總r常數(shù)簡(jiǎn)稱r常數(shù)，等于ri之和。即：上式可簡(jiǎn)化為：。經(jīng)計(jì)算，Cs-137的r常數(shù)為8.51E-14Gy.m2/（h.Bq），Co-60的「常數(shù)為3.42E-13Gy.m2/（h.Bq）。Y屏蔽計(jì)算Y射線與物質(zhì)的相互作用，主要是光電效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)和康普頓散射。究竟哪種效應(yīng)是主要的，決定于射線的能量和屏蔽材料的原子序數(shù)，三種效應(yīng)均隨屏蔽材料原子序數(shù)的增加而不同程度的增加。Y射線屏蔽計(jì)算主要利用Y射線的吸收公式，該公式體現(xiàn)Y射線通過某一厚度屏蔽材料后減弱的程度。I=I0e-px通常在進(jìn)行屏蔽計(jì)算時(shí)還會(huì)用到另一個(gè)參數(shù)半厚度值（又叫半價(jià)層或半吸收厚度），Y射線通過半厚度值的屏蔽材料后，強(qiáng)度減弱至原屏蔽厚度的一半。不同材料對(duì)不同能量的Y射線的線吸收系數(shù)和不同能量對(duì)應(yīng)不同材質(zhì)的半厚度值也可通過查表獲得。2典型輻射源Y劑量率計(jì)算各向同性點(diǎn)源Y劑量率計(jì)算假設(shè)某一點(diǎn)狀源活度為Q，距離點(diǎn)狀源R處的Y劑量率計(jì)算公式如下：PY=式中：PY：距離源R處Y劑量率，單位Gy/h；Q：點(diǎn)狀源活度，單位Bq；「：源相應(yīng)放射性核素的「常數(shù)；單位Gy.m2/（h.Bq）；R：距離點(diǎn)狀源的距離，單位m。線狀源Y劑量率計(jì)算假設(shè)線狀源的線密度活度為Q（L），距離線狀源某點(diǎn)處的Y劑量率采用無限線元積分計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中：Q（L）：線狀源線密度活度，單位Bq/m；D（L）：線狀源拆分元到計(jì)算位置的距離函數(shù)，單位m。面源Y劑量率計(jì)算假設(shè)面源面積比活度為Q（S），距離面源某點(diǎn)處的Y劑量率采用無限面元積分計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中：Q6）：面源面積比活度，單位Bq/m2；D（$）：面源拆分元到計(jì)算位置的距離函數(shù)，單位m。體源Y劑量率計(jì)算假設(shè)體源體積比活度為Q（V）,距離面源某點(diǎn)處的Y劑量率采用無限體元積分計(jì)算，在進(jìn)行體源劑量率計(jì)算時(shí)，需要考慮體源自身的屏蔽問題。體源Y劑量率計(jì)算公式如下：式中：Q（V）：體源體積比活度，單位Bq/m3；D（V）：體源拆分元到計(jì)算位置的距離函數(shù)，單位m；口：體源自身材料線性吸收系數(shù)，單位1/m；X（V）：體源自屏蔽厚度，單位m。3y輻射劑量計(jì)算案例點(diǎn)源計(jì)算案例使用23mCi的Co-60點(diǎn)源刻度熱釋光片，輻照位置距離點(diǎn)源10cm，計(jì)算需要輻照多長時(shí)間才能輻照到10mGy。距離點(diǎn)源10cm的y劑量率為：需要輻照時(shí)間T=10/29.1*60=20.62min如果鉛罐外形尺寸為10cm，計(jì)算需要鉛罐多厚才能滿足鉛罐表面劑量率不超過2mGy/h。計(jì)算公式：線源輻射計(jì)算典型案例操作廊內(nèi)倒料干管位于操作廊地面上，倒料干管為e108x5的不銹鋼管，管道總長120m，在倒料前，采用10mm厚的鉛皮對(duì)倒料干管進(jìn)行了包覆處理，以增加在倒料過程中對(duì)管道內(nèi)的中放廢液的屏蔽措施。在巡檢過程中，人員遠(yuǎn)離倒料干管，沿著操作廊內(nèi)側(cè)行走，距離管線中心1.35m，已超出倒料干管直徑10倍以上，在進(jìn)行Y輻射劑量計(jì)算時(shí)，可將倒料干管視作線源保守估算，管道內(nèi)廢液中Cs-137源項(xiàng)按7.18E+08Bq/L進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算位置位于操作廊縱向中心位置，計(jì)算公式如下：面源計(jì)算案例某放射性廢液桶外水泥攪拌器下部為e700x500的圓柱形，頂部為R350的半球面形，攪拌器材質(zhì)為不銹鋼，壁厚10。攪拌器攪拌的放射性廢液水泥灰漿中Y核素Cs-137濃度為7.18￡+0884兒。在對(duì)攪拌器進(jìn)行檢修前，對(duì)攪拌器內(nèi)壁進(jìn)行清洗，由于清洗不徹底，內(nèi)壁殘留1mm厚水泥灰漿，計(jì)算攪拌器腔體和外壁的Y劑量率，從而估算檢修人員所受輻射劑量。該模型為面源模型，在進(jìn)行Y劑量率計(jì)算時(shí)，按不同形狀面源分為三個(gè)部分，分別是攪拌器底面、圓柱形桶壁和球形桶蓋，在進(jìn)行外壁計(jì)算時(shí)，需考慮攪拌器的屏蔽作用。由此可以分別計(jì)算出腔體和桶壁Y劑量率分別為：采用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算得出攪拌器腔體和桶壁Y劑量率分別為：1.06mGy/h和1.05mGy/h。由計(jì)算結(jié)果可以看出，在進(jìn)行檢修時(shí)，檢修人員需采取屏蔽措施或控制作業(yè)時(shí)間，方能保證人員輻射安全。體源計(jì)算案例400L水泥固化體采用400L標(biāo)準(zhǔn)廢物桶進(jìn)行廢水水泥固化，標(biāo)準(zhǔn)桶尺寸為e700x1040,桶壁厚2mm,設(shè)計(jì)固化體y核素Cs-137濃度為7.18E+08Bq/L，判斷固化體桶蓋和側(cè)壁中心y劑量率是否滿足輻射防護(hù)要求，需進(jìn)行Y劑量率計(jì)算。在進(jìn)行Y輻射劑量率計(jì)算時(shí)，采用體源計(jì)算模式，需考慮水泥自身屏蔽、鋼板屏蔽作用。桶蓋和側(cè)壁具體計(jì)算公式如下：采用計(jì)算機(jī)編程計(jì)算，經(jīng)計(jì)算可得，固化體桶蓋中心位置Y劑量率為44.61mGy/h,桶壁中心位置24.64mGy/h。由言亥計(jì)算結(jié)果可以看出，在不采取屏蔽措施的情況下，運(yùn)輸、貯存該固化體