X射線防護的基本方法

上海暢通凈化工程對于射線檢測人員，主要考慮的是外照射的輻射防護，通過防護控制外照射的劑量，使其保持在合理的最低水平，不超過國家輻射防護標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的劑量當(dāng)量限值。

射線防護的三要素是距離、時間和屏蔽，或者說射線防護的主要方法是時間防護、距離防護和屏蔽防護，俗稱為射線防護的三大方法，其原理如下：

§3.1時間防護

時間防護的原理是：在輻射場內(nèi)的人員所受照射的累積劑量與時間成正比，因此，在照射率不變的情況下，縮短照射時間便可減少所接受的劑量，或者人們在限定的時間內(nèi)工作，就可能使他們所受到的射線劑量在最高允許劑量以下，確保人身安全（僅在非常情況下采用此法），從而達到防護目的。時間防護的要點是盡量減少人體與射線的接觸時間（縮短人體受照射的時間）。

根據(jù)：劑量=劑量率x時間，因此可根據(jù)照射率的大小確定容許的受照射時間。

例題1：射線檢測工作人員所處位置在有輻照的情況下該位置的劑量率為50x10-6Sv/h，按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，則每周的劑量當(dāng)量限值為1mSv=1x10-3Sv，則工作人員每周可工作的小時數(shù)是多少？

解：[1x10-3Sv]/[50x10-6Sv/h]=20h

例題2：按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，則每周的劑量當(dāng)量限值為1mSv=1x10-3Sv，射線檢測工作人員每周工作時間如果是24h，則工作人員所處位置在輻照時的最大劑量率不能超過多大？

解：[1x10-3Sv]/[24h]=41.6x10-6Sv/h

§3.2距離防護

距離防護是外部輻射防護的一種有效方法，采用距離防護的射線基本原理是首先將輻射源是作為點源的情況下，輻射場中某點的照射量、吸收劑量均與該點和源的距離的平方成反比，我們把這種規(guī)律稱為平方反比定律，即輻射強度隨距離的平方成反比變化（在源輻射強度一定的情況下，劑量率或照射量與離源的距離平方成反比）。增加射線源與人體之間的距離便可減少劑量率或照射量，或者說在一定距離以外工作，使人們所受到的射線劑量在最高允許劑量以下，就能保證人身安全。從而達到防護目的。距離防護的要點是盡量增大人體與射線源的距離。

平方反比定律可用公式說明：IA/IB=FB2/FA2，式中：IA-距離A處的射線強度；IB-距離B處的射線強度；FB-射線源到B處的距離；FA-射線源到A處的距離。該公式說明射線一定時，兩點的射線強度，與它們的距離平方成反比，顯然，隨著距離的增大將迅速減少受輻照的劑量。不過要注意：上述的關(guān)系式適用于沒有空氣或固體材料的點射線源，實際上的射線源都是有一定體積的，并非理想化的點源，而且還必須注意到輻射場中的空氣或固體材料會使射線產(chǎn)生散射或吸收，不能忽略射源附近的墻壁或其他物體的散射影響，使得在實際應(yīng)用時應(yīng)適當(dāng)?shù)卦龃缶嚯x以確保安全。

例題1：輻照場中距離射線源2米處的劑量率為90x10-6Sv/h，射線檢測工作人員每周工作時間如果是25h，按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，則每周的劑量當(dāng)量限值為1mSv=1x10-3Sv，則工作人員與射線源的最小距離應(yīng)為多少？

解：首先計算工作人員按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在距離射線源某處時每小時允許接受到的劑量率：[1x10-3Sv]/[25h]=40x10-6Sv/h，設(shè)此允許的劑量率為I2，距離為D2，題意中的D1=2米，劑量率I1=90x10-6Sv/h，則根據(jù)平方反比定律：I1/I2=D22/D12，可以求得D2=3米

例題2：輻照場中距離射線源2米處的劑量率為180x10-6Sv/h，工作人員與射線源的距離為3米，按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，每周的劑量當(dāng)量限值為1mSv=1x10-3Sv，則射線檢測工作人員每周工作時間不應(yīng)超過多少小時？

解：首先根據(jù)平方反比定律求得工作人員所處位置的劑量率=[180x10-6Sv/h]x22/32=80x10-6Sv/h，然后再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許劑量當(dāng)量限值計算得到：[1x10-3Sv]/[80x10-6Sv/h]=12.5h

§3.3屏蔽防護

屏蔽防護的原理是：射線包括穿透物質(zhì)時強度會減弱，一定厚度的屏蔽物質(zhì)能減弱射線的強度，在輻射源與人體之間設(shè)置足夠厚的屏蔽物（屏蔽材料），便可降低輻射水平，使人們在工作所受到的劑量降低最高允許劑量以下，確保人身安全，達到防護目的。屏蔽防護的要點是在射線源與人體之間放置一種能有效吸收射線的屏蔽材料。

對于X射線常用的屏蔽材料是鉛板和混凝土墻，或者是鋇水泥（添加有硫酸鋇-也稱重晶石粉末的水泥）墻。

屏蔽材料的厚度估算通常利用了半值層(半價層)的概念。在X射線檢測中利用的是寬束X射線，下表給出了寬束X射線在鉛和混凝土中的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10。注意：由于鉛板的純度及純凈度、混凝土的配方以及組織結(jié)構(gòu)上必然存在的差異，因此表中給出的半價層厚度只能作為參考值，在實際應(yīng)用中必須考慮增加保險量。

強衰減、寬X射線束的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10峰值電壓KVT1/2cmT1/10cm鉛混凝土鉛混凝土500.0060.430.0171.5700.0170.840.0522.8750.0170.841000.0271.60.0886.31250.0282.00.0936.61500.0302.240.0997.42000.0522.50.178.42500.0882.80.299.43000.1473.10.4810.94000.2503.30.8310.95000.3603.61.1911.71000(1MV)0.7904.42.614.72000(2MV)1.256.4在屏蔽防護計算中，需要考慮兩個方面的因素，即由射線源直接穿過屏蔽物的初級輻射屏蔽，還有射線在屏蔽物上引起的散射輻射也是需要考慮屏蔽的。

下面結(jié)合具體例題予以說明：

[1]初級X射線屏蔽：首先確定屏蔽透射量，然后根據(jù)由實驗測量得到的射線減弱曲線求出所需要的屏蔽層厚度。

屏蔽透射量B=PR2/WUT

式中：

B—X射線的屏蔽透射量R/(mA?min)(在1米處)數(shù)值上：1R≈1rem

P—每周最大容許劑量當(dāng)量：職業(yè)性照射為P=0.1rem/周；放射性工作場所鄰近人員P=0.01rem/周

（注：根據(jù)GB4792-1984《放射衛(wèi)生防護基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定放射性工作人員受到全身均勻照射時的年劑量當(dāng)量不應(yīng)超過5rem，一年365天共52周，按國家法定工作時間（即扣除周六、日和法定節(jié)假日）應(yīng)為250天約36周，但為了從嚴(yán)考慮（例如加班），取50周計算得到0.1rem/周的限值，公眾人員個人受到的年劑量當(dāng)量應(yīng)低于0.5rem,即為0.1rem/周的限值。如果射線照射工作場地鄰近非職業(yè)射線照射工作人員的工作現(xiàn)場時，應(yīng)考慮屏蔽的最大容許劑量當(dāng)量按公眾人員標(biāo)準(zhǔn)計算。）

R—X射線源到操作者的距離，米

T—居留因子：全居留T=1（這是表示工作人員在工作場所停留情況的因子，分為全居留、部分居留、偶然居留三種情況。全居留T=1是指經(jīng)常有人員停留的地方所考慮的因子，適用于控制區(qū)，包括控制室、鄰近的暗室、工作室、實驗室、走廊、休息室和職業(yè)性照射人員常規(guī)使用的辦公室，以及例如位于射線機房鄰近建筑物中用于居留和商店、辦公室、居住區(qū)、運動場、其他生產(chǎn)工作場所等；部分居留T=1/4是指有部分時間里有人員停留時考慮的因子，適用于非控制區(qū)，例如日常非職業(yè)性照射人員所用的公共走廊、公共房間、休息室、娛樂室、電梯、無人管理的停車場等；偶然居留T=1/16是指偶然有人員經(jīng)過情況下考慮的因子，適用于非控制區(qū)，例如公共浴室、樓梯、自動電梯、行人、車輛通道等）

U—使用因子：充分使用U=1（這是表示射線利用程度的一個因素，分為充分使用、部分使用、不常使用三種情況。充分使用U=1是指直接承受射線照射，例如透照室內(nèi)直接受到有效射線束照射的門、墻、天花板、地面、窗口；部分使用U=1/4是指不直接受到射線照射，例如射線機房內(nèi)不直接受到有效射線束照射的門、墻、天花板、地面、窗口；不常使用U=1/16是指基本上不受到有效射線的照射。）

W—工作負(fù)荷：mA?min/周（指高壓通電時間）（即每周的工作負(fù)擔(dān)，在數(shù)值上等于每周工作時間與管電流的乘積）

計算出屏蔽透射量后在X射線減弱曲線圖上查出相應(yīng)管電壓的所要求的屏蔽厚度（鉛板或混凝土墻），考慮兩倍的安全系數(shù)時則再加一個半價層厚度。X射線減弱曲線圖管電壓50-200KV的寬束X射線穿過鉛(密度11.35g/cm3)的減弱曲線管電壓250-400KV的寬束X射線穿過鉛(密度11.35g/cm3)的減弱曲線管電壓50-400KV的寬束X射線穿過混凝土(密度2.25g/cm3)的減弱曲線[2]散射X射線的屏蔽：初級X射線照射到物體（這里指屏蔽物）時將有散射X射線發(fā)生，我們可以把散射體看作為輻射源，散射X射線照射量的大小一般用距離散射體1米處散射X射線照射量與入射初級X射線照射量之比來表示，它與初級射線的性質(zhì)、射線源到物體的距離、散射體受初級射線照射的面積和散射角度等許多因素有關(guān)。下表給出散射的S值與入射光子能量的關(guān)系：散射的S值與入射光子能量的關(guān)系X射線源KV散射角30°45°60°90°120°135°500.00050.00020.000250.000350.00080.0010700.000650.000350.000350.00050.00100.00131000.00150.00120.00120.00130.00200.00221250.00180.00150.00150.00150.00230.00251500.00200.00160.00160.00150.00240.00262000.00210.00200.00190.00190.00270.00282500.00250.00210.00190.00190.00270.00283000.00260.00220.00200.00200.00260.0028

散射屏蔽透射量Bs=(PRS12RS22/WST)(400/F)(在1米處)[單位：R/(mA?min)]

P—每周最大容許劑量當(dāng)量：職業(yè)性照射為P=0.1rem/周；放射性工作場所鄰近人員P=0.01rem/周

W—工作負(fù)荷：mA?min/周（指高壓通電時間）

T—居留因子：全居留T=1

RS1—散射體到散射點的距離，米

RS2—射源到散射體的距離，米

F—散射面積，cm

S—散射面積為400cm2時離散射體1米處的散射輻射產(chǎn)生的照射量與入射輻射照射量之比

400—測量S時的散射面積，cm2

對于0.5MeV以下的X射線可認(rèn)為主要的散射X射線與初級X射線具有相同的減弱特性，計算出Bs值后可從X射線減弱曲線查得相應(yīng)的屏蔽厚度。

例1：一臺250KV的X光機，管電流5mA，探傷人員每天工作6h(高壓通電時間)，每周工作5天，工作地點距X射線管焦點4米，求防護初級X射線的混凝土厚度。

W=It=5mA＊60min＊6h＊5天=9000mA?min/周

P=0.1rem/周

R=4m

U=1

T=1

B=(0.1＊42)/(9000＊1＊1)=1.8＊10-4rem/(mA?min)

在X射線減弱曲線圖縱坐標(biāo)查到B值并從該點作橫坐標(biāo)與250KV曲線相交得到混凝土厚度35cm，考慮兩倍安全系數(shù)，增加一個混凝土半價層2.8cm，合計37.8cm

例2：承上題，散射體距X射線管焦點4米，散射面積400cm2，工作點距散射體1米，散射角60°，求防護散射X射線所需混凝土厚度。

P=0.1rem/周，RS1=1m，RS2=4m，W=9000mA?min/周，F(xiàn)=400cm2，T=1

查看“散射的S值與入射光子能量的關(guān)系”得到：S=0.0019

Bs=(0.1＊42＊12＊400)/(0.0019＊9000＊400)=0.09rem/(mA?min)查得混凝土厚度11cm

例3：一臺額定管電壓250KV的X射線機在1米處1mA?min時產(chǎn)生的劑量X=0.02Sv，檢測人員使用該機每周工作5天，每天開機工作時間為4小時，使用的管電流為5mA，工作人員所在的操作位置距離X射線機為4米，按照GB4792-1984的規(guī)定，防護一次射線的混凝土墻所需厚度T是多少？

解：按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，每周的劑量當(dāng)量限值為HW=1mSv=1x10-3Sv，檢測人員每周工作負(fù)荷為W=5天x4小時x60分鐘/小時x5毫安=6000mA?min，混凝土對250KV的X射線的半值層厚度為T0=28mm，根據(jù)在距離射線源1米處1mA?min時產(chǎn)生的劑量是0.02Sv，以及工作人員的距離為R=4米，首先計算在沒有防護時工作人員所處位置的劑量H：H=X?W/R2=(0.02x6000)/42=7.5Sv

根據(jù)T=n?T0這里n為T0的倍數(shù)，即H=2n?HW,n=lg(H/HW)/lg2=lg[7.5/(1x10-3)]/lg2=12.87

則T=12.87T0=12.87x28=360.4mm，若考慮兩倍的安全系數(shù)，則應(yīng)再加一個半值層厚度，即：T=360.4+28=388.4mm，從建筑工藝角度來說，可取整數(shù)400mm。

例4：同上題，如果采用鉛板屏蔽，則鉛板厚度T應(yīng)為多少？

解：鉛對250KV的X射線的半值層厚度為T0=0.88mm，因此T=12.87T0=12.87x0.88=11.33mm，若考慮兩倍的安全系數(shù)，則應(yīng)再加一個半值層厚度，即：T=11.