第7讲 X、Gama射线的外照射防护

2) 线源举例
设源长L(m)，总活
度为A(Bq)，则线活度
(单位长度上的活度)为 η1=A/L，那么线状源 上任一小段dx可视为 点源，其活度为η1dx,
L
dx x r a θ Q
它在Q点造成的比释动
能率可以视为一系列点 源效应的积累。
2) 线源举例——计算过程 小段dx的空气比释动能率：
(1dx ) K dK a2 因 a 2 x 2 r 2 ，则 1 k dK 2 dx 2 x r 线源总长度为L：
（1）双层介质的原子序数相差不大
B E r , a ( d a d b ) Bt max E r , b ( d a d b ) B
6.2.2-4 多层介质的积累因子（续） （2）两种原子序数相差很大 a) 低Z在前,高Z在后
Bt B Er ,( d )高
为点源的表达式。
6.2 X、γ射线在物质中的衰减规律 6.2.1 窄束X、γ射线在物质中的衰减规律 6.2.2 宽束X、γ射线在物质中的衰减规律 6.2.3 宽束X、γ射线屏蔽的投射曲线 6.2.4 屏蔽X、γ射线的常用材料
6.2.1 窄束X或γ射线在物质中的减弱规律 1 窄束衰减公式 2 光子的作用特点 3 引申概念
6.1.2-2 加速器X射线的发射率常数 发射率常数 a
定义：视X射线源为点源，单位束流1mA，在标 准距离1m处形成的吸收剂量指数率。
单位：Gy m2 mA-1 min-1
特点：拥有明显的角分布特征。
课本P71图3.3给出了Z>73的靶物质发射的0o和 90o方向的发射率常数的曲线；对常见低Z材料， 其修正因子见P73表3.1;
6.1.1 X射线机 1 射线的产生原理 2 剂量计算方法
6.1.1-1 射线的产生原理
6.1.1-1射线的产生原理(续） 原理：利用高速电子轰击高原子序列的靶，会产 生强烈的韧致辐射、伴随核外电子跃迁引起的特 征X射线发射； 能谱特点：产生的X射线分韧致X射线和特征X射 线2类，但在实际应用一般不做区别。 能量特点：产生的X射线能量一般比较低，一般 小于 MeV量级；
图表的读取方法
10 10 10
5 4
3
发 射率常数
10 10 10 10 10
2
1
0
-1
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
电子 能量MeV
数据插值问题 各种数据图、表的刻度，有些是线性的，有些是 对数——线性坐标，也有些是双对数坐标，在使 用时一定要注意插值方法。
对线性关系，一般线性插值法即可；
6.1.3-2 非点源分类及剂量计算 1) 非点源计算思路 2) 线源举例
1) 非点源计算思路
任何一个辐射源，都可以分割成许多个小块辐射 源，以致每一小块源都能被视为是一个点源； 分割的许多个点源在某空间点上产生的剂量学量 等于它们简单叠加---积分问题； 由于放射源的特殊性，因此源的形状一般比较固 定，最多为点源，其余均可以归结于线源、面源、 体源类型，而后三者可以看作是点源的集合体。
外照射防护方法（续） （3）屏蔽防护 原理：某些材料可以有效衰减射线； 措施：选择合适材料，设计并建造屏蔽装置。
第6章 X、γ射线的外照射防护 6.1 常见X、γ辐射源及其辐射场
6.2 X、γ射线在物质中衰减规律
6.3 X、γ射线的屏蔽计算
6.1 常见X、γ辐射源及其辐射场 6.1.1 X射线机 6.1.2 加速器X射线源 6.1.3 γ射线源
6.2.2-1 背景(续）
6.2.2-2 修正公式 （1）积累因子的引入 考虑到散射的影响，在宽束条件下 ：
N BN 0e d
X Bx X 0e
d
B、Bx 均为积累因子，其定义为：
ND ND B d N 1 N 0e
积累因子是指在所考察点上真正测量的某一辐射量的值 ND同用窄束减弱规律算得同一辐射量值N1的比值：
即总积累因子值,可以用高Z介质的代替，原因是光 子从低Z介质中射出的散射光子很容易被后面的高Z 介质吸收。
Z>50的物质： (Eγ)min在3~4MeV之间
低Z物质： (Eγ)min>10MeV
6.2.1-3 引伸概念 (1)能谱的硬化 入射射线通常有谱分布，不同能量光子有不同μ 值， μ大减弱得快， μ小减弱得慢。
随着通过物质的厚度增加，那些不易被减弱的
“硬成分” 所占比重会越来越大，这种现象称为 能谱的硬化 。
对对数——线性坐标、双对数坐标，需要把X或Y 数值做对数化处理，方才能使用线性插值法。
6.1.3γ辐射源 1 点源及剂量计算 2 非点源相关情况
6.1.3-1 点源及剂量计算 1) 点源定义 2) 照射量率计算 3) 空气吸收剂量（率）计算 4) 空气比释动能（率）计算
6.1.2-3 剂量（率）计算方法
I a DI 2 r DI －－吸收剂量指数率，单位Gy min -1 ; I 电子束流强度，单位mA；
a 发射率常数,单位Gy m 2 mA -1 min -1；
r 参考点距离靶的距离，单位m;
a、注意在实际应用中各个分量的单位的统一和确定！！ b、查表时注意读取方法！！
6.1.1-2 剂量计算方法 (1) 发射率常数 x
定义：管电流为1mA时，距离阳极靶1m处，由初 级射线束在空气中产生的空气比释动能率；
单位：mGy m2 mA-1 min-1
相关说明：
• a 有附图1～4数据可查，但需要注意限制条件； • b 实际值应该按照设备说明书情况来，具体情况具 体分析。
6.2.1-2 光子的作用特点（续） (2) Er 曲线在某个能量处μ有极小值 原因:
R
Er

故μ在某一特定能量Emin处， μ出现最小值.
6.2.1-2 光子的作用特点（续） 实践意义：在Emin附近的光子在物质中的穿透本
领最强，即最不易被减弱。
常见规律：
6.2.2-2 修正公式（续） （2）宽束概念的引入与含义
定义：考虑了散射积累效应后的射束。
窄束、宽束主要不是几何概念，而是物理概念。
对不同的辐射量,相应有不同的积累因子。
只有当d=0,B=1；一般B>1。 B的值与源的形状，光子能量，Z及厚度有 关
6.2.2-3 单一均匀介质的积累因子 积累因子的获取方法：
6.2.1-3 引伸概念（续） (2)平均自由程λ 定义:λ=1/μ，它表示一个光子每经过一次相互作用 之前，在物质中所穿过的平均厚度。 实践：屏蔽材料的厚度一般为几个平均自由程λ， 表示射线将减弱到原来的e的负几次方。
6.2.2 宽束X或γ射线在物质中的减弱规律 1 背景 2 修正公式 3 单一均匀介质的积累因子 4 多层介质的积累因子
6.2.2-1 背景 前述窄束公式给出的指数衰减规律的隐含假设：
1 光子在物质中只要发生作用，不管是哪种类型作 用，都认为该光子完全消失了，散射效应被忽略了；
2 公式只给出了在贯穿物质后初始光子的数量。
上述假设是不够合理的，从防护角度来看，散射 光子的忽略，往往低估射线的穿透能力或高估屏 蔽材料的屏蔽能力。
1) 点源定义 点源：即放射源可以视作一个点，射线向四面八 方发射，形成一个各向同性辐射场； 实际操作：如果辐射场中某点与辐射源的距离r， 比辐射源本身的几何尺寸L大5倍以上，即可把辐 射源视为一个点源。
2) 照射量率计算 •照射量率常数
定义：
r2 X 1 ni Ei en a ,i A 4 W e i
6.1.1-2 剂量计算方法（续） (2) 剂量率计算公式
I x Ka 2 r K a －－比释动能率，单位mGy min -1 ; I 管电流，单位mA；
x 发射率常数,单位mGy m 2 mA -1 min -1；
r 参考点距离靶的距离，单位m;
注意：公式使用时一定要单位统一！
2 1 1 1
r wenku.baidu.com参考点距离放射源的距离，单位m;
比释动能常数见P75表3.2；
空气比释动能率与吸收剂量率的关系
en m Dm Ka en a
K a 空气比释动能率，单位Gy s 1； Dm 空气吸收剂量率，单位Gy s 1；
在空气中，上述2个剂量学量相等，对于水、肌肉、 软组织等一类物质，如果忽略它们分别的质能吸收系数的 区别，可以近似认为2个量在数值上也是相等的，但建议 最好利用上式进行计算并做区分；
基本原则
尽量减少或避免射线从外部对人体的辐射，使之所 受照射不超过国家规定的剂量限值。
外照射防护方法
（1）时间防护 （2）距离防护
（3）屏蔽防护
外照射防护方法（续） （1）时间防护
原理：累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间
外照射防护方法（续） （2）距离防护 原理：剂量率与距离的平方成反比 措施：远距离操作
单位：C m2 kg-1 Bq-1 s-1
数据参考：常见的γ核素的照射量率常数见P75
表3.2；
2) 照射量率计算（续） 照射量率计算公式
A X 2 r X 照射量率，单位C kg 1 s 1； 照射量率常数，单位C m 2 kg 1 Bq 1 s 1； 注：1、常见 值取10keV 2、不同核素的 值见P75表3.2
K
2 L 2 L
2 1 L 2 A k 1 L dx 1 k tg tg 2 2 x r r 2r Lr 2r
1 k
2) 线源举例——计算过程（续） 若用Γδ用代替Γk ，则有
2 A 1 L X tg Lr 2r
显然当θ很小时θ≈L/(2r)，上述 和
X 的表达式就
6.2.1-1 窄束衰减公式 单能窄束在物质的衰减规律：
N N 0e
d
N 0e
d
μ是光子在物质中的线衰减系数。
6.2.1-2 光子的作用特点 (1)低能时,光电效应占优势；然后是康普顿散
射占优势；高能时电子对效应占优势.
对一切物质有同样的趋势； 上述特点 对不同物质每种过程占优势的能量范围不同.
1 数据图表：见P91.图3.18-3.21，以及附表6和附表 7；
2 经验公式。
对于各向同性点源，介质的Bx与材料厚度μd的关系可
表达为：
Bx A1e a1d (1 A1 )e a2 d
A1和a1、a2仅与材料和γ射线的能量有关，数值具体见 P93表3.4;
6.2.2-4 多层介质的积累因子 在实验的基础上，归纳出积累因子。以双层屏蔽 为例有:
注意：照射量率常数或以其它单位的形式给出，
如： R m 2 h1 Ci 1
3) 空气吸收剂量（率）计算
4) 空气比释动能（率）计算
A K Ka 2 r K a 空气比释动能率，单位Gy s ； A 放射源活度，单位Bq； K 比释动能率常数，单位Gy m Bq s ；
6.1.2 加速器X射线源 1 X射线的产生 2 加速器X射线的发射率常数 3 剂量（率）计算方法
6.1.2-1 X射线的产生 原理：利用高速电子束轰击高原子序列的靶，产 生的高能X射线。因电子能量较高，因此产生的X 射线成分以连续谱的韧致辐射为主。 与射线机的区别在于电子的能量较为单一、发射 方向基本一致；
辐射剂量与防护
授课单位：核工程与地球物理学院 授课专业：辐射防护与环境工程
辐射防护分类及基本原则 辐射分类：
外照射：放射源发出的射线在体外对人造成照射； 内照射：放射性物质进入体内，对人体造成照射；
防护方法差别很大：
外照射防护：时间、距离、屏蔽措施 内照射防护：采用各种措施，尽量减少放射性物质 进入体内的机会；