第3章 外照射防护

含氢、含 水、石蜡、混凝土、聚乙烯； 硼材料 碳化硼铝、含硼聚乙烯等
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第一节 外照射防护的一般方法
四、确定屏蔽厚度所需用的参数和资料
有关问题 辐射源（或装置）
主要考虑的参数 辐射类型、能谱、角分布、发射 率、活度或工作负荷等
辐射场
屏蔽层外表面剂量 控制参考值 屏蔽层厚度
辐射场空间分布、距离、居留因 子
第一节 外照射防护的一般方法 第二节 X、γ射线的外照射防护 第三节 带电粒子外照射的防护
第四节 中子外照射的防护
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第一节 外照射防护的一般方法
第一节 外照射防护的一般方法
一、 外照射防护的基本原则
二、 外照射防护的基本方法
三、 屏蔽材料的选择原则
四、 确定屏蔽厚度所需用的参数和资料
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第一节 外照射防护的一般方法
（2）十倍减弱厚度△1/10 ：tenth value thickness 将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱到十分之 一所需的屏蔽层厚度
1/10 3.32 1/ 2
△1/2、 △1/10 并不是绝对的常数
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
（四）、屏蔽X或γ射线的常用材料
上时，将其视为点源引入的误差在0.5％以内。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
二、X、γ射线在物质中的减弱规律
（一）、窄束X、γ射线的减弱规律
（二）、宽束X、γ射线的减弱规律
单一均匀介质的积累因子
（三）、宽束X、γ射线的透射曲线
（四）、屏蔽X、γ射线的常用材料
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
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第三节 带电粒子的外照射防护
S/的确定：
z S z 2 S z p S
2
z—重带电粒子的电荷数
等效质子能量

Mp M1
E
Mp/M1—质子质量与入射重带电粒子质量之比；
E —入射重带电粒子能量（兆电子伏）。
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第三节 带电粒子的外照射防护
38
第三节 带电粒子的外照射防护
介质修正：
式中：
39
第三节 带电粒子的外照射防护
40
第三节 带电粒子的外照射防护
2. 轫致辐射的屏蔽计算
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第三节 带电粒子的外照射防护
式中：
F — 射线被第一屏蔽层吸收时产生轫致辐射的份额；
μ — 射线在空气中的线衰减系数，cm-1。
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第三节 带电粒子的外照射防护
能谱的硬化：
第二节 X、 γ射线的外照射防护
随着通过物质厚度的增加，不易被减弱的“硬成分”
所占比重越来越大的现象。
平均自由程： 线减弱系数的倒数称为光子在物质中的平均自由程。 即λ=1/μ。表示光子每经过一次相互作用之前，在物质 中所穿行的平均厚度。如果 d ＝ λ ，即厚度等于一个平 均自由程，X或γ射线被减弱到原来的e-1。 康普顿效应占优时，估算，
二、 外照射防护的基本方法
外照射防护三要素：
时间、距离、屏蔽
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第一节 外照射防护的一般方法
1．时间防护(Time)
累积剂量与受照时间成正比 措施：充分准备，减少受照时间
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第一节 外照射防护的一般方法
2．距离防护(Distance)
剂量率与距离的平方成反比（点源） 措施：远距离操作；
任何源不能直接用手操作； 注意β射线防护。
一、外照射防护的基本原则
内外照射的特点
照射方式
内照射
辐射源类型
多见开放源
危害方式
电离、化 学毒性
常见致电离 粒子 α、β
照射 特点 持续
外照射
多见封闭源
电离
高能β、质子、 间断 、X、n
基本原则：
尽量减少或避免射线从外部对人体的照射，使 之所受照射不超过国家规定的剂量限值。
3
第一节 外照射防护的一般方法
T＝ 1/4 T＝ 1/16
第二节 X、 γ射线的外照射防护
第二节 X、 γ射线的外照射防护
一、X、γ 辐射源及辐射场 二、X、γ 射线在物质中的减弱规律 三、X、γ 射线的屏蔽计算
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
一、X、γ辐射源及辐射场
（一）X射线机
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
（三）γ辐射源

（1）查减弱倍数表 （2）查透射比曲线
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第三节 带电粒子的外照射防护
第三节 带电粒子的外照射防护
一、β 射线的剂量计算
二、β 射线的屏蔽防护
三、重带电粒子的剂量计算
四、重带电粒子的屏蔽防护
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第三节 带电粒子的外照射防护
一、β射线的剂量计算
1. 单能电子束
S D 3.6 10 col
1.铅： 原子序数、密度大， 对低能和高能的X或γ射线有很高的 减弱能力，但在1Mev到几Mev的能区，减弱能力最差。 缺点：成本高，结构强度差，不耐高温。 2. 铁： 屏蔽性能比铅差。但成本低，易获得，易加工。 3. 混凝土： 价格便宜，结构性能良好。多用作固定的防护屏障。 4. 水： 屏蔽性能较差，但有特殊优点：透明度好，可随意将物品 放入其中。常以水井、水池形式贮存固体γ辐射源。
(1 A1 )e
a2 d
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
（3）多层介质情况
B[ E , a (d a d b )] 两种介质的原子序数相差不大， B max t B [ E , ( d d )] b a b
两种介质的原子序数相差很大， 1）低Z介质在前，高Z介质在后： 2）高Z介质在前，低Z介质在后：
二、β射线的屏蔽防护
β射线的屏蔽要分两层：先轻Z，后重Z。 屏蔽材料的厚度一般应等于 射线在
物质中的最大射程。
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第三节 带电粒子的外照射防护
1. 经验公式（或查图）计算最大射程
式中： Rmax — 射线在铝中的最大射程（g/cm2）； E max — 射线的最大能量（MeV）。

B 取决于：源的形状，光子能量，屏蔽材料的原子序 数，屏蔽层厚度，屏蔽层几何条件 给定辐射源和屏蔽介质的话，只与光子能量E 和介质 厚度（平均自由程数μd）有关，即B（Eγ，μd）。 24
第二节 X、 γ射线的外照射防护
单层介质，B值的确定：
（1）查表法；
（2）公式法
Bx A1e
a1 d
式中：
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第三节 带电粒子的外照射防护
三、重带电粒子的剂量计算
放射性核素存在“群体反冲”现象。因此，
必须保存在密闭容器内，在密闭良好的手套
箱中操作。
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第三节 带电粒子的外照射防护
（一）质Hale Waihona Puke Baidu阻止本领法
S H 3.6 10 wR
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（mSv/h）
— 重带电粒子的注量率，（1/m2· s）； S/ —重带电粒子在物质中的质量阻止本领； WR —辐射权重因子。
Bt B[E , (d )高 ]
能量低时， Bt B[ E , (d )低 ] B[ E , (d )高 ]
能量高时，
Bt B[(E ,min )高 , (d )低 ] B[E , (d )高 ]
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排列屏蔽材料时，应低Z在前，高Z在后。
第二节 X、 γ射线的外照射防护
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d
第二节 X、 γ射线的外照射防护
（2）透射比η

H1 (d)/ H10 B( E , d)e
d
K
1
辐射场中某点处设置厚度为 d 的屏蔽层后 的当量剂量率H(d)，与没有设置屏蔽层时的当量 剂量率H(0)，的比值。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
（3）透射系数
6
单位：mGy/h
式中：
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第三节 带电粒子的外照射防护
2. β射线 特点： β射线的能谱是连续谱； 散射很显著，情况复杂； 通常用经验公式近似计算。
点源空气中吸收剂量的粗略估算
D 8.110

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A/ r
2
单位：Gy/h
式中：A是活度，Bq；r是距离，m。
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第三节 带电粒子的外照射防护
（一）、窄束X或γ射线的减弱规律
（1）窄束（narrow beam）： 不包含散射成分的射线束
（2）窄束单能γ射线在物质中的减弱规律
N N0e d
μ—线衰减系数，cm-1。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
低能光子更易被高Z物质吸收； 存在一个能量点，μ值最小。
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（3）两个概念
d1 d2 2 1
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（二）、 宽束X或γ射线的减弱规律
第二节 X、 γ射线的外照射防护
N N 0 Be
d
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
B－积累因子（build-up factor)
描述散射光子影响的物理量。表示某一点 散射光子数所占份额。
B N N n , col
Bx X X n , col
（三）、宽束X或γ射线的透射曲线
H1 (d) Bx H10 e
1. 屏蔽计算中用的几个参量
d
（1）减弱倍数K
k H10 / H1 (d) e / B(E , d)
辐射场中某点处没有设置屏蔽层时的当量 剂量率 H(0) ，与设置厚度为 d 的屏蔽层后的当 量剂量率H(d)的比值。表示屏蔽材料对辐射的 屏蔽能力，无量纲。
r 照射量率常数 X A m en e X i Ei W i 1 i
2
A X 2 r

非单能情况：
i
i
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
3. 点源的吸收剂量率计算
Dm fm X
6
第一节 外照射防护的一般方法
3.
措施： 设置屏蔽体
屏蔽防护(Shielding)
屏蔽材料和厚度的选择：
辐射源的类型、射线能量、活度
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第一节 外照射防护的一般方法
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第一节 外照射防护的一般方法
三、屏蔽材料的选择原则
射线 作用的 类型 主要形式 电离、激发 、e P、d X、 n 电离、激发、轫 致辐射 核反应产生中子 光电、康普顿、 电子对 弹性、非弹性、 吸收 材料选 择原则 一般低Z 材料 低Z＋高 Z材料 高Z材料 高Z材料 常用屏蔽材料 纸、铝箔、有机玻璃等 铝、有机玻璃、混凝土、铅 钽、钚 铅、铁、钨、铀； 混凝土、砖、去离子水等
重带电粒子外照射剂量应考虑
到粒子的种类和能量：
5MeV 以下的 粒子， 2MeV 以下的
质子，都几乎不能穿透皮层，进行
外照射剂量计算没有实际意义。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
2. 射线的屏蔽计算
1.4 105 Aq H I (d ) H L ,h 2 r

1.4 101. A 5 4 10 A K K 2 2 r H r H L ,h L ,h
5
H L ,h r 2 r 1.4 105 A q
设置厚度为d的屏蔽层后，离X射线发射点 1m 处，单位工作负荷（ 1mA· min ）所造成的 当量剂量。 单位：Sv· m2· （mA· min）-1。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
2. 半减弱厚度与十倍减弱厚度
（1）半减弱厚度△1/2：half value thickness
将入射光子数（注量率或照射量率等）减弱一半所需 的屏蔽层厚度
根据相关标准推算出控制区、监 督区边界的剂量控制值 选择适当的材料，根据透视比确 定屏蔽层厚度
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第一节 外照射防护的一般方法
居留因子T
居留因 种类 子T
举 例
T＝1
全居 值班室、控制室、工作室、实验室、 留 车间、放射工作人员经常用的休息室； 宿舍；儿童娱乐场所；宽得足以放办 公桌的走廊；暗室。 部分 容不下放办公桌的走廊；杂用房；不 居留 常用的休息室；有司机的电梯；无人 看管的停车场。 偶然 候诊室；厕所；楼梯；自动电梯；储 居留 藏室；人行道、街道。 11
点源 — 距离比源本身的几何尺寸大5倍以上。 1. 放射性活度： 用于表征某一物质中放射性核素总数的量度。
A dN / dt
式中：dN是在时间间隔dt内，该核素发生核跃 迁次数的期望值。 单位：贝可［勒尔］（Becquerel）；符号Bq。
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第二节 X、 γ射线的外照射防护
2. 点源的照射量率计算


4.比释动能率常数
r K K A
2
Ak K 2 r

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第二节 X、 γ射线的外照射防护
5、非点源的照射量率、比释动能率计算
辐射源大小、形状差别，不能简单视为点源； 进行积分计算； 还要考虑源本身的吸收和散射的影响； 线源情况下，当距离比辐射源本身尺寸大5倍以