中子辐照生物效应的理论分析
(优选)核材料的辐照效应
所致。
二铁合金的粒子辐照效应
1 辐照对12Cr-ODS钢氧化物稳定性影响 利用氢离子（H+）束和电子（e-）束，双束（H+/e-）同时 辐照用化学浸润法制备的新型12Cr-ODS铁素体钢，研究辐 照对12Cr-ODS钢氧化物稳定性的影响。对不同辐照剂量下 原位观察辐照区内氧化物形貌的变化过程发现：辐照前和 15dpa辐照后约10-20nm氧化物的尺寸并没有明显变化，而氧 化物周围出现微小高密度空洞并没有影响氧化物的稳定性。 当辐照温度升高至823K时，大尺寸的氧化物Y2O3与基体的 相界面变得不规则，但氧化物颗粒尺寸并不发生明显变化。 实 弥验散结强果化表相明Y2：O3弥与散铁强素化体相相Y界2O面3尺变寸得稳粗定糙，与无氢明的显存溶在解，现促象进。 铁素体内空位向Y2O3氧化物扩散有关。
离子辐照前后实验材料的显微组织
3.450 ℃高能电子辐照对CLAM 钢微观结构 的影响
为了研究低活化马氏体CLAM 钢的抗辐照肿胀性 能,在450 ℃下对CLAM 钢进行大剂量高能电子辐 照的原位动态实验. 利用超高压透射电子显微镜观 察发现,CLAM 钢中产生了大量的间隙原子型位错 环和多面体形状的辐照空洞. 分析了它们的形核和 长大规律以及相关机制. 计算表明,CLAM 钢在高 能电子辐照下的最大肿胀率为0.26 % ,具有较好 的抗辐照肿胀性能.
理论计算辐照环境下纳米晶材料的结构变化
A 传统晶态合金
B 纳米晶材料
1 Bai XM, etc., Science, 327, 1631 (2010);
2 Ackland G, Science, 327, 1587 (2010)
一 锆合金的辐照效应
❖ 1. 单位体量材料积中位移原子数与原子总数之比 定义为原子位移（dpa），通常以其值来衡的辐 照损伤程度，在典型轻水堆电站中锆合金包壳每 一次循环下所受到的辐照损伤为20(dpa)，约相当 于10-7dpa/s,可见很严重。
中子辐照效应
中子辐照效应1.引言中子辐照效应，是指材料在中子辐照下所发生的各种变化。
中子辐照效应不仅对材料的性质和性能产生影响，而且对核反应堆燃料、材料辐照损伤等方面也有着重要的影响。
本文将会探讨中子辐照效应的概念、分类、影响以及应用等方面。
2.中子辐照效应的分类2.1 根据中子源中子有不同的来源，如自然界中天体宇宙射线、核反应堆中的反应中子等，因此中子辐照效应可以根据中子的来源分为自然辐照和人工辐照。
2.2 根据辐照方式根据辐照方式，中子辐照效应可分为延时损伤（DD）、瞬变损伤（MD）和氨气处理损伤（HT）。
延时损伤就是中子照射后电阻率随时间的变化，在核反应堆应用的燃料材料辐照实验中较为常见。
瞬变损伤就是指材料在短时间内受到大量中子轰击所形成的无序区，通常是用中子束进行瞬变损伤实验。
氨气处理损伤主要是指较长时间在大气中长期暴露的、被氨气污染的核反应堆材料。
3.中子辐照效应的影响中子辐照对材料的影响是多方面的，具体表现为以下几个方面。
3.1 结构和性质的变化中子照射会给材料的晶体结构带来变化，这种变化涉及到了晶体结构的各个方面，如点缺陷、位错、晶界等。
这些变化进一步影响了材料的各种性质，如热学性质、机械性质、电学性质等。
3.2 辐射损伤材料在中子辐照下会出现大量的辐射损伤。
这种辐射损伤主要有原子核反应、位移反应和电子-离子相互作用等。
3.3 微观结构的变化中子辐照会引起晶体结构变化，从而导致材料微观结构的改变。
这种微观结构的变化涉及到了晶体缺陷的生成和变形等。
3.4 氢气脆化中子辐照还会使材料中产生大量的杂质氢，这种氢气脆化进一步影响了材料的性能，甚至可能导致材料的破裂。
4.中子辐照效应的应用中子辐照效应不仅对材料的性质和性能产生影响，而且对核反应堆燃料、材料辐照损伤等方面也有着重要的影响。
以下列举一些中子辐照效应的应用。
4.1 核反应堆材料核反应堆材料的辐照损伤行为是影响核反应堆安全和寿命的一个重要方面。
第五章 辐照效应。
第五章辐照效应辐照损伤是指材料受载能粒子轰击后产生的点缺陷和缺陷团及其演化的离位峰、层错、位错环、贫原子区和微空洞以及析出的新相等。
这些缺陷引起材料性能的宏观变化，称为辐照效应。
辐照效应因危及反应堆安全，深受反应堆设计、制造和运行人员的关注，并是反应堆材料研究的重要内容。
辐照效应包含了冶金与辐照的双重影响，即在原有的成分、组织和工艺对材料性能影响的基础上又增加了辐照产生的缺陷影响，所以是一个涉及面比较广的多学科问题。
其理论比较复杂、模型和假设也比较多。
其中有的已得到证实，有的尚处于假设、推论和研究阶段。
虽然试验表明，辐照对材料性能的影响至今还没有确切的定量规律，但辐照效应与辐照损伤间存在的定性趋势对实践仍有较大的指导意义。
5.1 辐照损伤1. 反应堆结构材料的辐照损伤类型反应堆中射线的种类很多，也很强，但对金属材料而言，主要影响来自快中子，而α，β，和γ的影响则较小。
结构材料在反应堆内受中子辐照后主要产生以下几种效应：1) 电离效应：这是指反应堆内产生的带电粒子和快中子撞出的高能离位原子与靶原子轨道上的电子发生碰撞，而使其跳离轨道的电离现象。
从金属键特征可知，电离时原子外层轨道上丢失的电子，很快被金属中共有的电子所补充，所以电离效应对金属性能影响不大。
但对高分子材料，电离破坏了它的分子键，故对其性能变化的影响较大。
2) 嬗变：受撞原子核吸收一个中子变成异质原子的核反应。
即中子被靶核吸收后，生成一个新核并放出质子或α带电粒子。
例如：嬗变反应对含硼控制材料有影响，其它材料因热中子或在低注量下引起的嬗变反应较少，对性能影响不大。
高注量（如：>1023 n/m 2）的快中子对不锈钢影响明显，其组成元素大多都通过（n,α)和（n,p）反应产生He 和H ，产生辐照脆性。
HeLi n B 427310105+→+H N n O 11167168+→+3) 离位效应：碰撞时，若中子传递给原子的能量足够大，原子将脱离点阵节点而留下一个空位。
中子辐照豌豆的M1代生物学效应与M2代实验研究
中子辐照豌豆的M1代生物学效应与M2代实验研究以受到不同剂量中子辐照的豌豆干种子为研究对象，对其进行田间种植实验及生态学试验。
研究了不同中子吸收剂量对M2代豌豆引起的生物效应及对其生理因素改变进行了分析。
研究表明：与对照相比，随着中子吸收剂量的增加，M2代出苗率并无随着种子辐照剂量规律性变化趋势；中子辐照令M2代豌豆产生分支率显著变化；一定范围内，中子辐照剂量越大，M2代豌豆体内SOD含量越低而MDA含量越高；中子辐照令M2代豌豆叶片中栅栏组织与海绵组织比例产生变化；中子辐照对M2代豌豆仍产生生物效应，但该效应弱于对M1代豌豆产生的生物效应。
关键词：豌豆，中子，生物学效应，M2代1.1 豌豆概述1.1.1 豌豆简介豆科豌豆,属一年生(越年生)攀援性草本植物。
又名寒豆、麦豆，古称毕豆、留豆。
豌豆起源于亚洲中西部以及地中海地区。
我国最早的豌豆记载出现于东汉。
南纬45°到北纬68°均为豌豆分布地区。
干豌豆主要生产国为前苏联、中国、印度、美国、埃塞俄比亚、匈牙利、法国、英国、捷克、斯洛伐克、新西兰等。
青豌豆产量以美英法三国居首。
我国豌豆产量以四川为首，次为豫、鄂、苏、云、陕、晋、青等省。
豌豆主根发达，侧根细长。
豌豆茎柔软，叶表被白色蜡粉，无毛，多蔓生；对生羽状复叶（托叶），顶端小叶（真叶）变为卷须；花成蝶形，白、紫或红色，紫(红)花豌豆托叶叶腋生有红色斑点；豆荚呈圆筒或扁圆筒形，侧面呈马刀形、剑形或念珠形；种子有圆、皱、凹圆和扁圆等形状，呈黄白、绿、粉红、褐和黑等色。
[1]豌豆茎粗壮，密生灰色长硬毛。
叶柄长，密生灰色长硬毛；托叶小，披针形；三出复叶，顶生小叶菱状卵形，长7-13cm，宽3-6cm，先端渐尖，基部宽楔形或圆形，两面均有白色长柔毛，侧生小叶较小，斜卵形；叶轴及小叶柄密生黄色长硬毛。
豌豆总状花序腋生，苞片及小苞片披针形，有毛；花萼钏状，萼齿5，披针形，下面1齿最长，均密被白色长柔毛；花冠小，白色或淡紫色，稍较萼长；旗瓣先端微凹，翼瓣具1耳，龙骨瓣镰形；雄蕊10，二体；子房线形，被毛；荚果带状长圆形，略弯，下垂，黄绿色，密生绿色长硬毛、食用籽。
中子辐照生物效应的理论分析
中子辐照生物效应的理论分析中子辐照生物效应的理论分析中子作为构成原子核的基础粒子，它不带电，与物质的相互作用通常是与原子核的相互作用。
碳氢氧氮等元素在生物体内的含量很多，中子与生物体的相互作用主要就是与这几种元素原子的相互作用，中子与它们相互作用的概率大小同中子能量有很大的关系，在入射中子能量小于30Mev时，中子同这几种元素的作用类型以弹性散射为主，并在2~10Mev能区存在程度不同的共振。
中子诱导的生物效应要高于γ射线，并且中子生物效应还同中子能量、剂量、物理生物因素以及生物终点密切相关。
关键词：中子，生物效应，弹性散射，第一章引言1.1中子的性质与应用1.1.1中子的粒子性与波动性中子存在于除氢以外的所有原子核中，是组成原子核的重要组分之一，中子主要来源于反应堆、加速器、放射性核素等中子源。
自从1932年恰徳维克等人发现中子以来，人们对中子的性质进行了广泛的研究。
中子会以高度凝聚态的形式构成中子星物质。
[1]中子的粒子性[1] [2]质量：chadwick发现中子是通过测量α轰击Be核所产生的未知射线与H、Li、Be、B、C、N等轻核碰撞所产生的反冲核能量，根据能量、动量守恒的规律推算该射线粒子质量的实验完成的。
通过某些有中子产生或吸收的核反应，根据运动学关系求出中子质量、中子质子质量差值，是确定中子质量的基本方法。
自旋：中子是自旋为?的费米子，遵守费米统计分布，服从泡利不相容原理。
磁矩：氘核的磁矩小于质子的磁矩表明中子和质子具有相反的磁矩，由磁共振谱仪可以推测出中子磁矩为μn=-1.913042μN，负号表示磁矩矢量方向和自旋角动量方向相反。
电中性的中子具有磁矩说明中子内部有结构。
在夸克模型中，中子由u、d、d三个夸克组成，分别具有电荷e、- e。
中子寿命：Chadwick于1935年指出自由中子不稳定，它会衰变放出一个质子、一个电子、和一个反中微子并放出0.782Mev的能量；半衰期为10.61±0.61min。
中子辐照技术在医学中的应用
中子辐照技术在医学中的应用中子辐照技术是一种利用中子对物质进行照射的技术。
中子具有较强的穿透能力和较弱的电磁相互作用能力，它们可以穿过物质的较厚层并与物质中的原子核相互作用。
由于中子与原子核相互作用的方式与其他形式的射线不同，因此中子辐照技术可以提供一些独特的应用，尤其是在医学领域中。
1. 医学成像由于中子与人体内的组织有很强的反应作用，因此中子辐照技术可以用来进行医学成像。
中子辐照成像技术可以使组织的成像更加清晰，并且对于一些传统成像技术难以观察到的病灶也可以得到诊断。
目前，已经有了一些基于中子成像技术的医疗成像设备，例如：中子成像照相机和中子CT等。
2. 癌症治疗中子辐照的能量深度和照射能力比X射线、γ射线等射线更强，因此可以用于肿瘤组织的治疗。
中子辐射不仅可以在肿瘤附近的正常组织中减少剂量，而且还可以使肿瘤组织受到更高剂量的照射，从而更有效地杀死癌细胞。
此外，中子辐照还可以提高放射治疗对于放射线等化疗药物的敏感性，从而达到更好的治疗效果。
3. 放射性药物的制备中子辐照技术还可以用来制备放射性药物。
目前，已经有一些核反应堆和加速器可以用于中子辐照，可以通过中子辐照反应来制造各种放射性核素。
这些放射性核素可以用于治疗癌症，例如：银-110m、铑-106等。
4. 个性化医学中子辐照技术还可以用于个性化医学。
通过不同的中子辐照能量和剂量，可以照射不同类型的癌症组织、不同病程的疾病、不同组织的器官等等，从而为患者提供个性化的医疗服务。
此外，中子辐照技术还可以用于分析人体内的化学成分和元素，从而帮助医学研究者更好地了解人类生理和病理过程。
总之，中子辐照技术在医学领域中的应用很广泛，可以为医学研究和治疗带来很多益处。
虽然中子辐照技术有很强的剂量和能量，但是作为医学技术，它可以对病患产生很好的治疗效果，所以它的前景是非常广阔的。
第七讲 核材料的辐照效应讲解
3. 在（2~3）×1019n/cm2的注量后观察到了 空位环和空位间隙，这时产生的空位环主要 是<a>型1/3<1120>环，空位环和间隙环大体 上均衡发展是锆合金的特点，其比例取决于 辐照温度和注量，注量达到 (3~8)×1021n/cm2后还产生<c>型1/6<2023> 环，这只是空位环。与不锈钢不同，中子辐 照下锆合金中未发现空洞的存在。
Zr-4合金的中子辐照生长
对由两厂分别生产的Zr-4包壳管样品在重水
堆内进行中子辐照试验, 辐照温度为610K, 快中
子注量为4.2×1020/cm2(E>1.0MeV)。试验结
果表明, Zr-4管的辐照生长应变随辐照中子注量
增加呈线性增加。两厂生产的Zr-4包壳管的生
长应变可用
表达式描述,
两者的差异可能是合金元素和杂质的综合影响
辐照对拉伸性能的影响
中子辐照铝的微观结构变化
铝的中子辐照实验是与硅的中子辐照同 时进行的。中子辐照时, 纯铝箔(纯度为99. 999% )包裹着硅。中子辐照实验在核反应 堆中进行, 辐照剂量为1015 —1016 neutron / cm2。辐照试样取出后, 放置一定时间, 等 到放射性降低后再对试样进行分析。利用 扫描电子显微镜( SEM) 、透射电子显微镜 ( TEM)和纳米显微力学硬度计对中子辐照 后的纯铝试样进行分析。
随着注量提高到4×1026n/m2，牌号1100技术纯铝不断 提高着强度极限和屈服极限，但相对延伸率仍然完全没变化。 甚至在高注量辐照下，也不会使铝明显脆化。加工变形铝的 特点是，辐照不但提高了强度性能，同时还保持了足够高的 塑性，所以铝的性能辐照后可能比辐照前要好
IGBT特性的中子辐照效应
IGBT特性的中子辐照效应The Effects of Neutron Radiation on the Characteristics of the IG B T西安电力电子技术研究所 袁寿财 (西安 710061)摘要:简述了中子辐照对IG B T特性的影响;给出了器件在中子辐射注入剂量高达1013n/cm2时的实验结果。
实验发现,随着中子注入剂量的增加,开关时间缩短、阈值电压漂移。
对研究的注入剂量范围,所观察到的中子效应是因IG B T少子寿命的减少造成的,而不是因有效掺杂浓度的变化引起的。
Abstract:In this paper,the effects of neutron radiation on the characteristics of IG B T are sim ply de2 scribed.Experimental results are presented for the devices that have been irradiated with a fluence u p to1013n/ cm2.It is found that the switching time decreases and the threshold voltage shifts with increasing neutron flu2 ence.For the range of fluence studied,the observed effects are caused b y reduction of minority carrier lifetime in the IG B T and independent of the changes in the effective dopant concentration.叙词:中子辐照/绝缘栅双极晶体管 开关时间 阈值电压K eyw ords:neutron radiation/IGBT;switching2time;threshold2voltage1 引 言近年来,IG B T作为功率开关,广泛用于各个工业领域,并越来越受到人们的关注。
辐射生物学效应分类和影响因素
第四节辐射生物学效应分类和影响因素、辐射生物学效应分类机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的情况，在实际工作中常将生物效应分类表述（一）按照射方式分1．外照射与内照射（external and internal irradiation）：辐射源由体外照射人体称外照射。
γ线、中子、X线等穿透力强的射线，外照射的生物学效应强。
放射性物质通过各途径进入机体，以其辐射能产生生物学效应者称内照射。
内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。
内照射的效应以射程短、电离强的α、β射线作用主。
2．局部照射和全身照射（local and total body irradiation）当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应者称局部照射。
局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部＞胸部＞头部＞四肢。
当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。
如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较者（＞1Gy）则发展为急性放射病。
大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。
根据照射剂量大小和不同敏感组织的反应程度，辐射所致全身损伤分为骨髓型（bone marrow type）、肠型(gastro- intestinal type)和脑型(central nervous system type)三种类型。
（二）按照射剂量率分1．急性效应（acute radiation effect）：高剂量率照射，短时间内达到较大剂量，效应迅速表现。
2．慢性效应(chronic radiation effect)：低剂量率长期照射，随着照射剂量增加，效应逐渐积累，经历较长时间表现出来。
（三）按效应出现时间分1．早期效应(early effect)：照射后立即或小时后出现的变化。
2．远期效应(late effect)：亦称远后效应。
照射后经历一段时间间隔（一般6月以上）表现出的变化。
第三章 放射生物效应与防护剖析
§1.常用辐射量及其单位
照射量(exposure)
吸收剂量
当量剂量
是直接度量x、γ射线对 (absorbed dose)
(dose equivalemt，H)
空气电离能力的量，以 任何被照射物质每 衡量各种辐射对生物机体
X表示。定义：x或γ射 线在单位质量为dm的空 气中与原子核相互作用
小剂量兴奋作用
躯体效应
按效应出现的对象分类
遗传效应
造血组织、 消化系统及 中枢神经系 统等的效应.
近期效应
按效应出现的时间
远期效应
辐射致癌白 内障、不孕 、胚胎效应 、遗传效应 及寿命缩短
随机效应(stochastic effects)：是指辐射效应的发生几率(而非 重严程度)与剂量相关的效应，发生几率随受照剂量的增加而 增大，它不存在剂量阈值，如致癌效应和遗传效应。由于遗 传与生理的差异，个体对辐射诱发癌症的敏感性是不同的， 但总的来说，辐射诱发癌症的概率是很低的。
1.辐射剂量与剂量率
(1). 不论内、外照射剂量大,效应大； (2). 总剂量相同，剂量率大、效应大；
2.辐射的种类
(1). 相同能量,射线不同,效应不同； (2). 同种射线，能量不同，效应不同，能量大效应大。
3.照射条件
(1). 外照射：γ＞β＞α； (2). 内照射：γ＜β＜α； (3). 剂量相同：全身>局部，均匀>不均匀； (4). 受照部位不同效应不同，如头、胸、腹＞四肢效应。
4.照射次数与照射面积
(二)与机体有关的因素
1.生物种系
(1). 种系不同,效应不同:一般种系演化越高，效应敏感性越大, 如多C＞单C，哺乳>两栖类 .
核辐射对生物体的影响机制研究
核辐射对生物体的影响机制研究核辐射，这个看似遥远却又与我们的生活息息相关的话题，一直备受关注。
从核电站的安全运行到医疗领域的放射性治疗，核辐射的应用广泛存在。
然而，它对生物体的影响也不容忽视。
接下来，让我们深入探究核辐射对生物体影响的机制。
要理解核辐射对生物体的影响，首先得明白什么是核辐射。
核辐射是指由放射性物质释放出的能量以电磁波或粒子的形式传播。
这些辐射包括α粒子、β粒子、γ射线、X 射线等。
当生物体暴露在核辐射环境中时，辐射会与生物体内的分子发生相互作用。
细胞是生物体的基本单位，而细胞中的 DNA 分子则是关键的靶点。
辐射可以直接击中 DNA 链，导致其断裂和损伤。
想象一下DNA 就像一条长长的链条，辐射就像一把锋利的剪刀，将链条剪断。
这种直接损伤会干扰细胞正常的复制和转录过程，进而影响细胞的功能和生长。
除了直接损伤 DNA 外，核辐射还能通过产生自由基来间接损害生物分子。
自由基是具有高度活性的化学物质，它们在细胞内四处游荡，与蛋白质、脂质和 DNA 等发生反应，导致这些分子的结构和功能改变。
就好比一群调皮捣蛋的“小家伙”，在细胞里横冲直撞，搞出不少破坏。
对于细胞来说，受到核辐射的影响后，可能会出现多种情况。
轻度损伤的细胞可能会尝试自我修复。
细胞有着一套复杂的修复机制，就像一个有经验的修理工，努力把受损的部分修好。
然而，如果损伤过于严重，细胞可能会启动凋亡程序，也就是自我毁灭，以防止错误的信息传递给子代细胞，引发更严重的问题。
但有时候，细胞的修复并不完全或者凋亡程序出现故障，这些受损的细胞就可能继续存活并增殖，这就有可能导致细胞癌变。
核辐射对生物体的影响不仅仅局限于细胞层面。
在组织和器官水平上，辐射会导致炎症反应。
想象一下身体的某个部位受到了伤害，免疫系统会派出“士兵”来应对，引起红肿、疼痛等炎症症状。
长期或高强度的辐射暴露还可能影响器官的功能，比如对造血系统造成损害，导致白细胞、红细胞和血小板数量减少，从而使人体的免疫力下降，容易感染疾病，甚至出现贫血和出血等症状。
辐射对生物体的作用方式及其生物学效应分析
辐射对生物体的作用方式及其生物学效应分析（一）辐射的种类辐射是能量在空间的传播，可分为二大类:一类是电磁辐射，其实质是电磁波;另一类是粒子辐射，它们是一些组成物质的基本粒子或由这些基本粒子构成的原子核。
电磁辐射仅有能量而无静止质量，根据频率和波长的不同，又可将其分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线(UV ) } x射线、和Y射线等，其中x射线、Y射线和UV被广泛用于辐射生物学的研究。
粒子辐射既有能量，又有静止质量，是一些高速运动的粒子，其中包括电子、质子、a粒子、中子、负二介子和带电重离子等，它们通过消耗自己的动能把能量传递给其它物质。
根据作用方式的不同，又可将辐射分为电离辐射和非电离辐射。
电离辐射又称高能辐射，它与物质相互作用时，不仅能引起分子或原子的激发，而且能引起强烈的电离作用。
电离辐射又可分为两类:一类叫带电致电离粒子(直接电离粒子)，它是高速带电粒子如a粒子、目粒子、质子等，能直接引起物质的电离。
另一类叫不带电致电离粒子(间接电离粒子)，它能使物质释放出带电电粒子或引起核变化，如x射线、Y射线和中子等。
非电离辐射一般不能引起物质分子的电离，只能引起分子的振动、转动或电子能级状态的改变。
UV及能量低于UV的所有电磁辐射都属于非电离辐射。
（二）辐射对生物体的作用方式辐射对生物体的作用方式，包含直接作用和间接作用两种方式。
直接作用是指在辐射作用下，某些重要的生物物质(如DNA分子)或结构(如细胞膜、线粒体)本身吸收了辐射能并在它们内部传递或释放而引起损伤的过程。
也就是说，吸收能量和出现损伤发生于同一分子或结构内部。
直接作用的概念是在靶学说基础上提出的。
根据靶学说，生物体细胞中的DNA分子就是一个靶分子，由于辐射能量的吸收，DNA分子出现了损伤，即辐射的直接作用。
但是，这种直接作用只能造成DNA 分子的原初损伤，能否产生生物学效应，还要经过一系列复杂的发展变化，而且与细胞内、外环境密切相关。
辐射生物效应与辐射防护详解
体表去污
▪ 皮肤污染立即用水冲洗，可用软毛刷轻柔刷 洗，防止损伤皮肤；头发污染可用洗发液、 3%柠檬酸溶液或EDTA溶液冲洗头发；眼睛 污染时可用洗涤水反复冲洗；伤口污染时应 根据情况先予止血，再用0.9%氯化钠或3% 双氧水冲洗伤口。
21
放射性废物处理
▪ 固体废物可采用放置衰变法进行处理，即在专用设备中存放 至大约10个半衰期或剂量检查达到允许水平后，作为非放射 性一般废弃物处理。
18
一般性去污
▪ 用肥皂或合成洗涤剂反复进行冲刷，去污效 果即可达到规定要求，对于光洁度较高的玻 璃器皿，反复用流动水冲洗即可。仪器与设 备若用常规清洁方法去污达不到标准要求时， 可用特殊方法去污。防护服装、个人衣物、 床上用品有污染时应放入储存器，待衰变达 到可接受水平以下时予以清洗，测量合格后 作为干净衣物对待。
▪ 放射性气体利用大气使其稀释和扩散，通过实验室内的通风 柜排气管排入大气，对排气管道要求高于50m内建筑物3m以 上。
▪ 液体废物用稀释、净化等措施处理，符合要求后排放并对排 放水定期进行监测 。
22
放射工作人员健康管理
就业前的体格检查 ▪ 血红蛋白低于110g/L(男)或100g/L(女)； ▪ 红细胞数低于4×1012/L(男)或3.5×1012/L(女)； ▪ 白细胞总数持续低于4.5×109/L者； ▪ 血小板持续低于100×109/者L； ▪ 严重的心血管、肝、肾、呼吸系统疾患、内分泌疾
▪ β射线的屏蔽材料可以选择轻质屏蔽材料即低原子序数物质，如有机玻 璃、塑料等，厚度1cm左右就可阻挡β射线的穿透
▪ γ射线的屏蔽多采用高原子序数物质，材料越厚效果越好，但不论用多 厚的材料、密度多大的物质来屏蔽，总不可能将γ射线完全阻挡和吸收， 只是将其屏蔽到被认为可以接受的安全剂量水平之下。最常用的γ射线 和χ线的屏蔽材料是铅、混凝土、水和钢铁
核电厂材料_2_第四章材料的辐照效应
离位峰模型
辐照效应
• 金属点阵中存在大量的空位和间隙原子会大大增 加金属的硬度， 降低它的延性。许多材料的体积 会明显增加（如石墨、金属铀）。在各向异性的 晶体中会发生定向生长和严重畸变。
辐照效应
• 位移峰: 一个高能粒子击出的级联碰撞原子趋向于积聚在 粒子运动的初级方向上，影响的区域称为位移峰，其长度 约10nm。被击出的初级位移原子将沿垂直于初级原子径 迹方向，继续运动几个原子的距离，然后停留在间隙位置 上，形成一个间隙原子壳。
这个极小体积所获得的能量在短时间内转变为热能，并 使间隙原子壳发生熔化。在此熔融区内原子重新排列，由 于接着而来的迅速冷却使原子冻结在畸变后的位置上，出 现了包含大量空位和间隙原子的离位峰。
材料的辐照效应
• 2）辐照肿胀 辐照导致材料中产生大量的缺陷，缺陷聚集后产生空
位位错环和间隙位错环。空位位错环不易坍塌，因为核反 应产生的氦气易聚集在空位位错环内，而使其形成三维的 空洞造成体积膨胀；间隙位错环坍塌后在原晶体中多了一 个原子面，使体积增加。因此辐照导致材料的肿胀。
• 辐照肿胀与温度有关。如不锈钢大约在0.3-0.5Tm下辐 照肿胀量最大（当中子通量达1027n/m2时，肿胀可达 15%）。 低于此温度，空位、间隙原子可动性不大，被 冻结在材料中，高于此温度，缺陷复合的机会增加，肿胀 量就会减少。
– 核转化生成异种原子的反应（n, α), ( Nhomakorabea, p)反应
例
10 5
B
n
37
Li 24
He
2021中子反照效应实验设计范文
通过前面的公式给出中子反照效应的定量结果。拟通过如下两组实验模拟次临界实验 中的反照效应,获得式(2)~(7)所需的反应率和参数。 2.1直照反应率测量 直照测量布局示于图1。对直照实验,测点1、2、3均为直照,测量3组不同位置是为 相互校验,以分析各处的源是否均匀及能谱是否一致。测量可给出反应率比σ珋Au,直 照/σ珋Ga,直照。 2.2反照反应率测量 反照测量布局示于图2。对于反照实验,测点1为反照,测点2、3为反照+直照(测量 两组不同位置是为相互校验,以分析各处的源是否均匀及能谱是否一致)。测量可给出R 总Au、R总Ga(测点2、3)和反应率比σ珋Au,反照/σ珋Ga,反照(测点1)。 利用前述实验中测量得到的反应率比σ珋Au,直照/σ珋Ga,直照和σ珋Au,反照/σ 珋Ga,反照,可给出测点2、3的R总Au、R总Ga测量结果中反照反应率所占的份额(即反照 增强因子)。该方法中所有的参数均直接来自实验测量,避免理论计算(特别是低能段) 引入的误差,具有较高的精度。 得到某环境中反照影响的定量信息后,可通过与理论直接模拟数据的比较,对理论 模拟结果进行校验和修正。通过对多组不同环境下反照影响的定量分析,可加深对反照 性质的定量认识。对理论分析结果修正后,可实现对新实验环境的预测能力。 3、结论 在较小的爆室环境下,中子反照效应可能对一些核素的俘获反应道和裂变反应道燃 耗有较大影响。中子反照效应的直接理论模拟给出了一些认识,但不能解决截面参数和 理论能谱(与实际截面及能谱的差别)引入的偏差。本文给出了一种简单有效的中子反 照效应实验测量分析方法,通过几种状态下活化反应率的测量可给出不同环境中反照影 响的定量信息,该定量结果可用于理论直接模拟数据的校验和修正,加深对反照性质的 定量认识。本文提出的反照效应分析方法可供各种实验室环境下放射化学分析工作中 评估散射、反照影响分析时射化学主要研究放射性核素和核转变产物,在中子学研究等科学技术领域及工农 业生产中有着广泛应用。在中子学实验研究中,经常需以较高的精度给出一些核素在中 子照射前后的变化情况,从而推断装置中子学性质或核素性质。当环境空间较小或待测 核素周围散射介质较多时,环境引起的反照中子场会对放射化学结果的分析有一定影响 ,而放射化学诊断是一种积分诊断方法,仅从测量结果并不能区分是装置引起的燃耗还 是中子反照效应引起的燃耗。当反照影响程度较大时,若无法定量给出中子反照效应的 影响程度,则装置的相关分析会产生偏差,得出错误的结论。中子反照效应的定量分析 对提高放化分析的精度具有重要意义。 对中子学理论研究来说,低能区反应率的理论分析是一难点。通过程序模拟可给出 中子反照效应影响的一些认识,但不能给出截面参数和理论能谱(与实际截面及能谱的 差别)引入的偏差,低能区(包含多种材料的共振区)的注量能谱难以计算精确,各材料的 微观截面数据(主要为理论给出)尤其是低能共振区的数据存在一定不确定性,均会导致 直接给出的燃耗计算结果存在偏差。若要获得高置信度的定量数据,需通过中子反照效 应实验获取更多的信息。 为校验和校准理论分析的结果,本文提出通过中子学宏观实验室实验进行定量分析 ,开展诊断理论的研究和实验设计。 1、中子反照效应诊断理论 文献给出了中子反照效应的理论分析模型。定义核装置自身的燃耗(指相对燃耗, 或称燃耗份额、燃耗深度,含义为某个反应道消耗掉的核材料数量与该核材料装量的比 值)为f装置,定义中子反照效应引起的燃耗为f反照,可推导得到量化计算反照效应的关 系式。以239Pu的裂变为例,定义反照增强因子ξ为: 其中:σ裂变反照为1个源中子引起的239Pu裂变燃耗;NPu为装置的Pu核子数;v为 每次裂变释放的中子数;Ce为中子穿透概率。装置确定后,NPu、v、Ce也相应确定,通过 程序计算出σ裂变反照即可得到反照增强因子。模拟结果显示,在环境空间较小时, 即使加入大量的中子吸收材料(如含硼聚乙烯),一些核素俘获燃耗的反照增强因子仍可 超过20%,裂变燃耗增强也为百分之几量级,放射化学分析中用到这些反应道时需考虑反 照的影响。 为校验和校准理论分析的结果,提出通过中子学宏观实验室实验进行分析。其主要 原理是:以中子源直照引起的反应率来近似核装置本身引起的反应率,以中子源在环境 空间反照引起的反应率来近似核装置出外界面中子引起的反应率。以197Au和71Ga两种 核素为例,分析说明诊断原理。若实验测量得到直照和反照共同作用下的197Au的俘获 反应率R总198Au/197Au(R总Au)和71Ga的俘获反应率R总72Ga/71Ga(R总Ga),则有: 同样的能谱下,反应率的相对测量具有较高的精度。首先通过实验测量给出如下两 组参数:σ珋Au,直照/σ珋Ga,直照和σ珋Au,反照/σ珋Ga,反照,该参数为常数;之后对 某位置197Au、71Ga两种核素的活化反应率R总Au和R总Ga进行测量,即可由式(2)~(7)给 出该位置两种核素受反照的定量影响。 2、中子反照效应实验设计 在文献中,通过各种影响因素的敏感度分析等给出了模拟爆室的要求。在该模拟爆 室中,通过内壁加上不同厚度的聚乙烯或含硼聚乙烯,可得到不同软硬程度的反照能谱 和不同强度的反照流。配合以适当的测量方法,可得到不同状态下的反应率比值,继而
4_核材料辐照效应
（1）能量损失大，缺陷生成少。 （2）PKA能量沿聚焦轴可传输到较远的地方， 并使空位和间隙原子相隔较远，二者复合 消失概率最小 （3）在密排原子列上产生动力挤塞子。
聚焦碰撞序列
Seeger对离位峰的修正
➢ Seeger离位峰
Seeger 结合晶体中的沟道与聚焦效应， 对 Binkman的离位蜂模型作了修正。 Seeger离位蜂明显不同于Binkman离位蜂 （1）聚焦碰撞序列和的动力挤塞子 。 （2）间隙原子环的分布与Binkman离位蜂情况 相同，也是在外层，但远离内层空位芯环 （动力挤塞子能远距离传送原子）。 （3）串级碰撞的终端出现了部分原子被运走的 原子稀疏区，称此为贫原子区。 （聚焦置换碰撞不能传送空位．只能输送 间隙原子）
物理性能 力学性能 化学性能 工艺性能 经济性能
》核 性 能
中子吸收与慢化性能 中子活化性能
》辐 照 性 能
辐照效应
中子等辐射粒子会撞击材料原子产生缺陷，其核反应会产 生嬗变元素，这些晶格缺陷和嬗变元素所引起的材料宏观 性能变化称之为辐照效应，其性能下降，称为辐照损伤。 》 ） 》 ） 》 ） 电离（过渡效应
辐照产生点缺陷过程非常短（~10-11s），大量空位和等量的间隙原子，因此 晶体内能突然升高，点阵混乱度也迅速增加。为趋向平衡，过饱和点缺 陷 将通过扩散迁移，聚集成稳定的缺陷团或流入闾间而消失。
》 位错对点缺陷的择优吸收
位错通过应力场与点缺陷的应力场交互作用，吸引点缺陷向位错聚集，位错 对间隙原子的引力较强，或称之为俘获半径大。 因此空位浓度比间隙原子高，过剩空位聚集形成三维空洞，引起体积肿胀。
RAFM钢在JMTR堆内辐照后的冲击吸收功曲线
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中子辐照生物效应的理论分析中子作为构成原子核的基础粒子，它不带电，与物质的相互作用通常是与原子核的相互作用。
碳氢氧氮等元素在生物体内的含量很多，中子与生物体的相互作用主要就是与这几种元素原子的相互作用，中子与它们相互作用的概率大小同中子能量有很大的关系，在入射中子能量小于30Mev时，中子同这几种元素的作用类型以弹性散射为主，并在2~10Mev能区存在程度不同的共振。
中子诱导的生物效应要高于γ射线，并且中子生物效应还同中子能量、剂量、物理生物因素以及生物终点密切相关。
关键词：中子，生物效应，弹性散射，第一章引言1.1中子的性质与应用1.1.1中子的粒子性与波动性中子存在于除氢以外的所有原子核中，是组成原子核的重要组分之一，中子主要来源于反应堆、加速器、放射性核素等中子源。
自从1932年恰徳维克等人发现中子以来，人们对中子的性质进行了广泛的研究。
中子会以高度凝聚态的形式构成中子星物质。
[1]中子的粒子性[1] [2]质量：chadwick发现中子是通过测量α轰击Be核所产生的未知射线与H、Li、Be、B、C、N等轻核碰撞所产生的反冲核能量，根据能量、动量守恒的规律推算该射线粒子质量的实验完成的。
通过某些有中子产生或吸收的核反应，根据运动学关系求出中子质量、中子质子质量差值，是确定中子质量的基本方法。
自旋：中子是自旋为½的费米子，遵守费米统计分布，服从泡利不相容原理。
磁矩：氘核的磁矩小于质子的磁矩表明中子和质子具有相反的磁矩，由磁共振谱仪可以推测出中子磁矩为μn=-1.913042μN，负号表示磁矩矢量方向和自旋角动量方向相反。
电中性的中子具有磁矩说明中子内部有结构。
在夸克模型中，中子由u、d、d三个夸克组成，分别具有电荷e、- e。
中子寿命：Chadwick于1935年指出自由中子不稳定，它会衰变放出一个质子、一个电子、和一个反中微子并放出0.782Mev的能量；半衰期为10.61±0.61min。
这表明了中子的静止质量大于质子质量的实验事实。
实验观察到中子衰变是通过从反应堆中子束经电偏转引出正离子，并鉴定正离子为质子而确认的。
中子的波动性[1] [2]同其他粒子一样，中子除具有粒子性之外还具有波动性。
自Chadwick发现中子后，很快观察到热能化中子在多晶铁样品上类似于衍射图像的散射角分布。
中子波动性对于中子波在物质结构研究中的应用具有重要意义。
电子或电磁辐射与介质通过电磁相互作用而观察介质的电子密度结构及其运动。
而中子与介质的作用是与原子核的强相互作用，用中子波观察的是介质中原子的结构及其运动。
由量子力学可以知道对于快中子而言其波长较短。
但随着中子能量的降低波长会随之增大，当中子为热中子（0.025ev）时，中子波长就和原子线度和晶格间距为同一数量级。
此时中子的波动性比较明显，会在原子和晶体上产生明显的衍射；由于中子在轻重元素上有相近的散射振幅，而相邻核素的散射振幅可以相差很大的性质，因此中子衍射常用来测定含轻元素物质的结构。
1.1.2中子的应用中子作为人类认识自然界的一种工具，在中子核物理研究中，常利用中子及各种粒子作为探针，探究核结构和核反应规律的侧面，并归纳这些知识，以构建我们对原子核的认识；这是我们研究原子核的基本方式。
利用能量、动量可测量的波、粒子在样品上散射可得到有关物质结构及动力学方面的知识。
中子在样品上的散射波是中子在原子上散射波相干的结果。
热中子散射研究过程分为两大类，一是衍射研究，从中可以得到有关结构的知识；二是谱学研究，从中得到有关动力学知识。
中子是电中性，在样品中无直接的电离损耗，不会导致样品的热损伤。
由于穿透深度大，不仅可以用大样品，而且测试时还需要包壳样品。
x射线的散射（吸收）截面随Z的增大而缓慢线性增大，不能区分相邻元素，也难以做轻元素定位。
中子与原子核的作用随不同原子核而异与Z无关，不仅可以区分相邻元素还可以在重元素背景下做轻元素定位。
1.2中子的分类及中子与物质的相互作用1.2.1中子的能量分类[3]中子的能量不同，其与物质相互作用的主要方式也不同；根据中子的能量的大小可以对中子进行分类。
（1）慢中子：包括热中子、冷中子、超热中子和共振中子。
热中子是指能量为0.005ev~0.5ev的中子，其与周围介质原子（或分子）处于平衡状态，中子速度分布接近麦克斯韦分布，其平均能量为KT(K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度)。
通常把能量低于0.005ev的中子成为冷中子。
略高于热中子能量的中子称为超热中子。
把能量在1ev~1Kev之间的中子称为共振中子，其与原子核相互作用时会发生强烈的共振吸收。
（2）中能中子：指平均能量在热中子和快中子之间即能量在1Kev~100Kev的中子，其与原子核相互作用的主要方式为弹性散射。
（3）快中子：能量在100Kev~10Mev的中子，其与原子核的主要作用方式为弹性和非弹性散射。
（4）高能中子：能量高于10Mev的中子，其与原子核的相互作用除弹性和非弹性散射外，还可以发生放出两个或两个以上粒子的核反应。
1.2.2中子与物质的相互作用带电粒子与物质相互作用时主要通过电磁相互作用而损失能量，而中子呈电中性，其与原子中电子的相互作用很小，不会使原子电离、激发而损失能量，因此它和电子的相互作用可以忽略不计。
因此，研究中子与物质的相互作用时，主要是研究中子与靶原子核的相互作用。
根据入射中子能量的不同，中子与原子核的相互作用有多种形式，主要包括弹性散射、非弹性散射、核反应、裂变等。
若中子撞击靶原子核后，核的组成以及能量和作用前相比均未发生变化，则称之为弹性散射；此过程中释放出的中子称为弹性散射中子。
如果中子与靶原子核碰撞后，核的组成未发生变化，而能量改变了，则将这一过程称之为非弹性散射；相应的出射中子叫非弹性散射中子。
核反应是指中子被原子核吸收而释放出其他带电粒子或γ射线的过程，如（n，γ）、（n，α）、（n，p）等。
核裂变是指中子与235U等重核作用时，235U等重核会裂变为两个中等质量的核，同时释放出2~3个中子和大量能量的过程。
（1）对于轻核，当入射中子的能量不高时，弹性散射是中子与原子核相互作用的主要方式，其他反应截面很小可以忽略不计，全截面与弹性散射截面相等。
在低能部分弹性散射截面近似为常量，并且会随着入射中子能量的增加而减小。
（2）非弹性散射具有阈能的特点，阈能大小和原子核质量数有关，质量数愈大的核阈能愈低。
当中子能量小于阈能时，非弹性散射截面为零，而当中子能量大于阈能时，非弹性散射截面随中子能量的增加而增大。
（3）在吸收截面中最重要的是辐射俘获的贡献，辐射俘获多发生在重核上，在轻核上发生的概率较小；它可以在中子的所有能区发生。
重核在低能时的辐射俘获是主要的，全截面几乎与辐射俘获截面相等，在低能呈现1/v律。
而中重核在低能的情形介于重核和轻核之间，全截面为弹性散射截面和辐射俘获截面之和。
（4）在一般情况下，中子引起带电粒子飞出的反应也是阈反应，相应的截面值也较小，除10B、3He、6Li等少数核外，在吸收截面中通常不予以考虑。
某些轻核的（n，α）及某些裂变核的裂变截面等正比于E1/2即正比于1/v律。
1.2.3中子核反应机制的描述[2]中子主要通过和物质中原子核的相互作用而损失能量。
中子与原子核的作用过程可分为三个阶段。
第一阶段，当中子入射进入靶核的核力作用范围时，有两种结果产生：一种情况是中子被靶核吸收发生核反应，另一种是中子被弹性散射；这种情况和一束光入射到半透明玻璃球上的情况是相同的，因此这一作用阶段常用光学模型来描述。
第二阶段，中子被靶核吸收，认为中子和靶核形成一个复合核体系，在这一阶段，能量交换方式有多种，一是包括表面和体内直接相互作用、多次碰撞、集体激发等在内的直接相互作用；二是中子在靶核内经过多次碰撞而不断损失能量，最后留在核内，与靶核融为一体形成复合核。
第三阶段，复合核衰变为出射粒子和剩余核。
从反应时间来看直接相互作用的时间较短，介于这两者之间的粒子发射过程称为预平衡发射。
对于某一种特定的反应，可能这几种反应机制同时存在，也可能以某一种反应机制为主，这主要取决于入射中子的能量和靶核的性质。
这几种反应机制特点：（1）在截面的低能部分复合核机制是主要的，随着入射中子能量的增加直接反应的贡献将增加以致成为主要部分，而复合核反应的贡献将随能量的增加而减小，最后可以忽略。
（2）出射粒子能谱的低能部分主要是复合核的贡献，并且呈麦克斯韦分布，称为蒸发谱。
高能量的出射粒子主要来自直接反应机制且剩余核处在较低激发能级。
在这两部分的连续区，预平衡发射起了很好的补充作用。
（3）来自复合核反应机制的出射粒子的角分布各向同性或90°对称，而直接反应的贡献则是前冲的，即在小角度有更高的概率。
不同的反应机制用不同的理论和模型来描述。
直接反应中，弹性散射是主要反应道，吸收作用可以忽略，常用的工具是平面波玻恩近似PWBA和扭曲波玻恩近似DWBA。
在有些情况下，如靶核的低激发能级有强的集体运动性质，这时非弹性散射比较强，道-道之间有耦合，用耦合道理论描述比较成功。
少核子情况下则用少体积分方程方法。
共振理论、H-F理论、蒸发模型描述复合核反应是成功的。
激子模型用来描述预平衡发射。
1.3中子生物效应的研究现状各种类型的反应堆、加速器和放射性核素是研究中子生物效应的重要中子源。
加速器能产生能量单一的中子，可以避免复合场带来的生物效应的复杂性。
例如，法国Samic公司的KR-400T型中子加速器，氘粒子在200kv的高压磁场内被加速冲击氚核将产生14Mev快中子流。
反应堆中子源的特点是中子注量率大，例如专供大动物中子照射的BEPO堆，其平均能量0.7Mev，剂量率可达2500rad/h。
[8]但是反应堆产生的中子能谱形状复杂，中子束流中通常都伴有很强的γ辐射，这就使得中子生物效应的研究变得复杂化。
放射性核素中子源通常体积小，携带方便，不需要复杂的控制系统。
如252Cf裂变中子源半衰期2.6年，其97%的衰变方式是发射α粒子，3%是自发裂变，在自发裂变过程中会产生大量中子和γ射线，裂变中子的平均能量2.1Mev[2]。
中子诱导的生物效应主要包括中子诱导的DNA损伤及修复、中子诱导的基因组不稳定性、中子诱导染色体畸变、中子诱导细胞周期阻滞、中子诱导细胞凋亡和相对生物效应RBE等。
[5]中子的生物效应首先取决于其所具有的能量，杜杰等[4]以微核率为观察生物终点，18Mev中子对60Coγ射线的RBE为1.24~2.91。
白玉书等[6]用2.14MeV 中子和60Coγ射线分别照射离体人血, 建立微核的剂量效应曲线，中子剂量在0.1～3.0Gy之间, RBE从11.4到1.69。
即对于同一生物终点，入射中子的能量不同，它引起的生物效应值也不相同。