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2008(工硕)辐射防护基础(工物底)-2

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    • 1、1,辐射防护基础,2008.12.15,工硕班,清华大学工程物理系,辐射防护与环境保护研究室,2,主要内容,一、X、射线的剂量与屏蔽计算 二、射线的剂量与屏蔽计算 三、中子的剂量与屏蔽计算 四、内照射的防护,3,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(一)、X、辐射源及辐射场 1. X射线机 (1)X射线机的发射率常数X (2)X射线机剂量率的计算 2. 加速器X射线源 (1)加速器X射线的发射率常数a (2)加速器X射线的剂量计算 (1)放射性活度 (2)照射量率常数 (3) 点源的照射量率计算 (4) 点源的吸收剂量率计算 (5) 比释动能率常数,3. 辐射源,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,4,(二)X、射线在物质中的减弱规律,3. 宽束X、射线的透射曲线,单一均匀介质的积累因子,4. 屏蔽X、射线的常用材料,1. 窄束X、射线的减弱规律,(2) 半减弱厚度与十倍减弱厚度,(1) 屏蔽计算中用的几个参量,2. 宽束X、射线的减弱规律,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,5,(三)、X、射线的屏蔽计算 1. 加速器X射线源的屏蔽计算,2. 射线的屏蔽计算,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,6,确定屏蔽

      2、厚度所需用的参数和资料,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,7,(1)X射线机的发射率常数 X,当管电流I为1mA时,距离靶r1m处,由初级射线束产生的空气比释动能率X,其单位是:mGym2mA-1min-1。 发射率常数x与X射线管类型、管电压及其电压波形、靶的材料和形状、以及过滤片的材料和厚度等因素有关。 准确的发射率常数应通过实际测量得出。,外照射剂量计算是辐射防护和屏蔽计算的基础。,(一)、X、辐射源及辐射场,1. X射线机,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,8,(2)X射线机剂量率的计算,根据上述定义,在距离靶r(m)处由管电流为I(mA)的X射线机产生的初级X射线束造成的空气比释动能率可近似按下式计算:,单位:mGymin-1,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-1),9,【例题】 :设X射线管钨靶离患者0.75m,曝光时间0.6s。已知管电压为90V、管电流50mA,出口处过滤片为2mm铝。试估算患者表面所在处的吸收剂量。(忽略人体散射影响),解:,查图得到该X射线机的发射率常数X为7.8 mGym2mA-1 min-1 ,得0.75m处的空气比释动能率为:,则吸收剂量为:,一、X

      3、、射线的剂量与屏蔽计算,10,2. 加速器X射线源,加速器的X射线,一般是指电子束被靶或其它物质阻止时,所产生的具有连续能谱的韧致辐射。当加速电子或离子使物质原子的轨道电子移出时,可产生特征X射线,但其能量一般低于几十keV,从防护角度看完全可忽略。,由加速器输出的电子束产生的X射线的发射率,同电子能量、束流强度、靶物质原子序数以及靶的厚度等因素有关,并随其出射角度而异。对一定的靶物质Z和靶厚,与单位束流强度相应的X射线发射率随加速电子的能量增高而显著地增大,并且发射率的角分布也随电子能量的增加而变化。,(1)加速器X射线的发射率常数 a,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,11,一般,当电子能量低于1MeV时,最大发射率方向倾向于与电子束入射方向重直;随着电子能量增高,最大发射率方向越来越偏向入射电子束方向。,加速器X射线的发射率常数 a,将X射线源看成点源,单位束流(1mA),在离靶1m处所形成的吸收剂量率,其单位:Gym2mA-1min-1。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,12,左图给出了电子能量在0.1100MeV时,沿00和900方向出射的X射线的发射率常数a,一、X、射线的剂量与

      4、屏蔽计算,13,不同能量的单能电子束在高Z厚靶上产生的X射线发射率的角分布,如左图所示。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,14,低Z厚靶修正因子,适用于电子能量小于10MeV的入射电图,若电子能量大于10MeV,修正因子应取1。,近似估计低Z靶或结构材料的X射线发射率所用的修正因子,当电子束入射到低Z厚靶材料上时,向垂直方向和向前方向出射的X射线的发射率常数 ,可以利用对于高Z厚靶的a值乘以右表中给出的修正因子给出粗略地估计。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,15,(2)加速器X射线的剂量计算,单位:Gymin-1,【例】:假定能量为3MeV、流强为2mA、直径为1cm的电子束轰击高Z(钨)厚靶。计算0o方向,与靶距离5m;90o方向,与靶距离4m处的吸收剂量率。若该靶换成铁靶,上述两点处的吸收剂量率又是多少?,根据加速器X射线发射率常数a定义,可以计算出离靶rm处,束流强度为I(mA)时的吸收剂量率:,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-2),16,(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。 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(B

      5、ecquerel);符号Bq。,3. 辐射源,点源 距离比源本身的几何尺寸大5倍以上。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-3),17,(2)照射量率常数,辐射源在空气中某点的照射量率大小,取决于光子能量、源的活度、源的形状以及与源的距离。如果空气中某点与源的距离一定,且源的活度也相同,那么点源在空气中的照射量率就唯一地取决于辐射源本身的性质。 为此,引进一个照射量率常数 ,用以定量地描述放射性核素在产生照射量率这一方面的特征。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,18,式中, 是距离活度为A(Bq)的放射性核素点源 r(m)处,由能量大于的光子(包括光子和内韧致辐射及特征X辐射的光子)所造成的照射量率。 照射量率常数的单位是Cm2kg-1Bq-1s-1。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-4),19,(3)点源的照射量率计算,非单能情况,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-5),(1-6),(1-7),20,(4 )点源的吸收剂量率计算,(5)比释动能率常数,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-8),(1-9),在辐射物理式(2-28),在空气介质中:,(1-10),21,一、X、射线的

      6、剂量与屏蔽计算,22,计算活度A为3.71010Bq(1居里)的60Co源,在距源1米处的照射量率为多少?在空气和皮下肌肉组织内的吸收剂量率各为多少?,已知:A、r,空气、皮下肌肉组织 求: 照射量率、吸收剂量率 解: 查上一页的表 60Co源的照射量率常数 为2.50310-18 Cm2kg-1Bq-1s-1 3.710102.50310-1812 9.2610-8 C/kgs 空气吸收剂量率用公式(1-9) 33.85 9.2610-8 3.1410-6 Gy/s 查讲义表1-3 60Co能量为1.25MeV时肌肉的fm值为37.2J/C 用公式(1-8)得 37.299.2610-83.4510-6 Gy/s,【例题】,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-6)式,23,1. 窄束X或射线的减弱规律,(1)窄束(narrow beam): 不包含散射成分的射线束,(2)窄束单能射线在物质中的减弱规律,线衰减系数,cm-1。,(二)、X、射线在物质中的减弱规律,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-11),24,低能光子更易被高Z物质吸收; 存在一个能量点,值最小。,一、X、射线的剂量

      7、与屏蔽计算,25,2. 宽束X或射线的减弱规律,综上所述,窄束、宽束主要不是几何概念,而是物理概念。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-12),26,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。 它主要是由于康普顿散射所引起的。,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d)有关,即B(E,d)。,(build-up factor),B积累因子,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-13),27,单层介质,B值的确定: (1)查表法;,(2)公式法,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-14),28,3. 宽束X或射线的透射曲线,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。,(1) 屏蔽计算中用的几个参量,减弱倍数K,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-16),(1-15),29,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,30,辐射场中某点处设置厚度为d的屏蔽层后的X或射线的当量剂量率H1

      8、(d),与没有设置屏蔽层时的当量剂量率H10,的比值。 表示辐射透过屏蔽材料的能力。 透射比与减弱倍数互为倒数,即1/K,K1/。 以透射比的自然对数为纵坐标,以屏蔽层厚度d为横坐标,对不同屏蔽材料作出与不同能量的射线相应的透射比曲线。,透射比,它们适用于复杂能谱。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-17),31,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,32,透射系数 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(1mAmin)所造成的当量剂量。 单位:Svm2(mAmin)-1。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,33,(2) 半减弱厚度与十倍减弱厚度,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 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,1/2、 1/10 并不是绝对的常数,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,(1-18),34,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,35,4. 屏蔽X或射线的常用材料, 铅: 原子序数、密度大

      9、, 对低能和高能的X或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。 铁: 屏蔽性能比铅差。但成本低,易获得,易加工。 混凝土: 价格便宜,结构性能良好。多用作固定的防护屏障。 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、水池形式贮存固体辐射源。 在某些必要场合,目前也有用贫铀或钨作屏蔽材料。它们的屏蔽性能优良,但价格较贵,加工较难。贫铀还具有少量放射性,一般外表尚须包钢板。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,36,(三)、X、射线的屏蔽计算,常用的X射线源有加速器和X射线机两类。 1. 加速器X射线源的屏蔽计算 电子加速器中辈加速的电子轰击靶,静电加速器中被反向加速的电子轰击阳极,都能产生高能、高发射率的X射线。X射线的最大能量等于被加速电子的最大能量(几几十兆电子伏特)。 在加速器装置中,电子束射到靶上产生的X射线,称为初级X射线。 在加速器装置中,如果沿入射电子方向发射的初级X射线束是确定屏蔽厚度的主要因素,则有下列计算公式:,(1)沿入射电子方向发射的初级X射线的屏蔽计算,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,37,式中, 是经过厚度为d(m)的屏蔽层后,在参考点上初级X射线束的当量剂量率(Svh-1);I是电子束流强(mA);a是加速器X射线的发射率常数(见课件35页图),因X射线的辐射权重因子WR1,所以,以Gyh-1为单位的吸收剂量率与以Svh-1为单位的当量剂量率在数值上相等;Ia是设置屏蔽层前距离辐射源(即靶)1m处的吸收剂量率(Gym2min-1);HL,h是在参考点上的当量剂量率的控制水平或剂量约束水平(Svh-1);q是参考点所在区域的居留因子;x是00方向上的X射线在屏蔽层中的透射比;1.6710-2是与1min相当的小时数。,一、X、射线的剂量与屏蔽计算,

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