辐射防护与屏蔽.ppt

第六章：辐射防护与屏蔽,核反应堆工程概论,一、辐射,1、辐射量概念 2、辐射的生物效应,1、辐射量概念,1.1、物质结构 1.2、放射性与辐射 1.3、核辐射的相互作用 1.4、核辐射的特性 1.5、几个重要概念,1.1、物质结构,原子 原子结构 质子数 原子序数 同位素,1.2、放射性与辐射（1）,、 辐射： 、两个质子和两个中子组成，带二个单位正电 、由高速运动的电子组成，带一单位负电 、是一种电磁辐射 电子伏： 一个电子通过1伏特电压时所获得的能量,1.2、放射性与辐射（2）,放射性衰变： 不稳定的重核元素趋向稳定的过程。 例如： 半衰期： 天然放射性系： 釷系、铀镭系和锕系 感生放射性： 核粒子轰击较轻的元素可以产生放射性元素 例如：,1.3、核辐射的相互作用,1.4、核辐射的特性,1.5、几个重要概念,1.5.1、放射性活度 1.5.2、照射量 1.5.3、吸收剂量 1.5.4、剂量当量,1.5.1、放射性活度, 定义：一定量放射性物质（核素）单位时间内发生的核衰变数，称为该物质（核素）的放射性活度。 单位（SI）：贝克勒尔、贝克，Bq，任何放射性物质每秒发生1次衰变的放射性活度为1贝克。 1 Bq1 s-1 放射性活度老的专用单位是居里（Ci），任何放射性物质每秒发生3.71010次衰变的放射性活度称为1居里。 1 Ci 3.71010 Bq 注意：贝克指的是衰变率，而不是每秒发射的粒子数。,1.5.2、照射量（1）,照射量是专对或X射线而言的物理量。 或X射线通过物质时，由光电效应、康普顿效应、或电子对效应等产生电子，从而使射线的能量有所损失。所产生的电子还可使物质产生次级电离。 或X射线的照射量就是根据光子所引起的电离的能力来定义的。,1.5.2、照射量（2）,定义：在质量为dm的某体积元空气中放出的全部电子完全被空气阻止时，若所形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值为dQ，则dQ/dm称为该射线的照射量。用X表示。 则：X dQ/dm 单位（SI）：库/千克，C/kg， 或X射线在1千克干燥的、标准状态下的空气中产生电离电荷为1库伦的正离子和等量负离子的照射量，称为1库/千克。 照射量是用电离电荷的数量来衡量的。因为在空气中产生一对离子所需吸收射线的能量是一定的，所以照射量与空气对射线的能量吸收密度有对应的关系。,1.5.2、照射量（3）,照射量的老的专用单位是伦琴（R）， 1伦琴（R）2.58 10-4库/千克 照射量率：单位时间内的照射量 单位：库/千克. 秒，C/kg.s 老的专用单位：伦琴/时，微伦/秒,1.5.3、吸收剂量（1）,定义：设致电离辐射给予某物质质量元dm的平均能量为d ，则称 D d / dm 为吸收剂量。 单位（SI）：戈瑞（Gy），每千克物质吸收辐射能量为1焦耳的吸收剂量为1戈瑞。 1Gy1J/kg 吸收剂量老的单位为拉德（rad），每千克物质吸收辐射能量为0.01焦耳的吸收剂量为1拉德。 1rad0.01Gy,1.5.3、吸收剂量（2）,与照射量的概念相比，生物效应与吸收剂量的概念联系的更紧密一些。 吸收剂量率：单位时间的吸收剂量称为吸收剂量率 单位：戈瑞/秒，Gy/s 老的单位：拉德（rad）/秒，毫拉德/小时，等。,1.5.4、剂量当量（1）,因为不同种类或能量的辐照下，不同机体组织、器官即使吸收剂量相同辐射所生的有害影响并不相同， 例如：在1伦琴照射量的照射下，每千克人体组织、骨骼及水所吸收的能量分别为9.6510-3J，1.610-2J ，1.010-2 J 。所以在未加说明的情况下单用吸收剂量D并不能对辐射引起的健康方面的有害效应作出正确估计。 定义：设机体组织中某一点的剂量当量为H， 则：HDQN D为吸收剂量，Q为品质因数，N为其他修正因数的乘积,1.5.4、剂量当量（2）,单位（SI）：希沃特，Sv 剂量当量（Sv）吸收剂量（Gy）Q N 老的单位：雷姆，rem 剂量当量（rem）吸收剂量（rad）Q 1 Sv=1J/kg=100 rem （ICRP指定N为1） 分倍数：在原来单位之前加上词头毫（m）（千分之一），及加上微（）（百万分之一）,1.5.4、剂量当量（3）,剂量当量率：单位时间的剂量当量。 单位：Sv/s，rem/m,2、辐射的生物效应,2.1、人体生物学基础 2.2、细胞生物学 2.3、辐射与细胞的相互作用 2.4、辐射的躯体效应 2.5、辐射的遗传效应,2.1、人体生物学基础,红细胞 （红血球） 白细胞 （白血球和淋巴） 血小板 （凝血细胞）,2.2、细胞生物学,2.3、辐射与细胞的相互作用,最初的物理阶段：只持续很短的时间（10-16秒），在这一瞬间能量沉积在细胞内并引起电离。 物理化学阶段：大约持续10-16秒。在这段时间中，离子与其他水分子相互作用形成一些新产物。 化学阶段：持续几秒钟，在此期间，反应产物与细胞的重要有机分子相互作用。自由基和氧化剂可能破坏构成染色体的复杂分子。 生物阶段：在这个阶段，时间长短从几十分钟变化到机十年，这要看特定的症状而定。可能导致：细胞早期死亡；阻止细胞分裂或延迟细胞分裂；细胞永久性的变形，一直可持续到子代细胞。,2.4、辐射的躯体效应（1）,早期效应和缓发效应：早期效应目前仅在急性大剂量全身照射下可以观察到，它们在照射后几分钟到几天内出现，临床上称为急性放射病。缓发效应在照射后的几年乃至二、三十年内出现，在大剂量及高剂量率照射下，也已观察到这种效应。 急性大剂量全身照射：一般在原子战争或平时偶然性严重放射性事故中，特点是剂量大，剂量率也高。急性放射病的大体情况如下： 人体受辐照剂量当量： 8Sv，出现以消化道损伤为主的胃肠急性放射病，症状在几小时内出现，一周或稍长时间内死亡。 10Sv，出现以脑损伤为主的放射病，可在几分钟或几小时内死亡。,2.4、辐射的躯体效应（2）,小剂量外照射与慢性内照射：小剂量外照射，大体上指吸收剂量小于1Gy的照射。 一次小剂量外照射：当天可发生轻微症状，如头晕、疲劳、食欲减退等。在12天内自行消失。 小剂量反复照射：只有当累积剂量达到一定水平时，才会出现一些慢性辐照损伤。如果剂量控制在一定容许水平以下，则很难发现明显变化。不过染色体畸变率可高于正常人。 慢性内照射：辐射性物质超量进入体内可能会引起慢性内照射损伤。进入体内的途经：呼吸道、消化道、伤口。放射性核素进入体内后按物理、化学性质和代谢特点的不同，有的在体内分布比较均匀，有的则集聚在某些特殊器官之中。如神经衰弱；骨质稀疏、变形、坏死、骨折；肿瘤、白血病等,全身受电离辐射急性照射后的临床效应,某些常见辐射源（X或）的辐射水平,2.5、辐射的遗传效应,辐射对生殖细胞的照射可能引起子代性别比例变化，死产及流产率增加、婴儿死亡率增加、胎儿畸形等遗传病。 生殖腺受辐照而引起的遗传效应的危险度是很不确定的。大约每毫希沃特剂量每百万人中有8个严重效应。,二、防护,1、辐射防护标准 2、辐射防护原则,1、辐射防护标准（1）,我国标准： 1960年颁布了放射性工作卫生防护暂行规定 1974年公布了试行的放射防护规定(GBJ8-74) 1988年制定了放射防护规定(GB8703-88) 其中将受照人员分为两类： 辐射工作人员 公众成员,1、辐射防护标准（2）,随机效应：发生的概率与剂量大小有关，但严重程度与剂量大小无关。如遗传效应及某些躯体效应（癌症）等。 非随机效应：当剂量超过某一閾值后才发生，效应的严重程度随剂量大小而异。如眼晶体引起白内障、皮肤良性损伤等。 ALI：放射性核素的年摄入量限值，Bq/a。,1、辐射防护标准（3）,为限制随机效应，规定辐射工作人员的年有效剂量当量极限值为50mSv（5rem） 为防止非随机效应，规定辐射工作人员的眼晶体年有效剂量当量极限值为150mSv（15rem）；其他单个器官或组织的年有效剂量当量极限值为500mSv（50rem） 公众成员的年有效剂量当量极限值为1mSv（0.1rem） 内照射的次级极限值用年摄入量极限（ALI）表示。职业性内照射的次级极限值小于ALI，公众取ALI值的五十分之一。,1、辐射防护标准（4）,辐射工作人员在一年内既受外照射又受内照射，除各器官或组织的照射不得超过上述限值外，还应满足： 事先计划的特殊照射所受的有效剂量当量在一次事件中不得超过100mSv（10rem），在一生中不得超过250mSv（25rem），而各器官或组织的年剂量当量仍按上述限值加以限制。育龄妇女及未满18岁者不得接受事先计划的特殊照射。,2、辐射防护原则,外照射防护的基本原则： 时间防护、距离防护、屏蔽防护 内照射防护的基本原则： 把放射性物质密闭起来、把工作人员密闭起来,三、屏蔽（自学内容）,射线的屏蔽：一般都用质量衰减系数较大的铅等材料。 中子的屏蔽：常用的材料为加有适量硼元素的含氢较多的材料如石蜡、水以及混凝土，再配合使用一些铁、铅等重元素。 反应堆及其装置的屏蔽：压水堆的典型屏蔽尺寸（常用混凝土）： 反应堆一次屏蔽 200厘米 围绕一回路的二次屏蔽 90 厘米 混凝土安全壳墙 100厘米 混凝土安全壳顶 90 厘米,结 束,