第7讲 X、Gama射线的外照射防护

（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
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:
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.
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 。
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
6.1.2-2 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;
6.1.2-3 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！！
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
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！
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；
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
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性关系，一般线性插值法即可；
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。
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。
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
6.1.3-2 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。
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
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；
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
6.2.2-2 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：
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
6.2.1-2 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：
6.1.1 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；
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。