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辐射防护原则、剂量限值体系和防护技术

来源: 作者:ndt 人气: 发布时间:2024-05-28
摘要:射线防护的基本原则:采取一些适当措施,把射线工作人员以及周围其它工作人中所受的射线剂量降低到最高允许剂量(也叫安全剂量)以下,确保人身安全。 在射线防护中,最主要的是防止发生有害的非随机效应和限制随机效应发生率在可接受的水平范围内,从而降低
射线防护的基本原则:采取一些适当措施,把射线工作人员以及周围其它工作人中所受的射线剂量降低到最高允许剂量(也叫安全剂量)以下,确保人身安全。
在射线防护中,最主要的是防止发生有害的非随机效应和限制随机效应发生率在可接受的水平范围内,从而降低辐射可能造成的危害。
辐射防护中应遵循的三项基本原则是:
①正当化原则:在任何包含电离辐射照射的应用实践中,必须保证这种应用实践对人群和环境产生的危害小于这种应用实践给人群和环境带来的利益,否则这种应用实践是不应该实施的;
②最优化原则:避免一切不必要的辐射照射,任何包含电离辐射照射的应用实践,在符合正当化原则的前提下,应保持在可以合理达到的最低辐射照射水平;
③限值化原则:在符合上述正当化与最优化原则的应用实践中,沧州欧谱应保证个人所受到的照射剂量当量不超过规定的相应限值。
 
在射线的安全防护中,是以剂量当量作为衡量指标,我们把不会引起病变的最大剂量叫做最高允许剂量。(参见GB18871-2002)。
对于射线检测人员,主要从剂量当量限值、特殊照射、应急照射三个方面进行了规定
年剂量当量限值:放射性工作人员的年剂量当量是指一年工作期间所受到照射的剂量当量和待积剂量当量(摄入人体内的放射性核素产生的累积剂量当量)两者之和,但不包括天然本底照射(例如大气环境中的宇宙射线成分)和医疗照射。
特殊照射:在正常工作中的一些特殊情况下,有时需要少数人员接受超过年剂量当量限值的照射,这种情况属于特殊照射。
①这种照射必须经过事先的周密计划;
②计划执行前必须经过单位领导和辐射防护负责人员的批准;
③所接受的有效剂量当量符合标准的规定(即前面所说的非随机效应的剂量阈值);即超过正常安全剂量的多少是有限度的!
④对接受这种照射的人员应进行医学观察,所接受的剂量当量及医学观察结果应详细记入该人员的健康档案。一般从事这种特殊照射工作的工作时间是有严格规定的!包括提前退休!
⑤孕妇、授乳妇、16~18岁的实习人员不能接受这种照射。
应急照射:在某些特殊情况下,例如为了制止事故的扩大或进行抢救、抢修,有些工作人员需要接受超过正常剂量当量限值的照射,这种照射称为应急照射。一次事件全身照射的剂量当量应符合对非随机效应的规定。一般经受一次特殊照射后应该有一段休养恢复时期!甚至可能以后不再从事放射性工作,要视承受剂量的多少以及身体恢复状况!
 
外照射防护方法
对于射线检测人员,主要考虑的是外照射的辐射防护,通过防护控制外照射的剂量,使其保持在合理的最低水平,不超过国家辐射防护标准规定的剂量当量限值。
射线防护的三要素是距离、时间和屏蔽,或者说射线防护的主要方法是时间防护、距离防护和屏蔽防护,俗称为射线防护的三大方法,其原理如下:
 
时间防护的原理是:在幅射场内的人员所受照射的累积剂量与时间成正比,因此,在照射率不变的情况下,缩短照射时间便可减少所接受的剂量,或者人们在限定的时间内工作,就可能使他们所受到的射线剂量在最高允许剂量以下,确保人身安全(仅在非常情况下采用此法),从而达到防护目的。时间防护的要点是尽量减少人体与射线的接触时间(缩短人体受照射的时间)。
根据:剂量=剂量率x时间,按照规定允许的剂量限值,可根据照射率的大小确定容许的受照射时间。
例题1:射线检测工作人员所处位置在有辐照的情况下该位置的剂量率为50x10-6Sv/h,按照GB18871-2002的规定,为了限制随机效应的发生率,年剂量当量限值为20mSv(教材中按50mSv是不对的),如果每年按照50周考虑工作时间,则每周的剂量当量限值为0.4mSv=0.4x10-3Sv,则工作人员每周可工作的小时数是多少?
解: [0.4x10-3Sv]/[50x10-6Sv/h]=8h
例题2:按照GB18871-2002的规定,为了限制随机效应的发生率,年剂量当量限值为20mSv(教材中按50mSv是不对的),如果每年按照50周考虑工作时间,则每周的剂量当量限值为0.4mSv=0.4x10-3Sv,射线检测工作人员每周工作时间如果是24h,则工作人员所处位置在辐照时的最大剂量率不能超过多大?
解:[0.4x10-3Sv]/[24h]=16.66x10-6 Sv/h(取整数时取偏小值)
注意:上述例题只是说明时间防护的计算方法,但是这里有个问题,就是所谓“在有辐照的情况下该位置的剂量率为50x10-6Sv/h”仅仅是举例,实际应用中需要通过仪器具体测量所用射线装置、射线辐射方向(例如定向机与周向机就有不同)的条件下的剂量率或者照射率,然后才能计算,因为不同型号或者相同型号但不同厂家甚至相同型号、相同厂家的射线机其能量都是有区别的!例如贵州鸭溪电厂就有人咨询过这个问题,问能否利用教材中的例题进行防护计算!必须用具体测量的数据进行计算!下面的例题也同样是举例!
 
距离防护的原理是:将辐射源是作为点源的情况下,辐射场中某点的照射量、吸收剂量均与该点和源的距离的平方成反比,我们把这种规律称为平方反比定律,即辐射强度随距离的平方成反比变化(在源辐射强度一定的情况下,剂量率或照射量与离源的距离平方成反比)。增加射线源与人体之间的距离便可减少剂量率或照射量,或者说在一定距离以外工作,使人们所受到的射线剂量在最高允许剂量以下,就能保证人身安全。从而达到防护目的。沧州欧谱距离防护的要点是尽量增大人体与射线源的距离。即:D1/D2=F22/F12 
式中:F1-射源与辐照场中点1的距离;F2-射源与辐照场中点2的距离;D1-辐照场中点1的照射剂量;D2-辐照场中点2的照射剂量
有些教材中采用: IA/IB=FB2/FA2,式中:IA-距离A处的射线强度;IB-距离B处的射线强度;FB-射线源到B处的距离;FA-射线源到A处的距离。该公式说明射线一定时,两点的射线强度,与它们的距离平方成反比,显然,随着距离的增大将迅速减少受辐照的剂量。
注意:上述的关系式适用于没有空气或固体材料的点射线源,实际上的射线源都是有一定体积的,并非理想化的点源,而且还必须注意到辐射场中的空气或固体材料会使射线产生散射或吸收,不能忽略射源附近的墙壁或其他物体的散射影响,使得在实际应用时应适当地增大距离以确保安全。
例题1:辐照场中距离射线源2米处的剂量率为90x10-6Sv/h,射线检测工作人员每周工作时间如果是25h,按照GB18871-2002的规定,为了限制随机效应的发生率,年剂量当量限值为20mSv(教材中按50mSv是不对的),如果每年按照50周考虑工作时间,则每周的剂量当量限值为0.4mSv=0.4x10-3Sv,则工作人员与射线源的最小距离应为多少?
解:首先计算工作人员按照标准规定在距离射线源某处时每小时允许接受到的剂量率:
[0.4x10-3Sv]/[25h]=16x10-6Sv/h,设此允许的剂量率为D2,距离为F2,
题意中的F1=2米,剂量率D1=90x10-6Sv/h,则根据平方反比定律:D1/D2=F22/F12,
可以求得F2=4.743≈4.75米(取整数时取偏大值)
例题2:辐照场中距离射线源2米处的剂量率为180x10-6Sv/h,工作人员与射线源的距离为3米,按照GB18871-2002的规定,为了限制随机效应的发生率,年剂量当量限值为20mSv(教材中按50mSv是不对的),如果每年按照50周考虑工作时间,每周的剂量当量限值为0.4mSv=0.4x10-3Sv,则射线检测工作人员每周工作时间不应超过多少小时?
解:首先根据平方反比定律求得工作人员所处位置的剂量率=[180x10-6Sv/h]x22/32=80x10-6Sv/h,
然后再根据标准规定的允许剂量当量限值计算得到:[0.4x10-3Sv]/[80x10-6Sv/h]=5h
 
屏蔽防护的原理是:射线包括穿透物质时强度会减弱,一定厚度的屏蔽物质能减弱射线的强度,在辐射源与人体之间设置足够厚的屏蔽物(屏蔽材料),便可降低辐射水平,使人们在工作中所受到的剂量降低到最高允许剂量以下,确保人身安全,达到防护目的。屏蔽防护的要点是在射线源与人体之间放置一种能有效吸收射线的屏蔽材料。
对于X射线最常用的屏蔽材料是铅板和混凝土墙,或者是钡水泥(添加有硫酸钡-也称重晶石粉末的水泥,目的是增加混凝土的密度来增加射线衰减)墙,以及铅玻璃。
屏蔽材料的厚度估算通常利用了半值层(也称为半价层)的概念。在X射线检测中利用的是宽束X射线,下表给出了宽束X射线在铅和混凝土中的近似半值层厚度。
注意:由于铅板的纯度及纯净度、混凝土的配方以及组织结构上必然存在的差异,因此表中给出的半值层厚度只能作为参考值,在实际应用中必须考虑增加保险量。
宽束X射线的近似半值层厚度(mm)
管电压(KV) 混凝土 管电压(KV) 混凝土
50 0.06 4.3 250 0.88 28.0
75 0.17 8.4 300 1.47 31.0
100 0.27 16.0 400 2.5 33.0
150 0.30 22.4 1MeV 7.9 44.0
200 0.52 25.0 2MeV 12.5 64.0
 
例题1:一台额定管电压250KV的X射线机在1米处1mA•min时产生的剂量X=0.02Sv,检测人员使用该机每周工作5天,每天开机工作时间为4小时,使用的管电流为5mA,工作人员所在的操作位置距离X射线机为4米,按照GB18871-2002的规定,防护一次射线的混凝土墙所需厚度T是多少?
解:按照GB18871-2002的规定,为了限制随机效应的发生率,年剂量当量限值为20mSv(教材中按50mSv是不对的),如果每年按照50周考虑工作时间,每周的剂量当量限值为
HW=0.4mSv=0.4x10-3Sv,检测人员每周工作负荷为W=5天x4小时x60分钟/小时x5毫安=6000mA•min,混凝土对250KV的X射线的半值层厚度为T0=28mm,根据在距离射线源1米处1mA•min时产生的剂量是0.02Sv,以及工作人员的距离为R=4米,首先计算在没有防护时工作人员所处位置的剂量H:
H=X•W/R2=(0.02x6000)/42=7.5Sv
根据T=n•T0 这里n为T0的倍数,即H=2n•HW ,n=lg(H/ HW)/lg2=lg[7.5/(0.4x10-3)]/lg2=14.2
则T=14.27T0 =14.2x28=397.6mm,若考虑两倍的安全系数,则应再加一个半值层厚度,即:
T=397.6+28=425.6mm,从建筑工艺角度来说,可取整数430mm。
 
例题2:同上题,如果采用铅板屏蔽,则铅板厚度T应为多少?
解:铅对250KV的X射线的半值层厚度为T0=0.88mm,因此T=14.27T0 =14.2x0.88=12.5mm,若考虑两倍的安全系数,则应再加一个半值层厚度,即:
T=12.5+0.88=13.4mm,从商品化铅板标准规格角度来说,可取整数14mm。
 
注意1:这里的屏蔽计算仅考虑了防护一次射线(初级X射线,也是主射线)所需要的屏蔽厚度,实际上由于射线在屏蔽材料上还有散射产生,因此在具体设计屏蔽防护时还应该考虑防护散射X射线所需要的屏蔽厚度,亦即两者相加得到的才是真正安全的屏蔽防护厚度。
注意2:这里的屏蔽计算是对职业放射性工作人员而言的,这种情况通常用于车间外面单独建造的X射线曝光室的屏蔽防护,但是有许多企业把X射线曝光室建造在车间里面,周围存在许多非职业放射性职业的工作人员,亦即在GB18871-2002中称为“公众照射”的情况,对于公众人员的年剂量当量限值规定为1mSv,因此应该按照这个限值来进行防护计算,学员可以根据上面屏蔽防护的例题自行计算一下需要的混凝土墙或铅板的厚度。
注意3:在设计屏蔽防护的时候,不仅要考虑四周,还必须考虑顶棚,如果是在楼上,还要考虑地板。
 
设计实例:
某大型机械加工车间厂房内,欲新建一座X射线照相检测室,总占地面积为6x9米,包含X射线曝光室、洗片暗室、工作间和评片室,其中X射线曝光室内面积要求保证4.5x5.5米,使用的X射线机为日本理学2005周向、定向便携式X射线机(1:1工作),探伤人员每天工作时的高压通电时间按4h,每周工作5天,无损检测资源网探伤人员的操控工作地点就在屏蔽墙外。请根据此环境条件作X射线曝光室的防护屏蔽设计。
[提示要点]考虑防护余量与未来设备性能发展提高的可能性,应该按照250KV的X光机设计,并且因为是位于生产车间内,曝光室外即为车间工作场地,长期有非射线检测职业人员在现场工作,因此安全剂量按非射线检测职业人员(公众照射)考虑。
首先求防护初级X射线(主射线防护)的铅板厚度: 
按2505KV周向便携式X射线机(1:1工作)考虑,管电流5mA,探伤人员每天工作时的高压通电时间按4h(一个工作班的工作时间按8h,但是射线机规定为1:1工作,每次高压通电时间不超过5分钟),每周工作5天,工作地点距X射线管焦点2.25米(X射线机置曝光室中心位置)。
计算公式:
X射线的屏蔽透射量(在1米处):B =P•R2/Dw•U•T 注意该公式适用单位是rem
工作负荷:Dw=I•t=5mA•60min•4h•5day=6000 mA•min/week
每周最大容许剂量当量:P=0.02mSv/week=0.002 rem/week
注:按放射性工作场所邻近的公众人员考虑,GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》规定公众人员个人受到的年有效剂量当量应低于1mSv(0.1rem),即为0.002rem/周的限值。
X射线源到操作者的距离:R=2.25m
使用因子(按充分使用):U=1
居留因子(按全居留):T=1
B=(0.002•2.252)/(6000•1•1)=0.0000016rem/(mA•min)=1.6x10-6rem/(mA•min)
在X射线减弱曲线图纵坐标查到B值并从该点作横坐标与250KV曲线相交得到铅板的厚度约11.5mm,考虑两倍安全系数,增加一个铅板半值层0.86mm,合计12.36mm。
 
再求防护散射X射线所需铅板厚度:
其他参数同上,散射体距X射线管焦点2.2米(铅板厚度取15mm时考虑还要加上铅板的加强护板,则按2.2米计算),散射面积按400cm2(常规),工作点距散射体一般按0.5米,散射角60°(或135°,不同类型的射线机,例如定向机和周向机,以及到散射体距离的不同,影响到散射角的不同,因此取小值和大值量种情况来计算并最后综合考虑):
计算公式:
X射线的屏蔽透射量(在1米处):Bs =P•RS22•RS12•400)/(S•Dw•F•T)
散射体到散射点的距离:RS1=0.5m
射源到散射体的距离:RS2=2.2m
散射面积:F=400cm2
S为散射面积为400cm2时离散射体1米处的散射辐射产生的照射量与入射辐射照射量之比,查看“散射的S值与入射光子能量的关系”得到:60°的S=0.0019(或135°的S=0.0028)
散射线的屏蔽透射量:
Bs=(0.002•2.22•0.52•400)/(0.0019•6000•400)=0.0002122rem/(mA•min)
=2.122x10-4 rem/(mA•min)
或:
Bs=(0.002•2.22•0.52•400)/(0.0028•6000•400)=0.000144rem/(mA•min)
=1.44x10-4 rem/(mA•min)
查X射线减弱曲线图得铅板的厚度约7.5mm
 
以上初级X射线与散射X射线两项相加得总屏蔽厚度为:无损检测资源网铅板厚度约19.86mm。从工艺角度和考虑不同X射线机内过滤材料及厚度的影响,取整数为铅板厚度20mm。以此为依据,可以换算采用混凝土、钡水泥或其他防护材料的厚度,我们简称为20毫米铅当量的防护屏蔽。
注:这种设计计算涉及相关的图表数据包括X射线减弱曲线图、强衰减、宽X射线束的近似半价层厚度(混凝土、铅)、散射的S值与入射光子能量的关系。
 
概括而言,时间防护的要点是尽量减少人体与射线的接触时间,距离防护的要点是尽量增大人体与射线源的距离,屏蔽防护的要点是在射线源与人体之间放置一种能有效吸收射线的足够厚度的屏蔽材料,其最终目标都是要使射线检测工作人员承受的辐射剂量在国家辐射防护安全标准规定的限值以下。
 
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