放射性防护-核辐射危害及防护措施

放射性防护由于人体组织在受到射线照射时，能发生电离，当照射剂量低于一定数值时，射线对人体没有伤害，如果人体受到射线的过量照射，便可产生不同程度的损伤。所以，对射线防护的基本原则是避免放射性物质或射线污染环境和侵入人体，采取多种措施，减少人体接受来自内外照射的剂量。防止放射性电离辐射对人体危害的基本措施是：缩短接触时间，增大距离、屏蔽、遥控、机械化操作及个人防护等，以避免放射性物质污染环境和侵入人体，减少对人体的照射剂量。对从事放射性作业或可能有放射性污染物存在场所，作业人员要进行系统的有关安全卫生防护知识的教育与训练，建立健全卫生防护制度和操作规程、设置危险信号、色标和报警设施等。1．控制辐射源法一方面降低辐射源自身的辐射强度，另一方面采用封闭型辐射源。使用封闭型辐射源时，建筑物应符合以下特殊要求：（1）地点选择一个较强的γ辐射源，例如强度与n×1013Bq量级的60Co相当的源，一般必须隔离在一个单独的建筑物内。中等强度的γ辐射源，例如强度与1013Bq以上的60Co相当的源，可设在建筑物一端的底层或地下室。但都应尽量避免建在人口稠密地区或居民的生活区，这样可以减少正常情况下和事故时受到照射的各类人员的总剂量即集体剂量(man·Sv)。（2）屏蔽一个放射性工作场所的设计，除了要保证工作人员自身所受剂量不超过规定的标准以外，还必须保证相邻地区人员所受的剂量也不超过相应的规定。特别是上下左右前后均有人工作或居住时，必须满足相应的辐射安全标准。这就是说，在计算各方向所需的屏蔽厚度时，首先要确定屏蔽以后各方向的容许照射量率，这个容许的照射量率就是对在这个方向邻近地区工作和生活人员的防护标准。但是，有时这个标准，还要根据很多因素，例如相邻场所的使用情况及人员存在因子等综合考虑确定。有时天顶方向虽然无人居住或工作，但是强的γ射线束和中子辐射束穿过天顶后在空气中也会散射到地面上，造成此地面上辐射剂量超过相应标准。经验告诉我们，有时空气散射是不容忽视的。例如在离1.25米高的墙壁30厘米处的地面上放着3.7×1012Bq的60Co源，其散射辐射使离该墙另一侧的2米处一点地面上，产生的照射量率约为100毫伦/时。一个高约4米的照射室，当顶上的照射量率为1000微伦/秒时，在照射室外离照射室约3米处的地面上，其照射量率可达1微伦／秒左右。这些都是空气散射的结果。辐照室一般是由样品照射室和操纵室组成的。照射室和操纵室之间由迷宫相连。迷宫是一种旨在减少辐照室入口处照射量率的防护结构。一般迷宫每节有2米长。迷宫拐弯次数和墙厚要根据辐射源大小确定，通常有2～3个拐弯就够了。透射的剂量贡献可按前面所述方法计算。迷宫内散射辐射的剂量贡献，可以粗略地估计为行进方向每改变一次就损失99％(仅指散射)。入口处的照射量率应降至2.5毫伦／时以下。不工作时的辐射源，一般都存放在地下土井(另加屏蔽容器)或水井中。不会溶解的固体放射性物质，和封装严密的其它放射性物质，都可用水井存放。照射不怕水泡的样品，也可以直接在水中操作，它的优点是易于观察以及在诸如改变几何位置等过程中样品连续受到照射。一般水深3米以上，即能满足中等强度辐射源的屏蔽要求。井壁要能防止渗水，并有较好的去污性质。水应定期更换，换前要测定水中放射性活度，符合排放标准的可作工业废水直接排放。水中有放射性污染时，从水中拿出的样品或别的工具(如水下照明行灯等)，未经去污前都不能随便乱放，以免造成辐照室污染。水的pH值要严格控制，以防止对建筑材料和源的包装容器的腐蚀。水下照明可用水下白炽灯。（3）监测设施为了避免误入辐照室发生严重的照射事故，一般规定对活度大于1013Bq的60Co辐射源，使用时必须设有远距离的控制和观察设备及报警指示，必要时应设置连锁装置。通常用的远距离控制装置，是由钢丝绳、滑轮和绞车组成的传动结构；不需要经常升降的，可以用手动绞车。操纵时要小心，对有关传动的部分应经常上油，严防钢丝绳被卡住。辐射源所处位置可以从刻度盘上读出，也可以用潜望镜、反射镜或窥视窗直接观察。窥视窗一般用铅玻璃，其厚度应经过精确计算确定，并留有足够安全系数。报警指示可用声、光讯号，当辐射源在辐照室照射样品时，要在辐照室入口处给出红灯或音响讯号。在水下操作的辐照装置，水面必须有连续的辐射报警仪。一切监控指示装置，都必须经常检查，以保证正常运行。如果辐照场在室外，周围必须划出禁区，用铁丝网或围墙圈出一定范围，不经同意不得有任何人进入。圈界上要有明显的辐射危险标志。禁区的范围根据辐射源的强度确定，禁区外的剂量当量率不应超过相邻地区的标准。室外使用辐射源，更应加强管理，严防丢失。2．时间控制法即缩短接触时间，从事或接触放射线工作时，人体受到的外照射的累计剂量同暴露时间成正此，也就是受射线照射的时间越长，接受的累计剂量越大。为了减少工作人员受照射的剂量，应缩短工作时间，禁止在有射线辐射场所作不必要的停留，工作需要时接近放射源，工作完毕就立即离开，在剂量较大的情况下工作，尤其在防护条件较差的条件下工作，为减少受照射时间，可采取分批轮流操作的办法，以免长时间受照射而超过容许剂量。3．距离控制法即加大操作距离与实行遥控。放射性物质的辐射强度与距离的平方成反比，即式中I1——距放射源距离为d1时的辐射强度；I2——距放射源距离为d2时的辐射强度。它也表示工作人员所受的剂量率(单位时间内所受的剂量)与距离的平方成反比。如3.7×107Bq的钴源在距其10厘米处，所产生的y射线剂量率同3.7×109Bq的钴源，在距其1米处的剂量率相等。因此，采取加大操作距离、实行遥控操作的办法可以达到防护的目的。在倒装放射源时，由于剂量较大，可采用长臂夹钳，使人体离放射源尽可能远，以减少工作人员所受的剂量。4．屏蔽防护法在从事放射性作业，处理放射源及储藏放射性物质的场所，采取屏蔽的方法是减少或消除放射危害的重要措施。屏蔽防护中的主要技术问题是屏蔽材料的选择、屏蔽体厚度的计算和屏蔽体结构的确定。各种射线在物质中的相互作用形式是有区别的。所以，选择屏蔽材料时也要注意这些差别。材料选择不当，不但在经济上造成浪费，有时还会在屏蔽效果上适得其反。例如，要屏蔽β射线，必须先用轻材料，然后视情况再附加重物质防护。如将其次序颠倒，因β射线在重物质中比在轻物质中能产生更多的轫致辐射，就会形成一个相当大的γ辐射场。各类射线的屏蔽材料选择原则列于表1-4-2。表1-4-2屏蔽材料的选择原则射线种类与物质作用的主要形式屏蔽材料种类屏蔽材料举例αβγ中子电离和激发电离和激发，轫致辐射光电效应，康普顿效应，电子对效应弹性散射，非弹性散射，吸收一般物质轻物质+重物质重物质轻物质一张纸铝或有机玻璃+铁铅、铁、普通混凝土水，石蜡在选择和使用屏蔽材料时，除了应考虑达到屏蔽目的外。还必须注意到其它一些因素，例如材料的经济价值和易得程度，屏蔽体容许占的空间大小、支持物能否承受、屏蔽材料的结构强度，以及吸收辐射后是否会产生感生放射性或其它毒性物质等。粒子在物质中运动时的比电离（单位射程上的能量损失）是很高的，因此在任何物质中的射程都很短。如一个5MeV的α粒子（大部分α粒子的能量在4～9MeV范围）的射程，在空气中大约是3.5cm，在普通纸张中约是40μm，而在铝材中只有23μm，可见一层很薄的材料就可以将它完全阻止住。因此，对α粒子的外照防护很简单，例如稍远一点（大于5cm），或源外包一层纸等即可。人体表皮上无生命的角质层部分，平均厚度大约是7毫克／厘米2，即直线深度约70微米。在表皮上能量小于7.5兆电子伏的α粒子，它没有到达有生命活动的深度时，就被完全阻止住了。因此，在考虑外照射防护时，对α粒子一般不须采取任何屏蔽措施。例如，放射α粒子的放射性物质污染手时，不必担心α粒子对手的外照射，只须防止手上的污染物转移到体内就行了。屏蔽γ射线常用铅、铁、水泥、砖，石等，屏蔽β射线常用有机玻璃、铝板等。弱β放射物质，如14C、35S和3H，可不必屏蔽，强β放射物质如35P、则要以1厘米厚的塑胶或玻璃板遮蔽，当发生源发生相当量的二次x射线时，便需要用铅遮蔽。γ射线和X射线的放射源要在有铅或混凝土屏蔽的条件下储存，屏蔽厚度根据放射源的放射强度和需减弱的程度而定。射线穿过屏蔽层后的辐射强度(I)计算式为：I=I0e-μd，其中I0为射线穿过屏蔽层前的辐射强度；μ为线性减弱系数，原子序数大的物质μ大；d为防护屏厚度，厘米。水、石蜡、或其他含大量氢分子的物质，对遮蔽中子放射体有效，若屏蔽的用量少时也可使用镉板。遮蔽中子可能产生二次γ射线，在计算屏蔽厚度时，应予考虑。放射性同位素仪表的放射源，都是放在铅罐内（γ源）或铅盒中（β源），铅罐或铅盒的厚度，是根据防护要求来设计的，仪表不工作时，射线出口都有塞子或挡片盖住，仪表工作时，只有一束射线射到被测物上，一般在距放射源1米以外的四周，设置探测器的防护板，工作人员在其后面每天工作八小时也无伤害。（1）防护γ射线的屏蔽厚度防护释放γ射线的放射性物质所需要的屏蔽厚度可按表1-4-3计算。其中，能量以百万电子伏表示；活性以3.7×104Bq（微居里）、3.7×107Bq（毫居里）表示；危险区以厘米或米表示。计算表分为a、b、c、d四部分：a为基本数；b为危险区域修正值；c为工作时间修正值；d为由铅改换成防护材料的修正值。计算所需屏蔽厚度=（a值+b值+c值)×d值，例如，设防护0.5×3.7×1010Bq的放射性物质，该物质在50厘米内能放出1.8MeVγ射线，求每天工作4小时所需铁屏蔽的厚度：屏蔽厚度=[8.60+2.77+(-l.39)]×1.43=14.3厘米（铁）。（2）防护β射线屏蔽的厚度（可按表1-4-4查取）表1-4-3γ射线屏蔽厚度计算表放射活性×3.7×1010Bq放射能量MeV0.20.50.81.01.52.02.53.04.0(a)0.010.020.050.10.20.5126102050100-0.14-0.09-0.01+0.06+0.10+O.17+0.23+0.28+0.36+0.41+0.47+0.54+0.60-0.36O+0.47+0.82+1.17+1.64+1.99+2.35+2.81+3.17+3.52+3.99+4.34-0.27+0.41+1.31+1.99+2.67+3.57+4.25+4.93+5.82+6.50+7.18+8.08+8.76-0.11+0.76+1.90+2.77+3.63+4.78+5.65+6.52+7.66+8.52+9.39+10.54+11.40+0.37+1.57+3.15+4.34+5.54+7.12+8.31+9.51+11.09+12.28+13.48+15.06+16.25+0.78+2.16+4.00+5.38+6.77+8.60+9.99+11.37+13.21+14.59+15.98+17.81+19.20+1.15+2.63+4.57+6.05+7.52+9.47+10.95+12.42+14.37+15.85+17.32+19.27+20.75+1.4+2.91+4.99+6.41+7.92+9.91+11.41+12.92+14.91+16.42+17.92+19.92+21.43+1.70+3.21+5.20+6.71+8.21+10.21+11.71+13.22+15.21+16.72+18.23+20.22+21.72危险区域(b)米加加加加加加加加加0.200.5012510+0.26+0.110.00-0.11-0.26-0.37+1.64+0.710.00-0.71-1.64-2.35+3.16+1.360.00-1.36-3.16-4.52+4.02+1.730.00-1.73-4.02-5.76+5.55+2.390.00-2.39-5.55-7.94+6.44+2.770.00-2.77-6.44-9.21+6.85+2.950.00-2.95-6.85-9.80+7.00+3.010.00-3.01-7.00-10.01+7.00+3.010