绪 论 、辐射防护的目的和任务 原子能的开发利用,在科学技术的发展上具有划时代的意义。原子能科学技术在工 业、农业、国防等各个领域中有着广泛的应用,并展示出广阔的前景。 任何新技术的发展,在给人类带来利益的同时,也可能带来某些危害。例如电的利用 带来了触电的危险,汽车的利用也带来了车祸等。原子能科学技术的发展与应用,无疑地 给人类带来了巨大的利益。但由子电离辐射对人体有损伤作用,它也给人类带来了某些直 接的或潜在的危害。人们总是发展和利用新的科学技术为人类造福,并尽力避免和减少它 们的有害方面 辐射防护是人们在发展和利用电离辐射、放射性物质、及核能的过程中产生和发展起 来的。1895年伦琴发现X射线后不久就发现了X射线对人体的损伤作用,如长期接受过 X射线照射过的人,发生了皮肤烧伤、毛发脱落、腿痛、白血球减少等症。1898年居里 发现镭以后,发现γ射线对人体也有类似的损伤作用,这就引起了人们对辐射危害的重 视。之后有些国家的伦琴射线学会提出了对X射线的各种防护措施,例如,把X射线管装 在衬铅的盒内对X射线进行屏蔽、接触X射线的人员穿含铅的橡皮围裙、戴铅玻璃眼覃 等。这就是早期的辐射防护。后来随着反应堆和核武器的发展,产生了大量的放射性核 素,核能及放射性核素的应用日趋广泛,这就给辐射防护带来了一系列急待解决的问题, 如辐射防护的标准、各种放射性核素的最大容许浓度或振入量限值、辐射屏蔽、反应堆安 全、环境污染、辐射的生物效应等等。这些问题的提出与逐步解决,不仅促进了辐射防护 的向前发展,而且促进了其他边缘学科,如放射生物学、放射医学、放射生态学等的发 展 辐射防护现已成为原子能科学技术中的一个重要分支,它是研究人类免受或少受电离 辐射危害的一门综合性的边缘学科。它涉及到原子核物理、放射化学、辐射剂量学、核电 子学、放射医学、放射生物学及放射生态学等学科。其基本任务是保护环境、保障从事放 射性工作的人员和一般居民的健康与安全、保护他们的后代、促进原子能事业的发展。 二十世纪六十年代,核工业迅速发展。当时,对于辐射诱发某种类型恶性病是否存在 阈剂量,以及辐射在人身上引起恶性病的剂量与效应关系的本质还缺乏了解。ICRP为了 适应核工业和核技术迅速发展的需要,于1965年发表了第9号报告。他们出于安全的考 虑,假定在剂量与效应之间存在羞线性关系,面且剂量的作用是积緊的。在这个基础上提 出辐射防护的目的悬防止急性辐射效应,并将晚期效应的危险限制到一个可以接受的水 平。随着对辐射效应的了解的深人,ICRP于1977年发表了第26号出版物,指出辐射的 生物效应可分为随机性效应和非随机性效应,辐射防护的目的在于防止有害的非随机性效 应,并限制随机性效应的发生率,使之达到被认为可以接受的水平
原子能科学技术的发展与利用的历史证明,只要人们重视辐射防护,采取科学的管理 及有效的防护措施,原子能的安全利用是有保障的。 二、辐射防护的主要内容 辐射防护的主要内容包括辐射剂量学、防护标准、辐射防护监测方法、防护技术、防 护评价及辐射防护的管理等。从广义上毋,它还包括为达到防护目的而必须在工艺流程和 工程中考虑的特殊安全问题,例如反应堆安全、临界安全、放射性三废的处理和最终处置 辐射剂量学是研究辐射剂量及如何测量辐射剂量的一门学科。它在辐射防护中占有重 要地位 辐射剂量学包含着丰富的内容。按辐射的种类,可分为带电粒子剂量学、X及γ射 线剂量学、中子剂量学。按体内外照射,可分为内照射剂量学和外照射剂量学。 测量辐射剂量的原理涉及到物理、化学、生物及核电子学等方面的知识。如射线作用 于物质产生的电离、发光、发热现象,引起物质颜色的改变及化学组成的变化,引起生物 体内血液组成和染色体的变化等。根据这些原理已研制出品种繁多、性能各异的,能满足 原子能科学技术迅速发展需要的剂量测量仪器及辐射监测系统。特别值得指出的是微电子 学在剂量学中的应用,使剂量仅及辐射监测系统的自动化、小型化,仪器工作的稳定性 可靠性和探测的灵敏度进人了一个新的发展阶段。 辐射防护标准是实施辐射防护的做据。各个国家的辐射防护标准,大都是根据cRP 的建议结合本国的具体情况而制订的,并随着有关科学技术的发展和资料的积累而不断地 得到修正。从1958年起到现在,ICRP发表了一系列的建议书。在它的第26号、28号 及30号出版物中,对辐射防护原则及辐射防护工作中的若干基本概念,提出了新的建议。 这些新建议与过去的标准相比有较大的改革。但是全身均匀照射的年剂量当量限值未变, 仍为50亳西弗/年(5宙姆/年)。只要把个人的受照剂量控制在相应的限值以下,就足以 防止有害的非随机性效应,并限制随机性效应的发生率,使之达到被认为可以接受的水 平 为了达到辐射防护的目的,ICRP在26号出版物中建议的限制剂量的制度,包括辐射 实践的正当化、辐射防护的最优化及个人剂量当量限值三条基本原则。辐射实践的正当化 或称为合理性判断,是指在进行伴随有辐射照射的某种实践前,首先应进行代价与利益的 分析,只有当这种实践能获得超过代价的纯利益时才被认为是正当的,否则不应当采取这 种实践。辐射防护的最优化是指在权衡利用辐射的某种实践所获得的利益超过付出代价的 甚础上,一切照射应当保持在可以合理做到的最低水平。也就是说最优化是进行代价与效 果的分析,选择最合适的代价以取得最合理的效果,达到合理地降低剂量。个人剂量当量 限值,是指限制个人所受的剂量当量不得超过某些规定的限值。以上三原则也称为辐射防 护三原则,彼此不可分割构成一个完整的体系。在遵守此三原则的条件下与放射性有关的 实践的安全程度跟公认为安全的实践的安全程度相当 人们实施辐射防护时,应以预防为主。在外照射情况下,应测量或预先计算工作场所 的剂量场分布,以便决定是否需要采取相应的安全措施,如屏蔽、远距离操作等。在内照
射情况下,必须通过测量,了解环境介质如空气、水源等的污染情况,或者测量体内放射 性核素的积存量,以便对个人或群体的受照情况及环境的安全情况进行评价。 辐射防护技术包括屏蔽设计、防护器械和衣具的使用、表面去污等内容。在反应堆、 加速器、X射线机、中子发生器、较强的B、γ及中子源的安装和使用中,通常需要用屏 蔽的方法将辐射剂量率降低到预定的控制水平以下。故辐射屏蔽是辐射防护的重要手段。 目前,有关屏蔽材料和屏蔽计算的研究较为广泛和深入;某些复杂的屏蔽计算问题需要应 用高容量讣算机来解决。 辐射防护评价是辐射防护的重要坏节,它包括对辐射设备、核装置的辐射安全及其周 围环境污染水平的评价等内容。现在它已发展成为一门学科即评价方法学。评价方法学研 究的内容很广,其中包括放射性物质在环境介质中的运动规律和在人体内代谢转移的理论 模式等。许多国家规定,在设计和建造核设施之前,必须提出环境评价和辐射安全评价方 面的报告,只有当这些报告被主管部们批准后,方可设计施工。在核设施正常运行后,尚 须定期地向主管部门提出评价报告。 辐射效应是人们极为关心的问题。几十年来,虽然各国及有关的国际组织对它进行了 大量研究,取得了某些进展,但辐射危害的本质至今尚未完全弄清楚。因此,辐射效应的 阂值问题、慢性小剂量照射的远后效应及遗传效应等问题,还有待于继续深入研究。 总之,辐射防护是一门内容非常丰富,在理论上和应用上都十分重要的学科。过去八 十多年的研究工作,虽然取得了很大的成就,但是,在核能利用和核技术应用方面,仍存 在着许多辐射防护问题等待着我们去研究解决
第一章电离辐射与物质的相互作用 本书所要讨论的有关辐射剂量学、辐射屏蔽及辐射生物效应等内容,都涉及到电离辐 射(致电离辐射)与物质的相互作用。 辐射分为电离辐射和非电离辐射。有些辐射如红外线、微波等,由于能量低,不能引 起物质电离,称为非电离辐射。凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射, 称为电离辐射。电离辐射是由直接或间接电离粒子或由两者混合组成的任何辐射。直接电 离粒子是那些具有足够大的动能,以致通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子,如电子、 月射线、质子和a粒子等。间接电离粒子是能够释放出直接电离粒子或引起核变化的非带 电粒子,如光子、中子等。 由于非电离辐射的防护并不是本书所研究的对象,本章仅叙述带电粒子及X、γ射线 及中子与物质的相互作用 第一节带电粒子与物质的相互作用 电离辐射作用子物质,所引起的某些物理、化学变化,或作用于生物体时所产生的某些 生物效应,几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。即使是间接电离粒子,如 X、γ射线或中子,它们与物质作用过程中的能量传递,最终也是通过在此作用过程中产 生的带电粒子实现的。因此,了解带电粒子与物质相互作用的机理及能量传递的一般规 律,对于利用这些规律解决辐射剂量学、辐射屏蔽的基本问题具有重要意义。 本节介绍带电粒子与物质相互作用的主要过程、阻止本领、射程及比电离、阻止木领 与射程的比例定律等内容。 、带电粒子的种类和一般物理性质 带电粒子的种类是很多的,最常见的是电子、B射线、质子、a粒子等。凡静止质量 大于电子的带电粒子,称为重带电粒子,如介子,丌介子,质子,Σ、∑、a粒子及 被加逑的原子核等。尸射线和电子本质上是相同的,通常所说的电子是指核外电子,而B 射线,则是指由原子核发射出来的高速电子。 目前已知最轻的重带电粒子是μ介子,其质量为电子质量的206倍。质子是普通的氢 核,存在于所有的原子核中,它是现代加速器常用的轰击粒子。在大型加速器中,可将质 子加速到三千亿电子伏以上,用来引起高能核反应。此外,它们也存在子次级宇宙射线之 中,是构成软宇宙射线的主要成分。 带电粒子的一般物理性质,如表1-1及表1-2所示1
表1-1带电粒子的物瑰性质1 质量,M mct 平均寿命 M 粒子电荷(库仑) 原子质量单 x」《兆电子伏 M 电子±1.60210x10 910908×10235.48597×10 0.50稔定 0.0005463 介子±1,60210×1010.1846×10-x0.113432 105.659 0.I12612 x介子{±1.620×10-10.282×1021.1948 139.58 255×10·|0.148765 K介子±160210x-"°0.8204×10240.53004 493781.229×1030.526274 质子+1,60210×191°1.67252×10-x1.0072763 938 +1.60210×10-2.120187×101.276885 18.39.79×10-1。】1.257680 1.60210x10 2134108X10-241.285268 1197、20 1.58×10-1011.275984 1)表中 表示粒子质量与质子质量之比 丧1-2量离子的物理性质〔完全剥高电子的置离子) 原子序数电荷 McE 名弥或符号 (101·库仑 克 原子质量单位 c=12.00(兆电子伏) 子 1.60210 1.672520 1.0072766 938256 1.60210 3.343330 2.0la5336 1875.581 1.9990976 氖核 1.60210 5.007051 2808,873 2.9937167 2808.343 6.644252 4.001506 3727.315 3,9725993 6,0址3406 5601.425 7.0143598 6533.722 6.40840 14.960529 9,0033915 8392609 8.944902 8.01050 16.621306 324277 9.9378817 11.0065622 10252.370 10,927050I 9.61260 11.9967085 11174.670 9.61260 21.58 13.0000628 2109.272 12,906149 11,21470 23.24855 13.9992343 3039.979 13.8981030 11.21470 14.8879340 12.816 26551271 15.9905262 14894823 15.8750097 12,81680 28.218713 t6,9947:47 15830.231 16.8719736 12.81680 17.9947711 16761.733 17,38471 14.41890 31.537468 i8,9934674 1763l.997 18,8562574 I6.02100 33.187091 19461608 198425675 16.02100 34,849868 20.983634 ±9550.19 20.8367421 16,02100 36.506213 17.62310 22.9837382 21408846 22.8177022 eMg 23.9784616 23.8052397 Mg 19.22520 41.476497 23267,628 24.7988050 二、带电救子与物质相互作用的主要过程 带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的,主要过程有电离和激发,弹性散射和轫致 射。其他过程有湮没辐射、契伦科夫辐射、核反应以及引起物质化学变化等