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通知公告

名词解释:辐射防护技术

创建时间:2020-04-28 09:27

辐射防护技术(Radiation Protection Technique为达到辐射防护标准、避免或减少生物体受到不必要的辐射照射所采取的措施,包括技术措施和管理措施。目前,辐射防护技术重点关注包括放射性工作人员、医疗照射患者和公众在内的人员防护,通常是技术和管理两种措施的综合应用。根据照射类型的不同,可分为外照射防护和内照射防护。

基本防护方法:在理论上,从辐射源项、照射途径到人体受照之间的所有环节,都可以采取防护技术以降低辐射照射,包括辐射源项控制、照射途径的阻隔、人体防护。除了管理措施、辐射源项控制等通用方法,外照射和内照射因人体受照方式的差异需要采取不同的防护方法。外照射主要通过缩短受照时间、远离辐射源、增加屏蔽的方法进行防护,即外照射防护的时间、距离、屏蔽三要素。内照射主要通过隔离、稀释、净化、去污等方法,防止放射性物质进入人体或污染体表;当发生人体放射性内污染时,可根据需要采取灌洗、给予促排药物等医学措施,以消除或降低人体内的放射性污染水平,减少内照射。

辐射源项控制:控制辐射源项,可以降低人员所处位置处的剂量率或者限制进入人体的放射性物质摄入量,进而减少受照剂量;在实际中,通常是降低辐射源项强度、包容放射性物质、净化和稀释等方法的综合应用。降低辐射源项强度:可以通过减少放射性物质的产生量、衰变、嬗变等方法实现。例如,通过降低反应堆结构材料中109Ag59Co58Fe等微量核素含量,可减少核电厂工艺管路中因活化而产生的放射性物质;尽量采用天然放射性核素含量低的房屋建材,可降低室内氡的析出量;服用131I治疗甲状腺疾病的患者需要隔离一段时间,则利用了放射性物质自身的衰变特性,来降低辐射源项强度;对于一些长寿命的放射性核素,也可通过中子嬗变方式将其转化为短寿命或稳定核素以降低放射性。包容放射性物质:通过密封、密闭、负压等方式将放射性物质控制在限定空间内,减少或隔绝与人体的接触,是开放型放射性工作场所中内照射防护的主要措施。例如,放射性热室、手套箱是将放射性物质控制在密闭空间内,保持与工作场所的空气隔绝;核电厂厂房的负压设计,是尽可能将放射性物质包容在厂房内部;设备检修过程中临时搭建的包容系统,是将检修时释放的放射性物质限定在局部空间内,使之与工作场所隔离。净化和稀释:净化主要通过吸附、过滤、离子交换等方式,降低水、空气等各类介质中的放射性物质浓度,如用于核设施工艺气体和液体净化的碘吸附器、核级水过滤器等。稀释则是引入干净的水、空气等介质进一步降低放射性物质浓度,如通过开窗通风方式降低室内氡浓度。

通常,在核设施设计、核技术应用等环节中,已经综合考虑经济、社会、防护等因素,采取了多种辐射源项控制措施。在实践过程中,还需要进一步通过照射途径阻隔、人体防护等措施,降低放射性工作人员、患者、公众的受照剂量,使其满足辐射防护标准要求、并达到合理可行尽量低的水平。

外照射防护:时间、距离、屏蔽是外照射防护的三要素。其中,缩短时间和增加距离防护是成本相对较低且容易实现的防护措施;但在大部分核设施或核活动中,受时间和空间限制,只通过时间和距离措施无法达到防护要求,还需要采取屏蔽等技术措施。

时间:缩短人员的受照时间,能有效降低人员受照剂量,通常可通过提高工作效率、优化工作方案等措施实现。例如,在现场作业前进行仿真模拟训练,在现场作业时快速通过辐射热点区域。

距离:理论上,在散射因素可以忽略的情况下,辐射点源在空间中的剂量率分布与距离成平方反比关系;人员距离辐射源越远,受照剂量越小。在工作中,尽可能远离辐射源,是外照射防护中常用的方法之一。例如,利用长杆剂量率仪测量辐射热点处的剂量率,利用长柄操作工作操作放射源,利用遥控装置替代人员在辐射环境中作业。

屏蔽:对于Xγαβ、中子等射线,在穿过材料后其强度或能量会被减弱;利用这一特性,可在人体和辐射源之间选择合适的材料作为屏蔽体,以降低人体的受照剂量。一方面,射线屏蔽效果(与穿透能力相对应,穿透能力越大,屏蔽效果越差)与射线类型和能量有关;在能量相当的情况下,常见射线的穿透能力从大到小依次为中子、X/γ射线、β射线、α射线。另一方面,屏蔽效果也与材料原子序数和密度有关;通常,材料原子序数(Z)越高、密度越大,屏蔽效果越好。

α射线的穿透能力很弱,最容易被屏蔽。例如,重核衰变发射的能量α射线,在空气中的穿透距离只有几厘米;常见的离子式烟感探测器,基本原理就是利用了烟雾对α射线的屏蔽作用。

β射线的穿透能力较弱,但会与材料相互作用产生穿透能力较强的韧致辐射(X射线);材料中铅、钨等高Z材料越多,韧致辐射越强。因此,通常先采用有机材料、玻璃、铝等低Z材料屏蔽β射线,再根据需要增加一层高Z材料进一步屏蔽产生的韧致辐射。

X/γ射线的穿透能力较强,是工业、医疗应用中最为常见的一类射线;可利用铅、钨、铋等高Z且密度大的材料进行屏蔽,在工程屏蔽中也常利用混凝土、钢、水等结构或工艺材料兼顾屏蔽功能。通常利用半值层来表征不同材料对特定能量X/γ射线的屏蔽效果,即射线强度衰减到一半所需的屏蔽厚度。典型的,辐照消毒灭菌中常用的60Co源发射能量为1.17MeV1.33MeVγ射线,混凝土、铅、钢对其的半值层厚度分别为155px30px52.5px;而X光片、CT等医疗应用中X射线能量通常在200keV以下,0.5mm厚的铅就有足够的屏蔽效果。

中子的穿透能力很强,与物质相互作用和能量密切相关,并且在作用过程中会产生次级X/γ射线,需要同时选用高Z、低Z和中子吸收材料进行组合屏蔽,如常用的铅--聚乙烯组合。若设计为分层结构,通常采用高Z-Z(吸)-Z的屏蔽组合。第一层高Z材料主要与快中子发生非弹性散射反应,使其能量快速降低到2MeV以下;第二层低Z材料(材料的等效原子序数越低越好,如聚乙烯、水、石蜡等)通过弹性散射反应使中子进一步慢化为热中子,并掺入硼、镉等材料通过俘获反应吸收中子;第三层高Z材料主要用于屏蔽非弹性散射和俘获反应生成的次级X/γ射线。

在屏蔽设计中,需要根据射线类型、能量及使用环境要求,选用材料类型与几何结构合适的屏蔽体。核电厂、加速器、钴源辐照装置、医用CT、射线探伤仪、中子探井装置等核与辐射相关设备设施的设计,通常会采用大量的混凝土、铅、钨、聚乙烯、石蜡、硼等材料作为屏蔽结构,对辐射源项进行屏蔽。外照射人员防护用品也是利用屏蔽作用进行防护,通常选用含铅、钨、铋等重金属的玻璃或柔性材料,常见的有护目镜、面罩、防护围领、防护裙、防护衣等。

内照射防护:防止放射性物质进入人体或污染体表是内照射防护的核心目标;放射性物质进入人体的途径有吸入、食入、皮肤吸收和注射(核医学中给予放射性药物)。其中,吸入放射性污染空气是造成内照射最常见的方式;在事故情况下,食入放射性污染的食物和饮用水也会使公众受到内照射;放射性物质会通过伤口被人体吸收造成内照射,而氚水、氚蒸汽等放射性物质还会通过皮肤渗入人体。可以通过放射性污染控制、人体防护措施进行内照射防护。

放射性污染控制:控制人员所处场所的放射性表面和空气污染浓度和范围,使其满足辐射防护标准要求,是内照射防护的首要措施。除了在设施设计建造时所采取的放射性物质包容、净化等方法,还需要在现场对放射性表面和空气污染进行监测,必要时通过去污等措施降低放射性污染水平。在事故情况下,隐蔽、撤离等措施可有效降低公众内照射,同时良好的大气和水体扩散条件也有助于降低污染水平。

人体防护:相对于外照射人体防护采用的屏蔽方法,内照射人体防护主要通过隔离、净化方式防止放射性物质进入人体,包括内照射集体防护用品和个人防护用品。气帐是常用的集体防护用品;个人防护用品种类较多,包括纸衣等非通风污染防护服、通风污染防护服(按供气方式不同分为隔绝供气式、隔绝携气式、过滤送风式)、呼吸防护用品(包括口罩、碘面罩、半面罩、全面罩、自给式呼吸器等)、防护手套等。对于存在β、低能X/γ射线外照射的情况,在手套或防护服面料中加入钨、铅等重金属材料,可在一定程度上兼顾外照射和内照射防护。服碘、给予促排药物是事故情况下常用的内照射防护措施;例如,在放射性碘污染情况下,按要求提前服用稳定性碘片可以有效地占满甲状腺,使进入体内的放射性碘被快速排出体外,不在甲状腺富集

管理措施:除了技术措施,管理措施也是辐射防护所必需的,贯穿于电离辐射应用活动的整个过程和各个方面,包括法律法规、管理制度和操作规程,具体涉及辐射防护机构设置、职责分工、工作组织、辐射分区和分级管理、个人及场所监测计划、人员教育与培训、职业健康监护等一系列要求。