屏蔽防護(hù)

屏蔽防護(hù)的原理是：射線包括穿透物質(zhì)時強度會減弱，一定厚度的屏蔽物質(zhì)能減弱射線的強度，在輻射源與人體之間設(shè)置足夠厚的屏蔽物（屏蔽材料），便可降低輻射水平，使人們在工作所受到的劑量降低最高允許劑量以下，確保人身安全，達(dá)到防護(hù)目的。屏蔽防護(hù)的要點是在射線源與人體之間放置一種能有效吸收射線的屏蔽材料。

對于X射線常用的屏蔽材料是鉛板和混凝土墻，或者是鋇水泥（添加有硫酸鋇-也稱重晶石粉末的水泥）墻。

屏蔽材料的厚度估算通常利用了半值層(半價層)的概念。在X射線檢測中利用的是寬束X射線，下表給出了寬束X射線在鉛和混凝土中的近似半價層厚度T_1/2和1/10價層厚度T_1/10。注意：由于鉛板的純度及純凈度、混凝土的配方以及組織結(jié)構(gòu)上必然存在的差異，因此表中給出的半價層厚度只能作為參考值，在實際應(yīng)用中必須考慮增加保險量。

 

強衰減、寬X射線束的近似半價層厚度T1/2和1/10價層厚度T1/10
峰值電壓 KV	T1/2 ㎜
	鉛	混凝土
50	1.0	43
70	1.5	84
75	1.5	84
100	2	160
125	2.5	200
150	3.0	250

 

在屏蔽防護(hù)計算中，需要考慮兩個方面的因素，即由射線源直接穿過屏蔽物的初級輻射屏蔽，還有射線在屏蔽物上引起的散射輻射也是需要考慮屏蔽的。

下面結(jié)合具體例題予以說明：

初級X射線屏蔽：首先確定屏蔽透射量，然后根據(jù)由實驗測量得到的射線減弱曲線求出所需要的屏蔽層厚度。

屏蔽透射量B=PR²/WUT

式中：

B—X射線的屏蔽透射量 R/(mA•min) (在1米處) 數(shù)值上：1R≈1rem

P—每周最大容許劑量當(dāng)量：職業(yè)性照射為P=0.1rem/周；放射性工作場所鄰近人員P=0.01rem/周

（注：根據(jù)GB4792-1984《放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定放射性工作人員受到全身均勻照射時的年劑量當(dāng)量不應(yīng)超過5rem，一年365天共52周，按國家法定工作時間（即扣除周六、日和法定節(jié)假日）應(yīng)為250天約36周，但為了從嚴(yán)考慮（例如加班），取50周計算得到0.1 rem/周的限值，公眾人員個人受到的年劑量當(dāng)量應(yīng)低于0. 5rem,即為0.1 rem/周的限值。如果射線照射工作場地鄰近非職業(yè)射線照射工作人員的工作現(xiàn)場時，應(yīng)考慮屏蔽的最大容許劑量當(dāng)量按公眾人員標(biāo)準(zhǔn)計算。）

R—X射線源到操作者的距離，米

T—居留因子：全居留T=1（這是表示工作人員在工作場所停留情況的因子，分為全居留、部分居留、偶然居留三種情況。全居留T=1是指經(jīng)常有人員停留的地方所考慮的因子，適用于控制區(qū)，包括控制室、鄰近的暗室、工作室、實驗室、走廊、休息室和職業(yè)性照射人員常規(guī)使用的辦公室，以及例如位于射線機房鄰近建筑物中用于居留和商店、辦公室、居住區(qū)、運動場、其他生產(chǎn)工作場所等；部分居留T=1/4是指有部分時間里有人員停留時考慮的因子，適用于非控制區(qū)，例如日常非職業(yè)性照射人員所用的公共走廊、公共房間、休息室、娛樂室、電梯、無人管理的停車場等；偶然居留T=1/16是指偶然有人員經(jīng)過情況下考慮的因子，適用于非控制區(qū)，例如公共浴室、樓梯、自動電梯、行人、車輛通道等）

U—使用因子：充分使用U=1（這是表示射線利用程度的一個因素，分為充分使用、部分使用、不常使用三種情況。充分使用U=1是指直接承受射線照射，例如透照室內(nèi)直接受到有效射線束照射的門、墻、天花板、地面、窗口；部分使用U=1/4是指不直接受到射線照射，例如射線機房內(nèi)不直接受到有效射線束照射的門、墻、天花板、地面、窗口；不常使用U=1/16是指基本上不受到有效射線的照射。）

W—工作負(fù)荷：mA•min/周（指高壓通電時間）（即每周的工作負(fù)擔(dān)，在數(shù)值上等于每周工作時間與管電流的乘積）計算出屏蔽透射量后在X射線減弱曲線圖上查出相應(yīng)管電壓的所要求的屏蔽厚度（鉛板或混凝土墻），考慮兩倍的安全系數(shù)時則再加一個半價層厚度。

[2]散射X射線的屏蔽：初級X射線照射到物體（這里指屏蔽物）時將有散射X射線發(fā)生，我們可以把散射體看作為輻射源，散射X射線照射量的大小一般用距離散射體1米處散射X射線照射量與入射初級X射線照射量之比來表示，它與初級射線的性質(zhì)、射線源到物體的距離、散射體受初級射線照射的面積和散射角度等許多因素有關(guān)。下表給出散射的S值與入射光子能量的關(guān)系：

 

 

 

 

散射的S值與入射光子能量的關(guān)系
X射線源 KV	散射角
	30°	45°	60°	90°	120°	135°
50	0.0005	0.0002	0.00025	0.00035	0.0008	0.0010
70	0.00065	0.00035	0.00035	0.0005	0.0010	0.0013
100	0.0015	0.0012	0.0012	0.0013	0.0020	0.0022
125	0.0018	0.0015	0.0015	0.0015	0.0023	0.0025
150	0.0020	0.0016	0.0016	0.0015	0.0024	0.0026
200	0.0021	0.0020	0.0019	0.0019	0.0027	0.0028
250	0.0025	0.0021	0.0019	0.0019	0.0027	0.0028
300	0.0026	0.0022	0.0020	0.0020	0.0026	0.0028

 

散射屏蔽透射量Bs=(PR_S1²R_S2²/WST)(400/F) (在1米處) [單位：R/(mA•min)]

P—每周最大容許劑量當(dāng)量：職業(yè)性照射為P=0.1rem/周；放射性工作場所鄰近人員P=0.01rem/周

W—工作負(fù)荷：mA•min/周（指高壓通電時間）

T—居留因子：全居留T=1

R_S1—散射體到散射點的距離，米

R_S2—射源到散射體的距離，米

F—散射面積，cm

S—散射面積為400cm²時離散射體1米處的散射輻射產(chǎn)生的照射量與入射輻射照射量之比

400—測量S時的散射面積，cm²

對于0.5MeV以下的X射線可認(rèn)為主要的散射X射線與初級X射線具有相同的減弱特性，計算出Bs值后可從X射線減弱曲線查得相應(yīng)的屏蔽厚度。

例1：一臺250KV的X光機，管電流5mA，探傷人員每天工作6h(高壓通電時間)，每周工作5天，工作地點距X射線管焦點4米，求防護(hù)初級X射線的混凝土厚度。
W=It=5mA＊60min＊6h＊5天=9000 mA•min/周
P=0.1rem/周
R=4m
U=1
T=1
B=(0.1＊4²)/(9000＊1＊1)=1.8＊10^-4rem/(mA•min)
在X射線減弱曲線圖縱坐標(biāo)查到B值并從該點作橫坐標(biāo)與250KV曲線相交得到混凝土厚度35cm，考慮兩倍安全系數(shù)，增加一個混凝土半價層2.8cm，合計37.8cm

例2：承上題，散射體距X射線管焦點4米，散射面積400cm²，工作點距散射體1米，散射角60°，求防護(hù)散射X射線所需混凝土厚度。
P=0.1rem/周，R_S1=1m，R_S2=4m，W=9000 mA•min/周，F(xiàn)=400cm²，T=1
查看“散射的S值與入射光子能量的關(guān)系”得到：S=0.0019
Bs=(0.1＊4²＊1²＊400)/(0.0019＊9000＊400)=0.09rem/(mA•min) 查得混凝土厚度11cm

例3：一臺額定管電壓150KV的X射線機在1米處1mA•min時產(chǎn)生的劑量X=0.02Sv，檢測人員使用該機每周工作5天，每天開機工作時間為4小時，使用的管電流為5mA，工作人員所在的操作位置距離X射線機為4米，按照GB4792-1984的規(guī)定，防護(hù)一次射線的混凝土墻所需厚度T是多少？
解：按照GB4792-1984的規(guī)定，為了限制隨機效應(yīng)的發(fā)生率，年劑量當(dāng)量限值為50mSv，如果每年按照50周考慮工作時間，每周的劑量當(dāng)量限值為H_W=1mSv=1x10^-3Sv，檢測人員每周工作負(fù)荷為W=5天x4小時x60分鐘/小時x5毫安=6000mA•min，混凝土對250KV的X射線的半值層厚度為T₀=28mm，根據(jù)在距離射線源1米處1mA•min時產(chǎn)生的劑量是0.02Sv，以及工作人員的距離為R=4米，首先計算在沒有防護(hù)時工作人員所處位置的劑量H：H=X•W/R²=(0.02x6000)/4²=7.5Sv
根據(jù)T=n•T₀ 這里n為T₀的倍數(shù)，即H=2ⁿ•H_W ,n=lg(H/ H_W)/lg2=lg[7.5/(1x10^-3)]/lg2=12.87
則T=12.87T₀ =12.87x28=360.4mm，若考慮兩倍的安全系數(shù)，則應(yīng)再加一個半值層厚度，即：T=360.4+28=388.4mm，從建筑工藝角度來說，可取整數(shù)400mm。

例4：同上題，如果采用鉛板屏蔽，則鉛板厚度T應(yīng)為多少？
解：鉛對150KV的X射線的半值層厚度為T₀=0.88mm，因此T=12.87T₀ =12.87x0.88=11.33mm，若考慮兩倍的安全系數(shù)，則應(yīng)再加一個半值層厚度，即：T=11.33+0.88=12.21mm，從商品化鉛板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格角度來說，可取整數(shù)12.5或13mm。

概括而言，時間防護(hù)的要點是盡量減少人體與射線的接觸時間，距離防護(hù)的要點是盡量增大人體與射線源的距離，屏蔽防護(hù)的要點是在射線源與人體之間放置一種能有效吸收射線的足夠厚度的屏蔽材料，其最終目標(biāo)都是要使射線檢測工作人員承受的輻射劑量在國家輻射防護(hù)安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值以下。

附表1：不同管電壓時混凝土（密度2.35g/cm³）的鉛當(dāng)量（mm）

鉛厚（mm）	不同管電壓時混凝土厚度（mm）
	150KVP	200KVP	300KVP	400KVP
1.5	80	75	56	47
2	150	140	89	70
3	220	200	117	94

 

 

 

 

 

注：對于低能量的X射線，原子序數(shù)低的物質(zhì)的散射效應(yīng)遠(yuǎn)比鉛為重要，因此在千伏低的時候，物質(zhì)的鉛當(dāng)量值要高。

附表2：幾種建筑材料在不同能量射線時的鉛當(dāng)量（單位：mm）

射線能量(KVP)	鉛 (mm)	混凝土 (2.4g/cm3)	含鋇混凝土 (3.2g/cm3)	鉛玻璃（㎜)
75	1.0	120	15	10
120	1.5	240	20	15
150	2.5	300	30	20