NCRP38号报告 中子辐射的防护
前言 美图家辑射防护与测量审议会(NCRP)在195年发 表了一篇名为《30兆电子伏以下中子辐射的防护》的报告, 即NCRP20号报告,美国国家标准局(NBS)把它作为第 36号手册出版了。在制定那些建议之后,近几年来又有一些 发展,从而諾要发表一篇新的报告。本报告中所作改动,多 数是由于国际辐射单位与测量委员会(ICRU)制定了若于 有关的量和单位,并且NCRP和国际放射防护委员会ICRP) 所建议的最大容许剂量当量也已经有了修改。 这份报告是本委员会所属关于重粒于(中子、质子和重 粒子)专业的第四科学分委员会編写的。在编写本报告期 间,参加分委员会工作的有: 主席H。H. rossi 委员 顾问 R. S. CASWELL R。G. ALsMIllel,Jr L. D. MARINElLI L. L ANDERSON F. P. COWAN F,H。 CLARK W。S. SNYDER W。W,HIAⅴENS C. A. TOBIAS F,C。 MAIENSCHEIN 本委员会对该分委员会的委员和顾问们花费时,致力 此报告的准备表示感谢。 美国国家辐射防护与主席L。S. TAYLOR 测量审议会
·1 中 录 前言 I。绪论 ………………………………………… (1) 1,范国… 2,中子防护的一般原则……………………………(2) 。中子防护要旨………………………………………(4) 3中子的分类及其与物质相互作用的主要形式……(4) 4、摇射量………………… ………………(6) 5,辐射的线质………………………………(7) 6,中子与组织的相互作用…………………………(8) 7最大容许剂量当量………… …………………(13) 8,操作中子源时引起的Y和X射线危害…………… (19) 9.中子辐射的测量……………… (20) 直。安装和操作中子源时的辐射防护…………… (26) 10.中学源的类型…………………… (26) 11,屏……… (29) 12标志和警戒设施………………………………………… (30) 13显著超量照射情况的处置…………∴………………(31) 一 。中子辐射防护规则………………………………(35) 14观则的范围………………………………(35) 15.有关最大容许剂量当量的规则………………(35) 16.辐射防护工作人员…………………(36) 17放射性源…………………… …………(37) 18,加速器…………………………………………………(38) 19.反应堆………………………………(39) 20.加速器和反应堆上的监测……………………(40)
21.保健……“……………(40) 22.超量照射…………………………………………(41) 附录A定义………………………………………………(42) 附录B深部剂量 附录C产生中子所用的反应… ………(1(6) 附录D中子俘获而产生的Y射线 …(109 附录E屏蔽数据… …(111) 附录F事故剂量测量………… 138) 参考文献 …·………………………(148)
I。绪论 羹辐防护与测量寘议公(NCRP)的前身,美 国国家辊射勤护与测量委员会于1957年发表了NCRP20号 报皆,名为《30兆电子伏以下中子辐射的防护》(NCRP, 1957b)。在草拟那篇报告之后,近几年来又有了一些发 展,从而有必要发表一份新的报告。在这期间,业已计算了 能量在400电子伏以下中子深部剂量的分布,而且获得了 新的屏戴计算资料。在1961年发表NCRP25号报告《中子 和中子与γ射线混合场吸收剂量的测量》以后,在中子和混 合辐射剂量学方面没有很大发展,但出现了一些有实用意义 的改进,特别是在直接给出剂量当量估算值的仪器方面。 本报告与NCRP20号报告的不同之处,除了不再明确 规定能量上限以外,还有以下几点:(1)本报告根据有限 圆柱模型而不是无限大平板模型中的吸收剂量分布,列出了 能量直至14兆电子伏的中子的注量容许值s(2)给出了能 量从0.5-400兆电子伏范围内平板模型的相应数据;(3) 给出了更具体的屏蔽数据。本报告删去了中子生物效应的讨 论,因为现在能在其它文献中获得有关这个问题的基础资 料。此外根据各种来源的新资料,还作了相当数量的较小的 玫动。 本报住与早期报告(NCRP20号报告)一样,主要是对常 规操臼的各种中子源所作的考虑。虽然本报告中有关常规和
事故剂量的讨论对反应堆和其它临界装置也能适用,但未涉 及它们的设计和操作程序。 2.中子防护的一般原则 2.1在防护上不仅要考虑辐射的量,而且要考虑其性 质的各种辐射之中,中子是最重要的一种。对于通常应用的 能量范围内的X射线和Y射线,相同的剂量基本上产生相同 的生物效应。然而,中子的生物效应不仅一般都比较高,并 与中子能量的关系很密切。 2.2可以假定辐射生物效应的差别与给出吸收剂量的 带电粒子的传能线密度(LET)的差别有关。所以,人员的 辐射照射限量用剂量当量(DE)来描述。剂量当量的定义 是吸收剂量(D)与线质因数(QF)的乘积●。后一因数QF 是LET的函数(NCRP,1954 g ICRP/ICRU,1963)。X 射线和γ射线的线质因数等于1。在所有比电离蜜度较大的 致电离粒子的实际槽况下,剂量是在全部LET(L)值的范 围内给出的,此时剂量当量由下式给出 DE D(L)QF(L)dL (1) ●以代胬RB,剂量当量代替RBE剂量。之所以建议作这些改变 是因为在放射生学中所应用的RBE表示一个可量度的比值,它仅在十分确定 的一组条件中使用而现在所称的QF是一个因数,应用于辐射防护中吸收剂 量小于10拉德数量级的情况。这些名坷以及本报告使用的其它名词的定义在附 琭A串述
式中,D(L)是吸收剂量按LET(L)的分布,QF(L)是对应 于L的线质因数。 2.3原则上讲,在未知辐射场中进行防护测量,需要 确定D(L)( Rossi等,1962)。实验上可以测定这个函数, 但由于它的复杂性,故不经常釆用。通常的做法是:区别不 同辐射所给出的别量,并针对每种剂量保守地选用一个线质 因数值。 2.4实际上,在所有防护监测中将会发现,中子总是 伴有Y辐射的。对于中子能量至少低于15兆电子伏的混合场 来说,可以分别确定由Y射线造成的吸收剂量和由中子造成 的吸收剂量,然后前者乘以1,后者乘以10,最后把这些乘 积相加,就得到一个保守的剂量当量估算值。 25一个更简单的方法是确定总吸收剂量,并把线质 因数取为10,这样做的结果是保守地估计了剂量当量,而忽 略了中子剂量与Y剂量的比值
五,中子防护要旨 了。中子的分类及其与物质相互作用的主票形式 3.1由核反应堆和加速器之类的各种装置产生的中 子,其能量范園(勾个粒子)约在10-4-101°电子伏;而在 宇宙辐射中所发现的中子的能量则更高。中子与物质相互作 用的类型明显地随中子能量而变化。根据以某种相互作用为 主的不同能量范围对中子进行大致的分类是方便的。能区的 过渡不是截然分明的,因而在划定界限时留有相当天的自由 选择的余地。 3.2热中子是与介质达到近似热平衡的中子。虽然表 示热中子速度分布的特征温度通常可能高于介的温度,但 热中子的速度分布仍有近似的爱克斯韦分。可通过专门设 备在核反应堆中得到“冷”中子,其麦克斯韦分布的特征温 度可以低于室温,然而某些反应堆所产生的热中子的特征温 度明显地高于窒温。在掇氏20,44皮時,热中子分布的最可 几速度为2200米/秒,与此速度相应的能量为0.0253电子 伏。在许多情况下,把热中子视为具有能量为0.0253电 子伏的单能中子是足够精确的。一般说来,热中子的能景大 约在1电子伏以F,这个界限是由所考忠的温度决定的。可 以选取这样的能量,即大约为0.5电子伏的“镉截止能” (因为在热中子测量中经常用“镉差泫”),在这能景以 上,处于麦克斯韦分布中的中子招对数目变得很小。在定量 溅量热中亍时,必须弄所测量的量的定义。为此,请读者
参阅第9节。对辐射防护来说,热中子与物质的最主要的相 互作用是辐射俘获。在这个过程中,原子核俘获中子,放射y 射线沪在受热中子辐照的組织中,弹性散射比俘获出现次数 更多,但其重要性比较小,因为就其平均来说,无论是中子 还是被穿过的介质都不会得到或损失能量。偶尔还可能发生 一些请诸如(n,p)或(n,a)或裂变反应。在组织中,1“N (n,p)1C反应是重要的。 3.3在中能中子的能量范围内,中子作用截面出现尖 峰(即共振)。典型的是由几电子伏能区延至几十千电子 伏。中能中子通量从快中子弹性碰撞所致的慢化来获得。这 种慢化过程是中能中子与物质之间最主要的相宜作用形式, 其特征是导致中子通量蜜度与熊量成反比一“dE/E 谱”。在此过程中,也会发生解获和核反应。在这个能量范 田內,中子截面的共振,虽对很多物质来说是很重要的,但 对组织相对地来说并不重要。 3,4快中子是能量比中能中子高的中子。能量在约为 10兆电子伏数量级以下时,与物质发生的最重要的互作用 是弹性散射。熊量的数量级为1兆电子伏时,非弹性散射就 值得重视了。中子能量为几兆电子伏时,核反应变得重要 了。中子能量超过10兆电子伏时,在组织中的非弹性散射和 核反应〔经常发射几个粒子)与弹性散射发生的几率可以柜 比。 3.5中子与物质之间的任何一种形式的相互作用的几 率都定量的用截面来描述假设中子的直径为0,则截面可 以肴作原子核的有效架面积。对单位体积内包含器个中子, 并以速度vN个原子核运动的一束中子而言,单位时间内
的相互作用数目就等于mUN。量m是中子通量密度。截面通 常以靶恩为单位(10·4厘米2)。 3.6每种可能的核相互作用都可用截面表征。另外, 散射过程的截面,可进一步分为微分截面,它表示在特定方 向或进入特定能量范围的散射几率。中子相互作用的数量, 由所有可能发生的过程,即中子总截面σ:确定。 4.辐射量 4.1授予组织的能量,是在辐照与生物效应之间建立 定量关系的一个基本的物理学依据。致电离辐射授予单位质 量物质的能量是爱收剂量。它的专用单位是拉德。任一器官 的剂量当量等于该器官接受的吸收剂量与所采用的QF的乘 积 4.2·虽然比释功能( Kerma)通常近似等于吸收剂 量,但它是截然不同的另一个概念。两者的区别可通过垂直 入射于一个均匀的组织平板的中子束来说明。组织比释动能 是中子辐射把动能传递给次级带电粒子(如质子,反冲碳 核)的能力的量度,一般说来,由于初始中子辐射随进入板 的深度的增大而减弱,比释动能也随之而减小。另一方面, 吸收剂量是各种反冲核投予物质的能量的量度,由于中子产 生的反冲核总数的累积,吸收剂量先随深度的增大而增加, 通过一个最大值以后,便随着初始中子辐射的减弱而减小 在平板的深度超过过渡区(即超过吸收剂量最大值)的那些 区域内,因为反冲核的射程比初始辐射发生显著减弱的距离 要小,所以组织比释动能与吸收剂量在数值上几乎一样。 4.3如果利用其它的量(如通量密度)来表述辐射 量,就必须提供一些辅助资料,才能推算吸收剂量。可是
