中子劑量和防護，中子劑量通常指中子吸收劑量或中子劑量當量（見輻射劑量）。
基本介紹
- 中文名：中子劑量和防護
- 所屬學科：物理學
解釋
不同能量的中子同人體組織中的元素（氫、氮、氧、碳等）發生不同的相互作用（見中子核反應和巨觀中子物理），所產生的具有一定能量的次級帶電粒子能夠引起電離和激發，從而使肌體受到損傷。劑量學涉及的主要物理問題是散射、核裂變和輻射俘獲等。研究中子在生物組織中不同深度的吸收劑量和劑量當量的模型有：半無窮大板塊、有限圓柱體（直徑為30厘米，高為60厘米）和橢圓柱體（長半軸為18厘米，短半軸為12厘米，高為60厘米）模型。模型的材料組成應同軟組織的相當，密度為1g/cm3。能量範圍從10-2eV延伸至2000MeV。其中對半無窮大板塊模型和有限圓柱體模型研究的結果，是目前確定中子注量率-劑量當量率換算係數的基礎。平行中子束垂直入射到一塊物質上時，該物質的吸收劑量D隨深度的分布（示意圖見圖1）同γ輻射的情形相似：吸收劑量的最大值並不出現在表面，而是出現在某個深度處，這個深度取決於中子的能量。醫學上就是通過調節輻射的能量，把這個最大值對準病變組織的部位進行放射治療。放射防護規定：對個人所受劑量的限制是由劑量當量決定的。不同能量中子的有效品質因數坴(見輻射劑量)的數值示於圖2。此外，由測得的中子注量率可以換算到劑量當量率。目前各國都採用圖3所示的數值。
中子劑量測定
主要指中子吸收劑量和劑量當量的測量。此外還包括表示劑量分布的微劑量測量。通常使用組織等效電離室，乙烯-聚乙烯正比計數器，硫酸亞鐵劑量計以及量熱計等測量吸收劑量。在多數情況下，組織等效電離室是測定快中子吸收劑量最準確的裝置儀器。劑量當量測量僅適用於輻射防護，所採用的方法分場所監測和個人監測兩類，其回響正比於最大劑量當量。微劑量測定的目的在於從實驗上研究輻射在直徑為微米量級或更小的球體內能量沉積的空間分布和譜分布。微劑量學所考慮的體積應同生物細胞的大小相當，藉以模擬輻射在生物細胞、細胞組分和生物大分子中的能量沉積。常用的測量儀器是低壓組織等效氣體的“無壁”計數器，但測量方法和數據處理牽涉到很複雜的技術。
中子防護
目的在於減少工作人員所受的輻射劑量，並儘可能將它控制在放射防護標準規定的限值以下。職業性放射性工作人員每年所受的劑量當量限值為50mSv(5rem)。表中給出對不同能量的中子相當於25μSv(2.5mrem)每小時的中子注量率以及1mSv（0.1rem）的中子注量。減少防護工作人員受中子照射的措施除了儘量縮短受照時間、儘可能遠離中子源以外，還需對中子源進行有效的禁止。不同能量的中子同物質相互作用有不同的特點（見中子核反應和巨觀中子物理）。因此禁止熱中子要用含吸收截面大、俘獲輻射γ光子能量低的材料，如硼、鋰以及它們的化合物等。禁止快中子時首先需要用慢化能力強的材料將快中子的能量降低，然後用吸收截面大、俘獲輻射γ光子能量低的材料加以吸收。快中子慢化的主要過程對於重核及中重核是非彈性散射；對於輕核是同原子核發生彈性散射。對於一次彈性散射，靶原子核的質量越接近中子的質量，中子損失的能量也就越大。因此禁止能量不很高的快中子最有效的元素是氫，通常採用的是含氫成分較多的水、石蠟、聚乙烯等輕材料。對於幾兆電子伏以上能量的中子，可以用含重核或中重核的材料通過非彈性散射使其能量迅速降低然後再用含氫材料進一步使其慢化，最後被含10B或6Li材料吸收。
因此，在規劃禁止層的布局和確定禁止層厚度時必須知道中子能譜及各類材料的不同中子能量的有關反應截面數據，並根據上述特點對禁止層填料作合理安排，據某種理論模型進行數學運算。對大型中子源常用的禁止計算方法有雙群法、多群法和移出擴散法等。放射性同位素中子源的禁止計算常用分出截面法和半（或1/10）值層減弱法。中子劑量當量同注量的換算表若禁止層足夠厚，又含有足夠量的氫時，可用分出截面法進行計算。在近似計算中，可用裂變中子譜的分出截面。
半（或1/10）值層減弱系指將輻射量（注量、吸收劑量或劑量當量等）降至1/2（或1/10）時所需的禁止層厚度。半值層厚度(HVT)同1/10值層厚度(TVT)的換算關係式是：HVT＝0.301TVT。普通混凝土對單能中子的1/10值厚度示於圖4。禁止放射性中子源，可以單獨使用水、石蠟等；也可兼用其他慢化材料和吸收材料，或將慢化材料和吸收材料混合使用（如含硼聚乙烯、含硼石蠟等）。
對大型中子源（如加速器、反應堆）的禁止比較複雜，常以普通混凝土和重混凝土等禁止材料為主，還要採用鐵一類的物質禁止γ輻射和快中子。在中子輻射防護中，除了中子以外還應當特別注意對γ輻射的防護。這是因為反應堆、加速器和很多放射性同位素中子源都伴有很強的γ輻射。在很多情況下，γ輻射的劑量當量大大超過中子的劑量當量。例如，鐳-鈹中子源的γ劑量當量率約比中子劑量當量率高50倍。即使是被認為γ劑量較少的鎇-鈹中子源，γ輻射劑量當量率也占總劑量當量率的百分之幾十。在使用放射性同位素中子源時，要嚴格防止放射性物質的泄漏。特別是使用鐳-鈹中子源時應經常檢查是否有氡氣漏出。一旦發現有漏出，就應及時採取措施。
