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毕业设计论文+任务书+中期检查表+综述
放射性γ源的屏蔽计算程序设计
中文摘要
外照射防护水平的高低，可以用屏障厚度、防护屏障后所关心的位置上的周围剂量当量来表征。
对于一个具体的辐射源装置，屏蔽材料的选择及其厚度的确定，需要运用辐射防护最优化程序，即在考虑了经济和社会因素后应当使辐射照射保持在可合理做到的最低水平。
本工作设计一个简单的程序，方便用户在外照射防护活动中快速得出所需要的屏蔽材料的厚度，可提高防护设计的效率，具有一定的实用意义。
【关键词】：
外照射，γ源辐射屏蔽，拟合方程，程序设计。
学生：
陈伟
导师：
孙亮副教授
Abstract
Theprotectivelevelofexternalradiationcanbeusedtoscreenthethicknessoftheprotectivebarrierofconcernaroundthelocationofthedoseequivalenttocharacterization.Sourcesforaspecificdevice,thechoiceofshieldingmaterialsandthicknesstodeterminetheneedtooptimizetheuseofradiationprotectionprocedures,thatis,takingintoaccounttheeconomicandsocialfactorssothatexposuretoradiationshouldbekeptatthelowestlevelreasonablyachievable.Theworktodeviseasimpleprocedure,user-friendlyprotectionfromexposuretoactivitiesneededtoquicklycometothethicknessofshieldingmaterialscanbedesignedtoimprovetheefficiencyofprotectionwithacertaindegreeofpracticalsignificance.
Keywords:
ExternalRadiation;γSourceofRadiationShielding;Fittingfunction;programdesign。
Undergraduate:
WEICHEN
Supervisor：
professorLIANGSUN
一．项目的意义
本项目属于屏蔽防护兼软件设计的范畴。
是计算机编程技术与辐射防护的结合。
屏蔽防护是外照射防护的基本措施之一。
筹建新的辐射源设施，必须同时考虑辐射屏蔽的具体要求。
因为屏蔽防护要求常常决定着辐射源的安装位置和建筑的结构类型的选择，并且辐射屏蔽设计好要为将来可能提高辐射能量，增大辐射源强度或增加工作负荷留有余地；否则，屏蔽厚度的事后追加，会花费更多的资金，且常会受到空间的限制。
因此，快速准确的计算屏蔽材料的厚度十分有意义。
二．项目的用途
外照射防护水平的高低，可以用屏障厚度、防护屏障后所关心的位置上的集体剂量当量来表征。
对于一个具体的辐射源装置，屏蔽材料的选择及其厚度的确定，还需运用辐射防护最优化程序，即在考虑了经济和社会因素后应当使辐射照射保持在可合理做到的最低水平。
医院、核电站、辐照灭菌企业等等的员工或者医院的病人在工作或医疗活动中都会或多或少的需要接触射线的照射，辐射防护至关重要。
在辐射防护中，屏蔽防护又是一个重要的方法。
本项目试着设计一个简单的程序，方便用户在外照射防护活动中快速得出所需要的屏蔽材料的厚度，这样将会在防护实施的过程中提高效率。
三．国内外的发展
1.防护基础理论
电离辐射的卫生防护因照射方式不同应采用的措施亦不同。
电离辐射作用于机体的途径有外照射和内照射。
使用封闭源的职业接触属外照射,从事开放源作业的危害主要是内照射。
1.1外照射的防护
企业作业中接触封闭源的机会见于射线的机械探伤、自动对位、射线自动测厚、测密度等。
即利用X或r射线的穿透性能和测试器接受的射线强度来进行检查、判断,从而进行自动控制。
从事此项作业的人员必须经过射线防护的专业培训和就业前体检,取得上岗合格证。
根据射线的强度与接触距离的平方成反比,与接触时间成正比的关系,采取以下基本防护措施[1]:
①时间防护:
即尽量减少在电离辐射场中逗留的时间,如电动操作发生故障时,进行手摇安全轮复位而靠近辐射源;或抢修设备而接近辐射源工作时,应限制个人操作时间,将可能受到的照射剂量控制在拟定的限值之下。
②距离防护:
尽可能增加作业人员与辐射源之间的距离,操作者采用远距离电视监视摇控操作。
在发生事故,如辐射源脱落,应在屏蔽条件下用远距离器械钳取,不得直接用手取源装配。
③屏蔽防护:
操作人员与辐射源之间应有可靠的防护屏障,屏蔽材料应根据辐射源的性质（X、γ射线或中子）来选择。
一般选原子序数比较高,密度比较大的材料。
④控制辐射源强度:
在满足工作需要的前提下,尽量选择低辐射源。
1.2内照射的防护
从事开放源作业时,放射性核素可经过呼吸道、消化道或皮肤的途径进入体内,对机体进行持续性照射。
为了保障从事开放源作业人员和周围居民的健康和安全,根据接触到的放射性核素的种类和放射性活度的不同,将开放型放射工作单位及工作场所进行分类和分级[1]。
根据开放型放射工作单位的放射性核素的等效年用量分为3类;根据放射性核素的最大等效日操作量分为3级。
对不同种类、级开放性放射工作场所的卫生防护均有严格的要求。
从事开放源作业的工种见于含防射性物质的矿石的开采、选炼、荧光涂料的制造和使用,医院的同位素室等作业。
开放性作业有环境污染的问题,从生产到使用的整个工艺过程,如忽视防护均可将放射性尖粒带到生活区。
因而对开放性作业场所应防止放射性物质的扩散和进入体内的问题。
首先在厂址选址上要把好关,要选择地势高、地下水源低的下风向,尽量在水源的下游,在工作建筑区内不能修民位区。
要采用三区区分的建筑设计（活性区、过渡区、清洁区）,在过渡区和清洁区之间有卫生工作室,可洗澡、更衣。
不准把活性区的东西带到清洁区,以放射性粘污的监测结果作为是否放行的标准。
要有废水的专用下水道及处理设施,空气净化的捕尘和固体废物的存放和处理设施。
定期进行辐射监测和职业体检,以便及时发现防护工作薄弱环节,改善防护条件,防止事故发生,确保工人安全健康。
2.γ辐射源的应用
随着原子能事业的发展，电离辐射已经越来越广泛的应用于国民经济中的各个领域。
简要列举如下[2]：
2.1农业方面
辐照育种利用γ源放出的γ射线照射农作物的种子、植株和其他器官，促使农作物内部产生遗传性变异，经过几代的选择和培育，从中可获取具有高产、优质、早熟、抗倒伏、抗病虫害等优良特性。
辐射防治病虫害主要方法有两种：
一是利用射线直接杀死害虫。
这种方法常用γ射线，能在较短的时间内，将害虫全都杀死。
该方法效果虽然好，但是需要强的辐射源，因此难于再田间使用。
二是用射线照射有害昆虫的生殖腺，造成雄虫不育，然后把大量的不育雄虫释放到田间，影响其繁殖。
这种方法费用低，效果好，易推广。
食品保藏经γ射线经处理的根茎类食物，如土豆、洋葱、大蒜等等，能在室温下长期保存而不致发芽。
能杀死深藏在果实内部的害虫、细菌或鲜肉中的寄生虫。
还可延迟新鲜水果的成熟，不致很快腐烂变质。
一些不易保藏的水产品，在冷藏的时候需要给与辐照处理，可延长保藏期。
辐射处理的食品，不破坏外形，不影响质量、无药物残留，比以往采用的加热、药剂、紫外线等方法有其独特的优点。
2.2工业方面
化学工业中的应用涉及辐射化学研究、催化剂研究、混合效率测定和管道阻塞的检查。
航天工业里主要应用在核能电池这一方面。
仪表工业中应用γ射线的有，测厚仪、物位仪、γ密度仪、核子称等。
2.3医学方面的应用
诊断方面——γ相机，是将口服或静脉注射进入脏器的放射性制剂所释放出的γ射线，用胶片显像，以供诊断。
治疗方面——照射肿瘤，利用γ源放出γ射线，在体外对肿瘤进行照射，配合手术治疗。
3.新基本标准更加关注公众照射
放射防护基本标准的不断更新,在某种程度上表明这个国家的放射防护研究及放射防护实践及核科学技术应用均取得了显著的进步。
我国《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[3]（GB18871—2002）的正式颁布及实施也说明了这个问题。
新的放射防护基本标准的贯彻实施,将在强有力地推动我国放射防护事业的发展起到重要作用[4]。
3.1 责任认定 标准中明确规定对放射源或放射实际引起的公众照射实施控制的责任由注册者和许可证持有者负责。
这就是说注册者及许可证持有者都应按标准的要求对引起的公众照射实施控制。
3.2 外照射源及非开放场所中放射污染的控制 如果外照射源可能引起公众照射,在设备调试前所有的放射防护都应达到要求,并得到防护主管部门的认可。
提供最优化屏蔽及其他防护措施,并制定专门的剂量约束,报请批准。
注册者和许可证持有者应采取措施,限制污染在公众可到达的区域。
要建立专门的包容措施,防止污染向公众区域扩散。
3.3 对参观访问人员的保护 包括对这类人员的防护培训,安全人员的陪同及各区设立醒目的标志等做了明确规定。
3.4 对放射性废物的管理 这里着重提出应使放射性废物对公众的健康及环境危害降到可接受水平,对后代健康的预计影响达到可接受水平。
标准对放射性物质向环境排放做了严格规定。
3.5 严格管理含放射性物质消费品 新标准对与公众密切相关的含放射性物质消费品进行管理。
明确规定不得向公众出售能引起辐射照射的消费品,除非照射被排除,满足豁免条件或主管部门同意。
4.剂量限值和剂量约束
剂量限值指的是现行的放射防护标准中以年为限期，规定个人受外照射引起的有效剂量、当量剂量和放射性核素摄入活度量不得超过的数值，也就是正常控制条件下，不应该超过的剂量水平。
剂量约束指的是对每个可能的致照射源的照射进行的一种剂量限制，以保证规定的剂量限值不被超过。
与具体的源无关。
4.1公众照射剂量限值：
标准中规定,实践使公众中有关关键人群组的成员受到的平均剂量估计值不超过下述限值[5]:
①年有效剂量1mSv。
②特殊情况下,如果5个连续年的年平均剂量不超过1mSv,则某一单一年份的有效剂量可提高到5mSv。
③眼晶体的年当量剂量15mSv。
④皮肤的年当量剂量50mSv。
标准中规定了慰问者及探视人员的剂量限制,使他们在患者诊断或治疗期间所受的剂量不超过5mSv。
在防护实践中,尤其在防护屏蔽设计中,除非个别情况下只考虑眼晶体和皮肤,一般情况是全身照射。
因此,防护屏蔽设计中,考虑到公众照射时,应使用公众照射剂量限值,每年不超过1mSv。
4.2职业人群的剂量限值[5]：
对于成年人：
①连续5年间的平均有效剂量为20mSv，不可作任何追溯性年平均；②连续五年中任何但一年分的年有效剂量为50mSv，当连续5年的年平均有效剂量不得超过20mSv；③眼晶体的年当量剂量150mSv；④四肢（手、足）或皮肤的年当量剂量为500mSv。
对于16-18周岁的徒工和学生：
年龄在16-18岁、接受职业照射就业培训的徒工，和年龄为16-18岁、在学习过程中需要使用放射源的学生，他们受照射剂量的限值为：
①年有效剂量6mSv；②眼晶体的年当量剂量50mSv；③四肢（手、足）或皮肤的年当量剂量为150mSv
怀孕期：
确认怀孕后，接受与公众成员相同的防护标准。
特殊情况：
在特殊情况下，可以对个人年剂量限值作下述临时改变：
①按审管部门规定，连续5年平均期可以破例延长到10个连续年；10年内任何一位职业照射人员的年平均有效剂量不得超过20mSv；在10个连续年期间，自延长期以来任何一位职业照射人员受到的年有效剂量累计达100mSv时，应对此项进行审查。
②对个人剂量限值的临时变更应遵循审管部门的规定，任何一年内不得超过50mSv；临时的改变期限不得超过5年。
四．本项目的工作
1.理论简介
1.1.屏障厚度的确定用到的参数[2]
1.1.1.工作负荷
屏蔽计算中，对于X射线机（管电压在4MV以下），常把它一周内的管电流（mA）与开机时间（min）的乘积的累计数称为该X射线机的工作负荷。
而对于管电压大于等于4MV的X射线反生器或者γ射线治疗机，它们的工作负荷则以离源1米处一周内的Sv数表示，单位是“Sv·m2·wk-1”。
1.1.2.居留因子
在控制区外的没一个地方，不会在源开启的时间内始终有人逗留。
在源开启的时间内，必然有的地方人们逗留的时间长些，而另有一些地方则逗留得会短暂一点。
可见，人们在控制区外逗留的时间只是辐射源开启时间的一个分数，屏蔽设计中把这个分数称为所关心的那个地方的居留因子。
1.1.3.束定向因子
根据以上所述，人员受到的辐射照射与辐射源的开启时间和源开启的时间内人员在所关心的区域内居留的时间分数有关。
但是，如若从源发出的辐射不朝向所关心的区域，且存在的散射辐射可予以忽略，则在上述区域中，人员无论作多长时间的居留，也不致受到明显的辐射照射，可见，人员受到的照射，还与辐射束朝向有关。
某些医用X或γ辐射源，有时要求在源开启的时间内辐射束能不断的改变方向，此时，辐射源对处于某些方向上的人员的照射，只是其全部工作负荷的一个分数。
对于这种情形，屏蔽设计中，把辐射源开启时间内由源发出的辐射束对准所关心的那个方向所占的时间分数，称为辐射对这一方向的束定向因子。
1.1.4.透射参数
衰减倍数就是辐射场中某点没有防护屏障的周围剂量当量与设置了防护屏障后的周围剂量当量的比。
透射比是指设置厚度为d的屏障后，所关心的那一点处的空气比释动能率与设置屏障前同一点处的空气空气比释动能率的比值，无单位。
透射系数是指设置厚度为d的屏障后离源1m处，由X射线机单位管电流所致的空气比释动能率，其单位是mGy·m2/（mA·min）。
1.2.屏蔽计算的方程
1.2.1基本方程
辐射防护的宗旨，在于通过设置足够厚度的防护屏障，使得某一指定的参考点上由所有辐射源造成的周围剂量当量率的总和，不超过相应的剂量控制的参考值。
数学表达式为：
H（d）≤HL[2]
式中
HL——供屏蔽设计的剂量控制的参考值；
H（d）——经厚度为d的防护屏障后，参考点上所有的周围剂量当量的总和。
其实，对于γ源H（d）=A·η·Γ·C-1·r-2
式中：
A为放射源的活度。
η为透射比。
Γ为空气比释动能率常数。
C为单位换算系数。
r为参考点到源的距离。
据此，得到η=HL·r2·C·A-1·Γ-1
当考虑居留因子时，η=HL·r2·C·A-1·Γ-1·q-1
当以Bq作为源的活度单位时C=2.78×10-7
当以mCi作为源的活度单位时，由于1Ci=3.7×1010Bq，则C=7.51×10-15
本软件中涉及到的几个γ源的空气比释动能率常数Γ见下表[6]：
表1具有长期放射性平衡子体的母体核素各向同性点源总的剂量学常数
母体核素
空气比释动能率常数Γ（aGy·m2）
60Co
85
137Cs
21.3
192Ir
30.2
226Ra
72.6
1.2.2X、γ射线的透射曲线的拟合方程[7]
由于查图表获得的厚度值不方便，而且也无法写进程序代码。
综合方便性与可行性，采用李士俊教授的相关文献中的曲线拟合方程，介绍如下：
国际放射防护委员会给出的宽束X、γ射线在铅和混凝土中的透射曲线在半对数坐标系内有三种情形，即：
笔直的、全曲的和曲直相连的。
根据李教授的的观点，为了方便应用，曲线拟合过程中，把透射参数η作为自变量，屏蔽厚度d视为应变量。
对于笔直的透射曲线，拟合方程采用的函数形式为：
d（η）=-e·lg（f·η）;对于全曲透射曲线，拟合方程采用多个指数项之和的函数形式：
d（η）=∑ai·exp（-bi·η）;对于曲、直相连的透射曲线，直线部分采用d（η）=-e·lg（f·η），曲线部分采用d（η）=∑ai·exp（-bi·η）。
e,f和ai，bi分别是相关方程中的拟合系数，且都是大于零的数。
对于本程序中涉及到的四个放射源见表2、3。
表2在铅中医用宽束X、γ射线透射曲线的拟合方程系数[7]
线质
透射参数
曲线部分
直线部分
ab
ef
60Co
η
当1.0≥η≥1.0×10-6
4.0310.7649
137Cs
η
当1.0≥η≥1.0×10-6
2.1630.9606
192Ir
η
当1.0＞η＞0.2当0.2≥η≥1.0×10-6
707．61.4241.8642.418
226Ra
η
当1.0≥η≥1.0×10-6
4.3930.9701
表3在混凝土中医用宽束X、γ射线透射曲线的拟合方程系数[7]
线质
透射参数
曲线部分
直线部分
ab
ef
60Co
η
当1.0＞η＞0.3当0.3≥η≥1.0×10-6
40.592.66020.630.4457
137Cs
η
当1.0＞η＞0.1当0.1≥η≥1.0×10-6
44.432.33616.330.2950
192Ir
η
当1.0＞η＞0.2当0.2≥η≥1.0×10-6
26.232.79113.780.4329
226Ra
η
当1.0≥η≥1.0×10-6
23.540.86666
2.程序的实现
本程序的代码是采用了VB语言编写完成的，在WINDOWS2000以上的操作系统下，都可以流畅运行。
主要功能包括，放射源的选择、用户参数输入、屏蔽材料的选择、厚度的计算以及结果的存盘。
3.设计流程图
4.运行状况
图1程序整体的界面、外观。
图2用户误输入了字母，程序发出提示
图3用户正确输入各项数据后，可以得出结果
图4本程序的存盘功能
图5打开C盘下的“数据存储.txt”文件。
5.计算结果
通过程序计算的结果记录见表四，如下：
表四.屏蔽厚度计算的结果记录
γ源活度距离居留因子剂量约束屏蔽材料所需材料的厚度
Ra-22650mCi1m10.0125mSv/h铅7.03cm
Cs-137100mCi1m10.1mSv/h混凝土11.50cm
Co-601014Bq1m10.1mSv/h混凝土120.41cm
Ir-1921014Bq1m10.1mSv/h铅8.67cm
6.结果讨论
结果比较：
根据课本《放射卫生学》，第四章外照射防护中的一个例题[2]：
“实验室有一镭-226（226Ra）源，其放射性活度为A=50mCi，若用铅容器盛源，要求1米处的剂量当量指数率不大于25μSv/h，问该铅容器该多厚？
”按照书中利用公式：
透射比η=100HL·r2·q-1·A-1·Γ-1,其中Γ代表的是照射量常数（现在已经不用），而程序中使用的常数为空气比释动能率常数。
因此计算出的结果会有点出入。
将题中剂量约束减半计算，按照书中的方法计算，透射比=3.0×10-2（当计量约束为25μSv/h时，透射比则等于6.1×10-2），据此查课本后附录三中的图18得到所需的厚度约为7.0cm（目测估算）。
然而根据本程序得出的厚度为7.03cm。
分析：
比较后发现本程序的计算结果精确到了小数点后两位，结果相差甚微。
由于使用的公式不同，会出现些许差别，本次比较认为本程序的计算结果有意义，足够准确。
本程序优越性是它给屏蔽厚度的计算带来了方便性，出结果快，使用方便，结果可靠。
五．展望
本次设计的成功，也仅仅是个开始。
程序还存在不足之处，例如，γ源仅仅取了四种，还有待全面的将所有γ源添加进来，另外屏蔽材料的选择也有限，还需提供更多的屏蔽材料。
通过这次的努力，获取经验的同时，也为下一步的设计打下了基础：
1下一步完善γ源。
2进一步添加中子源、电子线等等。
3将程序整合成更加全面的多功能屏蔽计算软件，进一步增加其实用性。
六．参考文献
〔1〕王彦良.电离辐射对人体健康的影响.科学之友.2008,23（6）:
103-105.
〔2〕章仲侯.放射卫生学.1985.第一版.原子能出版社.165-580.
〔3〕GB-18871-2002,电离辐射防护与辐射源安全基本标准.
〔4〕郑钧正.我国电离辐射防护基本标准的沿革与进展.辐射防护通讯,2003,23（3）:
7
〔5〕姜德智.放射卫生学.2004.第一版.苏州大学出版社.48-49
〔6〕李士骏.具有长期放射平衡子体的母体核素各向同性点源的总剂量学常数.中国辐射防护杂志2000，20（6）：
363.
〔7〕李士俊.铅和混凝土中宽束医用X、γ射线透射曲线的拟合方程.中国辐射防护杂志2001，21（6）：
342～346.
致谢
值此毕业论文完成之际,首先非常感谢我的指导老师孙亮教授,在这几个月来,通过他的耐心教导和悉心指教,使我掌握了VB基础编程语言,同时孙亮教授也非常关心我们学生的日常生活与工作问题,他的平易近人给我留下了很深的印象，也非常感谢孙老师经常给我辅导，并督促我完成程序设计。
感谢多年来给予我关心、帮助和支持的放射医学与公共卫生学院的领导、诸位老师和那些始终在默默支持着我的同学和朋友！
苏州大学本科生毕业设计（论文）任务书
学院：
医学部放射医学与公共卫生学院
设计（论文）题目：
放射性γ源的屏蔽计算程序设计
指导教师姓名
孙亮
职称
副教授
类别
毕业论文
学生姓名
陈伟
学号
0420504013
设计（论文）类型
应用型
专业名称
预防医学
班级
2004级
是否隶属科研项目
否
1、设计（论文）的主要任务及目标
屏蔽防护是外照射防护的基本措施之一。
筹建新的辐射源设施，必须同时考虑辐射屏蔽的具体要求。
因为屏蔽防护要求常常决定着辐射源的安装位置和建筑的结构类型的选择，并且辐射屏蔽设计好要为将来可能提高辐射能量，增大辐射源强度或增加工作负荷留有余地；否则，屏蔽厚度的事后追加，会花费更多的资金，且常会受到空间的限制。
本项目的主要任务就是设计出一个简单的程序，方便用户在外照射防护活动中快速得出所需要的屏蔽材料的厚度，可提高防护设计的效率。
目标是更好的做好辐射防护工作，为屏蔽防护提供准确的计算程序，从而让本项目的成果更加具有实用性。
2、设计（论文）的主要内容
本项目的内容主要是以外照射的屏蔽防护的理论为基础，将理论中屏蔽计算的方程通过计算机计算程序的形式表达出来，设计形成一个关于γ源的屏蔽计算程序。
具体简述如下：
1.根据资料文献整理出与本项目相关的理论。
2.学习VB编程语言。
3.设计出程序的基本框架。
4.将屏蔽计算的公式写进程序代码，并能正常运行。
5.程序调试，形成本项目的成果。
6.计算结果展示，并比较分析，验证其准确性。
7.分析程序实用性及本身的不足，展望未来。
3、设计（
升级会员 