最新人教版选修23《射线的探测和防护》教案Word文档下载推荐.docx
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放射源的原因）。
不论用什么材料做靶,用
粒子来产生X射线对于大多数应用来说其强度都太低。
医学和工业应用中产生射线的方法与伦琴所用的方法相似,只是近代的X射线设备更加安全,效率也高得多。
11.2X射线设备
11.2.1概述
因为X射线是高速运动的电子突然被高原子序数材料阻止时产生的,所以一台X射线发生器要有一个电子源,把电子加速到很高速度的方法以及对准电子束的靶。
每台X射线装置都是由X射线管和多种电子学电路组成,这些电路通常都单独装在控制单元中。
11.2.2热阴极X射线管
图12.1中画出了现代的X射线管,它由装在高真空玻璃管内的一个阴极和一个阳极构成。
阴极是电子源,是一根钨丝,用电流加热到白炽状态以“烘出”电子,这些电子被加在阳极和阴极之间的高电压不断加速,飞向阳极并撞击到靶上。
靶是阳极的一个组成部分,是用高原子序数材料做成的,这样才能得到高的X射线产生效率。
然而,即使达到了实际上最高的效率,转化成X射线的能量也不到电子能量的百分之一,其余的能量都转换成了热。
因此,靶材料必须具有很高的熔点,而且还要散热好。
用导热好的铜做阳极,朝阴极的那一面镶上钨靶就可以达到上述要求。
铜阳极有时做成实心的,有一个散热器伸到X射线管外以帮助冷却。
大功率X射线装置的阳极都做成空心的,以便用循环油或循环水进行内部冷却。
在X射线照相这类应用中,为了能精确地定位,X射线源要做得很小。
因此要把细灯丝装在一个凹形杯中,该凹形杯能把电子束聚焦到很小的靶面上。
为此,需要采取专门的措施以防止靶的过热,这时（靶）阳极可以做成转盘形。
在这种情况下,靶的有效面积仍然很小,但受热面积却增加了许多,因此X射线管可以有很大的负载而不会被熔化。
这种管子用在医用X射线装置中,医用X射线装置发出的射线强度很高,而照射时间却很短,从而可以大大地减少由于人体移动造成的图形模糊。
11.2.3电源和控制
X射线管所需要的电源包括一台供灯丝加热（以发射电子）用的低压电源和一台提供阳极和阴极之间高压用的高压电源。
这些电源的输入干线通常是交流电。
为给灯丝供电,要用降压变压器把电源干线的电压变为12伏的交流电,电流是可以调节的,最高可以达到几安培。
管子上所加的高压是通过高压变压器把电源干线的电压变到管子工作所需要的水平,根据使用情况的不同,通常这个电压在5000伏左右,最高可达400000伏。
由于电压取自交流电源干线,所以阳极和阴极的电压也是交变的。
图12.2给出了这种电源的示意图。
在热阴极X射线管中,因为阳极上没有电子源,所以电子只能从阴极流向阳极。
然而,电子只是在被正电压吸引时（记住,电子带负电）才流向阳极,因此只有当阳极上是正电压时管子才有电流流过并发射X射线。
图12.3给出了阳极电压随时间的变化曲线。
阴影区代表有电子流向阳极（即有电流流过）的周期,此时在靶上产生X射线。
因此,X射线并不是连续产生的,而是以一系列脉冲的方式产生的。
如果交流电网电源是每秒50周,则X射线管每秒就发射50个X射线脉冲。
在设计X射线监测仪时,由于某些类型探测器给出的读数与X射线脉冲的频率有关而与平均强度无关,所以这种脉冲式发射很重要。
某些装置中装有专门的电路来平滑X射线的脉动,使X射线机的输出随时间的起伏变小,使输出趋于更均匀。
11.3X射线的品质和强度
X射线的品质（或峰值能量）取决于加在X射线管阳极上的峰值电压。
如果图12.3中的峰值电压是200000伏,就可写成200kV峰（或200kVp）。
此时产生的X射线的最大能量是200keV（200千电子伏）,但是只有极少一部分的X射线具有这么高的能量,大部分X射线的能量都低于这个值。
然而X射线的品质是按照峰值能量来定义的,因此上述X射线称为200kVp的X射线。
X射线的贯穿本领与其能量密切相关。
例如,对人手进行照相的X射线的品质（因数）就很小,不能用来对1厘米厚的钢板进行照相。
因此要针对不同的用途对管上加的电压进行调整,以得到品质合适的X射线。
表11.1中列出了几种医用和工业用X射线照相的工作电压和照射条件。
虽然管电压决定着X射线的品质,但是剂量率还受阳极和阴极之间电流的控制。
这个电流（以毫安为单位）受阴极发射电子数量的限制。
阴极发射电子的数量由灯丝的温度来控制,而灯丝的温度又取决于低压灯丝电路中的电流。
因为剂量率由管电流来控制,所以每种具体情况下的总剂量取决于管电流和照射时间的乘积。
10毫安电流照射1秒钟的剂量与1毫安电流照射10秒钟的剂量相同。
这两种情况下的照射量都是10毫安·
秒（10mA·
s）。
X射线装置的剂量率比一般的密封γ源的剂量率高得多。
X射线装置的输出通常是按照管电流为1毫安离机1米远处的吸收剂量率（单位为毫戈瑞/分）来表示的。
表11.2中列出了几种典型的输出。
表11.1X射线照相用的典型工作电压
kVp
距离（米）
毫安·
秒
医学诊断
工业用
手指照相
头部照相
胸透照相
骨盆照相
6毫米钢板照相
25毫米钢板照相
40
80
120
160
1
2
0.5
10
100
150
200
表11.2中所列铍窗管的作用是：
由于低电压时X射线的穿透本领很低,故有很大一部分射线被管壳（玻璃泡）吸收,而用薄铍窗就能大大减少这种损失。
表11.2X射线装置的典型输出
设备和滤片
1米处的吸收剂量率（毫戈瑞/分/毫安）
50kVp铍窗管
100kVp3毫米厚铝（在管子外面）
200kVp2毫米厚铜+1毫米厚铝（在管子外面）
300kVp3毫米厚铜+1毫米厚铝（在管子外面）
500kVp3毫米厚铜+1毫米厚铝（在管子外面）
30
20
25
电压高时,就要在X射线束中放上附加的吸收体,即所谓的滤片。
前面已经讲过,X射线装置产生的X射线能量包括了最高电压以下的所有各种能量,只有能量较高的那一小部分才是有用的,其余的那些能量在许多情况下都是不想要的。
例如,医用X射线照相中的低能X射线不但对照相无用,而且会而对患者的皮肤造成有害的剂量。
采用适当的过滤片（通常是适当厚度的铝片）,可以有选择性地吸收掉X射线中的低能（即软辐射）部分而对有用的高能部分影响并不大。
11.4X射线的防护
11.4.1一般原理
X射线装置不象放射性同位素那样一直在放出射线,而是可以根据需要随心所欲地开启或关闭。
在X射线装置运行期间,其剂量率要比小型密封放射源的剂量率大得多。
所以当这种设备运行时必须使操作人员身体的任何部位都不会受到直接照射,其他人员也不会突然受到过量照射。
工作人员防护射线照射的一般原则如下：
（a）应当对所有操作或使用X射线装置的人员进行适当的培训,使之正确地掌握操作程序并了解有关的危害。
（b）用设置在射线装置内部的屏蔽和准直器把射线束限制到所必要需的最小尺寸。
（c）利用适当的过滤片去掉不需要的软辐射成分。
（d）在有条件的地方,要把X射线装置放在屏蔽室中进行工作,控制盘设在室外,要有联锁装置使得X射线机在门打开时就会停止工作。
（e）要有自动的可见报警信号或声响信号以指示X射线机正在运行或者准备运行。
（f）要根据工作人员个人剂量监测和场所监测来检验防护措施的效能。
在任一给定情况下所采用的措施都与工作类型和具体条件密切相关。
例如,在医学应用中,考虑到患者的幸福,需要做到万无一失,而这却会受到操作人员所采取的防护措施的影响。
医学应用中对X射线的防护方法将在第十二章中详细地介绍,下面几节先来研究X射线在工业和科研应用中的防护问题。
11.4.2工业X射线照相中的防护
X射线照相是非破坏性检验的一种重要的方法,它广泛地用于检查铸件、锻件以及焊接件等产品内部的缺陷或薄弱处。
有时候,X射线照相是整个生产工序的一个部分,X射线机装在一个带有适当安全设施的屏蔽厂房里面。
在另外一些情况下,X射线照相是在远离理想条件的地方（例如在建筑工地上对构件进行照相）进行的。
工厂规章在一些细节上规定了如何应用上面介绍的那些原则,这些规章的主要要求（其中大多数也适用于密封源）如下：
（a）凡有条件的地方,射线照相或者使用X射线机或密封源等电离辐射的其他任何工作都应当在带有屏蔽的密闭房间内进行。
（b）设备的控制盘要安装在密闭房间的外面,并要装上联锁装置,确保在设备运行期间密闭房间的门一旦打开时,该设备就能自动关闭停机。
（c）为了保护被偶然关在密闭房间内人员的安全,需提供通讯、联络的方法供他们呼救求援。
此外,至少还应当为这种人提供下述方法当中的一种：
出去的方法；
关闭设备的方法；
或设置一个有屏蔽的区域。
（d）设备开动之前要给出声响信号或可见光信号（或两种信号都给出）。
设备运行期间要给出另一种不同的信号。
有的地方,条件不允许在专门的密闭房间内进行工作,这时需要有有效的措施杜绝未经允许的人员进入该作业区（该区域的四周应有醒目的标志）。
11.4.3科研应用中的防护
X射线在科研工作中有两项主要的应用：
用X射线研究晶体结构和X射线能谱学。
晶体是整齐排列的原子,业已发现用X射线照射晶体会产生确定的衍射图形。
衍射图的精确特性征给出了有关晶体结构的重要信息。
在结晶学研究中,由于采用的是截面很小、强度很高的X射线束,因而由此产生了一些特殊的保健物理学问题。
在X射线能谱学中,用X射线照射物体,该物体吸收X射线的能量之后,其中包含的不同核素会被激发到不同的激发态,在从这些激发态退激时就会发出不同的次级特征X射线。
测量这些次级特征X射线的能量就能够分析出该物体含有哪些核素。
按照工厂条例规定的条款,在进行上述这类工作时需要采取下述措施：
（a）要对该设备进行适当的屏蔽。
如因工作需要接近设备的内面时,则必须能够自动关闭该机器,或者必须采取其他有效措施、防止人体的任何一个部位进入射线束之中。
（b）如果使用了快门或狭缝准直系统,则要求有用束是全封闭式的,以提供适当的屏蔽。
（c）设备一旦接通电源就要求自动发出可见信号或声响信号。
实用规则要求在研究和教学工作中采用类似的防护措施,以保护工作人员不受电离辐射的过量照射。
11.5X射线设备的监测
任何一种X射线设备,或者能发射电离辐射的其他设备,其试运转的重要内容之一就是进行全面的辐射监测。
特别要注意屏蔽层中可能出现的薄弱环节,例如屏蔽材料中的接头、窥视窗、门、埋电缆的管道,监测通常是在正常运行的最大管电压和最大管电流的条件下进行的,然后再监测其他可能的运行状况。
例如考虑这样一种情况,某台X射线机原计划是使其X射线束在水平面方向进行工作,因此四周区域都用厚墙进行屏蔽。
如果要变动该机器的取向,使其射束沿垂直方向发射,此时则需要考虑在该设备上方或下方的区域是否会出现很高而不能接受的辐射水平？
应当记住,如果这种变动是可行的,那就很有可能有朝一日将这样做。
如果监测发现在设备的邻近区域有可能出现过量的辐射水平,则必须采取措施防止这种情况的出现,至少要对此提出警告。
为此,可以采用防止射束强度超过预定限制范围的自动控制设备,或者预备好备用的附加屏蔽,或者安装带有报警信号的辐射水平监测设备,一般来说,前两种方法更适用些。
显然,这类问题应当在设计阶段就考虑周全,但是由直接测量来验证设备的安全性也是很重要的。
定期地进行控制监测,特别是当操作程序发生改变时更要进行辐射监测。
选择X射线监测仪时需要谨慎,要注意仪表的能量响应问题。
许多仪表适用于监测
射线和高能X射线,但却大大低估了100kVp以下的X射线剂量率。
对于低能X射线设备,最适用的监测仪也许是带薄窗的电离室型仪表,当然有时灵敏度稍受一些损失。
在使用脉冲式仪表（如G-M计数器）时,可能出现的另一个问题是当X射线的剂量率很高时仪表可能达到饱和,因而表头仍指示工作条件是合乎要求的。
这是由于X射线的脉冲特性造成的,这种脉冲特性能使仪表在两次脉冲之间复原。
这种仪表通常记录的是X射线的脉冲而不是平均剂量率。
幸好,这种问题在新设计的设备中已不多见,但也可能由于发生故障而出现上述问题。
一台设备是否安全,最终还要由操作人员和在附近工作的其他工作人员所受辐射剂量的大小来判断。
一般用胶片佩章来测量这种剂量。
当然,有些单位现在已经采用了热释光剂量计。
用少量的胶片佩章或其他剂量计来常规监测工作场所四周一些固定点的剂量常常是很有用的。
应当注意的是：
个人监测仪的监测面积很小,而X射线束（特别是在晶体结构的测定中）的截面积也可能很小,这样个人监测仪就很有可能没有测到射线束,而工作人员却一直在受到射线束的照射。
Chapter12医学中的辐射防护
12.1应用
电离辐射在医院的许多科室中都是一种强有力的工具,它既可以协助诊断又可以提供一种治疗方法。
人们最熟悉的一种应用是诊断上用的X射线透视机,如今还有各种CT（计算机成像的X射线透视）装置。
在各式各样的检查中,从确定吞咽下去石块的位置到胸部常规检查都要用到X射线。
辐射能诱发癌症,但是,在某些情况下它还可以治疗某些疾病。
这是因为迅速分裂的细胞对辐射特别敏感,癌变肿瘤就是不受控制而迅速分裂的细胞群,因此癌细胞比正常细胞对辐射更为敏感。
还有其他一些可以用辐射治疗的病例,人们最熟知的是皮肤病,但是由于用辐射进行照射会伴随着危害,所以通常还是首先要设法采用其他方法进行治疗。
最常用的辐射治疗是采用X射线进行的治疗,也常常采用密封的镭源、钴-60或钯-137源的
射线。
相当小的密封源可以通过外科手术把它移植在需要治疗的部位。
锶-90这类密封
射线源有时用于治疗皮肤或眼睛。
大型专科医院还采用其他方法（如回旋加速器、范德格喇夫静电加速器和直线加速器等）产生电子束或质子束,用来进行放射治疗。
非密封的放射源（开放源）也可以用于诊断和治疗。
静脉注射或口服放射性溶液之后,放射性会被身体的各个部位所吸收。
根据所用的放射性核素性质的不同,放射性可能相当均匀地分布在全身,也可能聚集在某些特殊的器官当中。
诊断检查要观测放射性核素进入体内以后的行为。
这可以通过测量排泄物中的放射性、或者借由体外进行辐射探测来完成。
例如,口服131
溶液,然后监测甲状腺摄取碘的速率就可以查明甲状腺的功能是否正常。
用于治疗时,其目的是给予某些特殊器官一个预定的剂量,同时还要尽量减少身体的其余部位受照的剂量。
12.2一般原则和组织机构
由于在医学中确保患者的安全和健康是最要紧的事,所以医用X射线就具有一些特殊的辐射防护问题。
一位摄取入大量放射性的患者对医务人员、其他患者以及探视人员都能造成不容忽视的辐射危害。
前面几章讲到的一般情况下用的标准防护方法,如屏蔽、距离等,这时都用不上。
而一般来说,可以做到既能适当照顾到患者而对其他人又没有过度的危害。
应用辐射的医学部门,应当遵循的辐射防护基本原则是：
（1）只有在放射学检查或放射治疗比其他方法更优越时才使用这种方法。
（2）在有条件的地方,所有放射学检查或治疗均应当在专门的放射室或特设的病房中进行。
（3）应当采用现有的最好方法,以尽量减少患者所受的剂量,还应当采取措施尽可能降低身体其他部位所受的剂量。
（4）应当采用常规措施把性腺所受的剂量降到最少,例如在使用X射线的情况下,可借助于限制照射的面积和提供屏蔽的办法把性腺所受的剂量降至最低。
（5）在对孕妇或幼儿进行照射之前,需要进行专门研究。
（6）所有的放射学操作均应当尽量减少对无关人员的照射。
医院中的辐射防护工作由管理部门负责,通常是由医院管理委员会来负责。
它通过辐射安全委员会和辐射防护顾问来行使其职权。
由于辐射防顾问可能要兼管许多部门,甚至几家医院,所以通常需要根据每个部门的具体情况任命一名放射学安全员。
最重要的是,要对所有在工作时可能受到照射的工作人员进行适当培训,使之熟悉危害的性质以及需要采取的措施。
这些措施和防护方法都与放射源的类型有关,因而一般可以分成两类：
（1）对密封源的防护；
（2）对未密封的放射性物质的防护。
这里所讲的密封源不仅指包封起来的发射
射线或
射线的放射性核素,而且还包括产生辐射的机器,例如X射线装置、电子加速器和中子发生器等。
就其实质来说,密封源和非密封源之间的区别是：
密封源能防止某些事故的发生,不会出现放射性污染问题。
12.3对密封源的防护
12.3.1诊断用射线照相
诊断用的密封源主要是X射线机,它有一系列的技术适应于不同的应用。
人们最熟悉的那种技术完全和工业X射线照相中所用的技术一样,即把人体待检查的部位放在X射线机和照相板之间。
仔细选择X射线的品质和照相乳胶的类型就能在患者所受的剂量相当低的条件下获得高质量的X射线照片。
例如,利用目前最好的方法,胸部X射线照相时患者胸部受照的剂量大约只有100微希沃特（10毫雷姆）,而一般的典型值是1毫希沃特（100毫雷姆）。
如果适当调整射束的尺寸,使性腺位于主射束之外,则性腺所受剂量比上述剂量还要小得多。
精心设计的X射线机可以大大减小射线照相人员所受的剂量。
例如,可以建造一个屏蔽小室,操作X射线照相设备的人员必须站在小室里面,有时也会出现意外的困难,例如,可能需要把某个幼儿抱在一定的位置上,就需要由他的双亲（或某个患者）举着此幼儿而不要由射线室工作人员举着他,这是因为该双新（或患者）不大可能经常以这种方式受照射。
有时在牙科的X射线照相中也会出现类似问题,例如有时不可能把胶片紧贴在患者口中的患部。
在这种情况下,应当由患者扶着胶片而不要让牙科医生或其助手来拿着它。
应当记住,在医用X射线作业中,用相当薄的屏蔽就能够使剂量明显地降低,这是因为所用的X射线的能量相当低（常常低于100kVp）。
例如,用掺有铅的材料做成的围裙、手套等,其屏蔽能力相当于1毫米左右的铅。
除了主射束的危害以外,还可能由于患者或附近材料对X射线的散射而构成另一种危害。
12.3.2诊断用的X射线透视
透视时用荧光屏取代了X射线照相中所用的照相底片。
荧光屏在X射线照射下发出荧光,因此给出短暂清晰的图像。
这种方法有两种使用方式：
即小块成批X射线照相测定和透视检查。
在小块成批X射线照相测定中,患者还是站在荧光屏前面,再用小型胶片对荧光屏拍照。
当照完一卷胶片之后就进行处理,然后在投影屏上观看该透视照片。
这种方法的主要优点是经济,因为胶片的价钱较便宜,而且处理、贮存的费用都大大降低,缺点是患者受的剂量较大,约为5毫希沃特,而一般的X射线胸透检查所受的剂量不到1毫希沃特。
荧光透视检查时,放射学医师站在荧光屏后面观看荧光屏上显示出来的图形（见图13.1）。
这种方法的主要特点是射线束大约能持续30秒钟以上,因此放射学医师可以看到一个移动着的图形（例如,患者呼吸的情形）。
患者受到的剂量相当高,典型的剂量率是每分钟10到20毫希沃特。
有时为了避免冲洗胶片才采用这种方法。
鉴于这种方法的剂量较高,因此为了避免冲洗胶片而采用透视就不能再认为是一种恰当的理由,只有在用其他方法不能得到满意的结果时才能用这种方法。
如果放射学医要避免受到过量的照射,在设计和操作荧光透视设备时必须非常谨慎。
放射学医师可以借助于一定厚度的屏、铅围裙和吊在屏下面的铅皮来进行屏蔽,应当在荧光屏的后面打开和关闭射束的电源开关,通常是用脚踏式开关。
射束开启之后到一定的时间（比如说20秒钟）通过定时器自动关闭射束开关,这样可以避免过量照射。
医院中的X射线透视一般都同时采用“影像增强法”,即用电子学方法来增强荧光屏上的像。
这样可以同时降低患者和放射科医师所受的剂量。
用闭路电视系统可以进一步改进这种方法,这时放射科医师可以在另外一间房子或屏蔽小室中进行工作。
当然,这种设备的费用也要高很多。
12.3.3放射治疗
放射疗法的主要用途是治疗癌症。
治疗的目的是使病变组织接受的剂量尽可能大而同时对周围的健康组织又不要引起过多的损害,治疗需要的吸收剂量为几十戈瑞,通常都是分成一系列较小的剂量给予的,例如每隔2或3天照射2戈瑞,一共照射20次,为了减小边缘效应这种分次照射是必要的。
通用的治疗方法大都采用200kVp左右的X射线,但如果肿瘤位于表面以下某个深度处,那么这种治疗方法就会使皮肤所受的剂量高于肿瘤所受的剂量。
在这种情况下最好采用穿透本领较强的辐射,例如6MVp（峰值电压为6兆伏）左右的高以X射线,或者大型60Co源的
这样也能降低骨所受的剂量。
除了选择合适的射线能量以外,还可以通过改变射束穿过人体的方向把健康组织所受的剂量降低到最小。
为此,每次治疗时可以让射线以不同的方向进行照射,或者采用较为灵活的设备,例如在治疗期间使源围绕着肿瘤连续地转动。
这种方法示于图13.2上。
该图表示的是用遥控式旋转治疗装置（内装有一大60Co源）治疗脑部肿瘤的情形,虽然肿瘤一直在受照射,但是其周围组织却只有小部分时间受到照射。
重要的是要采用界限分明的射束,可以用圆锥或光栏来实现这一点。
除了某些用低压（小于100kVp）X射线进行的治疗以外,局部屏蔽的问题是这样解决的：
在带联锁装置的屏蔽室内进行治疗,门一打开,联锁装置就自动关闭该设备。
这种屏蔽室要有带屏蔽的观察窗并提供与患者进行联络的方法。
还需要有专门的程序来防止患者突然受到过量剂量的照射。
这些程序包括：
严格遵守已经批准的操作方法,照射自动定时以及对设备定期进行校准等。
把小的密封源直接放到身体的表面上,或者通过手术把源植入体内,这样也可以进行放射治疗。
工作人员操作这种源时的防护措施是：
使用合适的操作钳和工具,并灵活地运用时间、距离、屏蔽这三种方法；
还必须经常地对源进行检漏,拟出应急程序,程序中应当说明在源被损坏或丢失的情况下需要采取的行动。
体内带有放射源的患者可以对其他人员造成辐射危害,因此要在该患者的床上贴张通告以兹说明,最好住小病房,各病床之间还应该保持一定的距离。
辐射安全员依据对患者进行的监测,对护理人员提出护理程序和探视期间时间的限制,在某些情况下可以把带源的患者放出去。
这时应当在考虑到该核素的半衰期和剂量率（也就是说,要考虑到可能对其他人员的危害）之后,对各个患者分别做出决定。
12.4对非
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