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核事故外照射剂量快速估算方法的研究与软件编制

作　者: 高佚名
导　师: 吴锦海
学　校: 复旦大学
专　业: 放射医学
关键词: 外照射剂量估算蒙特卡罗方法器官剂量有效剂量
分类号: R144
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

[目的]核事故所致外照射剂量的快速估算可以为受照人员的早期医疗救治提供剂量依据并为制定核事故预案提供理论参考；可以帮助事故应急人员发现并廻避高剂量率区域以提高应急人员的安全性。本课题旨在研究外照射剂量快速估算方法,建立常用核素的外照射剂量数据库,并完成26种常用放射性核素在事故中所致外照射剂量快速估算应用软件。[方法]依据IAEA的相关报告和我国的有关标准选择本研究模拟计算的26种放射性核素,依据核数据手册确定核素的射线能量和种类；选取蒙特卡罗模拟计算软件MCNPX,根据ICRP 103号报告确定计算15种器官和组织的剂量,根据ICRP 74号报告确定5种外照射模型,考虑放射源向人体张开的立体角后引入射线比例系数Ω/4π,考虑空气对射线的衰减作用后引入空气衰减系数C,综合考虑上述因素后建立MCNPX计算模型,确定器官和组织剂量的蒙特卡罗计算方法,给出器官和组织剂量的估算流程；结合对MCNPX计算结果的分析,确定将外照射剂量分为β射线所致部分与γ射线所致部分,并考虑核素的活度、受照时间、射线比例系数以及空气衰减系数,最终得到发射β射线核素、发射γ射线核素以及同时发射β射线和γ射线核素的外照射剂量的计算方法,并结合ICRP103号报告确定有效剂量的计算方法,编制外照射剂量快速估算软件。[结果]经过使用MCNPX约1300小时的实验模拟计算研究,得到了26种放射性核素的单位放射源粒子照射下的器官和组织剂量Y。由于β射线穿透能力较弱,对6种放射β射线核素的MCNPX计算结果中皮肤剂量比其他器官和组织的剂量至少高出3个数量级；如果在核素的活度水平不是太大的情况下,当这6种核素为放射源时计算有效剂量只需考虑皮肤剂量。对于7种γ放射源,确定了不同距离下的器官和组织剂量的计算公式,确定了将各个器官剂量按照ICRP 103号报告提供的组织权重因子加权求和的计算有效剂量的方法。对于13种同时发射β和γ射线的放射源,在计算不同距离下的器官和组织剂量时除γ射线的影响之外,还需计入β射线对皮肤等个别组织和器官的影响；为此,本研究计算得到了同时发射β和γ射线核素的γ值中p射线所致部分和γ射线所致部分的比例,并基于此比例确定了不同距离下的器官和组织剂量的计算公式,给出了此类放射源的有效剂量计算公式。然后通过对32P、201TI或137Cs为放射源时不同距离下皮肤剂量及有效剂量的计算和比较发现,在距离大于2m时,β射线所致外照射剂量可以忽略不计；γ射线对外照射剂量的贡献主要受射线比例系数Ω/4π的影响,距离在50m之内的外照射剂量变化趋势与Ω/4π的趋势一致,距离在5 m处的外照射剂量将减小到零距离时的1%左右。[结论]本研究基于蒙特卡罗方法,在综合考虑空气的衰减作用、放射源向人体张开的立体角等影响因素的基础上,给出了外照射器官剂量和有效剂量的计算公式与方法,建立了剂量数据库,编制了外照射剂量快速估算软件。通过对典型放射源(6oCo)的外照射器官剂量和有效剂量的计算与对比,证明了本研究建立的估算方法可靠,估算软件算得结果可信。

全文目录

中文摘要  5-7
Abstract  7-9
第1章引言  9-22
  1.1. 概述  9
  1.2. 研究目的与背景  9-13
    1.2.1. 研究目的  9-10
    1.2.2. 研究背景-国际辐射事件  10-12
    1.2.3. 研究背景-国内辐射事件  12-13
  1.3. 国内外已有的外照射剂量估算方法与软件  13-18
    1.3.1. 测量+简单模型估算的方法  13-14
    1.3.2. 建立模型模拟估算剂量的若干方法  14-15
    1.3.3. 用蒙特卡罗方法估算剂量的方法  15-16
    1.3.4. 国外剂量估算系统与软件  16-17
    1.3.5. 国内剂量估算系统与RODOS的比较  17-18
  1.4. 研究内容  18-19
  1.5. 论文结构安排、创新点与不足  19-22
第2章蒙特卡罗计算平台搭建  22-28
  2.1. 可能出现在核事故中的放射性核素  22-25
    2.1.1. 常用的射线装置与放射性核素  22-23
    2.1.2. 纳入模拟计算的26种放射性核素  23-25
  2.2. 用于模拟计算的软件和人体模型  25-28
    2.2.1. 蒙特卡罗模拟计算软件  25
    2.2.2. 人体模型简介  25-26
    2.2.3. 人体模型的选择  26-28
第3章外照射剂量估算方法的确立  28-46
  3.1. Y值的MCNPX几何模型的建立  28-30
    3.1.1. ICRP 74号报告给出的外照射场景模型  29
    3.1.2. MCNPX计算Y值的几何模型  29-30
  3.2. MCNPX模型中Y值的估算方法  30-37
    3.2.1. Y的蒙特卡罗估算方法(除红骨髓之外)  30-31
    3.2.2. Y_(RBM)估算方法的确立  31-37
  3.3. N值的计算方法  37-44
    3.3.1. 点状放射源照射下的射线比例系数Ω/4π  38-40
    3.3.2. 放射性物质包围人体时的射线比例系数n/4π(ISO外照射场景)  40-42
    3.3.3. 空气衰减系数C的引入和计算  42-43
    3.3.4. 计算N值时C与Ω/4π的使用方法  43-44
  3.4. 外照射剂量估算方法总结  44-46
第4章 Y值的MCNPX计算结果分析  46-60
  4.1. 放射β射线的核素为放射源时的Y值  46-48
  4.2. 放射γ射线(或放射γ射线和β射线)核素为放射源时Y的平均值  48-50
  4.3. ISO外照射场景平均皮肤剂量来源分析  50-52
  4.4. β射线与γ射线分别照射下Y_(sk)的比较  52-55
  4.5. β射线与γ射线分别照射下器官剂量Y的比较  55-58
  4.6. 小结  58-60
第5章核素的外照射剂量D估算方法与有效剂量E_(eff)计算方法  60-74
  5.1. 放射不同类型射线的3种核素外照射皮肤剂量D_(skin)的计算与比较  60-68
    5.1.1. (~(32)P放射源)D_(skin)随距离的衰减曲线  61-63
    5.1.2. (~(201)TI放射源)D_(skin)随距离的衰减曲线  63-64
    5.1.3. (~(137)Cs放射源)D_(skin)随距离的衰减曲线  64-67
    5.1.4. D_(skin)(~(137)Cs)与D_(skin)(~(32)P)的比较  67-68
  5.2. 具体核素的外照射剂量计算公式  68-69
  5.3. 外照射有效剂量的估算方法和计算示例  69-73
    5.3.1. 外照射有效剂量E_(eff)的计算方法  69-71
    5.3.2. (~(137)Cs放射源)E_(eff)随距离的衰减曲线  71-73
  5.4. 小结  73-74
第6章外照射剂量快速估算软件  74-78
  6.1. 软件基本架构  74-76
  6.2. 对比计算  76-78
第7章总结和展望  78-83
  7.1. 全文总结  78-81
  7.2. 不足之处和展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
附录  88-97
  附录1 论文发表及获奖情况  88-89
  附录2 本论文的图表目录  89-90
  附录3 本论文的表格目录  90-91
  附录4 本论文的公式目录  91-92
  附录5 骨松质和红骨髓的组成成分和元素比例  92-93
  附录6 发射β射线的核素作放射源时部分MCNPX计算结果  93-94
  附录7 发射γ射线(或同时发射β射线和γ射线)的核素作放射源时的部分MCNPX计算结果  94-96
  附录8 不同距离下的空气衰减系数(γ射线)  96-97

核事故外照射剂量快速估算方法的研究与软件编制

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