[科普中国]-屏蔽厚度

屏蔽厚度的表示方法

射线防护器材的屏蔽厚度有多种表示方法，但常用的有铅当量、半值层和1/10值层。

铅当量为了便于比较不同防护器材对X或7射线的屏蔽性能，通常用铅作为比较的标准，把达到与一定厚度的某屏蔽材料相同屏蔽效果的铅层厚度，称为该厚度屏蔽材料的铅当量，单位以mmPb表示。屏蔽材料的铅当量还与X或γ射线的能量、材料的厚度以及照射野大小等因素有关。单位厚度屏蔽材料的铅当量称为比铅当量。材料的铅当量可用实验测量，也可从有关图表中查得。

半值层(HVT)和1/10值层(TVT)在屏蔽设计时还常运用屏蔽材料对射线的半值层厚度和1/10值层厚度来评价材料对射线的屏蔽性能和用以计算所需防护屏蔽的厚度。

半值层就是将入射的X或γ射线光子数衰减一半(50%)所需要的物质层厚度，用HVT表示。以此类推，1/10值层就是将入射的X或γ射线光子数衰减到1/10(10%)的物质层厚度，用TVT表示。

HVT与TVT的换算关系为：1HVT=0.301TVT；1TVT=3.320HVT。

常用防护材料的HVT和TVT列于下表：2

确定屏蔽厚度的依据从放射线的衰减理论来讲，经屏蔽后的放射线剂量永远不会变成零。因此，放射线的屏蔽设计，并不在于确定一个完全吸收放射线的物质层厚度，而是设法找到穿过屏蔽层的放射线剂量降低若干倍，并满足剂量限值的屏蔽层厚度。做到既安全可靠，又经济合理。

当量剂量限值和最优化医用射线的屏蔽计算，首先应根据剂量控制原则进行，丁作人员和公众的受照剂量均不得超过规定的当量剂量限值，并按最优化原则处理，即在考虑了经济和社会因素后，使辐射照射保持在可以合理做到的最低水平。

屏蔽用途和距离被屏蔽的射线分为有用射线、散射线和漏射线。防御有用射线的屏蔽为初级防护屏；防御散、漏射线的屏蔽为次级防护屏。应根据屏蔽用途、放射线源的类型、放射线源的能量、放射线源的活度以及与放射源距离的远近，设计防护放射线的各种防护设施和防护用品的防护厚度。

屏蔽材料的防护性能由于屏蔽材料的种类、密度不同，它们的防护性能也不同，因此，对于同一屏蔽设施所需的屏蔽厚度也各不一样。

工作负荷工作负荷(工作量)W，指周工作负荷，在数值上等于每周(W-1)X射线机的曝光时间t(分钟)与管电流I(毫安)的乘积，即W=It。单位：mA·min·W-1。W一般取数个月或1年工作量的平均值。它表征X射线机使用的频繁程度，同时也是输出量多少的一种标志。若是γ射线源，是指1m处线束(有用线束和漏射线)1周的空气吸收剂量，单位：Gy·m2·W-1(也可用Sv代替Gy)。

居留因子在控制区外，只要有人居住、逗留，对辐射源均应设置足够的防护屏障，以使非工作人员受到的照射控制在相应的限值以下。而人们在控制区外逗留的时间只是辐射源总的开启时间的一个份额，这个份额称为居留因子。

对于非职业人员来说，在工作区(如办公室、实验室、病房、值班室)、生活区以及附近建筑有人居住的地方，属全部居留区域，T取1；在走廊、休息室、电梯等处属部分居留区域，丁取1/4；在候诊室、卫生间、楼梯等处属偶然居留区域，T取1/16。而职业性照射人员所在区域的T值一般认为等于1。

利用因子人员受到的照射还与辐射束的朝向有关。在屏蔽设计中，把源开启时间内，辐射束对准所关心的那个方向所占时间的分数，称为这一方向对辐射束的利用因子。

利用因子只是在源的朝向有变化时，对工作负荷进行修正的一个因子，朝向不能改变的辐射源和非直接从源发出的辐射则无需考虑此项修正。一般按屏蔽点被有用射线照射的情况可取地板为1，墙壁为1/4，天花板为1/16。1

确定屏蔽厚度的方法确定屏蔽厚度的方法很多，但常用的方法有两种：即最大允许透射量估算法和阅表法。

最大允许透射量估算法此法是根据医用X射线的剂量控制原则，对屏蔽防护设计按平均周剂量限值加以控制，并综合考虑各有关因素后，先用公式计算出最大允许透射量，然后从查阅有关屏蔽材料的透射曲线来确定屏蔽厚度的方法。周剂量限值目前国家标准是1mGy(也可用1mSv)。

（1）主防护屏厚度的计算

对有用射线束进行防护的屏障称主防护屏，其最大允许透射量可用下式计算。

式中B为最大允许透射量，单位是mGy·mA-1·min-1；H为周剂量限值，对工作人员：P=1mSv·W-1，对公众：H=01.1 mSv·W-1；r为主防护屏与X射线管间的距离，单位是m；WUQ为有效工作负荷，其中W为周工作负荷，U为束定向因子，Q为居留因子。

确定屏蔽厚度的程序：①首先利用上式算出主防护屏最大允许透射量B；②从有关屏蔽材料的透射曲线(如下图)中查出相应管电压所要求的屏蔽厚度。下图是是铅和混凝土的透射曲线。纵坐标为最大允许透射量(即计算出的B值)，横坐标为屏蔽材料的厚度，不同曲线代表不同管电压。估算时首先在纵坐标中查到对应B值的点，然后找到对应管电压的曲线，两者水平方向的交点对应横坐标上的数值，即为所求的屏蔽厚度。

（2）副防护屏厚度的计算

对散、漏射线的防护屏障称副防护屏。副防护厚度的计算比较复杂，因为要分别考虑散射线和漏射线对防护的要求。对散射线的防护要考虑有用射线的照射面积、散射角、到散射体的距离等多种因素；漏射线因为经过管套防护层的强衰减，能谱变窄，线质变硬，防护厚度的计算方法不同于散射线。因此，在实际防护工作中一般不用计算法，而常用阅表法来确定主、副防护屏蔽体的厚度。3

阅表法下表是在符合防护标准周剂量限值的前提下，经过理论计算和实际测量，而得出的不同条件下主防护和副防护，在以铅或混凝土材料做防护屏障时，所需要的厚度。若采用其它屏蔽材料，可从表中先查出所需铅层厚度(即铅当量)，然后再从对应表中查出对应其它屏蔽材料的厚度；另外，还可由混凝土厚度利用公式换算成其它低原子序数屏蔽材料的防护厚度。3

确定屏蔽厚度时应注意的事项注意图表的适用条件在查用有关图表时，应注意图表的适用条件(如整流方式、管电压、过滤厚度、半价层、源屏距等)，若不符合，应进行必要的修正。例如，若将三相发生器的输出量用于半波发生器时，应减半；若距离不相符时，应按平方反比法则校正。假若图表中查不到完全一致的数据，从安全考虑可以选用相近但安全系数稍大的数据。

留有余地与防护最优化在设计屏蔽厚度时，应本着留有余地和防护水平最优化原则，适当增大安全系数，以满足设备更新、增添设备、加大工作量或人员停留情况发生改变时的防护要求。从合理降低受照剂量出发，应适当增加屏蔽厚度。

计算方法要因地制宜，灵活掌握对同一个防护设计，由于计算方法不同，结果往往不同。这是由于获得图表中实验数据的装置、选用条件、测试仪器的不同而造成数据上的差异。计算方法要因地制宜、灵活掌握，并将用不同方法计算的结果进行比较，择优选用。

算出的屏蔽厚度，其安全系数均较大不论采用哪种计算方法，最后求出的屏蔽厚度，其安全系数均较大，这是由以下因素造成的。

1．从安全考虑，在设计时通常取U=T=1。但实际上两者都小于1，这是因为X射线不会永远射向一个方向，考查点也不会始终被人占据。

2．设计时，X射线机本身的防护未予考虑屏蔽设计中，根本没有考虑X射线设备本身的防护情况。例如，透视时，荧光屏的铅玻璃已将有用射线减弱到相当安全的水平；拍片时，受检者身体、照像暗盒以及滤线器等都已不同程度地将射线衰减。有用线束直接照射主防护屏的机会是很少的。因此，实际所需防护物的厚度就比算得的厚度数值小得多，即安全系数增大。

3．以机器的最高使用条件为设计成据一台X射线机使用最高条件满负荷工作的情况极少，但在屏蔽设计时则以此为依据，这也是安全系数增大的因素之一。

4．按平均周剂量限值计算 设计时，对X射线工作者和公众的年剂量限值，平均按周剂量限值来控制，而且是按整个工作负荷期间始终停留在某处的周累计剂量不超过周剂量限值为依据，这个要求很高。实际上每个人在辐射场内某点停留的时间有限，因此，使防护的安全系数增大。

综上所述，不管是计算法还是阅表法，其算出的屏蔽防护厚度都有较大的安全系数。严格按屏蔽设计制作的防护设旋，应该说是安全的、可靠的。3