核電站的輻射防護(hù)和廢物處理

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1、第八章核電站的輻射防護(hù)和廢物處理8.1核輻射及其效應(yīng)8.1.1核輻射的物質(zhì)效應(yīng)在核電站范圍內(nèi)，參加核輻射的粒子主要是帶正電的粒子，帶負(fù)電的粒子，射線(光子)以及不帶電的中子，被輻照的物質(zhì)，我們僅局限于生物形式(包括人體)和用于輻射防護(hù)的惰性物質(zhì)，粒子或射線與物質(zhì)的作用，主要表現(xiàn)出下列幾種效應(yīng)：(1)由電子引起的激發(fā)和電離當(dāng)物質(zhì)受到粒子(電子)的照射時(shí)，產(chǎn)生的效應(yīng)與它入射時(shí)能量E有很大關(guān)系，如果進(jìn)入物質(zhì)的電子能量非常低，它僅僅在物質(zhì)中移動(dòng)，而對(duì)物質(zhì)的分子沒多大的影響，如果入射的電子能量較大，它就將能量傳遞給原子中的電子，使電子激發(fā)到較高能態(tài)，或產(chǎn)生電離，接著發(fā)生光

2、的發(fā)射。例如，當(dāng)重元素中的內(nèi)部軌道上的電子置換時(shí)，所產(chǎn)生的高能射線就是X射線。核反應(yīng)堆中的粒子具有0.011.0范圍的能量，它穿越物質(zhì)時(shí)能產(chǎn)生大量的電離。粗略的近似計(jì)算認(rèn)為，產(chǎn)生一個(gè)離子對(duì)約需32的能量。隨著物質(zhì)的每次電離，粒子損失其能量并最終停止。粒子所走的路程被稱為射程。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：射程正比于粒子的能量，反比于所穿越物質(zhì)的密度。如果粒子得能量時(shí)，射程計(jì)算的近似為:(8-1)式中，是被照射物質(zhì)的密度，由此可見，粒子在液體和固體中的射程僅為幾個(gè)毫米，在空氣中也僅為幾米。(2)被重原子慢化的帶電重粒子由于帶電粒子(如質(zhì)子，粒子)或離子(如裂變碎片)比電子重的多，所以

3、把它們歸入重粒子。如果入射的能量相同，它們的運(yùn)動(dòng)速度比電子小得多，因?yàn)橘|(zhì)子與電子的質(zhì)量比為1836，在相同能量下它們的速度比為0.0233，其動(dòng)量比為42.85，所以在運(yùn)動(dòng)中重粒子不易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。帶電重粒子在物質(zhì)中由于同原子中電子的靜電相互作用會(huì)慢化下來，重粒子在損失其能量的同時(shí)，電子獲得能量被躍遷。因此，重粒子通過物質(zhì)時(shí)就會(huì)有大量的電離產(chǎn)生，隨著重粒子能量的衰減，最后它在射程內(nèi)停止，這一射程比電子的射程短得多，例如，一個(gè)能量為2的粒子在空氣中的射程為1。若假定紙的密度是空氣的1000倍，則2的粒子就可被0.001厚的紙擋住，或被人的皮膚擋住。因此，粒子的防護(hù)并無

4、多大困難。(3)被核散射的帶電重粒子高速帶電粒子遇到非常重的帶點(diǎn)原子核時(shí)，由于兩個(gè)粒子的排斥，迫使入射粒子改變運(yùn)動(dòng)方向，沿著雙曲線方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，這就是入射粒子被散射。除非入射粒子的能量非常高，且能進(jìn)入核力的范圍之內(nèi)，否則它能引起核反應(yīng)的概率非常小。當(dāng)然并不排除它被散射后又遇到另一原子的電子，并引起電離的可能性。161(4)射線與物質(zhì)的作用射線(光子)與物質(zhì)的作用有三種主要過程：①光子一一電子散射光子與電子碰撞之后，電子被遷移產(chǎn)生電離；光子改變運(yùn)動(dòng)方向并成為低能光子。②光電效應(yīng)光子從原子中擊出一個(gè)電子，留下帶正電的離子，但光子本身被吸收而消失。③生成電子——電子對(duì)

5、當(dāng)光子撞擊在原子核上時(shí)，光子消失，卻出現(xiàn)兩個(gè)粒子——即一個(gè)電子和一個(gè)正電子。但是，生成電子對(duì)的相互作用，要求射線有較高的能量()。射線不同于粒子和粒子，對(duì)某些入射能量的射線能穿越任一厚度的物質(zhì)。由于射線沒有確定的射程，故通常用射線在物質(zhì)中的衰減程度來描述它的特性，用半衰程(即射線的強(qiáng)度衰減一半所走過的距離)來表示。即(8-2)式中，是材料對(duì)射線的宏觀吸收截面。(5)中子的輻射損傷當(dāng)高能中子撞擊到水分子中的氫原子時(shí)，發(fā)射出一個(gè)質(zhì)子，引起水的化學(xué)離解。類似這種效應(yīng)也發(fā)生在任何生物組織的細(xì)胞分子中。將這種效應(yīng)稱之為初級(jí)輻射損傷。經(jīng)過多次碰撞后，中子能量變得非常低，這時(shí)

6、它很容易地被吸收。如果它被水分子或碳?xì)浠衔镏械馁|(zhì)子所俘獲，就會(huì)釋放出射線，于是化合物再一次發(fā)生離解，這種離解被認(rèn)為是一種次級(jí)輻射損傷。8.1.2輻射的生物效應(yīng)眾所周知：生物包括各種各樣的植物和動(dòng)物；而植物和動(dòng)物又都是由細(xì)胞構(gòu)成的。運(yùn)動(dòng)粒子和射線與生物物質(zhì)相互作用的各種方式，也體現(xiàn)在生物效應(yīng)方面，粒子的能量轉(zhuǎn)移給活細(xì)胞的原子和分子而破壞活細(xì)胞的正常功能。由于有機(jī)體是由許多細(xì)胞、組織和器官組成的，所以一個(gè)原子的擾動(dòng)似乎是微不足道的，但是許多粒子或射線的輻照可以改變細(xì)胞群，因而影響整個(gè)系統(tǒng)。雖然機(jī)體系統(tǒng)有調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力，但通常認(rèn)為輻射損傷是一種累積效應(yīng)。射線對(duì)人體的

7、傷害是通過內(nèi)、外照射兩種途徑引起的。環(huán)境輻射是外輻射，當(dāng)放射性物質(zhì)通過呼吸、飲食及皮膚破損處進(jìn)入人體內(nèi)部時(shí)則造成內(nèi)照射。輻射對(duì)人體的危害可分為軀體效應(yīng)和遺傳效應(yīng)兩種，前者表現(xiàn)在本人身上，后者則出現(xiàn)在后裔身上。軀體效應(yīng)又可分為急性效應(yīng)和遠(yuǎn)期效應(yīng)，急性效應(yīng)是在短時(shí)間內(nèi)受大劑量照射時(shí)發(fā)生的；遠(yuǎn)期效應(yīng)是受到低劑量照射后經(jīng)過一段時(shí)間的潛伏才出現(xiàn)。急性全身照射下的輻射生理效應(yīng)如表8.1所示。由表中的數(shù)據(jù)可知，照射劑量在25雷姆一下時(shí)，無明顯的臨床表現(xiàn)；即使到100雷姆時(shí)對(duì)人體的損傷也是很輕微的。只有在高劑量的情況下才會(huì)出現(xiàn)明顯的生理效應(yīng)。從生物學(xué)的觀點(diǎn)來看，人是由許多特殊器

8、官和組織構(gòu)成的復(fù)雜生物系