空间辐射环境

空间辐射环境（精选9篇）

空间辐射环境 篇1

1 概述

飞行器在空间运行时, 受到多种因素的影响, 飞行器轨道会发生衰减, 甚至会造成飞行器内部单机或某个分系统失去正常工作功能, 从而引起飞行器失效而被迫终止飞行。空间辐射环境就是其中的关键因素之一[1,2,3]。这里主要针对近极轨道区域空间辐射环境进行仿真, 即以98度轨道倾角为例, 考虑的轨道高度分别为300和600km。所考察的辐射环境指标主要包括:质子能谱, 电子能谱及辐射剂量等。这些指标的仿真结果将对该区域的卫星设计提出一定的设计要求。

2 仿真平台介绍

文章仿真平台是基于ESA的空间环境信息系统SPENVIS[4]。该软件包可以生成飞行器轨道或飞行器坐标网格点等信息;基于这些信息, 利用内置的空间环境模型, 可以对用户自己感兴趣的空间环境指标进行仿真, 该软件的主要功能包括:地磁场坐标生成;被俘获质子及电子的辐射通量、太阳质子影响;简单几何结构模型下的等离子或非等离子辐射剂量;复杂几何结构模型下的分区辐射剂量分析;太阳电池片损害等效影响分析;等离子LET、流量谱、单粒子事件翻转率;俘获质子流量的各项异性;大气、电离层密度及温度等;原子氧腐蚀深度;空间碎片仿真等。

3 仿真结果

文章仿真了倾角为98度情况下, 卫星高度分别为300km, 600km时的空间辐射环境 (质子能谱, 电子能谱及辐射剂量等) 。空间辐射环境仿真结果如下。

3.1 300km时的空间辐射环境仿真 (如图1、2、3)

3.2 600km时的空间辐射环境仿真 (如图4、5、6)

4 结束语

从仿真结果可以初步得出以下几点结论: (1) 对于98度倾角情况, 辐射剂量随屏蔽材料厚度变化的趋势是:在厚度处于小于9mm区间时, 随屏蔽材料厚度增加, 辐射剂量迅速减少;当厚度处于大于9mm而小于20mm区间时, 随屏蔽材料厚度增加, 辐射剂量减少十分有限; (2) 600km轨道高度比300km轨道高度的质子积分通量高1-2个量级, 而电子积分通量则在同量级范围内。

根据以上仿真结果, 我们可以在98度左右轨道倾角的卫星设计时选取厚度为9mm左右的铝板壳体, 即可有效减少300、600km高度区间内的空间辐射剂量, 从而保障星内单机工作稳定性;另外, 质子通量高往往更容易引起卫星器件单粒子事件发生, 因而对98度倾角卫星而言600km轨道高度的卫星设计比300km高度的卫星设计更应注重防范单粒子故障处理机制;电子通量高更容易引起卫星深层充电现象, 由于600km轨道高度比300km轨道高度的电子积分通量在同量级范围内, 因而就防范卫星深层充电方面, 600km轨道高度的卫星抗深层充电措施设计与300km高度的卫星抗深层充电措施设计不必采用差别化设计。

参考文献

[1]http://baike.baidu.com/view/415069.htm[DB].

[2]中国科学院空间科学与应用研究中心.宇航空间环境手册[M].中国科学技术出版社, 2000.

[3]沈自才.空间辐射环境工程[M].中国宇航出版社, 2013.

[4]https://www.spenvis.oma.be/[DB].

空间辐射环境 篇2

空间辐射对植物的诱变效应

空间环境具有强辐射、高真空、微重力、变化的磁场等特点,与地球环境有所不同,对进入其中的生物具有诱变作用.自从20世纪60年代开始进行空间生物学实验以来,空间环境的生物学效应一直受到科学家的`关注,许多国家进行了大量植物种子的搭载实验,获得了作物的优良品种,并研究了空间辐射环境引起植物种子变异的特点、规律和机制.综述了空间辐射对植物学性状、细胞学效应、生理生化特性、蛋白质组和基因组的影响,以及空间诱变育种等方面的研究进展.

作 者：魏力军 钱宇 孙野青 WEI Li-jun Qian Yu SUN Ye-qing  作者单位：魏力军,钱宇,WEI Li-jun,Qian Yu(哈尔滨工业大学生命科学与工程系,黑龙江哈尔滨,150001)

孙野青,SUN Ye-qing(哈尔滨工业大学生命科学与工程系,黑龙江哈尔滨,150001;大连海事大学环境系统生物学研究所,辽宁大连,116026)

刊 名：黑龙江农业科学 英文刊名：HEILONGJIANG AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)： “”(4) 分类号：Q345.1 关键词：空间辐射   植物   诱变效应   space radiation   plant   mutagenic effects  

空间辐射环境 篇3

除考虑传输效率外,传统的空间功率合成技术难以实现电磁波全向各向同性辐射,而超材料的独特性质能够有效地解决这一问题。超材料是一种具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料[5],通过对材料关键物理尺寸和结构的改变,可以改变超材料的介电常数ε和磁导率μ,制造负折射材料[6,7,8]和零折射材料。近年来零折射率超材料在理论和应用上 得到了广 泛关注和 研究。 2002年Enoch等指出,当介质材料等效折射率接近于零时, 放置在介质中的偶极子天线方向的自由空间辐射的电磁波方向主要集中在介质表面的法线方向,从而实现天线的高方向性[9]。零折射率材料具有零相移传输性质[10],可实现光波在数百波长传播而不引起相位的任何变化,减轻波在传播过程中的损耗,提高波的传播效率,同时出射电磁波指向的方向一致,均垂直于零折射率材料出射界面,这样即可实现高效率的定向辐射[11,12]。本研究利用零折射率材料的高定向特性来实现全向辐射的空间功率合成。由于三维空间的各向同性全向辐射违反了麦克斯韦方程组而不能实现[13,14],而在二维空间下,激励源在自由空间能够产生等效全向辐射的各向同性辐射且不违反麦克斯韦方程组,且单个激励源都是产生定向的全向辐射,多个激励源同时作用因不能产生相干全向辐射而无法合成功率。故在二维空间下采用径向零折射超材料实现多个激励源共同作用产生全向辐射的空间功率合成。2012年Cheng等提出,用周期性 的开口谐 振环 (Split-ring resonators)结构在微 波段实现 等效径向 零磁导率,在TE模式下,通过径向各向异性零折射超材料实现全向辐射的空间功率合成[15]。在此基础上,笔者提出,用周期性银纳米纤维组成在太赫兹波段实现等效径向零介电常数的超材料,利用数值仿真方法对磁流磁场强度经过此超材料后的辐射特性进行研究。研究表明,在TM极化情况下,通过径向各向异性零折射超材料能够实现全向辐射的空间功率合成。

1模型设计

本工作采用CST Microwave Studio软件对径向各向异性零折射圆环形超材料的一个基本单元结构进行数值仿真, 仿真得到反射参数幅值S11和透射参数幅值S21,银纳米纤维在CST中的计算单元如图1(a)所示。边界条件设置如下: 与x轴垂直的两个面设置为完美电壁,与y轴垂直的两个面设置为完美磁壁,与z轴垂直的两个面分别设置为输入和输出端口。在0~800THz频段对如图1(a)所示的超材料的一个单元结构进行频域求解,分析该结构单元的电磁响应。经过大量的仿真实验和优化设计,最终设计银纳米材料的单元结构尺寸参数(见图1(b))为:r=5nm,L=50nm。单根银纳米纤维按照长度方向平行于圆环径向方向周期性排列成圆环形超材料,因此银纳米纤维x轴偏振方向上的有效介电常数εx即为圆环超材料的径向介电常数εr。

2径向零介电常数的超材料

采用CST仿真得到银纳米纤维的散射参数曲线,如图2(a)所示,在400~800THz频段内出现透射波谷和反射波峰。利用得到的S散射参数反演电磁参数算法[16,17],计算得到银纳米纤维结构x方向的介电常数εx即超材料的等效径向介电常数εr变化曲线,如图2(b)所示。图2(c)给出了在谐振频率点f=527THz处银纳米纤维电流密度分布。入射电磁波的电矢量E沿x方向平行于银纳米纤维时,x轴方向的银纳米纤维上产生感应电流,建立感生电场,产生电谐振。 当电矢量E沿y、z方向偏振时,无法产生感应电流,无电谐振产生。入射电磁波的磁场沿y方向垂直于银纳米纤维时, 不能在其上形成一个电流环路,没有引起磁通量变化,无法产生磁谐振,因此整个单元结构在入射电磁波作用下只有电响应。

由图2(b)可知,等效径向介电常数εr变化曲线符合洛伦兹谐振模型,在400~800THz电谐振频段内,527THz处的径向零介电常数εr=0,但观察此频段的散射曲线,发现此时的透射系数几乎为零,反射系数接近1,损耗较大。而在770 THz处的径向零介电常数εr=0,电磁波入射到银纳米纤维后,透射率较大,电磁损耗相对很小。故数值仿真频率选择为770THz,由,nr接近于零,实现径向零折射率。

3基于超材料的全向辐射空间功率合成的数值仿真

电磁波在 内径为a和外径为b的无限长 圆柱中辐 射[18,19,20],二维空间下的圆柱坐标如图3所示:半径为a的圆内与半径为b的圆外是空气介质,圆环内是由银纳米纤维周期排列而成的径向零折射超材料。在圆柱坐标系下,径向各向异性零折射超材料的相对磁导率为μ=1,相对介电常数张量为:

式中:μr(εr)和μθ(εθ)分别代表径向、切向的相对磁导率(相对介电常数)。考虑激励源为TM极化,TM波的电矢量E平行于入射 面,磁矢量H垂直于入 射面,磁场分量Hr= Hθ=0,存在电场分量Er、Eθ,沿z轴的磁场强度Hz不为零。

本工作运用COMSOL Multiphysics进行数值仿真。数值仿真的二维空间模型如图3所示,区域1和区域3始终为空气介质,区域2可为径向零折射超常介质或者空气介质, S1、S2为激励源磁流位置,内圆半径a=1000nm,外圆半径b=2000nm,磁流S1的位置为(-500nm,500nm),磁流S2的位置为(500nm,500nm),仿真的频率为770THz,四周设为散射边界条件,磁流大小均相等。

当激励源磁流S1、S2分别单独作用,区域2为径向零折射超常介质时,观察仿真区域内的磁场强度分布情况,分别如图4(a)、(b)所示。发现激励源的位置对电磁波的全向辐射没有影响,圆环内径向零折射超常介质总能引导电磁波的全向辐射,电磁波均以完美柱面波的形式辐射出去。当两个磁流S1、S2合成作用的磁场强度经过区域2分别为空气介质和径向零折射率超常介质后,磁场空间分布如图4(c)、(d)所示,对比两图分析,经过空气介质后的磁场强度产生不相干非全向辐射,而经过径向零折射超常介质后磁场强度产生了相干全向辐射。通过对比图4(d)和图4(a)、(b)的仿真区域的磁场强度变化情况,发现图4(d)中全向辐射电磁波的磁场强度变化明显大于图4(a)、(b),这说明两个激励源同时作用时可以发射频率相同、相位符合特定关系的电磁波,使之在空间传播过程中相互叠加合成显著增强的全向辐射电磁波, 从而实现了基于径向零折射超材料的全向辐射的空间功率合成。

4结论

空间辐射环境 篇4

第一条为加强本院辐射工作场所的安全和防护管理，规范辐射工作场所辐射环境自行监测行为，根据国家《放射性同位素与射线装置安全和防护管理办法》的有关规定，制定本办法。

第二条本办法适用于在本院范围内使用放射性同位素与射线装置单位辐射工作场所辐射环境自行监测。

第三条本办法所称的辐射环境自行监测，是指辐射工作单位自行组织的对其辐射工作场所及其周边环境、流出物等进行的监测活动。

第四条辐射工作单位应根据辐射工作场所的辐射活动类型和水平，按照《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》、《辐射环境监测技术规范》等标准规范，制定本单位辐射环境监测制度、监测方案和监测计划，对本单位辐射工作场所辐射环境定期开展自行监测，并对监测数据的真实性、可靠性负责。

第五条本单位不具备专业的辐射环境监测能力，且自行监测应有与所从事辐射活动相适应的辐射监测专业技术人员、监测仪器和质量管理制度。监测人员要通过辐射安全与防护培训，监测仪器要按规定定期检定。

第六条本单位不具备辐射环境监测能力，委托具有国家、百色市《资质认定计量认证证书》（CMA）或《中国合格评定国家认可委员会实验室认可证书》（CNAS）资质的辐射环境监测机构进行监测，所需经费由本院承担。

第七条开放型辐射工作场所的监测，还应包括场所内地面、操作台、设备和物品的表面污染监测。有流出物的场所还应对流出物及其周边环境影响进行监测。

第八条监测记录或报告应记载监测数据、测量条件、测量方法和仪器、测量时间和测量人员等信息。

第九条如发现监测结果异常，应立即停止辐射活动，迅速查明原因，采取有效措施，及时消除辐射安全隐患。

第十条辐射安全防护建立辐射环境自行监测记录或报告档案，并妥善保存，接受环境保护行政主管部门的监督检查。

空间辐射环境 篇5

自20世纪中期以来,国内外的学者对开放空间油池火进行了大量的实验和研究。油池燃烧速率、火焰温度、火焰高度是油池火的最重要的特征参数,是油池火灾研究的重点,因为其决定着油池火和对外界的热辐射强度和破坏后果。Blinov和Khudiakov(1957、1961)最早对油池火进行了系统的实验研究,Hottel(1958)对Blinov和Khudiakov的研究进行分析后指出:小直径(D<5 cm)的油池火是由对流传热控制的层流预混燃烧,大直径(D>100 cm)的油池火是由辐射传热控制的湍流燃烧。随后Babrauskas(1983)通过实验分析了直径、风速、燃料物性、燃料厚度、液池边缘效应等因素对燃烧速率的影响;Hayasaka和Koseki(1989、1994)分析了直径对燃烧速率、热辐射强度分布、火焰尺寸和温度的作用,并印证了火焰对油池表面热辐射对燃烧速率的关键作用;Koseki(1999)和J M Chatris(2001)分别对历史文献和实验数据进行了汇总,并对燃烧速率经验公式进行了修正。在此基础上,Janssens M L (2001)、易亮等(2006)分别对庚烷和甲醇油池火的燃烧特性和影响因素进行了研究。

从20世纪80年代以来,Computational Fluid Dynamics(CFD)技术取得了长足发展并在火灾领域开始了应用,一些著名的CFD软件在火灾学领域得到了较好的验证和应用,如JASMINE、KAMELEON、FLUENT、SOFIE、PHOENICS、ISIS-3D、FLOW3D和FDS。Sinai Y L等(1995)用FLOW3D对开放空间大尺寸航空煤油油池火的火羽流进行了CFD模拟验证,考虑了油池形状和横向风的作用;Miles S等(1997)用JASMINE对楼厅火灾浮力驱动羽流的空气卷吸量进行模拟,并用比例缩小模型进行了验证;Dembele等(2001)用SOFIE对不同尺寸油池火液池表面的热反馈和燃烧速率进行了计算并与实验进行了对比;M Greiner等(2006)用ISIS-3D对横向风作用下的大尺寸JP8油池火进行了计算,并对其危险性进行了评估,结果有较高的可信度。由美国国家标准技术局(NIST)开发的CFD软件Fire Dynamics Simulator(FDS)在火灾学中有着广泛的应用,其基本思想是用大漩涡模拟(LES)对N-S方程进行数值模拟,分别采用混合组分燃烧模型和有限体积法对燃烧和热辐射过程进行模拟计算,Hostikka、McGrattan、Floyd、Hamins等人(2003)的研究对其进行了详细的阐述和验证,T G Ma、JG Quintiere、J X Wen、K Kang等人将其应用于中小尺度的油池火,表明其对火羽流的模拟相当成功。C H Lin、YM Ferng等人对FDS模拟结果对网格和辐射角数目的敏感性进行了分析,给出了具有参考价值的结果。

但是以上大部分对油池火的CFD模拟,将火源根据实验数据或经验值进行设定,火源功率作为输入值的一部分,将研究的主要对象放在火羽流中各种物理场的模拟上,对燃料的质量损失速率和热释放速率进行模拟研究的较少。笔者采用CFD方法对中等和大直径油池火进行模拟,研究不同直径油池火质量损失速率、热释放速率及其热辐射强度分布规律,并与实验结果进行对比。

1 理论模型

1.1 可压气体模型(气体守恒控制方程)

火羽流中的气体可认为是可压流,满足式(1)～式(5)所示的关系。

连续方程:undefined

组分方程:

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动量方程:

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能量方程:

undefinedundefinedundefined

式中:undefinedundefinedhlYl;Q为火源的热释放速率。

状态方程: p0=RρT (5)

1.2 湍流模型

控制方程中的湍流项采用Smagorinsky模型,表示为式(6)、式(7)。

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式中:undefined;undefined。

1.3 混合组分燃烧模型

该模型假设燃烧由组分混合控制,且假设燃料和氧气之间的反应速率无限快。燃烧反应的一般形式可描述为式(8)。

undefinedundefinedvP[P] (8)

式中:F表示燃料(Fuel);O表示氧气(Oxygen);P表示燃烧产物(Production);v表示反应系数。根据化学反应计量可知燃料和氧气的质量消耗速率有式(9)所示关系(M表示反应物的相对分子质量)。

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定义Z为油池表面上方燃料蒸气中某一点的燃料质量分数,可表示为式(10)。

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式中:undefined;undefined、undefined分别为燃料和氧气的质量分数;Y∞O为空气中氧的质量分数。Z值在0～1的范围内变化,且当undefined(只有氧气,undefined时Z=0,当undefined(只有燃料)时Z=1,该质量分数也满足式(11)的燃料和氧气的守恒定律。

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基于反应无限快的假设,燃料和氧气不能共存,可得到氧气质量分数YO和Z的关系如式(12)所示。

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式中:Zf为火焰表面的燃料质量分数,且undefined。

由式(11)可得到氧气的质量守恒方程为式(13)。

undefined

所以氧气的质量消耗速率为式(14)。

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热释放速率可表示为氧气消耗量的函数,见式(15)。

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式中:ΔHO为消耗单位质量氧气所产生的热量。

1.4 有限体积辐射模型

非散射气体中的辐射离散传播方程为式(16)。

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式中:S为方向向量;Iλ(x,s)为波长为λ的电磁波在S方向的辐射强度;kλ(x)为吸收系数。采用有限体积法进行角度离散。

1.5 液体表面蒸发模型

液体燃料表面蒸发速率决定了燃料的质量消耗速率,而蒸发速率又是由火焰对液体燃料的热反馈决定的。由于火焰和液体燃料表面存在一层燃料蒸气,其很大程度上削弱了火焰与液体之间的热传导,所以火焰的热反馈Qf主要由对流热Qconv和辐射热Qrad组成(通过油池壁向液体燃料的热传导很小,可忽略不计),热反馈主要用于使液体燃料升温并维持其蒸发,如图1所示。

液体表面热量和质量传递模型,见式(17)～式(21)方程。

热平衡方程:

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液体表面饱和燃料蒸气压方程:

PF,s=PF,s(Ts) (18)

燃料蒸气质量浓度方程:

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燃料质量流量方程:

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燃料表面下降方程:

u=(ρl·S)-1undefinedundefined

2 数值计算

采用在火灾学领域较为通用的模拟软件FDS进行模拟计算,选取庚烷(C7H16)为燃料,其物性参数如表1所示。油池直径分别为0.2、0.3、0.6、1、2 m;开放环境条件:温度25 ℃,气压101 300 Pa,相对湿度50%,风速0 m/s。根据C H Lin、Y M Ferng等人对网格和辐射角数目的敏感性分析选取网格大小和辐射角数目,模拟计算条件如表2所示。

在油池表面和油盘外部沿半径方向布置测点,测量油池表面的热辐射反馈分布和热辐射在油盘外部沿半径方向的分布,在油盘中心轴线上布置测点测量温度和热释放强度,在距油盘中心轴线距离L=3R处的竖直方向布置测点,测量热辐射强度随高度h的变化。测点的布置如图2所示。

3 结果分析

3.1 热释放速率和质量燃烧速率

不同直径的庚烷油池火在达到稳定燃烧后的热释放速率HRR和质量燃烧速率(g/(m2·s))分别如图3、图4所示。从图3、图4可以看出,二者都随着直径的增大而增大,这与前人的研究结果一致。在图4中,Koseki、C H Lin等人的实验结果以圆圈表示,模拟结果用星号表示,模拟计算与实验结果比较的误差如图5所示。从图5可以看出,模拟值与实验值较为接近,误差在7%以内,模拟结果较好地反映了实际情况。

3.2 油池表面热辐射反馈分布

根据Hamins、Klassen等人的研究结果,热辐射在油池(D≥30 cm)表面热反馈中起着决定性的作用,所以笔者着重研究不同直径的油池表面的热辐射反馈。各油池表面的热反馈取其在稳定燃烧时5 s的平均值,结果如图6所示。从图6可以看出,随着油池直径的增大,油池表面热辐射反馈明显增强,由此加速了液体燃料的蒸发燃烧,使燃烧速率增大。另外,油池不同径向位置的热辐射反馈强度不同,油池中心位置最大,离中心越远,强度越小。对于D=30 cm的油池,其表面热辐射反馈强度都在10～20 kW/m2,与Hamins等的实验结果一致。

3.3 油池火焰中轴温度和热释放速率分布

Koseki等人的实验结果表明,油池火焰中轴温度随着无量纲高度(H/R)的增加先升高后减小,峰值温度随着直径的增加而升高,其中D=6 m和D=2 m的庚烷油池火焰中轴峰值温度分别在1 200 ℃和1 000 ℃左右。取稳定燃烧5 s的平均值,模拟结果如图7所示。从图7中可以看出火焰中轴温度分布与Koseki的实验结果一致,峰值温度随直径的增加而增大,且峰值温度的位置随直径的增大而降低,在笔者的研究范围内介于0.5D～1.5D之间。另外,不同直径火焰中轴的单位体积热释放速率HRRPUV(Heat Release Rate Per Unit Volume)分布如图8所示,直径越大,峰值越高,峰值出现的位置越低,这与中轴温度的分布一致,但峰值出现的位置介于1.0D～2.5D之间,位置较温度峰值高,且不同直径油池火焰的峰值之间差值较温度差值大得多。

3.4 油池外部热辐射分布

热辐射是开放空间油池火引起危害和损失的主要因素,笔者研究不同直径的油池火焰的热辐射在油池外部水平方向和垂直方向(L=3R)的分布,分别如图9和图10所示。从图9、图10可以看出,在水平方向,不同直径的油池热辐射强度随着离油池中心的无量纲距离(L/R)的增加而单调减小;在距离油池相同的无量纲距离处,其热辐射强度随油池直径的增大而增大。在L=3R处垂直方向,热辐射强度随着高度的增加先增加后减小,峰值出现的位置介于1.5R～3.0R之间,且油池直径越小,峰值出现的位置越低。

4 结 论

笔者在前人的研究的基础上,采用混合组分燃烧模型和有限体积辐射模型,通过液体表面蒸发模型对液态燃料和火羽流进行耦合,利用CFD软件FDS分别对D=0.2、0.3、0.6、1、2 m的庚烷油池火进行模拟。研究其质量损失速率、热释放速率随油池直径的变化以及火焰中轴上的温度和单位体积热释放速率(HRRPUV)分布,另外给出了油池表面和外部的热辐射强度分布规律,并与前人的实验结果进行对比,验证了利用CFD模型模拟油池火燃烧速率和热辐射的有效性,得出以下结论:

(1)在所研究的直径范围内,稳定燃烧时的热释放速率(HRR)和单位面积质量燃烧速率都随着直径的增大而增大,模拟值较好地预测了后者的变化趋势,与实验值的偏差在10%以内。

(2)油池表面热辐射反馈强度的径向分布并不是同一值,而是油池中心位置最大,离中心越远强度越小,其中D=30 cm的油池模拟结果与Hamins的实验结果一致。另外,随着油池直径的增大,油池表面热辐射反馈强度明显增强。

(3)油池火焰中轴温度和HRRPUV随高度(H/R)的增加先升高后减小,二者都随直径的增加而升高。峰值温度在600～1 000 ℃,其高度介于0.5D～1.5D,HRRPUV峰值的高度介于1.0D～2.5D,位置较温度峰值高,二者出现的无量纲高度都随直径的增大而略有降低。

(4)油池外部水平方向热辐射强度随着距油池中心的无量纲距离(L/R)的增加而单调减小;在同一无量纲距离处,其热辐射强度随油池直径的增大而增大。在垂直方向,热辐射强度随着无量纲高度的增加而先增加后减小,在L=3R处峰值出现的位置介于1.5R～3.0R之间,且油池直径越小,峰值出现的无量纲高度越低。

参考文献

[1]范维澄,王清安,姜冯辉,等.火灾学简明教程[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1995.

[2]E Planas-Cuehi,H E Montiel,Casal J.A survey of the origin,type and consequences of accidents in process plants and in the transpor-tation of hazardous materials[J].Process Safety and Environmental Protection,1997,75(B1):3-8.

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[4]Babrauskas V.Estimation large pool fire burning rates[J].Fire Technology,1983,19:251.

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[6]Hamins,Klassen A,Gore M.Heat feedback to the fuel surface in pool fires[J].Combustion Science and Technology,1994,97:37-62.

[7]Chatris J M,Quintela J,Folch J.Experimental study of burning rate in hydrocarbon pool fires[J].Combust Flame,2001,126:1373-1383.

空间辐射环境 篇6

1 环境γ外照射贯穿辐射所致吸收剂量当量

按照国家有关监测规范[1], 2008年经过不间断地对γ外照射的连续测量, 结果2008年某市γ外照贯穿辐射剂量当量率年平均值为116.8 nGy/h, 则2008年某市公众γ外照贯穿辐射所致吸收剂量为H外=1.023 mSv。

2 内照射剂量当量的计算

对于内照射部分, 分为通过食道和通过呼吸道进入人体的放射性核素量, 分别估算内照射剂量当量。

2.1 剂量当量的计算[2]

对人体器官或组织接受的剂量当量用下式计算:

H=3.2×109E·1.6×10-13×Q/m ①

式中:3.2×109—1μci的每天核转换数 (1μCi=3.7×1010Bq) ;1.6×10-13—每兆电子伏的焦耳数;E—有效能量 (兆电子伏) ;Q—照射量, Q=∫undefinedqc (t) d (t) ;m—靶器官或组织的质量, kg。

设有一参考人体重m=70kg, 一年中平均每天摄入体内的放射性核素量为xμCi/d, 则在一年的时间里, 参考人体内的放射性核素含量将为:

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式中:λ为放射性核素在人体内的有效衰变常数, t取365d。

将式②带入式①得该参考人身体接受的剂量当量为:

undefined

2.2 水中摄入放射性核素所致人体内照射剂量

参考人每天从水中摄入到体内的放射性核素量:

x (t) =VWCWfW ④

式中:VW—每天摄入的水量;CW—水中放射性核素的浓度;fW—从水中摄入的放射性核素进入人体器官的概率, 对于全身fW镭=0.3;fW铀=10-4;fW钍=10-4

经测量, 该市自来水中常见天然放射性核素:铀238含量为10.45μg/L, 钍2320.11μg/L, 镭2263.05mBq/L, 由公式:

A=λrN0

式中:A—核素放射性活度;λr—核素的物理衰变常数;N0—核素的原子个数。

可得水中铀238浓度为0.129Bq/L (3.5×10-6μCi/L) 、钍232的浓度为2.85×10-4Bq/L (0.77×10-8μCi/L) 、镭为3.05×10-3Bq/L (0.82×10-7μCi/L) 。

设参考人每天正常饮水量为3000ml, 则:

x铀 (t) =3×0.0001×CW=1.05×10-9μCi/d;

x钍 (t) =3×0.0001×CW=2.31×10-12μCi/d;

x镭 (t) =3×0.3×CW=0.738×10-8μCi/d

带入式③可得该参考人由食入内照射所致年剂量当量:

H铀undefinedSv;

H钍undefinedSv;

H镭undefinedSv;

经以上计算可得:H铀、H钍、H镭分别为4.05×10-3、2.52×10-5和0.134mSv

3 空气中摄入人体的放射性核素所致的内照射剂量

3.1 人体内经呼吸吸入累积的放射性核素活度分析

一般人平均每天可呼吸空气约2×107 cm3, 则参考人员年吸入空气量约为7.3×109 cm3, 空气中摄入人体的放射性核素所致的内照射剂量主要由空气中的氡气贡献, 经测量得空气中氡气浓度为60 Bq/m3, 则参考人每天吸入体内的氡气约为1200 Bq, 吸入的放射性核素, 沉积在气管、支气管及肺中, 吸收率约为75%, 即每天约有800 Bq被人体吸收。因此, 氡气的积存量会随时间增加而递增, 氡222的半衰期T1/2=3.823d, 则λ=2.1×10-6, 而在人体内的生物半清廓期Tb②约为120d, 则λb=6.7×10-8, 当经过25天后, 人体内的累计总活度达到最大值即达到每天吸入量的5倍, 之后的增加量将被忽略, 因此会有undefined同时, 由于在一般人体内吸入的氡气已达到放射性平衡, 氡222在衰变过程中将有4次α衰变, 3次β衰变, 在达到平衡后, 参考人体内氡及其子体的总活度A总undefined即在此时参考人体内放射性核素累计总活度达到达28 000Bq (5.4×10-7Ci) , 这里, 有4次衰变会放出α, 这里取α的平均能量为6.1MeV, 我们选取主要的3次β衰变, 能量分别为700keV、16keV、1.7MeV, 分别取参考人体内α辐射强度为16 000Bq, β辐射强度为12 000Bq。

3.2 人体内累积的放射性核素所致内照射剂量当量计算

3.2.1 β射线的年吸收剂量当量计算

3种β射线能量E分别为700keV、16keV、1.7MeV, 平均能量为:undefinedMeV。

β射线在体内年吸收剂量当量:

undefined

3.2.2 α射线的年吸收剂量当量计算

α射线平均能量为6.1MeV,

undefined

以上计算, 忽略了γ射线的内照射贡献, 因为在衰变过程中大部分γ射线能量较低, 高能的γ射线分支比又较低, 在此情况下γ射线对人体内照射剂量当量的贡献不予考虑。

由以上计算, 可以得出一般公众在此情况下年吸收剂量当量为

H铀+H钍+H镭+Hα+Hβ+H外=4.05×10-3+2.52×10-5+1.34×10-1+0.895×10-1+8.37×10-1+1.023=2.088mSv

4 讨论

经实验分析与数据处理, 可看出该城市环境本底电离辐射致公众的年吸收剂量当量处于一般的正常本底范围之内。通过对电离辐射环境本底的监测与剂量估算, 可以大致了解一个地区公众的环境本底电离辐射所致年吸收剂量当量, 这在电离辐射环境评价时有一定的指导意义, 并在放射学、医学病理分析时有一定的积极意义。

参考文献

[1]HJ/T61-2001.辐射环境监测技术规范.

[2]方杰.辐射防护导论.北京:原子能出版社, 1991:201-218.

医院辐射环境影响评价分析 篇7

近年来, 随着核与辐射技术应用的快速发展, 在医学领域的应用也越来越广泛。高科技产业也在不断发展, 更多的技术开始步入医学领域, 如放射诊疗技术。很多医院为了更好地满足客户高品质的需求, 逐步开始纳入放射诊疗的业务, 如介入治疗的使用、核医学诊断的引入等等。其中应用放射诊疗的科室也在不断增加, 由原来的医学影像室、放射治疗室开始逐步发展至内科、儿科、外科、妇科等多个科室, 这样就会使得医院中接触辐射的工作人员也开始逐步增多, 因此做好辐射的安全防范, 对于保障工作人员和病人的身体安全有着至关重要的意义。

2 医院辐射对环境影响的现状分析

2.1 医用的放射性仪器和装置较多

随着科学的进步, 更多的放射性仪器和装置也开始引入临床治疗的过程之中, 放射性的装置主要包括血液辐照仪、CT、CR、医用加速器等等, 这些装置依据其辐射强度的不同, 对人体造成的危害程度也不尽相同, 国家对于这些装置也进行了辐射等级的分类, 从而便于更好地分级管理。

2.2 接触医用放射性仪器和装置的人员增多

需要使用医用放射性仪器和装置的科室主要包括放射科、核医学科等等科室, 同时心、肾、神经内科与神经外科和普通外科等开始主要是由于专门用于治疗心脑血管疾病的造影诊治技术的应用和专门用治疗肿瘤的放射性粒子植入技术的应用而引入了相关的放射性装置。再加上现在越来越多的病人也开始能够接受辐射治疗的方式, 这样从另一角度来看, 就增加了工作人员接触辐射的概率。

2.3 辐射技术使用过程中存在着多样化的危险途径

在辐射技术中有一种医用放射性的同位素, 它是可以通过多种途径和手段来治疗患者的, 例如通过口服的方式、静脉注射的方式、在器官里植入的方式等等。这样就导致在应用的过程中, 那些较为开放的同位素更容易泼洒出来, 从而影响污染了人的皮肤和周围的环境, 同时还有可能因为遗失或者盗窃而流入人们的日常生活中, 对广大民众构成安全隐患。辐射性的装置也可以因为操作过程中把握不到位而对人体进行过度的照射。

2.4 反射性的同位素以及医用的放射性仪器使用的场所较为固定

与其它工业中的辐射不一样的是, 由于反射性的同位素以及医用的放射性仪器使用的场所较为固定, 所以导致其辐射的区域也较为固定, 如机房、废液衰变池等等地方都是辐射高度聚集的区域, 根据相关的法律规定, 在安装和撤退这些带有辐射设备时, 都需要对其进行相应的辐射评估, 并应设置一些技术防范设施来进行一定程度的防御和安全管理。

3 医院辐射剧增的原因分析

3.1 前期预防工作不够充分

部分医院在前期进行新建或者改建的相关场所时并没有严格遵守规定和准则, 到了竣工阶段, 才发现保护措施做得不够到位, 相关的设备也较为缺乏, 这样就为辐射的产生埋下了巨大的隐患。

3.2 放射技术在临床的广泛使用

现在除开已有的放射科, 其它科室也开始逐步引入放射技术。但是在他们使用的过程中, 却因为多种原因也留下了极大的弊端。例如有些设备的性能并不完善, 再加上操作人员的技术不够娴熟, 很容易增加辐射量;还有部分的医务人员对相关放射学的知识较为匮乏, 会在给患者治疗的过程中, 出现使用剂量过高, 或者照射时间过长的现象。

3.3 临床医务人员的自我防护意识不够

有部分的医务人员并没有完全掌握病人的病症, 随意就让病人去做一些CT、X射线等存在辐射的检查。据相关的报道表明, 有大部分的患者是不用进行该类检查的, 这样从一定程度上也给病人带来了部分的伤害。另一方面, 临床医务人员的自我防范意识也不够强, 不仅忽略了对自己的防辐射保护, 也忽略了对患者的防辐射保护, 在实际的操作过程中, 往往自己并没有穿戴防辐射服, 对病人的裸露部位也没有采取相应的保护措施。该类案例在给病人做胸部摄片时表现最为明显, 因为在做该检查时, 忽略了对甲状腺和性腺的保护。这些不合理的操作会给病人和自己都带来不同程度的伤害, 这样就很容易造成一些医患纠纷的发生。

3.4 对个人剂量的使用没有做好准确的把握

医院以及工作人员更多关注的是医院放射工作场所中实体防护的结果, 对个人用量的使用却没有做好准确的监控和把握, 他们恰恰忽视了个人剂量检测的重要性。部分医务人员对于国家规定的个人剂量使用量掌握得并不准确, 使得在个人剂量的配备中不正确, 而且对于其监控工作也产生了一定的难度。甚至有部分人员故意人为地增加用量, 使得监测的数据表现不真实, 还有部分的工作人员工作不够仔细, 将工作服置于工作室内, 这样也会影响相应的检测值。

4 医院加强辐射管理的措施分析

4.1 进行相关法律知识的学习

目前我国对于相关的辐射管理规定已经有了较为完善的体系, 涉及到的法律主要包括《职业病防治法》、《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》、《放射诊疗管理规定》等等。医院应该开展学习这些相关法律的活动, 不断进行防辐射的法规宣传, 并且定期组织相关的工作人员进行深入的培训与学习, 进而一方面能够充实管理者完成管理的依据, 另一方面也能够提升全体员工在开展辐射工作中的法律意识。同时医院还应该做好相应的防辐射预案, 将辐射事故防范于未然, 使得医院的防辐射工作能够开展得更加法制化和正式化。

4.2 组建相关的责任小组

只有责任到人, 才能更好地完成防辐射工作, 可以考虑成立专门的领导小组, 由医院的相关领导人牵头, 各科室的成员来组建至上而下的防辐射管理体系, 并且签署相关的责任书, 使得每一个人都能够参与到辐射管理的工作中, 并且担当起属于自己的责任。另外还需要理清各个科室的职责, 使防辐射过程中的一系列工作流程都能够责任明确, 分工合理。

4.3 落实防护过程中的实施环节

在整个防辐射的实施环节主要应该坚持5个方面的原则。

(1) 放射性的同位素和放射性仪器的引入应该严格其审批程序, 摸清楚来源, 抓清楚去处, 严格按照相关规定进行审批, 并且与供货单位保持密切联系, 只有审批合格之后, 才能够准许引入, 并且还应该在相关的环保部门做好备案工作, 到了设备废弃的时候, 在运出时也应该经过有关部门的审批和备案, 严禁私自引入和输出现象的发生。

(2) 在辐射场所建立时, 应该请环保部门来评估其对周边环境的影响程度, 合格之后才能允许其建立, 同时还应该根据卫生部门的对于防辐射工作的专业意见来进行建设, 可以考虑在辐射场所安装监控装置, 以防相关设备和材料的盗用, 一系列的过程只有通过了公安部门的审核, 才能投入使用。

(3) 对辐射设备从使用到停用的过程中, 每年都应该请专业部门来进行质量检测, 只有检测合格了才能继续投入使用, 如果检查不合格, 就应该及时进行维修, 再次审核通过才能继续使用, 这样能够更好地避免意外对工作人员和病人造成的伤害。

(4) 重视对工作人员的体检。凡是接触到辐射的工作人员每个月都必须定期进行体检和体内辐射剂量的监控, 并对个人的相关健康档案进行保存, 便于长期对比监控。还应该加强工作人员的防辐射知识培训, 提高自身的防护意识, 尽可能地避免辐射照射, 对那些因为辐射的原因而导致的身体不适的员工及时进行工作调整, 并且对其进行针对性的治疗, 保证身体健康。

(5) 做好对病人的防辐射保护, 在给病人进行治疗的过程之中, 医务人员必须按照规定的标准来进行照射, 避免过量照射现象的发生, 同时还要对相关的照射部位进行确定, 严格控制照射剂的使用量, 对病人的裸露部位做好适当的保护措施, 并且还应该事先告知病人会存在的危害, 对于儿童和育龄妇女在辐射性治疗时必须进行严格的控制。同时在实施治疗的过程中, 不能允许闲杂人等的进入, 如果实在需要陪同, 也应该对陪同人员做好保护措施, 让病人避开一切不需要的辐射。

5 结语

随着医院放射性设备的日益更新, 一方面提升了致病效率, 但是另一方面也极大地增加了病人与工作人员的安全隐患, 所以做好医院的辐射防护工作对于改善医院环境和保证人们的身体健康都有着至关重要的作用, 必须给予其高度重视。

摘要：指出了随着核与辐射技术应用的领域逐步扩宽, 其中在医学领域应用就较为典型, 医院中接触到辐射的工作人员以及病人数量也在逐步增加, 对辐射的安全防护就显得尤为迫切。对于医院辐射对环境的影响以及辐射的安全现状做了分析, 进而提出了对辐射进行安全管理的针对性措施。

关键词：医院辐射,环境影响,安全措施

参考文献

[1]张小萍, 钟就娣, 何杏勤, 等.肿瘤医院护士对放射性粒子辐射认知度和防护行为的调查[J].中国护理管理, 2013 (1) :71~74.

[2]帅海涛, 潘国兵, 孙建军.军队医院辐射防护信息管理系统的设计[J].中国医疗设备, 2013 (9) :53~55.

[3]张巍, 李士雪.医疗机构辐射安全文化评价研究进展[J].中国辐射卫生, 2013 (4) :505~508.

[4]何文果, 段云, 徐蓉生, 等.全身骨显像对医院人群辐射影响的初步研究[J].肿瘤预防与治疗, 2013 (1) :21~23.

[5]王渊恺, 刘淼, 刘从进, 等.医用放射性药品辐射监管制度现状与改进建议[J].中国保健营养, 2013 (4) :1023~1024.

辐射环境防护监测及仪器选用 篇8

辐射防护监测的概念——是指为估算和控制公众及工作人员所受辐射剂量而进行的测量。

辐射防护的目的——是保证公众和工作人员生活在安全的环境中, 监测是衡量这种条件的手段。

在放射源的安全使用、寻找丢失的放射源、确定放射源破损污染的程度和范围以及公众和工作人员所受辐射剂量的估算方面等, 辐射监测具有不可替代的作用。

辐射防护监测的对象是人和环境两大部分, 具体监测有四个领域:个人剂量监测、工作场所监测、流出物监测和环境监测。

辐射防护监测的实施, 包括监测方案的制定、现场采样和测量、实验室测量分析、数据处理、结果评价等。在监测方案中, 应明确监测对象、监测点位、监测周期、监测仪器与方法及质量保证措施等。

辐射防护监测特别强调要有质量保证措施:监测人员要经过考核持证上岗, 监测仪器要定期送计量部门检定, 对监测的全过程要建立严格的质量控制体系。

根据不同的监测对象和项目选择不同的监测仪器, 如测量瞬时剂量率的仪器有高气压电离室、G-M计数管和闪烁体剂量率仪;测量累积剂量的仪器有热释光剂量计;测量表面污染的有α、β表面沾污仪;中子射线用中子仪测定;用于γ核素含量分析的有NaI (Tl) γ谱仪、Ge (Li) γ谱仪或HPGeγ谱仪。

2 辐射探测器原理及常用辐射环境监测仪器

对于辐射是不能感知的, 因此人们必须借助于辐射探测器探测各种辐射, 给出辐射的类型、强度 (数量) 、能量及时间等特性, 即对辐射进行测量。

辐射探测器是指在射线作用下能产生次级效应的器件, 而且这种次级效应能被电子仪器所检测。多数探测器是根据射线使物质的原子或分子电离或激发的原理制成的。它们可以把射线的能量转变为电流、电压信号以供电子仪器记录。

人们根据射线与物质相互作用后产生上述的各种效应, 制成了许多不同类型探测器。放射性测量常用的探测器有三类:气体电离探测器 (利用射线在气体介质中产生的电离效应) 、闪烁探测器 (利用射线在闪烁物质中产生的发光效应) 和半导体探测器 (利用射线在半导体中产生的电子和空穴) 。此外, 还有其它类型的探测器, 如固体径迹探测器、热释光探测器等。现场常用的辐射监测仪器类型有:X-γ辐射监测仪、γ谱仪、热释光剂量测量装置和α、β表面污染监测仪等。

2.1 气体电离探测器

电离室、正比计数器和G-M计数管统称为气体电离探测器, 这三种气体电离探测器的工作特点虽不完全相同, 但都具有一个共同点:射线使探测器内的工作气体发生电离, 然后收集所产生的电荷, 从而达到记录射线的目的。

2.2 闪烁探测器

闪烁探测器由闪烁体和光电倍增管组成。闪烁探测器具有分辨时间短、对γ射线的探测效率高和能测量射线的能量等优点, 是目前应用最广的核辐射探测器。

2.3 半导体探测器

半导体探测器是使用半导体材料的电离探测器。探测器中加有电场以便把电离产生的过剩载流子收集在电极上。在工作机制上, 半导体探测器与气体探测器有不少相似之处, 它们都是在外电场作用下利用载流子 (在气体中是离子对, 在半导体是电子一空穴对) 在介质 (气体或半导体) 中作漂移运动而产生输出信号的, 因此, 可把半导体探测器看作一种固体电离室。

2.4 热释光探测器

热释光是绝缘体或半导体加热时从中发射的光, 不能与加热到白炽化时的物质中自发发射的光相混淆。热释光是物质预先吸收了辐射能之后的热激发光。目前经典的固体能带理论认为当磷光体 (晶体) 受到电离辐射照射时, 射线与晶体相互作用, 产生电离和激发使得晶体价带中的电子获得足够的能量游离出来上升到导带, 在价带中剩下空穴。

被电离激发的电子和空穴在亚稳态能级分别被晶格中的缺陷所俘获 (激发) , 这些缺陷称为“陷阱” (俘获电子的缺陷) 或“中心” (俘获空穴的缺陷) , 统称为“发光中心”。处于亚稳态能级上的电子和空穴在无外源激发的环境下可以长时间滞留在缺陷中。加热磷光体时, 电子和空穴从发光中心中逸出, 电子与空穴迅速复合, 在复合过程中以可见光或紫外光的形式释放能量。如果在暗处加热该探测元件, 探测元件上放上光电倍增管, 测得的光输出就正比于探测器接受的辐射能量。

3 辐射监测仪器选用原则及选用举例

核辐射测量仪器主要由探测器和电子学电路所组成。根据不同的监测对象和项目要选用不同的监测仪器。现场常用的辐射监测仪器类型有:X-γ辐射监测仪、α、β表面污染监测仪、中子监测仪和热释光剂量计等。实验室常用的辐射监测仪器类型有:α、β放射性活度测量仪、γ谱仪、热释光剂量测量装备等。

在辐射检测中, 如何选择监测仪器, 一般考虑到以下几方面因素, 如射线性质、量程范围、能量响应、环境特性、仪器性能及测量误差等等。

3.1 X、γ辐射监测仪

3.1.1 电离室类监测仪

高气压电离室是测量环境剂量率的最常用的仪表, 这类仪器由一个高压电离室探测器和电子线路组成。前者为一个充高气压 (一般为22个大气压的氩气) 的不锈钢球壳, 中间密封一个电极。电子线路主要为MOSFET静电计、二次放大电路、高低压变换器以及读出线路。这类仪表在美国用得十分普遍, 它的缺点为价格比较昂贵。

3.1.2 闪烁剂量率仪

它是利用某些物质在射线作用下能发光的特性来探测射线的, 这些物质称为闪烁体。射线在闪烁体中产生的荧光极弱, 必须用光电倍增管来探测这些荧光, 光电倍增管先把荧光转换成电脉冲, 然后放大, 其脉冲辐度正比于带电粒子或光子在晶体中沉积的能量。例如, 我们常用的X-γ辐射测量仪FH-40G, 其主机探测器采用正比计数管, 外接探测器采用的是塑料闪烁体。

3.2 表面沾污监测仪器

α、β表面污染监测仪主要是测量现场的设备、地面、台面、衣服和人体皮肤表面有无放射性污染, 多用闪烁探测器, 也有用G-M计数管的。

3.3 中子监测仪

中子与物质相互作用主要是通过弹性碰撞和核反应, 形成直接电离的次级粒子。探测中子取决产生这些粒子的中间过程。常借助n-p弹性散射探测快中子, 利用10B (n、α) 7Li反应和6Li (n、3H) 4He反应探测慢中子。这两种反应都具有不产生γ射线特点。

内部充以3He和BF3气体正比计数管和内部涂层为6Li、7Li、10B的正比计数管, 可用来测量能量低于0.5eV的慢中子, 而内部充以含氢物质 (如甲烷、聚乙烯) 的计数管, 可用于探测能量大于100keV的快中子。

中子辐射监测比起γ辐射的监测要复杂的多。一方面是中子辐射场大都伴有γ辐射;另一方面, 中子能量范围宽, 不同能量的中子与机体有不同类型的作用, 产生的次级辐射也不尽相同。

即使吸收剂量相同, 由于品质因数不同, 剂量当量也不同, 这就给评价测量结果带来很大困难。

3.4 测氡仪

测量氡主要是通过测量氡-222衰变生成的子体, 氡子体是一种悬浮在空气中的固体颗粒, 处于放射性气溶胶状态。对人体造成危害的主要是氡子体, 它随着人的呼吸而沉积到支气管和肺部, 给呼吸器官组织造成辐射损伤。对空气中氡子体浓度的测定, 都是采用将大量氡子体收集起来, 通过α辐射测量仪测量滤膜上的α放射性强度。氡子体测量主要由两个过程组成, 一是取样过程中氡子体的积累, 二是取样后测量过程中氡子体的衰变。

3.5 α、β放射性活度测量仪

α粒子能量在2-8MeV, 其射程很短。按测量样品的厚度不同, 样品分为薄层样和厚层样。常用于α、β测量的有电离室、正比计数器、闪烁探测器、半导体探测器等。正比计数器和半导体探测器具有本底低, 效率高、价格较低等优点, 应用较广。

β粒子贯穿物质的本领要比α粒子大得多, 因此很难采用“饱和层样”或“薄层样”来测量样品的总β放射性, 须均匀铺成10-50mg.cm-2的样品, 一般以20mg.cm-2厚度为宜。厚度太大, 因低能β损失过大, 会增大测量误差。

3.6 γ谱仪

γ谱仪主要用于对放射源或样品的γ能谱测量。γ谱仪的探测器有NaI (TI) 闪烁计数器和HPGe高纯锗半导体探测器。

3.7 累计剂量测量装置

3.7.1 热释光测量系统热释光剂量计是佩带在人体上, 用于测量个体受照剂量的监测仪器。

热释光剂量计的优点是灵敏度高、量程范围宽、重量轻、体积小、能量响应好, 受环境影响小, 可测X、γ、n、α和β等射线, 可重复使用以及可进行多点同时监测。

常用的热释光材料大致可分为三类:空气等效性好而灵敏度稍差的, 例如LiF、Li2B4O7和BeO等;空气等效性差而灵敏度高的, 例如CaSO4和CaF2等;介于前二类之间的有MgSiO4和MgB4O7等。

从磷光体的存在形态可分为磷光粉、热压片, 单晶切片、玻璃管封装粉末, 内热元件与聚酯等粘合剂混合成形的元件、陶瓷片, 带有金属衬托的沉积粘合元件, 热压在耐热衬托上的薄膜元件和玻璃片等。

3.7.2 光致光测量系统

现今又出现了新型的光致光剂量测量系统, 该种类型仪器用特定波长的光激发受过辐照的晶体, 导致电荷从空穴场运动到发光中心, 晶体受入射光激发后的发光量与晶体所受剂量和入射光的强度成正比, 激光或发光二极管发出的光所提供能量, 使得电子从空穴激发至导带和发光中心, 只有很少数电子被激发, 使得剂量计具有了重复分析能力。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.GB18871-2002, 电离辐射防护与辐射源安全基本标准[S].

[2]潘自强.辐射防护的现状与未来.1997, 9.

空间辐射环境 篇9

随着信息技术的广泛应用和现代城市化进程的加快,各种频率电磁波的交互作用使城市空域、公共环境及居民住宅在内的各类场所的人为电磁能量显著增加。城市电磁环境污染已成为继PM2.5之后,又一环境污染因子,与人们熟知的大气污染、水污染和噪音污染相比,电磁污染由于不易被人们直接感知、隐蔽性强,短期效应不显著容易被人们疏忽。但是,随着消费者健康、环保意识的不断加强,对于电磁辐射的关注度也在不断增加。

现阶段电磁辐射的研究和检测还主要集中于对单一电磁辐射源的定性研究,随着技术的不断发展,电磁环境复杂性日益提高,对多种电磁辐射源同时存在的复杂电磁辐射环境的研究势必成为电磁辐射污染研究的热点。本文中复杂电磁辐射环境是指由多辐射源引起的多频率、多场强的电磁环境。当众多电磁辐射源处于同一区域环境中时,其产生的电磁波彼此之间交错作用,其呈现出的电磁环境变得相当复杂[1]。本文在对单一辐射源电磁辐射情况进行研究的基础上,针对复杂电磁辐射环境的检测方法进行分析和研究。

1 单一辐射源

1.1检测方法

单一辐射源的电磁辐射情况采用多点检测法,如图1所示,单一辐射源多点检测法是通过不同的方位(根据消费者实际使用、接触情况),对辐射源的电磁辐射情况进行检测,获得的检测数据主要包括辐射源的工作频率、电磁信号种类、功率,检测结果能够较全面地反映辐射源的电磁辐射情况[2]。

1.2检测设备

针对工频、低频电磁场强度检测,需要使用各向同性响应或者有方向性电场探头或者磁场探头的宽带电磁辐射测量仪;检测移动基站等射频电磁辐射强度检测,则应使用具有各向同性响应或有方向性探头(天线)的非选频式宽带辐射测量仪[3]。

1.3检测数据和结果分析

针对17类典型电器产品的电磁辐射情况进行检测,对数据进行汇总并分析如下:

(1)单一辐射源辐射强度与检测距离成反比。在对典型单一辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为坐标轴零点,在一系列与辐射源间距不同的位置点进行检测,辐射源的电磁辐射强度与检测点距辐射源的距离成反比,由检测结果可知,日常生活中大部分辐射源的电磁辐射强度在检测距离为0.5~1 m时降低到可接受水平。以某品牌吸尘器产品为例,检测数据如图2所示。

(2)单一辐射源辐射强度与检测位置相关。在对典型辐射源电磁辐射强度进行检测时,以辐射源为相对中心,对不同检测位置的电磁辐射强度进行实地检测,这里所说的不同位置是指以辐射源为圆心,半径为恒定值的圆上不同方位的点,不同检测位置电磁辐射强度存在差异。表1列举了本次检测到的17类产品中不同位置检测点电磁辐射强度差异较大的辐射源。由此可见,大部分辐射源的电磁辐射强度最大值出现在辐射源侧面、发动机所在处和信号(音频、无线)发射区。

2 复杂电磁辐射环境

2.1家居复杂电磁辐射环境

2.1.1电磁辐射来源

伴随着智能家居概念的不断推广,家居数字化程度不断提高,就目前智能家居系统的安装来说,其在安装调试过程中主要有无线方式和有线方式,由于有线方式布线繁杂、连接端多、工作量大、成本高、维护困难等特点无法进行大规模的推广,而无线方式则由于不受这些原因限制得到广泛的应用。常见的用于传输信号的无线电技术包括:蓝牙(工作频率2.4 GHz),Wi Fi(工作频率:2.4 GHz,5.8 GHz)等,在低功率情况下无线传输受限于距离,这种情况下产生的无线电辐射非常小,假如要求有足够的距离,就要提高设备功率,相应会产生比低功率情况下强的电磁辐射。

再加上家庭中原有的各种家用电器、低频电磁场设备(如电线、开关等)、广播电视信号、通信信号等,所有这些信号重叠在一起使本来居住环境中的电磁辐射环境更加复杂。

2.1.2检测方法

虽然家庭中不同时间段电磁环境是复杂的而且是多变的,但由于辐射源总数量相对固定,对不同信号的不同组合累积实时进行测量即可,最终选取最差值进行统计。根据家庭环境中电磁辐射源相对集中的特点,设计了如图3所示的相对中心检测法和如图4所示的相对轴线检测法。

对家居环境复杂电磁辐射情况进行多次重复检测[4],检测过程中需记录的数据包括:

(1)频率占用度

频率占用度测量的目的是了解一个频域内辐射源的多少和密集程度,由于环境中辐射源工作情况存在不同的组合,需要针对每种组合情况进行检测积累,将频谱进行分类统计和记录。

(2)电磁信号类型

对于不同辐射源发射的电磁信号的种类进行记录,其大小反映了复杂电磁辐射环境组成中电磁信号的复杂程度。

(3)功率密度

功率密度用以描述复杂电磁辐射环境的功率强度,功率密度的定义为:功率与带宽的比值,即功率带宽 。

通过对以上参数的分析和统计,并结合检测值进行分析,可确定该复杂电磁辐射环境中主要的辐射源及辐射贡献。

2.2公共环境中复杂电磁辐射环境

2.2.1电磁辐射来源

公共环境主要包括商场、超市和街道等公共场所,除包含特殊设备外,由于公共环境相对开阔,复杂电磁辐射危害相对较弱。

2.2.2检测方法

根据公共环境中辐射源分布相对分散的特点,设计了如图5所示的随机不规则多点检测法对复杂电磁辐射情况检测。

检测过程中需记录的数据同样包括频率占用度、电磁信号类型和功率密度。

2.3检测建议

采用本文提出的复杂电磁辐射环境检测方法,针对日常生活中接触较多的超市、家庭、公共道路和地铁站等复杂电磁辐射环境进行检测,检测结果显示,家庭中由于电器相对聚集,当多种电器同时开启时,电磁辐射强度增加较为明显;除非近距离接触公共环境中的特殊辐射源(例如公共道路中的高压变电站等),普遍公共环境较为开阔,电磁辐射强度均在可接受范围之内。提出建议如下:

(1)应注意不要把电器摆放得过于集中,使自己暴露在超剂量辐射的危险环境中;

(2)不应同时开启大量电器,同时处于工作状态容易造成电磁辐射量显著增大;

(3)不宜在卧室集中摆放电器;

(4)对于公共场所中的辐射源使用完应尽快远离、及时通过,由于工作关系需要长期接触的,需尽量远离辐射环境,保持安全距离。

3 结语

本文基于对单一辐射源和复杂电磁辐射环境的检测方法开展研究,并采用相应的检测方法针对现代城市环境中常见的单一辐射源进行检测,得到检测结论,并对现代城市环境中电磁辐射情况进行了总结。

摘要：随着信息技术的不断发展,多种电磁辐射源同时存在的电磁辐射环境日益复杂,各类场所的人为电磁能量显著增加。为了实现对复杂电磁辐射环境的分析,预防或减少电磁辐射的伤害,通过对单一辐射源检测方法开展研究,创新性地提出了复杂电磁辐射环境的概念及检测方法,包括相对中心检测法和相对轴线检测法,并结合单一辐射源检测结果,对现代城市环境中常见的复杂电磁辐射环境开展了检测,最后对电磁辐射情况进行总结并提出建议。