Лекции по радиационной защите

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
В.И. Беспалов 
 
 
 
 
 
ЛЕКЦИИ 
ПО РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЕ 
 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия  
Редакционно-издательским советом 
Томского политехнического университета 
 
 
 
 
5-е издание, расширенное 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство 
Томского политехнического университета 
2017 

УДК 614.876(075.8) 
ББК  51.26я73 
Б53 
 
Беспалов В.И. 
Б53  
Лекции по радиационной защите : учебное пособие / В.И. Беспалов ; Томский политехнический университет. – 5-е изд., расшир. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 
2017. – 695 c. 
 
ISBN 978-5-4387-0786-8 
 
В пособии рассмотрены физические величины в области защиты от излучений, нормы радиационной безопасности, методы расчета защиты от гамма-излучения радионуклидных источников, рентгеновского и тормозного излучения, защита ускорителей заряженных частиц, радиационные условия при 
космических полетах, защита от нейтронов, основные правила безопасной работы с ионизирующими излучениями. Пособие содержит большое количество 
таблиц и номограмм, необходимых для проведения расчетов защиты.  
Предназначено для студентов, бакалавров и магистрантов, обучающихся 
по специальности «Радиационная безопасность человека и окружающей среды». 
 
УДК 614.876(075.8) 
ББК 51.26я73 
 

 

Рецензенты 

Доктор физико-математических наук 
ведущий научный сотрудник отдела новых средств 
и методов диагностики Управления «Реабилитация» 
НИЦ «Курчатовский институт» 
В.Н. Потапов 

Доктор технических наук, профессор 
главный научный сотрудник НИИ онкологии Томского НИМЦ 
В.А. Лисин 

 
 
 
ISBN 978-5-4387-0786-8 
© Томский политехнический университет, 2001 
© Беспалов В.И., 2001 
© Оформление. Издательство Томского 
политехнического университета, 2017 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие .......................................................................................................... 10 
Основные обозначения и константы ............................................................... 11 
ЛЕКЦИЯ 1. Ионизирующие излучения: практическая польза,

потенциальная угроза здоровью  ............................................... 12 

Задание 1 ................................................................................................................. 23 
Список литературы ................................................................................................ 24 
ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ РАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ

ЛЕКЦИЯ 2. Основные понятия ........................................................................ 25 
2.1.  Активность радионуклида ......................................................................... …25 
2.2.  Потоковые и токовые характеристики поля излучения ............................. 27 
2.3.  Дозиметрические характеристики поля излучения .................................... 30 
2.4.  Поле излучения точечного радионуклида ................................................... 37 
2.5.  Базисные и фантомные дозиметрические величины .................................. 38 
Задание 2 ................................................................................................................. 40 
Список литературы ................................................................................................ 42 
ЛЕКЦИЯ 3. Классификация источников излучения и защит .................... 44 
3.1.  Классификация источников излучения ........................................................ 44 
3.2.  Классификация защит .................................................................................... 46 
3.3.  Особенности ослабления пучков излучения ............................................... 48 
Задание 3 ................................................................................................................. 52 
Список литературы ................................................................................................ 53 
ЛЕКЦИЯ 4. Фоновое облучение. Нормы радиационной безопасности.

Нормируемые и операционные дозиметрические величины 54 

4.1.  Уровни фонового облучения человека ........................................................ 54 

4.1.1.  Доза от внешнего космического излучения .......................................... 55 
4.1.2.  Доза от внешнего фотонного излучения почвы .................................. 55 
4.1.3.  Доза от внешнего фотонного излучения воздуха ................................ 56 
4.1.4.  Доза внутреннего облучения от космогенных радионуклидов ........... 57 
4.1.5.  Доза внутреннего облучения от радионуклидов

земного происхождения .......................................................................... 57 

4.1.6.  Техногенный радиационный фон ........................................................... 57 
4.1.7.  Радиационный фон от искусственных источников ........................... 58 

4.2.  Нормы радиационной безопасности ............................................................ 59 

4.2.1.  Основные определения ............................................................................ 59 
4.2.2.  Основные категории облучаемых лиц. Основные пределы доз.

Допустимые уровни ................................................................................ 63 

4.2.3.  Ограничение природного и медицинского облучения .......................... 67 
4.2.4.  Планируемое повышенное облучение .................................................... 68 
4.2.5.  Современные принципы нормирования облучения человека ............... 69 

4.3. Нормируемые и операционные дозиметрические величины ..................... 71 
Задание 4 ................................................................................................................. 79 
Список литературы ................................................................................................ 80 

ЛЕКЦИЯ 5. Гамма-излучение радионуклидов .............................................. 82 
5.1.  Гамма-постоянная и керма-постоянная радионуклидного источника ..... 82 
5.2.  Радиевый гамма-эквивалент .......................................................................... 85 
5.3.  Керма-эквивалент ........................................................................................... 86 
Задание 5 ................................................................................................................. 87 
Список литературы ................................................................................................ 89 

ЧАСТЬ 2. ЗАЩИТА ОТ ФОТОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

ЛЕКЦИЯ 6. Взаимодействие фотонов с веществом ...................................... 91 
6.1. Фотоэффект ..................................................................................................... 92 
6.2.  Эффект Комптона ........................................................................................... 96 
6.3.  Эффект образования электрон-позитронных пар ..................................... 102 
6.4.  Фотоядерные реакции .................................................................................. 104 
6.5.  Полное сечение взаимодействия фотонов ................................................. 106 
Задание 6 ............................................................................................................... 110 
Список литературы .............................................................................................. 112 
ЛЕКЦИЯ 7. Факторы накопления фотонного излучения ......................... 114 
7.1.  Факторы накопления гомогенных сред ..................................................... 114 
7.2. Факторы накопления гетерогенных сред ................................................... 123 
Задание 7 ............................................................................................................... 125 
Список литературы .............................................................................................. 127 
ЛЕКЦИЯ 8. Инженерные методы расчета защиты от первичного

гамма-излучения радионуклидов ............................................ 129 

8.1.  Характеристики некоторых радионуклидов как гамма-излучателей ..... 132 
8.2.  Защита временем, количеством, расстоянием .......................................... 136 
8.3.  Расчет защиты с помощью универсальных таблиц .................................. 137 
8.4.  Расчет защиты с помощью номограмм ...................................................... 139 
8.5.  Расчет защиты от плоских и точечных изотропных источников

по слоям ослабления .................................................................................... 144 

8.6.  Метод конкурирующих линий .................................................................... 149 
Задание 8 ............................................................................................................... 151 
Список литературы .............................................................................................. 154 
ЛЕКЦИЯ 9. Поле излучения радионуклидных источников

различных геометрических форм ............................................ 155 

9.1.  Точечный источник ...................................................................................... 156 
9.2.  Линейный источник ..................................................................................... 158 
9.3.  Дисковый источник ...................................................................................... 166 
9.4.  Цилиндрический объемный источник ....................................................... 170 

9.4.1.  Цилиндрический источник без самопоглощения и рассеяния

излучения в источнике .........................................................................171

9.4.2.  Цилиндрический источник с самопоглощением ................................172
9.4.3.  Учет рассеянного в источнике излучения..........................................172

9.5.  Графический метод расчета защиты от гамма-излучения

объемных источников .................................................................................. 173 

Задание 9 ............................................................................................................... 177 
Список литературы .............................................................................................. 181 

ЛЕКЦИЯ 10. Альбедо ........................................................................................ 182 
10.1.  Основные понятия и определения ............................................................ 182 
10.2.  Альбедо фотонов ........................................................................................ 185 

10.2.1.  Энергетическое распределение отраженных фотонов.................186
10.2.2.  Зависимость альбедо от угла падения фотонов ............................187 
10.2.3.  Зависимость альбедо от угла отражения ......................................187 
10.2.4.  Зависимость альбедо от энергии фотонов источника

и атомного номера отражающего вещества................................188 

10.2.5.  Зависимость альбедо от толщины отражающего вещества......189 
10.2.6.  Формы представления данных по альбедо ......................................189 

10.3. Скайшайн излучений ................................................................................. 193 
Задание 10 ............................................................................................................. 195 
Список литературы .............................................................................................. 197 

ЛЕКЦИЯ 11. Расчет защиты от первичного и рассеянного

гамма-излучения радионуклидов .......................................... 198 

11.1.  Расчет защиты от первичного гамма-излучения ..................................... 198 

11.1.1.  Расчет защиты с помощью универсальных таблиц и номограмм199 
11.1.2.  Метод слоев ослабления.....................................................................199 
11.1.3.  Метод ослабления широкого пучка (МОШП) .................................200 

11.2. Расчет защиты от рассеянного гамма-излучения .................................... 203 

11.2.1.  Расчет защиты от рассеянного гамма-излучения

с помощью универсальных таблиц....................................................204 

Задание 11 ............................................................................................................. 207 
Список литературы .............................................................................................. 209 

ЛЕКЦИЯ 12. Защита от рентгеновского излучения ................................... 210 
12.1.  Характеристики рентгеновского излучения ............................................ 210 
12.2.  Защита от первичного рентгеновского излучения .................................. 212 

12.2.1. Расчет защиты по эффективной энергии спектра .......................212
12.2.2.  Метод номограмм ..............................................................................213

12.3.  Защита от рассеянного рентгеновского излучения ................................ 220 
Задание 12 .............................................................................................................226
Список литературы ..............................................................................................227 

ЛЕКЦИЯ 13. Защита от тормозного излучения ........................................... 228 
13.1. Защита от тормозного излучения бета-частиц ........................................ 228 

13.1.1.  Формула Виарда..................................................................................229
13.1.2.  Гамма-постоянная .............................................................................230
13.1.3.  Метод конкурирующих линий............................................................230

13.2. Расчет защиты от тормозного излучения электронных ускорителей....230

13.2.1.  Защита от тормозного излучения электронов

с энергиями 0,2–3,0 МэВ.....................................................................230

13.2.2.  Метод слоев ослабления.....................................................................231

13.2.3.  Номограммы Машковича...................................................................235
13.2.4.  Новые номограммы для расчета защиты от первичного 

тормозного излучения ........................................................................237

13.3.  Защита от рассеянного тормозного излучения ....................................... 249 

13.3.1. Расчет защиты с помощью универсальных таблиц.......................249
13.3.2. Номограммы для расчета защиты от рассеянного

тормозного излучения.........................................................................251

Задание 13 ............................................................................................................. 255 
Список литературы .............................................................................................. 257 

ЛЕКЦИЯ 14. Расчет лабиринтов ....................................................................258
14.1. Прохождение излучения через неоднородности в защите ....................258 
14.2. Общая схема расчета лабиринта...............................................................260 
14.3. Приближенный расчет прямоугольного лабиринта ...............................264 
Задание 14 ............................................................................................................. 265 
Список литературы .............................................................................................. 267 

ЛЕКЦИЯ 15. Защита от радиоактивных веществ, образующихся в 
                         воздухе под действием тормозного излучения .................... 269 
15.1. Наведенная активность воздуха ...............................................................269 
15.2. Активация воздуха тормозным излучением............................................272 
Задание 15 ............................................................................................................. 277 
Список литературы .............................................................................................. 278 

ЛЕКЦИЯ 16. Защита от вредных веществ, образующихся в воздухе 
                         под действием ионизирующего излучения .......................... 279 
16.1.  Радиолиз ...................................................................................................... 279 
16.2.  Радиолиз воздуха ........................................................................................ 281 
Задание 16 .............................................................................................................290 
Список литературы ..............................................................................................292 

ЛЕКЦИЯ 17. Защитные материалы от фотонного излучения .................. 294 
Задание 17 .............................................................................................................298 
Список литературы ..............................................................................................299 

ЧАСТЬ 3. ЗАЩИТА ОТ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

ЛЕКЦИЯ 18. Защита от электронного излучения ....................................... 300 
18.1.  Процессы взаимодействия электронов и позитронов с веществом ...... 300 

18.1.1.  Упругое рассеяние...............................................................................300
18.1.2.  Многократное рассеяние ...................................................................302
18.1.3.  Неупругое рассеяние электронов и позитронов на атомах...........305
18.1.4.  Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов..................306
18.1.5.  Тормозное излучение...........................................................................311
18.1.6.  Потери энергии на тормозное излучение. Полные потери

энергии электронов и позитронов.....................................................314

18.1.7.  Аннигиляционное излучение................................................................315

18.2.  Коэффициенты пропускания, пробеги электронов и позитронов ......... 317 
18.3.  Альбедо электронов ................................................................................... 320 
18.4.  Защита от электронов и бета-частиц ........................................................ 322 
Задание 18 .............................................................................................................327 
Список литературы ..............................................................................................330 

ЛЕКЦИЯ 19. Защита от альфа-частиц и протонов небольших энергий 332 
19.1.  Процессы взаимодействия альфа-частиц и протонов с веществом ...... 332 

19.1.1.  Упругое кулоновское рассеяние .........................................................334
19.1.2.  Потери энергии на ионизацию и возбуждение атомов..................334
19.1.3.  Ядерные взаимодействия протонов и альфа-частиц.....................337

19.2. Пробеги протонов и альфа-частиц  ............................................................. 342 
19.3. Защита от протонов и альфа-частиц  ........................................................... 344 
Задание 19 .............................................................................................................345 
Список литературы ..............................................................................................347 

ЛЕКЦИЯ 20. Основы защиты ускорителей заряженных частиц ............ 349 
20.1.  Применение ускорителей заряженных частиц  ....................................... 349 
20.2.  Ионизирующее излучение ускорителей  ................................................. 354 
20.3.  Особенности защиты протонных ускорителей на большие энергии  ... 356 

20.3.1.  Пространственные размеры источника. Основные требования,

предъявляемые к защите ..................................................................356

20.3.2.  Ослабление адронов ...........................................................................359
20.3.3.  Электрон-фотонные ливни ...............................................................363
20.3.4. Некоторые характеристики ядерно-электромагнитных каскадов 365
20.3.5.  Особенности защиты от мюонов ...................................................370
20.3.6.  Основные задачи, решаемые радиационной защитой

на ускорителях высокой энергии ......................................................378

20.4.  Основные факторы вредного воздействия ускорителей  ....................... 378 

20.4.1.  Импульсное мгновенное излучение. Скайшайн ................................379
20.4.2.  Наведенная радиоактивность материалов ....................................380
20.4.3.  Наведенная радиоактивность воздуха ...........................................387

20.5.  Особенности защиты ускорителей электронов  ...................................... 391 
20.6.  Примеры расчетов радиационных условий на ускорителях

заряженных частиц  .................................................................................... 397 

Задание 20 .............................................................................................................407 
Список литературы ..............................................................................................411 

ЛЕКЦИЯ 21. Основы радиационной безопасности при космических 
                          полетах ......................................................................................... 415 
21.1.  Радиационные условия в космическом пространстве  ........................... 415 

21.1.1.  Галактические космические лучи .....................................................415
21.1.2.  Солнечные космические лучи ............................................................417
21.1.3.  Радиационные пояса Земли ...............................................................418

21.2.  Особенности радиационной защиты в космосе  ..................................... 424 
21.3.  Стандарты радиационной безопасности космических полетов  ........... 427 

21.3.1.  Нормы радиационной безопасности космических полетов

на основе концепции радиационного риска ......................................428

21.4.  Обеспечение радиационной безопасности космических полетов  ........ 431 
Задание 21 .............................................................................................................435 
Список литературы ..............................................................................................437

ЧАСТЬ 4.  ЗАЩИТА ОТ НЕЙТРОНОВ

ЛЕКЦИЯ 22. Взаимодействие нейтронов с веществом .............................. 438 
22.1.  Упругое рассеяние нейтронов ................................................................... 441 

22.1.1.  Кинематика упругого рассеяния нейтронов ...................................441
22.1.2.  Упругое потенциальное рассеяние нейтронов ...............................444
22.1.3.  Упругое резонансное рассеяние нейтронов ....................................444

22.2.  Неупругое рассеяние нейтронов ............................................................... 448 
22.3.  Радиационный захват нейтронов .............................................................. 453 
22.4.  Неупругие реакции поглощения нейтронов с вылетом

заряженных частиц и нейтронов ............................................................... 459 

22.5.  Деление ядер ............................................................................................... 462 
22.6.  Полное сечение взаимодействия нейтронов.

Использование нейтронных сечений ....................................................... 469 

Задание 22 .............................................................................................................475 
Список литературы ..............................................................................................476

ЛЕКЦИЯ 23. Источники нейтронов ............................................................... 478 
23.1.  Основные характеристики нейтронных источников .............................. 478 
23.2.  Радионуклидные источники нейтронов ................................................... 483 
23.3. Источники нейтронов на основе ускорителей заряженных частиц ....... 488 
23.4.  Ядерный реактор как источник нейтронов .............................................. 491 
23.5.  Ядерный взрыв как источник нейтронов ................................................. 493 
Задание 23 .............................................................................................................494 
Список литературы ..............................................................................................495

ЛЕКЦИЯ 24. Инженерные методы расчета защиты от нейтронов ......... 497 
24.1.  Доза от нейтронов в биологической ткани .............................................. 497 
24.2.  Ослабление моноэнергетических нейтронов .......................................... 503 
24.3.  Метод длин релаксации ............................................................................. 505 
24.4.  Метод сечения выведения ......................................................................... 507 

24.4.1.  Сечение выведения гетерогенных сред ............................................509
24.4.2.  Сечение выведения гомогенных сред ...............................................511

24.5.  Коэффициенты накопления подпороговых нейтронов .......................... 513 
24.6.  Защита из воды от нейтронов (α, n) источников ..................................... 516 
24.7.  Защита от смешанного нейтронного и гамма-излучения ....................... 520 
24.8.  Активация материалов в поле нейтронов ................................................ 528 
24.9.  Альбедо нейтронов ..................................................................................... 529 
Задание 24 .............................................................................................................530 
Список литературы ..............................................................................................533

ЛЕКЦИЯ 25. Защита от фотонейтронов тормозного излучения .............. 535 
25.1.  Расчет первичной и вторичной защиты ................................................... 537 
25.2.  Расчет лабиринта от фотонейтронов ........................................................ 549 
25.3.  Наведенная активность .............................................................................. 555 
Задание 25 .............................................................................................................556 
Список литературы ..............................................................................................557
ЛЕКЦИЯ 26. Источники излучения и выбросы АЭС. Защитные 
                         материалы от нейтронного излучения ................................. 559 
26.1.  Источники излучения в активной зоне реактора .................................... 559 
26.2.  Источники излучения в технологическом контуре ................................ 564 
26.3.  Защита корпуса реактора ........................................................................... 566 
26.4.  Выбросы АЭС в окружающую среду ....................................................... 567 
26.5.  Защитные материалы от нейтронного излучения ................................... 570 

26.5.1.  Защитные материалы для стационарных источников нейтронов 571
26.5.2.  Защитные материалы для транспортных источников нейтронов 574

Задание 26 .............................................................................................................577 
Список литературы ..............................................................................................578 

ЧАСТЬ 5. РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ЛЕКЦИЯ 27. Основы радиационной безопасности ..................................... 579 
27.1.  Классификация лучевых поражений организма человека ..................... 579 
27.2.  Организация работ с источниками ионизирующих излучений ............. 581 

27.2.1.  Общие положения...............................................................................581
27.2.2.  Работа с закрытыми источниками излучения и устройствами,

генерирующими ионизирующее излучение ......................................... 584 

27.2.3.  Работа с открытыми источниками излучения

(радиоактивными веществами) ......................................................... 586 

27.2.4.  Радиационная безопасность населения при воздействии

природных источников излучения ..................................................... 593 

27.2.5.  Облучение работников ....................................................................... 594 
27.2.6.  Основные правила обращения с радиоактивными отходами........ 595 
27.2.7. Методы и средства индивидуальной защиты и личной гигиены

персонала ............................................................................................... 597 

27.2.8.  Радиационный контроль при работе с техногенными

источниками излучения ...................................................................... 599 

27.2.9.  Задачи службы радиационной безопасности .................................. 601 

27.3.  Требования по ограничению облучения населения в условиях

радиационной аварии. Уровни вмешательства. ..................................... 602 

27.4. Основы безопасной перевозки радиоактивных веществ ....................... 606 
Задание 27 .............................................................................................................614 
Список литературы ..............................................................................................615 
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Программа «Компьютерная лаборатория» ............... 617 
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ТАБЛИЦЫ, ГРАФИКИ ................................................. 635 
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ........................................................................ 692 

ПРЕДИСЛОВИЕ

В основу данного учебного пособия положен курс лекций, который

автор много лет читает студентам, бакалаврам и магистрантам Физикотехнического и Энергетического институтов Томского политехнического 
университета. 
Пятое
издание 
по 
сравнению 
с 
четвертым
является 

расширенным.
Внесены некоторые изменения и исправления в текст 

предыдущего издания, а также добавлен новый раздел (пять лекций) «Защита 
от нейтронов». Теперь в материале учебного пособия рассматриваются 
вопросы защиты
от большинства типов излучений, которые человек 

использует в практических целях.

Учебное пособие «Лекции по радиационной защите» состоит из 

двадцати семи лекций и двух приложений. В конце каждой лекции имеются 
задания с контрольными вопросами и задачами. Пособие содержит большое 
количество таблиц и номограмм, необходимых для проведения расчетов 
защиты. Программа «Компьютерная лаборатория», описание которой дано в 
приложении, позволяет проводить численные эксперименты (лабораторные 
работы) по моделированию полей излучения заряженных частиц и фотонов и 
рассчитывать защиту от гамма-излучения радионуклидов, рентгеновского и 
тормозного излучения. В литературе, списки которой приведены в конце 
каждой 
лекции, 
можно 
найти 
дополнительную 
теоретическую 
и 

практическую информацию, полезную при изучении материала данной главы.

Учебное пособие предназначено в первую очередь для студентов, 

бакалавров и магистрантов, обучающихся по специальности «Радиационная 
безопасность человека и окружающей среды», но будет полезно студентам, 
аспирантам и инженерам всех специальностей, связанных с защитой от 
ионизирующих излучений и их применением.

Замечания и пожелания можно направлять по адресу: bvi@tpu.ru

В.И. Беспалов