辐射屏蔽 （radiation shielding）利用辐射与材料原子的互相作用来降低某一区域的辐射水平，以达到保护环境、减少人体受辐照量的一种辐射防护技术。
辐射分类 辐射又称为射线，泛指核衰变或核裂变放出的粒子，和由加速器或核反应产生的各种粒子。分为带电粒子辐射和非带电粒子辐射。
带电粒子辐射 包括电子和重带电粒子辐射。①核衰变中发射的带有负电荷的电子称为b射线；由加速器产生的高能量连续电子束或脉冲电子束，若为正电荷则被称为正电子。②重带电粒子是部分或全部失去核外电子的各种原子核，它们都带正电荷，如a粒子和质子。裂变碎片是质量较大的重带电粒子。
非带电粒子辐射 可分为电磁辐射和中子。①电磁辐射包括g射线和x射线两类，g射线是指由核发生的（称为特征g射线）或由物质与反物质之间的湮灭过程中产生的电磁辐射（称为湮灭辐射）；x射线是指由处于激发态的原子退激时发出的电磁辐射（称为特征x射线）或带电粒子在库仑场中慢化时所产生的电磁辐射（称为韧致辐射）。②中子由核反应、核裂变等过程产生，中子是电中性的。
辐射与物质的相互作用 带电粒子辐射和非带电粒子辐射与物质的互相作用过程有显著的差异。①带电粒子通过物质时，会与物质的核外电子或原子核的库仑场发生互相作用。对于质子、a粒子以及裂变碎片等重带电粒子而言，主要是通过与物质中轨道电子间的库仑场作用，以直接致电离辐射方式将其能量传递给物质，只有极少数入射粒子通过与物质的核作用而发生大角度散射传递能量。②非带电粒子以间接致电离辐射方式在物质中沉积能量，例如：x射线和g射线将其全部或部分能量传递给物质的核外电子，产生次级电子；中子几乎总是以与物质中的原子核发生核反应或核裂变，产生次级重带电粒子；然后，所产生的带电粒子在物质中发生直接致电离辐射。
a粒子辐射屏蔽特性 a粒子电离能力很强，射程很短，用一张普通的纸就能阻止它。虽然a粒子不能穿透皮肤，不需要担心其外照射，但是应特别重视预防它的内照射，如果含a粒子的物质经消化器官、呼吸器官或伤口积蓄在体内，就能使局部组织严重损伤。例如钚，它易蓄积在骨髓中，微量蓄积就能致命。
b粒子辐射屏蔽特性 b粒子与物质互相作用的能量损失率远小于a粒子，而且其径迹要曲折得多，由于b粒子与物质原子的轨道电子质量相同，单次碰撞可能损失大部分能量并发生大的方向偏转。b射线在物质中的射程不大，穿过人体组织的距离较短，例如， 90Y发出的最大能量为2.28MeV的b粒子，它在人体组织中的射程约为1g/cm2。在接触b辐射源的操作及设备维修时，应防止皮肤的局部烧伤。操作b辐射源的工作箱应采用低原子序数的材料（例如铝或有机玻璃），以减少b粒子产生的韧致辐射。此外应关注对b辐射源内照射防护。
光子辐射屏蔽特性 与带电粒子不同，光子（包括g射线和x射线）不能像带电粒子那样通过不断地与原子作用产生电离与激发而不断地损失能量。g射线在通过物质时主要通过光电效应、康普顿散射和电子对形成等过程把能量传递给物质原子的电子而本身被减弱或吸收。①光电效应是光子把全部能量传给电子，使电子从原子的束缚中释放出来，而光子本身消失掉，这对低能g光子（能量小于几百keV的g光子）的吸收起主要作用。②康普顿散射是光子与自由电子发生非弹性碰撞，把部分能量传给电子，同时改变自己的方向和能量，对降低中能g光子（能量在几百keV和几MeV之间）的能量起主要作用。③电子对形成是g光子与核的库仑场发生作用，g光子完全湮没，其能量转换成一对正负电子的质量和动能以及反冲核的动能，对高能g光子（能量大于几MeV）的吸收起主要作用。
g射线的穿透能力较强，能够进入或穿透人体组织。质量密度大的材料可以有效地吸收g射线，通常采用铅、钢、混凝土等作为屏蔽材料。
中子辐射屏蔽特性 中子进入物质，多数情况是通过弹性散射和非弹性散射将其能量传递给物质的原子核，慢化成热中子或超热中子，然后通过辐射俘获等过程被物质原子核吸收。①弹性散射是中子和物质的原子核发生弹性碰撞（质心系），把部分或全部能量（取决于中子与原子核碰撞前各自运动方向的夹角）传给反冲核，同时改变自己的能量和运动方向。反冲核的质量越小，一次碰撞的中子平均损失能量越多，例如对能量为2MeV的快中子与氢核平均碰撞18次就可以慢化成热中子；而2MeV的快中子与铅核碰撞则大约需要2000次才能慢化成热中子。②非弹性散射通常先形成复合核，在发射中子后反冲核除得到动能外，其本身还处于激发态，并通过放出g光子而回到基态。非弹性散射发生的概率随中子能量和物质原子序数的增加而增加。一次非弹性散射可以把相当多的能量传给反冲核，所以非弹性散射是快中子（能量大于1MeV）减速的主要过程。辐射俘获反应（n，g）是中子被物质吸收的最后一个过程。大多数核素都易与热中子发生（n，g）反应，少数核素还易与超热中子发生共振吸收反应。
快中子有很强的穿透能力，应选择与中子发生核反应截面大的材料作为中子辐射的屏蔽材料。快中子屏蔽材料应具有以下特性：①质量密度大，例如钢等，可以通过非弹性散射把快中子慢化下来；②含有足够多的氢，例如水等，可以有效地把非弹性散射阈值以下的中子慢化为热中子；③含硼、钆、铪等热中子吸收截面大的材料，有效吸收热中子。
关注点的辐射水平 为了保护环境和工作人员的健康，应根据工作人员接近辐射源的种类、频率和时间，确定各个关注点不同的辐射水平，分区进行屏蔽。
屏蔽设计 依据辐射源的类型和强度，选择屏蔽体材料和形状，通过计算分析确定屏蔽体的厚度，使关注点的辐射水平不大于限定的目标值。
屏蔽方式 针对辐射场的特点，通过选用几种合适的屏蔽体材料、厚度以及分层组合，可以获得良好的辐射屏蔽效果，达到屏蔽体体积小、重量轻的目的，同时还要考虑结构稳定性好和建造成本低的因素。例如对于具有快中子、热中子和g射线辐射的反应堆屏蔽，在屏蔽体前端应优先考虑将快中子慢化成热中子的材料，中部侧重考虑吸收热中子的材料，后端主要考虑g射线的材料。
在核设施辐射场所的人员出入口宜采用屏蔽门或迷宫式的屏蔽体结构，保护场所外人员的安全；在屏蔽体中有贯穿件的部位，也应采用迷宫式的局部屏蔽，防止辐射泄漏。人员进入辐射水平高的部位检修设备时，可考虑采用可移动的局部屏蔽。
核电厂房的屏蔽 一般采用两级屏蔽的方式，即反应堆的屏蔽（一次屏蔽）和反应堆冷却剂系统的屏蔽（二次屏蔽）。一次和二次屏蔽的概况见图。
反应堆厂房一次和二次屏蔽示意图
核电厂中的反应堆是辐射源发源地，在通过核裂变产生能量过程中，伴随着发射高强度的中子和g射线，辐照堆芯材料中的原子核持续进行裂变、散射、吸收等各种核反应，源源不断地产生和累积大量裂变产物和活化产物。一个发电能力为1000MW的反应堆，在满功率运行时其g射线能量发射率接近1021MeV/s，中子发射率约为1020n/s。停堆之后，堆芯内中子数迅速衰减，但裂变产物和活化产物的g射线仍可达1020MeV/s。
一次屏蔽的主要对象是中子和g射线，屏蔽体由压力容器内的多重钢、水屏蔽和压力容器外周围厚约2m的环形混凝土墙等构成。几层钢、水屏蔽分别是堆芯隔板、堆芯筒体、热屏蔽、压力容器及其中间的水层构成的。这些屏蔽除了具有安全防护的目的外，还有一些工程上的考虑，如热屏蔽可用来保护压力容器的机械性能，不致因过量的中子照射而变坏；降低混凝土中的发热以及防止屏蔽体外设备的活化等。中子屏蔽设计主要是防止这些设备的活化，g屏蔽设计主要保证在停堆后来自反应堆内的辐射水平低于来自这些管道和设备的辐射的水平。
二次屏蔽的辐射源主要是反应堆运行时堆芯快中子照射冷却剂中的16O发生（n，p）反应生成能发射高能g的放射性核素16N，此外还有从破损燃料元件泄入冷却剂中的裂变产物和被中子活化的结构材料腐蚀产物等。包括反应堆冷却剂系统四周的环形吊车承重墙及其上面的水泥操作地板，也有把安全壳的混凝土结构算做是该屏蔽组合的组成部分。主要是为保护工作人员的健康，降低反应堆厂房周围环境的g辐射水平。
核燃料循环的屏蔽 核燃料循环是指核燃料的获得、使用、处理和回收利用的全过程。核燃料循环通常可分为前端和后端。①前端包括铀矿勘探和开采、矿石加工（选矿、浸出、沉淀等多种工序）、铀的提取、精制、浓缩、转化、燃料元件制造等。在核燃料循环的前端工艺中，涉及的是锕系天然放射性核素的辐射，这些放射性核素衰变时放出a粒子或b射线，伴随有不太强的g射线，因此应着重关注内照射的防护。②后端包括核燃料经反应堆辐照以后的乏燃料贮存和后处理。经反应堆长期的中子辐照，乏燃料中积存了大量的裂变产物、锕系和其它活化产物的放射性核素，这些放射性核素衰变时除了包括a粒子、b射线和g射线等所有类型的辐射外，还有少量自发裂变和(α，n)反应中子。由于乏燃料具有很强的g射线，因此屏蔽设计的主要工作是对g射线的辐射屏蔽，并兼顾适当的中子屏蔽。
加速器的屏蔽 加速器是利用电磁能将带电粒子加速到较高能量，轰击特定的靶核，通过核反应产生所需种类粒子的装置。加速器包括有高压倍增器、直线加速器、回旋加速器和高能加速器等很多种类，用于科学研究或工业生产。
加速器运行时会产生很强的辐射和材料的活化，辐射类型和强度取决于加速器的用途，应采取有针对性的屏蔽措施。由于装置材料可能被活化，加速器停闭时，也要限制人员的进入和滞留时间。
核技术应用中的屏蔽 核辐射已在核技术领域得到了广泛的应用，例如：材料厚度测量或缺陷探测、核医学、辐射育种、辐照成像等不胜枚举。
核技术应用中的辐射源多种多样，包括有放射a粒子、b射线、g射线或中子单一类型的辐射源，也有这些类型辐射源的组合。因此，需根据辐射源的类型和强度有针对性进行屏蔽设计。
参考文献：J.Kenneth Shultis, Richard E.Faw. Radiation Shielding. Prentice Hall PTR, 2000.
潘自强主编，中国环境百科全书 核与辐射安全，中国环境出版社，北京，2015