电离辐射剂量与防护课件(5)

1、电离辐射剂量与防护第二讲第二讲 照射量照射量 一束一束或或x x射线穿过空气时与空气发生相互作用射线穿过空气时与空气发生相互作用而产生次级电子而产生次级电子, ,这些次级电子在使空气电离而这些次级电子在使空气电离而产生离子对的过程中产生离子对的过程中, ,最后全部损失了本身的能最后全部损失了本身的能量。照射量是表示量。照射量是表示或或x x射线在空气中产生电离射线在空气中产生电离大小的物理量。大小的物理量。一、照射量、照射量X (Exposure )1.定义（定义（Definition）d Qxd mdmdQ为光子在质量为为光子在质量为dm的空气中释放的全部电子（包括负的空气中释放的全部电子（

2、包括负电子和正电子）完全被空气阻止时，在空气中所产生的一电子和正电子）完全被空气阻止时，在空气中所产生的一种符号离子总电荷的绝对值。种符号离子总电荷的绝对值。单位：单位：Ckg-1 1R=2.5810-4 Ckg-1必须注意的是：必须注意的是：（1）定义中的）定义中的dQ并不包括在所考察的体积元的空气中释放并不包括在所考察的体积元的空气中释放出来的次级电子产生的韧致辐射被吸收后而产生的电离。实出来的次级电子产生的韧致辐射被吸收后而产生的电离。实际测量时，由此种方式产生的电离对际测量时，由此种方式产生的电离对dQ的贡献，仅当光子能的贡献，仅当光子能量很高（大于量很高（大于3兆电子伏）时才显得重要

3、。兆电子伏）时才显得重要。（2）按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件。）按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件。 2.特性（properties） 次级电子的轫致辐射被吸收而产生的电离电荷，不包括在dQ之内； dm之外释放的次级电子，在dm之内产生的电离电荷，不包括在dQ之内； 其中(e/W)a表示照射量是X或射线在空气中的碰撞比释动能的电离当量。 )()()()()(,hdWeWeKdmWedXhahenaaacactrcut对于单能光子 ()()()() enenaaaaeexhWW二照射量率二照射量率 （Exposure rate）X1.定义 X单位：Ckg-1s-1或Rs

4、-1=dX/dt对单能光子辐射场: aaenaaenWehWeX)()()()(三三X和和 值得说明的问题值得说明的问题含义含义: 自由空间或不同于空气的材料内某一点的照射量自由空间或不同于空气的材料内某一点的照射量或照射量率的概念或照射量率的概念可以用空气碰撞比释动能可以用空气碰撞比释动能Kc,a来取代照射量来取代照射量 原因：原因：a. 由电离电荷量到能量的换算（乘以由电离电荷量到能量的换算（乘以(w/e)a因子）很不方便因子）很不方便 b. Exposure的含义容易混的含义容易混对于点源：对于点源：X第三讲第三讲 吸收剂量吸收剂量D D（Absorbed doseAbsorbed do

5、se） 一、沉积能（一、沉积能（energy deposited） 1.定义定义 单次相互作用中沉积的能量单次相互作用中沉积的能量 ESEEQ2.典型作用过程分析典型作用过程分析带电粒子与原子电子碰撞过程带电粒子与原子电子碰撞过程 ()EkEEEhv电子对生成过程电子对生成过程 2() 2EhvEEmc自发核转变过程自发核转变过程 ERQhvEB二、授与能二、授与能（energy imparted） 1.能量沉积事件（能量沉积事件（energy deposition event） 由某个电离粒子或某组相关的电离粒子给指定沉积内由某个电离粒子或某组相关的电离粒子给指定沉积内物质授与能量的事件。物

6、质授与能量的事件。 2.某一能量沉积事件的授与能某一能量沉积事件的授与能1 某个电离粒子或某一组相关的电离粒子在指定体积某个电离粒子或某一组相关的电离粒子在指定体积V内内发生的所有的相互作用中沉积能之和。发生的所有的相互作用中沉积能之和。(1)定义(2)通用表达式1E1inoutEEEQ12.2151.022neBEEhvMevMev一次能量沉积事件的授与能示意图En16O(n,)13ChBe+13Ch e-EeQ=-2.215MeV3.总授与能 4.平均授与能 都是随机量 是非随机量 iinoutEEEQ1, ()no u tino u tSvEEQRRQd AQdQd ivd Vd V 3

7、.总授与能 4.平均授与能 都是随机量 是非随机量 三、吸收剂量三、吸收剂量D （Absorbed dose）1.定义 001limlimmvDmVdDdmd电离辐射授与质量为dm的物质的平均能量 单位为：J.Kg-1(Gy)，也可用 rad11QdDdivdvdV 在稳恒辐射场中： ,4,4()(,;,)cutcutEEEEEEdivdEESddEEEdE dm内无自发核转变时：()()()()()()cutEEEEEEEEddvEEEEddDdmdvEDE dE ( )( )cutesSEEDqE dE n( )E( )E ：能量为E的粒子在密度为的介质中穿过单位长度路程时 发生相互作用的

8、几率； ： 能量为E的粒子在一次相互作用中授与能的期望值； dm内有自发核转变时：snS ：单位质量介质中发生自发核转变的次数； ：每次核转变过程中授与能的期望值。讨论：讨论：（1）如果已知辐射场、作用介质和作用参数的详细资料，原则上可以用上述公式计算D，但实际上很难做到； （2）核和基本粒子的转变以及不带电电离粒子与物质相互作用，作为基本过程的沉积能E对D的贡献可以忽略； （3）D的简化表达式：,.cut jcol jcol jEE jjSKdE D=Kcol,j：发生相互作用的带电粒子与原子电子碰撞时损失的动能中变为沉积能（即不以粒子、俄歇电子、特征X射线或中和过程释放的光子形式辐射出的能

9、量）的份额2.辐射平衡与吸收剂量(1)完全辐射平衡（完全辐射平衡（Complete radiations equilibrium ,CRE） 定义 辐射平衡inoutdRdRdVRinRout典型例子典型例子 （a）PE=常数 (b) 介质和源的均匀分布D的表达式的表达式111().dQdSDEdVdV 表示辐射源每次核转变相关联的由静止质量转变成的辐射能的期望值 1E(2)带电粒子平衡（charged particle equilibrium,CPE） 定义： 典型例子： a. PE，C处处相等； b.均匀的带电粒子发射体 V内存在CPE c.均匀不带电粒子辐射场照射，不带电粒子释放的带电粒

10、子,0c inc outcdRdRdiv 对不带电粒子辐射场，在CPE下, ,cut jeu jce j uEjDKdE平衡厚度（Equilibrium thickness，ET）m axE TR(3)粒子平衡（Delta particle equilibrium） 描述带电粒子辐射场描述带电粒子辐射场定义： D的表达： 其中其中Pcol,j表示初级带电粒子通过电子库仑碰撞损失表示初级带电粒子通过电子库仑碰撞损失的能量中，转变成受激原子退激发时放射的特征的能量中，转变成受激原子退激发时放射的特征X射线射线和释放的和释放的粒子在慢化过程中产生的轫致辐射两部分光粒子在慢化过程中产生的轫致辐射两部分

11、光子电离辐射能份额。子电离辐射能份额。0div,. . .1( )cut jc l jE P jcol jEjSDPE dE在低原子序数介质中，在低原子序数介质中， ，故，故D可简化为可简化为 .0col jP. .cut jcol jE P JEJSDdE（4）部分粒子平衡（Partial delta particle equilibrium） 描述电子辐射场 定义： D的表达式： 0div.(1)cutcolE PcolEE PSDPdELDdE在低原子序数取介质中(5)过渡平衡（Transient equilibrium）定义：( )( )dcD zeKz与Z无关( )( )dcD ze

12、Kz与Z无关讨论：讨论： a. d随入射光子能量的上升而加大，而且依赖于介质对光子随入射光子能量的上升而加大，而且依赖于介质对光子的散射截面的角分布。的散射截面的角分布。 b. d值与介质对电子的散射本领也有关系，因为散射作用能值与介质对电子的散射本领也有关系，因为散射作用能降低次级电子的非各向同性程度。降低次级电子的非各向同性程度。 c.空气与介质交界面处的吸收剂量值很低空气与介质交界面处的吸收剂量值很低 电子在空气中的射程远远大于在液体或固体中的射程。电子在空气中的射程远远大于在液体或固体中的射程。 光子在空气中产生的电子将向侧面发散，射束轴上的电光子在空气中产生的电子将向侧面发散，射束轴上的电子注量远小于介