电离辐射剂量与防护康玺

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第1.3节

剂量学基本概念引言

1.剂量学的研究对象：研究辐射能量在物质中的转移过程、能量 沉积的分布以及它的测量和计算的方法。 2.剂量防护学中(三类物理量)辐射量(Radiation quantities) Radiometric quantities(辐射计量学量):描述辐射场自身固有 特性。

Dosimetric quantities(剂量学量):描述辐射能量在物质中的 转移和沉积(K、X、D)。Radiation protection quantities(辐射防护量):用品质因数加 权的吸收剂量。2

前节回顾Ionization radiation field(电离辐射场): 电离辐射居留的空间。 1、粒子数和辐射能 Particle number(粒子数)N:发射、转 移或接受的粒子数目， 单位是1。 Radiant energy(辐射能)R:发射、转 移或接受的辐射粒子的能量(不包括静 止能),单位是J。 3

2、通量、注量和注量率

(1)Flux(通量):表征辐射场中粒子或能量在时间上的频繁程度。 :N dN / dt Particle flux(粒子通量)N :R dR/dt Energy flux(能量通量)R

,s-1

,j.s-1

(2)Fluence(注量):表征辐射场的空间疏密 程度。 特例：单向辐射场da┴ θ

da

3.角分布和辐射度 Angular distribution(角分布):描述粒子入射方向的分布。

A 4 r 2

ni

i

d r 2 sin d d / r 2

d / d d 2 N / dad 5

Radiance(辐射度):注量率的角分布 Particle radiance(粒子辐射度)p: 3 P= d / d d N / dadtd Energy radiance(能量辐射度)r:

r d / d d 3 R / dadtd 单位：w. m-2.sr -1

4

rd 0 0

2

r sin d d 6

0

4 辐射度谱分布

pE. j (r ) dp j ( E, r) / dEPJ ( E.r ) pE. j (r )dE0 E

p j (r ) p j ( .r ) pE. j (r )dE0

pE. j (r) d 4 N j (t, E, , r ) / dtdEd dapE,J(r)能揭示辐射场的最详尽的内涵，是完整的描述辐 射场的一个辐射学量。

5、相互作用系数A、带电粒子(e、 、重带电粒子)总阻止本领: 总线阻止本领带电粒子通过物质时在单位路程上损失的 能量。 dE J m-1 s dl - dE是dl距离上损失能量的数学期望值。 总线阻止本领与带电粒子的性质(电荷、质量、能量)和物质的 性质(原子序数、密度)有关。去除物质密度的影响可得到总质 量阻止本领公式：s/ 1 dE dl

Jm2kg-18

总质量阻止本领描述带电粒子在物质中穿过单位路程时，因各种相 互作用而损失的能量。它可分解为各种相互作用阻止本领之和。

S / ( S / )c ( S / ) r质量碰撞阻止本领(包括电离和激发对能量损失的贡献)

( S / )c

1

1

dEc / dl

质量辐射阻止本领(由非弹性辐射相互作用导致的初级带电粒子的 能量损失决定)

(S / )r

dEr / dl9

B、不带电粒子(X 、 、中子)

tr /

1 dEtr dl NE

质量减弱系数( / ):描述物质中入射不带电粒子数目的减 小，不涉及具体物理过程。单位：m2kg-1 质量能量转移系数( tr/ ):描述不带电粒子穿过物质时，其 能量转移给带电粒子数值。只涉及带电粒子获得的能量，而不 涉及这些能量是否被物质吸收。单位：m2kg-1 质量能量吸收系数( en/ ):描述不带电粒子穿过物质时，不 带电粒子被物质吸收的能量。单位：m2kg-1

en / ( tr / )(1 g )

当次级带电粒子动能较小、物质原子序数较低时，轫致辐射弱， g值接近于零，此时 en/ 值近似 tr/ 值。 数值上：质量减弱系数( / )>质量能量转移系数( tr/ )> 质量能量吸收系数( en/ )10

本节主要内容比释动能K(Kerma) 照射量X (Exposure)

吸收剂量D(Absorbed Dose)辐射平衡(Radiation Balance)

一、比释动能K(Kerma)1.1 描述对象：不带电粒子在物质中传递能量过程：第一阶段：由不带电粒子 →次级带电粒子(PE、CE、PP等) 第二阶段：次级带电粒子 →作用介质(碰撞)

两个阶段的能量转移发生在介质中的不同地点 研究不带电粒子在介质中的能量转移，有必要对二个阶段 (过程)分别考虑 比释动能是描述不带电粒子在物质中转移能量的第一阶段的 一个物理量 12

1.2、Energy transferred (转移能)εtr (1)定义 在指定体积V内由不带电粒子释放出来的所有带电 的电离离子初始动能之和，用εtr表示，单位是J。 PP

tr E E hv 2mc hv Q2

电子对生成过程中反应能为Q=-2mc2,mc2为正负电 子的静止质量能。13

1.2、Energy transferred (转移能)εtr(1)定义 在指定体积V内由不带电粒子释放出来的所有带电的 电离离子初始动能之和，用εtr表示，单位是J。PP+EA

电子对中的正电子发生 了湮没，该情况下对出 射光子的记录是否需要 统计光子对hν1、 hν2???2

结论：不需要统计出射光 子对能量，原因光子对能 量来源于正电子，正电子 能量属于转移能。

tr E E hv 2mc hv Q电子对生成过程中反应能为Q=-2mc2,mc2为正负电 子的静止质量能。14

(3) εtr通用表示方法 综上分析:在指定体积中的转移能εtr可表示为nr tr Eu ,in Eu ,out Q

式中：∑Eu,in是进入体积V的所有不带电粒子的能量,但不包括带电粒

子的静止能量。∑E n γu,out

是从体积V逸出的不带电粒子的能量,但不包括不带

电粒子的静止

质量能和次级带电粒子动能辐射损失逸出的部分。∑Q是入射的不带电粒子在体积V内引起的任何核和基本粒

子的转变中,所有相关的核和基本粒子静止质量能改变(质量减少时 为正,增加时为负)的总和。15

1.3、比释动能K(1) 定义 其中,

K d tr dm

d tr 是由不带电粒子在质量为的无限小体积内释放出

来的所有带电粒子的初始动能之和(即转移能)的期望值. 单位:戈瑞(gray),简写Gy,1Gy=1JKg-1; 拉德(rad),1rad=10-2Gy。