电离辐射剂量与防护

电离辐射剂量学：研究电离辐射能量在物质中的转移和沉积的规律，特别是转移和沉积的度量（量的定义、测量、计算等）的科学。

剂量计算或测量两种基本途径：

（1）辐射场本身测量—辐射场粒子数、辐射的能谱分布、辐射能量沉积本领

（2）直接或间接测量沉积能量

第一章回顾

1、辐射的分类

i.电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，如α粒子、β粒子、质子、中子、X 射线和γ 射线等。

ii.非电离辐射：与物质作用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红外线等。

2、辐射场的描述

⏹ 粒子注量定义：

⏹ 单向辐射场：粒子注量φ，数值上等于通过与粒子入射方向垂直的单位面积的粒子

数。

按能谱分布：

3、相互作用系数

A 、带电粒子（e 、α、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 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）

()/E d E dE

Φ=Φ0

()E

E E dE

Φ=Φ⎰能量注量： da

dE ft /=ψ能量注量与粒子注量的关系 ⎰=m a x 0E E EdE φ

ψda dN /=φdl dE s =

有关。去除物质密度的影响可得到总质量阻止本领公式：

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。

质量碰撞阻止本领（包括电离和激发对能量损失的贡献）

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）

笔形束辐射在水模中的纵向能量沉积

X 、 γ射线与物质作用类型：

光电效应

康普顿效应

电子对生成

中子与物质相互作用类型:

⏹ 弹性散射

（Elastic-scattering ）：总动能守恒。

⏹ 非弹性散射（In-elastic scattering ）：总能量、动量守恒，动能不守恒。

⏹ 去弹性散射（Non-elastic scattering ）：（n.p ）（n.α）等。

⏹ 俘获（Capture ）：（n.γ）。

⏹ 散射（Spallation ）

以上均属与原子核的相互作用。

B 、不带电粒子（X 、γ、中子）

⏹ 质量减弱系数（μ/ρ）：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。

⏹ 质量能量转移系数（μtr/ρ）：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。

⏹ 质量能量吸收系数（μen/ρ）：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。

⏹ 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μen/ρ 值近似μtr/ρ值。

⏹ 数值上：质量减弱系数（μ/ρ）>质量能量转移系数（μtr/ρ）>质量能量吸收系数（μen/ρ）

4、辐射剂量学中使用的量

A 吸收剂量（D ）

⏹ 同授与能（ε）相联系，单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。

⏹ /(/)(/)c r S S S ρρρ=+1(/)/c c S dE dl ρρ=1(/)/r r S dE dl

ρρ=dl dE s ρρ1/=)1)(/(/g tr en -=ρμρμdm d D /ε=

单位Gy 。适用于任何类型的辐射和受照物质，与一个无限小体积相联系的辐

射量。受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值。

B 、比释动能（K ）

同转移能（εtr ）相联系，不带电粒子在质量dm 的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值。

单位Gy 。针对不带电粒子，对受照物质整体，而不对受照物质的某点而言。

实用时可先查比释动能因子表（国际上给出比释动能因子的推荐值），进而求得比释动能。

C 带电粒子平衡

不带电粒子在某一体积元的物质中，转移给带电粒子的平均能量，等于该体积元物质所吸收的平均能量。发生在物质层的厚度大于次级带电粒子在其中的最大射程深度处。

吸收剂量与比释动能的关系

带电粒子平衡下

D=K （1-g ）

g 是次级电子在慢化过程中，能量损失于轫致辐射的能量份额。

对低能X 或γ射线，可忽略轫致辐射能量损失，此时

D ＝K

C 、照射量（X ）

X 或γ射线在单位质量的空气中，释放出来的全部电子完全被空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。 单位C/kg 。针对X 或γ射线、空气。空气中各点的照射量不同。

空气中某点的照射量X 与同一点处的能量注量ψ的关系：

若粒子为单能的，则照射量与粒子注量有如下关系：

第二章回顾

1、照射量的标准测量方法

A 自由空气电离室

适用于测量50keV~3MeV 的X 或γ射线，基本原理根据照射量定义。

比释动能 B 空腔电离室

测量较高能量的X 或γ射线的照射量，特点增加电离室的壁厚。测量依据布拉格—戈瑞原理。

条件：介质内存在的空腔足够小以致

i 腔内的气体电离几乎全部是介质中的次级电子引起的；

ii 空腔的存在不会改变介质中初始光子和次级光子的能谱和角分布；

iii 空腔周围介质厚度大于次级电子在其中的最大射程。

ρ

V Q X =VP

Q g e W K a a a ⋅-⋅=11dm d K tr /ε=φ

⋅=k f K dm

dQ X /=)

/()/(a a en w e X ⋅=ρμψφ

x f X =)/()/(a a en x w e E f ⋅=ρμ