放射防护课件8.辐射测量的方法

（三）、电离电荷测量电流
由于X、γ射线在电离室中产生的电离电荷量非常 小，所形成的电离电流在10-6-10-15A之间，因此测 量如此微弱的电流信号就要求其测量电路要有较 强的抗干扰性，有较高的输入阻抗，有较大的放 大倍数。
一般情况下，我们不直接测量电离电流，而是通
过一个积分放大器，将电离电流在一个积分电容
为了满足上述要求，设计了一些特殊电离室如 外推电离室和平行板电离室。
（四）特殊电离室
外推电离室实际上是一个空腔体积可以改变的 平行板电离室，原先是为测量X(γ)射线吸收剂 量设计的，现在更多地用来测定电子束的吸收 剂量。
通过测量以电极间距离作为函数的单位体积内 的电流，然后利用外推空腔体积无限小时（电 极间距离为零）来估计表面剂量。
辐射测量的基础：放射线与物质相互作用可以产生 各种效应，这些效应都可以成为射线测量的基础。
如应用射线的电离作用、热作用、感光作用、荧光 作用可以制作各种电离室，闪烁计数器、荧光玻璃 剂量计、热释光剂量计、胶片剂量计等。
在对射线测定时，应根据实际情况，考虑仪器的测 量量程、能量响应、读数建立时间、仪器的灵敏度、 精确度等因素。
因此，所测照射量往往偏离正确值，须进行 适当校正。
Q
X a(L L) i ki (C / kg)
Ki是仪器和测量过程中存在的许多缺陷所引进的 各种修正因子，其中包括入射线束从入口光栏到测 量体积这一距离上的衰减引起的电荷补偿不足，散 射光子形成的多余电子产生的额外电离，阻止在电 离室壁中的电子损失，离子收集过程中造成的复合 损失，以及由于温度和气压偏离标准状况而引起的 空气电离密度的变化等。
（四）特殊电离室
平行板电离室除电极间距离不能变化外，类似于 外推电离室。平行板电离室电极间的距离很小 （~2mm），壁或窗非常薄（0.01~0.03mm）。
许多国家和国际学术组织都推荐使用平行板电离 室用来校准放射治疗中的电子束。
第二节 吸收剂量的测定
•对医学和辐射防护学有意义的量是物质中某点的吸 收剂量。
压缩的空气壁可用空气等效材料代替，从而可 以制成实用型空气等效电离室。
电离室壁材料与空气的有效原子序数愈接近， 则实用型电离室与标准电离室的等效性愈好。
（一）实用型电离室
图（a）表示的电离室设想有圆形空气外壳，中 心为充有空气的气腔。
假定空气外壳的半径等于电离辐射在空气中产生 的次级电子的最大射程，满足进入气腔中的电子 数与离开的相等，电子平衡就存在。
吸收体吸收了射线能量后，温度升高，借助微 型测温器件（热电偶或热敏电阻）测出吸收体 温升，计算出吸收体吸收的能量，以求出小块 吸收体材料中的吸收量D：
D d dE
dm dm
dm为吸收体质量；dε为射线授与该吸收物体平 均能量；dE为以热量形式出现的能量。
在实际测量中，以热量形式出现的能量，并非 是直接测量出来的，而是根据导热系统计算出 来的。其具体做法是：把已知的电能dEc，通过 导线引入电加热丝，对吸收体加热，观察其相 应的温升dTc，这样dEc/dTc便表示每单位温升相 应的能量吸收。
二、实用型电离室
标准型电离室体积庞大，应用技术较 为复杂，当X、γ光子能量较高时，建 立“电子平衡”的空气厚度较大，因 此它只能作为标准电离室放置在国家 标准实验室内作为次级标准计量仪使 用，而不能作为现场测量仪器。
• 如果我们将“收集体积”外的空气进行压缩， 则既能满足“电子平衡”条件，同时又可以大 大缩小电离室体积。
例如，对100~250kV的X射线，其空气等效壁 的厚度约为1mm，就可达到电子平衡。
（一）实用型电离室
•图7-2c是一个典型的实用型柱形电离室示意图。
•电离室室壁材料与中心电极的有效原子序数应 与自由空气基本等效。
•这一前提可以保证电离室室壁内释放的次级电 子的能谱与空气相似。
•最常用的室壁材料有石墨、电木或塑料。
•实际上室壁材料的有效原子序数一般低于空气 的有效原子序数7.67，接近于石墨的有效原子 序数6.0。
•结果造成室壁电子在空气腔内产生的电离略小于 在自由空气电离室中产生的电离；
•但中心电极的原子序数通常比较大，用石墨或铝 制成的收集极，它的尺寸和它在电离室中的位置、 几何形状可为上述损失提供补偿。
主要内容1
照射量的标准测量 1. 自由空气电离室 2. 实用型电离室
实用型电离室 电离室的校准 电离电荷测量电流 特殊电离室
主要内容2
吸收剂量的测量 1. 基本测量方法 2. 电离室方法 3. 其他方法（固体方法、化学方法）
第一节 照射量的测量
• 照射量实际上是以X、γ射线在空气中产生的 电离电荷的数量来反映射线强度的物理量，对 照射量的测量就涉及到如何收集、测量X、γ 射线所产生的微量电离电荷。
上充电，通过测量积分电容两端的积分电压来推
算积分电荷量。图7-3为常用的电荷测量电路。根
据运算放大器工作原理：
Q
U0
C
（四）特殊电离室
指形电离室不适合测量表面剂量，对于高能光 子束，为了测量在建成区内的剂量，探测器必 须很薄以至于穿过灵敏体积时没有剂量梯度； 另外，电离室受照射野的影响不明显。
Farmer型电离室基本结构
Farmer型电离室能量响应曲线
电离室壁材料为纯石墨(纯度99.99％)，中心 收集电极为纯铝材料(纯度99.5％)，极间绝缘 材料为聚三氯乙烯-氟乙烯化合物(PTCFE)， 灵敏体积为0.61土0.01cm2。
经实验确定，中心收集极的直径1.0mm，在 灵敏体积中的长度为20.5mm，使该种电离室 有很好的能量响应特性(1％一4％)。
为了消除使“收集体积”外产生的次级电子在 “测量体积”内电离电荷的贡献，“收集体积” 周围空气厚度必须大于次级电子的最大射程，从 而使次级电子在电离室内达到“电子平衡”。
收集电极用来收集电离室内产生的某一种符号的 离子，它被接到测量电荷的静电计上。
保护电极与收集电极相互隔开，但具有相同的电 位，用以使收集电极上的电场均匀，保证中间区 域的电力线垂直于电极。
as ds
在发散的情况下，能量注量按离开射线源距离 的平方减少，而射线束的截面积则随这一距离 的平方而增大。因而在离开射线源的不同距离 上，射线束的截面积与该截面上的能量注量的 乘积为常数，即
as s a0 0
Q

f l1 ( LL)
s (en
f l1
/ )
电离室在使用一段时间后仍需校准，校对时室温一
般为20℃，气压为760毫米汞柱。但在实际应用时，
往往偏离校正时的气温和气压，造成测量误差，故
对所测的数值应进行温度、气压校正。其校正系数
KTP为：
K TP

273.2 t 293.2
760 P
其中，t为测量时气温（t℃）；P为测量时气压 （毫米汞柱）。
放射线测量的分类：
通常医学放射诊断治疗过程中，所涉及的射线的测 量可分成两种情况：
一是辐射场分布的测量。如机房内射线分布、机房 外透射线、散射线强度，放射源输出量的大小等等。 这种情况通常我们以照射量大小来反映射线强度的 分布，因此，人们建立了照射量的测量方法。
二是放射学诊断、治疗中被检者、患者所接收的吸 收剂量的测量。虽然照射量与吸收剂量相比，是一 个辅助量，但直到现在，它的测量仍然是很重要的。 这是因为，由测得某点的照射量可以方便地换算出 其他物质中的吸收剂量。
•根据吸收剂量的定义，为了测定物质中某点的吸收 剂量，需要测量射线在介质中该点沉积的能量的大 小，然而直接测量射线在该点沉积的能量是很困难 的，通常情况下要利用探头取代该点为中心的一小 块物质，用该探头测量物质中该点吸收射线能量后 产生的理化变化，间接反映该点吸收的射线能量， 经过适当校准、刻度，从而给出该点吸收剂量大小。 因此选用的探头应该足够小，使它的引入并不显著 地干扰原来辐射场的分布。
一、吸收剂量的基本测量法
任何一种物质，当其受到辐射照射后，其吸 收的射线能量将以热的形式表现出来，吸收 的能量越大，则产生的热量亦越高。
将介质吸收的能量与其释放的热量进行已知 的吸收能量与热量的刻度，就可以定量给出 吸收剂量的大小。
量热计正是基于这样的原理制成的。
在吸收介质内要测定吸收剂量的部位，放一小 体积的吸收体，用它作为吸收剂量量热计的敏 感材料，它与周围介质必须达到热绝缘。
电离辐射吸收剂量的测量
为什么要对放射线进行测量？
•在应用放射线进行诊断和治疗中，我们需了解放射源 所输出的射线强度，以确定所采取的照射量是否符合 临床的要求；
•需要定量测量被照射的肢体或病灶所吸收的射线剂量 的大小，从而判断能否达到预期的疗效；
•需要对X、γ射线或其他类型的辐射所形成的射线场 进行定量测量，以判断对辐射所设置的屏蔽，为工作 人员所提供的放射防护水平能否达到国家所规定的安 全标准。
•由于不同能量的X、γ射线产生的次级电子的射程 不同，故应选用不同厚度室壁的电离室。
在电离室的内壁涂有一层导电材料，形成一个 电极；另一个电极位于中心，是用较低原子序 数材料（如石墨或铝）制成的收集极。
目前普遍使用的是Farmer型指形电离室，它 是英国物理学家Farmer最初设计，后由Aird 和Farmer改进的，该电离室有很好的能量响 应特性（1%~4%）。
e w
as ds

(en
/

)
e w
a
f
l1 ( LL)
ds
f l1
Q

(en
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)
e w
a(L

L)
Q
X a(L L)
但是必须注意，由于入射口至“测量体积” 间空气对X线的吸收、离子复合、散射光子形 成的多余电子，阻止于电离室壁中的电子损 失，以及由于温度与气压偏离标准状况而引 起的空气密度的变化等，很难完全达到电子 平衡及空气质量的稳定。
当X射线从X线管焦点发出射入电离室后，在整个 电离室内都会产生电离。因此，电离室的电极板 与X射线束边缘的距离应大于次级电子在空气中的 射程，使得电子在其能量耗尽之前不能直接跑到 电极，从而保证电子完全阻止在空气之中，其能 量全部用于在电离室内引起空气电离。
图中与收集电极C相对的体积为“收集体积”， 即收集电极上方次级电子产生电离的那部分体积。 凡在“收集体积”内产生的离子，其中的一种符 号的离子将在电场作用下全部移向收集电极。
自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准 实验室所配置，作为标准，对现场使用的电离室 型剂量仪进行校准，并不适合于在现场使用。
在电子平衡条件下，收集电极收集到的一切离子 是由“测量体积”内被X射线击出的次级电子所 形成的，设这些被收集的离子总电荷量为Q（库 仑）。“测量体积”内空气的质量为m。
m=ρ·V
式中，ρ为标准状况下（0℃760毫米汞柱）的空 气密度。V为“测量体积”内空气的有效体积。 X线的照射量为：
XQ Q
M V
测量体积的确定
一、自由空气电离室
m V a (L L)

Q

f l1 ( LL)
s (en
f l1
/
)
e w
目前，一般常用与空气等效的材料做成不同厚 度的平衡罩，当测定较高能X、γ射线时，需 在原来电离室室壁上套上适当厚度的平衡罩。
但实用型电离室很难同时满足上述条件。
为此，在实际中，需要用自由空气电离室来对 实用型电离室做校准刻度。
通过使用两种电离室同时测量已知强度的X、 γ射线源，给出实用型电离室测量校准因子， 用于校正实用型电离室所测照射量值。
• 在实际应用中，电离电荷的收集、测量是通过 空气电离室来实现的。
自由空气电离 室基本结构， C为收集极
第 一节 照射量的标准测量
一、自由空气电离室
自由空气电离室结构：
测量体积
收集体积
保护电极
收集电极
测量体积的周围的带 电粒子平衡要求
图中阴影部分称为“测量体积V”，即X射线束通 过的、正对收集电极的那部分空气体积，也就是 需要隔离的，质量已知的那部分空气的体积。
此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具有 相同来自百度文库功能。
（一）实用型电离室
如果将图（a）中的空气外壳压缩，则可形成 图（b）所示的固态的空气等效外壳。所谓空 气等效就是该种物质的有效原子序数与空气有 效原子序数相等。
由于固体空气等效材料的密度远大于自由空气 密度，该种材料中达到电子平衡的厚度可远小 于自由空气厚度。