放射防护课件8辐射测量的方法

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
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：
U0
Q C
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（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。
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。
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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。 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”。
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• 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%）。
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• 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。
• 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。
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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。
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•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。 •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。
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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。
• 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％)。
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• 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。
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• 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
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（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。
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第二节 吸收剂量的测定
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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。
• 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。
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（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。
KTP227.923.23t7P60
其中，t为测量时气温（t℃）；P为测量时气压 （毫米汞柱）。
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（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。
自由空气电 离室基本结
构， C为收集极
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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
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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。
ass a00
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Q
f
l1 ( LL)
s (en
f l1
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e w
asds
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)
e w
a
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l1
( LL)
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f l1
Q (en /)w e a(L L)
X
Q
a(LL)
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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。
• 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。
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（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。
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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：
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 。
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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：
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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。
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• 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。
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Farmer型电离室基本结构
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Farmer型电离室能量响应曲 线
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• 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。
XQ Q
M V
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测量体积的确定
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一、自由空气电离室
m Va(L L )
fl1(LL)
Q s ( en/
fl1
e
) w
asds
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• 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
• 此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具 有相同的功能。
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（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。