北京大学高分子辐射化学7

Determination of dose
原则上只要被照射物质中引起的某一效应与吸收剂量 具有某种确定的定量关系均可用作剂量的测量，其某一效 应既可以是物理的亦可以是化学的或生物的.

物理法
电离室法，量热法，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtc

化学法
辐射化学法，高分子法，感光法，etc
量热法----绝对测量法
原理---如果介质吸收的电离辐射能不转化为光，电，化 学能等其他形式的能而只是转化为热能从而使介质温度升 高，则吸收剂量为: D = c x ∆T (J / kg ) or (Gy)
Fricke 剂量计
(d) 混合物样品中某一组份吸收的剂量 Di Di = Dh x W ix (Z/A)i / (Z/A)h (e) Fricke 是二级剂量计，进行的吸收剂量测量是相对测量， 使用前应与标准剂量计进行校对，量热法是一级测量即 标准方法。
Wi为混合物中第i成分所占的质量分数 (Z/A)i / (Z/A)h表示第i成分所占的电子分数
X与D的换算
* 换算适用体系是电磁辐射与空气介质相互作用体系 * 从定义出发 1R = 2.58x10-4 (C/kg) x 6.241x1018 (e/C) 33.85(ev/e) 1.602x10-19 (J/ev) =8.73x10-3 J/kg (Gy ) * 该换算应理解为当照射量为1R时，空气吸收的剂量为8.73x10-3Gy, 也就是说在辐射场中某点位置单位质量空气吸收的剂量D。 * 照射量是容易测量的，可先测某位置的照射量，然后利用质量能 量吸收系数算出不同介质的吸收剂量。不同介质在相同辐照条件 下吸收剂量的大小与其质量能量吸收系数成正比。
* 换算适用体系是电磁辐射与空气介质相互作用体系 * 从定义出发 1R = 2.58x10-4 (C/kg) x 6.241x1018 (e/C) 33.85(ev/e) 1.602x10-19 (J/ev) =8.73x10-3 J/kg (Gy ) 照射量适用于X-ray, ray和空气介质.对于空气介质,1R照射量在1kg空 气中产生2.58x10-4C的电量. 电子的电量是1.610-19C,产生1C电荷量 所需电子数为6.241x1018电子, 另实验证明在空气中产生一个离子对所 需的能量为33.85ev, 这样可将照射量与吸收剂量换算.
X dX / dt
单位－－－C kg-1s-1, R s-1
注：esu electro static unit 静电单位

Exposure
说明：* 照射量是伦琴于１９２３年为表征射线辐照而提出的物 理量，１９３７年被推广使用，１９８０年废除. * 照射量所描述的只是射线在空气中的电离能力或效果. * 不涉及重离子，电子，质子，中子等的电离辐射，亦不 涉及空气之外的任何其他被作用物质。 * 照射量不是剂量，１９６２年前二者的使用有混淆。 * 照射量是比较容易测量的物理量，但就目前的技术对低能 (<kev)和高能的(>几Mev)照射量的测量尚不成熟。
Comparison of exposure and absorbed dose
＊照射量和吸收剂量是根据电离辐射与物质相互作
用的结果，从不同角度对电离辐射量的量度。 ＊照射量描述的只是电磁辐射对空气介质的电离 效果。 ＊吸收剂量是介质吸收的电离辐射的能量，适用 于任何电离辐射与介质。
X与D的换算
ε=2205+3 Lmol-1cm-1
Fricke 剂量计
* Fricke 剂量计吸收剂量DF Δ A----吸光度之差 ε------摩尔消光系数 l -------样品池厚度 ρ ------剂量液密度 f -------单位换算系数 G(Fe+3 )------ 15.5
N A A 100 DF l 10 3 G ( Fe 3 ) O 2 f
How to use radiation source?
Exposure and absorbed dose 照射量 X (exposure)
----The exposure of X or -radiation at certain point is a measure of the radiation based on its ability to produce ionization in air. dQ: 同种符号离子总电荷量 dm: 单位质量空气 SI单位---- (C / kg) (system international unit) 专用单位---- R 伦琴 X = dQ / dm
Four
Basic concept on radiation chemistry

Interaction between ion radiation and materials Time scale of events in radiation chemistry Radical-pulse radiolysis Basic process of radiation chemistry Exposure, absorbed dose,dose-rate and G value Determination of Dose 1#215
Absorbed dose and dose-rate

吸收剂量
D dE / dm

Gy, rad, eV/g, eV/mL 1Gy=1 J kg-1

剂量率
D dD / dt
Gy/s, rad/s
对稀水溶液,密度接近1.0 kg/dm3时 1 eV/g = 1 eV/mL = 1.6 10-16 Gy= 1.6 10-14 rad
( cm ) (1.025 g/ml) (6.242x1015) (Gy) (ev/g) (Gy)
DF = 2.76 102Δ A / l = 1.72 1018 ΔA / l 若l为1cm则 D F = 1.72 102 ΔA
Fricke 剂量计
* Fe3+ 来源于下列反应 Fe2+ + OH. + H+ ------ Fe3+ + H2O Fe2+ + H2O2 ------- Fe3+ + OH. + OH. Fe2+ + HO2. --------HO2- + Fe3+ H. + O2 -------HO2. * G(Fe3+)的推荐值(ICRU---International commission on radiological units and measurement ) 辐射类型 值 温度系数 X, ray 15.5 0.7%/ oC EB 15.7 0.7%/ oC * 温度校正: DF = DT2 /(1 +0.7%ΔT) ᅀT = T2 – T1 , T2： 测 Fe3+温度，T1：测ε温度。
辐射化学产额 Radiation chemistry yield
G value
G value is defined as the number of molecules of product X formed or of starting materials Y changed for every 100ev of energy absorbed .
Fricke 剂量计
** 被照射样品吸收剂量 Ds 是根据剂量计在辐射场中同一位置的吸收剂量计算的 （a）若样品的原子组成与剂量计的原子组成相同则 DS = DF (b) 若不同则 DS = DF x (μa/ρ)S / (μa/ρ)F (c ) 如果是电磁辐射且与样品的作用主要在XCompton 作用区则 DS = DFx (Z/A)S / (Z/A)F (μa/ρ)S 和 (μa/ρ)F分别为样品和剂量计溶液的质量能量吸收系数. (Z/A)S 和 (Z/A)F分别为样品和剂量计溶液组成元素的原子序数和原子量 之比的平均值.
一种粒子的G值表示每吸收100eV的辐射能量该粒子变化的个数， 也称为辐射化学产额。 单位：分子/100eV, mol/J 1分子/100eV=1.03610-7 mol/J 空气中形成1对离子需33.85eV, 因此100eV可使3个分子电离,对 于许多非链式反应过程,G近似=3. 对于链式反应, 特别是聚合反应, G=102~106.
剂量计吸收剂量D的计算
从定义出发即可计算出剂量计吸收剂量，前提条件是必须已知 化学变化的G值，和反应物或生成物变化的量ΔM. or D = ΔM x 10-3 x NA x 100ev / G ( ev/ml ) = Δ M x 10-3 x NA x 100ev / (Gρ) ( ev /g ) NA ----Avogadro constant M ---- 摩尔浓度mol / L ρ ----剂量计体系的密度 (g /cm3) D = 9.647x106 ΔM /(Gρ) (J /kg) or ( Gy )
D = 9.647x106 ΔM / (Gρ t) ( Gy/s )

Fricke 剂量计
原理--- 在一定剂量范围内，体系中生成的Fe+3与吸收剂量成正比。 标准Fricke剂量计组成： FeSO4 or (NH4)2Fe(SO4)2 NaCl H2SO4 H2O Air Uv---- 303 nm 10-3mol/L ( 0.28g or 0.39g) 10-3 mol/L (0.06g) 0.4mol/L (22ml) triply distilled water
化学剂量计
化学剂量计是利用电离辐射在化学体系中所引起的化学变化 与体系吸收剂量之间的定量关系测定吸收剂量的方法。 理想的化学剂量计应满足下列条件： * 化学变化与剂量呈线性响应 * 对环境反映不灵敏，如杂质，温度，光，底物浓度等 * 与辐射类型无关 * 剂量计与待测物组成尽量接近 * 化学试剂不必特殊纯化，辐照前后稳定性好，可长期保存 * 化学变化易于准确，快速测量，使用方便。