12 剂量计算常用量

en / (1 g ) tr /
g是次级带电粒子在物质中发生轫致辐射而 损失能量的份额。 质能吸收系数的单位是m2/kg或者cm2/g
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六、比释动能概述
当间接致电离粒子（指不带电粒子如x、γ 或中子）与 物质相互作用时，其能量在物质中的转移过程实际上是 分两步进行的：第一步是间接致电离粒子将能量直接传 递给直接致电离粒子；第二步是获得初始动能的直接致 电离粒子，在物质中引起电离、激发，最后被物质所吸 收。
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在下述情况下被电离辐射照射的物体中，很难达到 电子平衡： 1）在两种物质相邻的界面附近。这里不但辐射场 不均匀，而且两种物质对初级辐射的质能吸收系数 及对次级带电粒子的阻止本领不同； 2）在辐射源附近。这里辐射场极不均匀，随着离 源距离的增加而急剧变化； 3）高能辐射场条件下。这种辐射产生的次级带电 粒子的动能很大，Rmax就较大，如果使d≥Rmax， 初级辐射穿过等于次级带电粒子的平均射程的物质 厚度时，将有明显的减弱，使得辐射场变得不均匀 了。
剂量计算中的常用量
王德忠 教授 核科学与工程学院
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一、粒子注量和注量率
粒子的注量是根据入射粒子数目来描述辐射场性质的一个辐 射量，在非定向辐射场情况下，粒子运动方向是杂乱无章的， 则辐射场中某一点的注量定义为：进入以该点为球心，截面 积为da的小球体内的粒子数dN除以da而得的商，即
dN da
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ph Z ce p
对含有几种单质的化合物或混合物的质量 衰减系数为：
式中，
/ ( ) i Pi i 1
n
为第i种单质的质量衰减系数，Pi为 第i种单质在混合物中所占的重量百分比。
( )i
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四、质能转移系数
某物质对不带电致电离粒子的质能转移系数μtr/ρ 是dEtr/EN除以ρdl所得的商。 dEtr 1 tr / EN dl E为每一粒子的能量（不包括静止能量）； N为不 dE tr 带电致电离粒子数； 为入射的不带电致电离粒子 EN 在密度为ρ的物质中穿行距离dl时，其能量中由于 相互作用而转移为带电粒子动能的那部分所占的分 数；dEtr实际上是由于不带电粒子作用所释放的所 有带电粒子初始动能的总和。 质能转移系数的单位为m2/kg或者cm2/g。
粒子注量示意图
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粒子注量对粒子能量存在着谱分布
实际遇到的辐射场，其中每个粒子不可能都具有相同的能量。 即使最初从辐射源射出的能量为E0的单能粒子，进入物质后，由 于相互作用，辐射场中任何一点都可能存在经E0到0各种能量的粒 子。这就是说，辐射场中粒子能量具有谱的分布。 谱分布有积分谱分布Φ（E）和微分谱分布ΦE。 微分分布Φ E是积分分布Φ （E）对E的导数，即
E d( E ) / dE
它表示单位能量间隔内的粒子注量。
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积分谱分布Φ （E）
积分谱分布Φ （E）：表示能量在0和E之间的粒子所构成的那部 分注量，它等于进入小球的能量在0和E之间粒子数除以该球体 的截面积所得的商。
( E ) E dE
0
E
将积分上限取作∞即得到各种能量粒子的总注量Φ ：
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五、质能吸收系数
由不带电致电离粒子转移给次级带电粒子的 动能，其中有一部分可能转变为轫致辐射， 而有一部分真正被物质所吸收了（通过电离 和激发）。质能吸收系数就是扣除了轫致辐 射损失的能量后，真正被物质吸收的那部分 能量所占的分数。
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严格定义：某物质对不带电致电离粒子的质 能吸收系数μen/ρ是质能转移系数μtr/ρ和 （1-g）的乘积：
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3．能注量Ψ 与粒子注量Ф 的关系
能注量 Ψ 与粒子注量 Ф 都是描述辐射场性质的辐射量，只是 前者着眼于通过辐射场中某点的粒子能量，而后者着眼于通 过辐射场中某点的粒子数目。显然，如果知道每个粒子的能 量，即可将两者联系起来。
对于粒子能量为E的单能辐射场，则辐射场中某点的能注量Ψ 就等于该点的粒子注量Ф 与粒子能量E的乘积：
() E dE
0
在计算具有谱分布的粒子的吸收剂量和比释动能时，常用到上 式
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离散型谱的粒子注量
即能量为E，I种粒子注量求和。
( E ) i
i 1
m
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粒子的注量率φ
粒子注量率φ，它表示单位时间内，进入单位截面积的球体内 的粒子数，定义为dФ除以dt而得的商，即
E
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能注量与其它量的关系
对于粒子能量具有谱分布的辐射场，能注量的积 分分布Ψ （E）和微分分布Ψ E之间，也存在着同 注量的谱分布类似的关系式：
E d( E ) / dE
( E ) E dE
0 E
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离散型谱的能注量
离散型谱的能注量率为
( E ) i Ei
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二、照射量X与能注量Ψ 的关系
对于单能x或γ 射线，空气中某点的照射量x于该点上的 能注量Ψ 有如下关系：
e X ( en / ) a W
μ en/ρ ：对于给定的单能x或γ 射线，空气的质能吸收系数（米 2· 千克-1）； E：离子的电荷，e=1.6021×10-19库仑； W :带电粒子在空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量， W =33.85电子伏。

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K 比释动能率
单位时间内单位质量的特定物质中，由间接致电离 粒子释放出来的所有带电粒子初始动能的总和称为比 释动能率。
dK K dt
dK：比释动能在单位时间间隔dt内的增量；
: 比释动能率，SI单位为戈每秒（Gy/s）。 K
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参考空气比释动能率
源的参考空气比释动能率是在空气中距源 1m参考距离处对空气衰减和散射修正后的 比释动能率，用1m处的μGy/h表示。
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比释动能与注量的关系
对于一种给定的单能间接致电离辐射，辐射场中某点的比释动能K与能 注量Ψ 之间有如下关系：
K ( tr / )
可得比释动能K和能量为E的粒子注量的关系式：
K ( tr / ) E
E：入射粒子能量，单位为焦耳（1MeV=1.6×10-13J）； Φ ：粒子注量（m-2）； tr / : 特定物质对特定能量的间接致电离粒子的质能转移系数（m2/Kg）。
即在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以 忽略，吸收剂量等于比释动能。
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4.5照射量及其单位
在辐射防护中，照射量是根据x或γ 射线与空 气中的原子相互作用时，产生的次级电子对空 气的电离本领大小来度量辐射场的一个物理量。
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一、照射量X
是指x或γ 射线的光子在单位质量空气中释放出的所有次级电 子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生一种符号的 离子的总电荷量。定义为dQ除以dm而的得商，即
对于粒子束定向平行的辐射场，能注量定义为通过与粒子 束方向垂直的单位面积的粒子能量之和。
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2．能注量率ψ
单位时间内进入单位截面积球体内所有粒子能量之和，称为 能注量率。定义为dΨ 除以dt而得的商，即
d dt
dΨ--- 在时间间隔 dt 内，进入截面积为 da 的球体内所有粒子能量之 和，即在时间间隔dt内能注量的增量； ψ ---能注量率，SI单位为焦耳每平方米秒，用符号焦耳· 米-2· s1(J· m-2· s-1)表示。
吸收剂量表示了第二步的结果，而比释动能则是描述第 一步的，即间接致电离粒子与物质相互作用时，把多少 能量传递给了直接致电离粒子。
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比释动能表达式
比释动能是间接致电离粒子与物质相互作用时，在 单位质量的物质中产生的带电粒子初始动能的总和 dEtr K dm
dEtr：间接致电离粒子在特定物质的体积源内，释放出来的所有带电 粒子初始动能的总和，单位焦耳（J）； Dm：所考虑的体积元内物质的质量，单位为千克（Kg）； K：比释动能，SI单位为戈瑞（Gy），专用单位为拉德（rad）。
能注量是用通过辐射场中某点的粒子的能量来表征辐射场的性 质。
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能注量表达式
把进入某点处单位面积的球体内的所有粒子能量之和（不 包括静止能量）称为能注量。 定义为dEfl除以da而得的商，即
dEfl da
dEfl---进入截面积为da 的球体内所有粒子的能量之和（扣除静 止能量），单位为焦耳（J）； Ψ---能注量，SI单位为焦耳每平方米，用符号焦耳· 米-2（J· m2）表示。
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（2）比释动能与吸收剂量的关系
在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以忽 略，那么间接致电离粒子在体积ΔV所包含的物质中传 递给直接致电离粒子的dEtr,就等于该物质所吸收的能 量 d ，即：
d dEtr
若体积ΔV中物质的质量为dm，可得出：
d dEtr D K dm dm
dФ---在时间间隔dt内，进入单位截面积的小球体内的粒子数， 即在时间间隔dt内注量的的增量； φ---注量率，SI单位为每平方米· 秒，用符号米-2· 秒-1（m-2· s1）表示。
d d 2N dt da dt
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二、能注量和能注量率
1．能注量Ψ 在进行比释动能和吸收剂量的计算时，最终要通过粒子注量和 粒子能量来计算电离辐射授与每单位质量受照物的能量。
百度文库
dQ X dm
dQ为在质量为dm的体积元中的空气中，当光子产生的全部电子 （正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成一种符 号的离子总电荷的绝对值。
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照射量的单位
照射量X的SI单位为库仑每千克，用符号库仑/ 千克（C/Kg）表示。与它暂时并用的专用单位 是伦琴（简称伦），用符号R表示。
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比释动能与吸收剂量的关系
（1）带电粒子平衡 物质中的一点P，在电离辐射照射下，如果满足下 列条件，则此点存在着带电粒子平衡。 1）在ΔV周围的介质厚度d（即体积ΔV的边界到体 积V的边界间的距离）等于或大于次级带电粒子在 该介质中的最大射程Rmax； 2）在ΔV周围的辐射场是均匀的，即在d≥Rmax区 域内辐射的强度和能谱恒定不变； 3）在上述同样的区域内，介质对次级带电粒子的 阻止本领及初级辐射的质能吸收系数恒定不变。
da---小球体的截面积，单位米2； dN---进入小球体的粒子数（不包括从小球体内流出的粒子 数）； Ф---粒子注量，SI单位为每平方米，用符号米-2（m-2）表 示
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粒子注量与粒子入射的方向无关
由于小球体内的截面积可任意选取，对无论任何方向入射到 小球体上的粒子，都可以选出相应的截面积，这就是说，粒 子注量与粒子入射的方向无关。 应注意，一般情况下，通过单位截面积的粒子数不等于粒子 的注量，而小于粒子的注量，只有在粒子束垂直入射的情况 下才等于粒子注量。
i 1
m
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三、质量衰减系数
此量描述不带电粒子在物质中，经各种相互 作用发生了能量或方向的改变而减弱。其定 义：某物质对不带电致电离粒子的质量衰减 系数μ/ρ是dN/N除以ρdl所得的商：
1 dN / N dl
时发生相互作用的份额。质量衰减系数的单 位是m2/kg或cm2/g。
1伦琴=2.58×10-4库仑/千克
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几点说明： 照射量只适用于x或γ射线； 照射量只空气一种介质； 不关心次级电子在何处产生电离； 不包括次级电子发射的韧致辐射被吸收后产生的电离
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2．照射量率
照射量率是单位时间内的照射量
dX X dt
照射量率的SI单位为库仑每千克秒，用符号库仑/ 千克· 秒（C/Kg· s）表示。
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dN 其中ρ是介质的密度， N是粒子穿行距离dl
质量衰减系数可以用总截面σ表示：
NA / M
NA为阿伏加德罗常数NA=6.022×1023mol-1，M为 靶元素的摩尔质量。 对于γ射线而言，应该有 式中，σph为介质原子的光电效应截面，σce为电子 的康普顿散射截面，σp为介质原子的电子对效应截 面，Z为介质的原子序数。