第二章 辐射剂量测量的基本原理

堆、加速器一类装置的地方，中能中子剂量也占相当 的比例。
一、中子吸收剂量的测量
和γ射线的情况一样，可以利用电离室、正比计数管等探测器
来测定中子在介质中的吸收剂量。室壁材料一般选用含氢物 质。快中子在壁上可打出反冲质子。当空腔足够小，反冲质 子穿过它仅有一小部分能量损失在其中时，那末在室壁材料 中的中子吸收剂量和空腔气体内的电离量仍满足布拉格-戈瑞 关系。
若室壁材料选用组织等效材料，则可测量机体组织的吸收剂
量。经计算表明，聚乙烯（C2H4）n、聚苯乙烯（C8H8）n等 是机体组织（C35H353O16N10）n较好的等效材料。因此，为测 组织中吸收剂量，室壁材料常选用聚乙烯材料，而室内充乙 烯气体。
中子与γ射线的甄别
当使用电离室测量中子吸收剂量时，由于它对γ射线
2
Sn
1
M
2 2
1
Sr
2
Sn
1
Sr Sn
介绍用相同思路研究的222Rn/220Rn剂量计

式中： M－温度、气压、复合损失等修正后的读数； N－电离室读数转换成照射量；
Cλ－照射量换算成水的吸收剂量的转换因子。
C W e
en
/ H
2O
en
/ a
A
A是考虑电离室的引入，置换了一部分水所引起的 衰减和散射修正。
表2.2 换算因子Cλ， Gy· -1· C · kg
60Co 辐射质 2 4 6 8 10 12 （MeV或核素） 校准深度，cm 5 5 5 5 5 5 7 推荐Cλ值 36.8 36.8 36.4 36.4 36.0 36.0 35.6
辐射质 14 16 18 20 25 30 35 （MeV或核素） 校准深度，cm 7 7 7 7 7 10 10 推荐Cλ值 35.6 35.3 35.3 34.9 34.9 34.5 34.1
3. 实际测量的中子往往存在于它与射线的混合辐射
场中。它们的辐射权重因子不同，必须区分它们或排除
射线的干扰。
中子能量的分组
为方便起见，中子剂量及其测量一般按中子能量分类 分别进行讨论。中子按能量大致可分为四组：慢中子 （包括热中子）、中能中子、快中子和高能中子。 在遇到中子的各种场合，一般快中子对中子总剂量的 贡献是主要的，而热中子仅占次要地位。在靠近反应
中打出的次级电子所引起的脉冲，远小于由中子打出的反冲 质子所引起的脉冲，因而前者很容易用电子学线路甄别掉。
除非γ射线很强（如相应地达到0.1Gy/h，有数个次级电子的
脉冲同时发生，以致叠加的合成脉冲可以和反冲质子的脉冲 相比拟，才需要考虑γ射线的干扰。因此，正比计数管在快 中子剂量测量方面比电离室更经常使用。
一、照射量的标准测量方法 1、自由空气电离室
（方杰，237图）
照射量的测量
式中：
Q Xa 0 L
Q－总电荷量，C；
a0－入射光栏截面积，m2；
L－收集极有效长度，m；
ρ－标准状况下空气密度， kg· -3。 m
Q V
X 0 . 773
V a0 L
比释动能的测量
Ka Wa e 1 1 ga X
电离辐射剂量与防护概论
第二章 辐射剂量测量的基本原理
第一节 电离法测量X或 射线剂量 第二节 β粒子和电子束的剂量测量
第三节 中子剂量的测量
第四节 测量剂量的其它方法
第一节 电离法测量X或 射线剂量
探测器
为了能探测电离辐射，人们用各种特殊的器件（或装置）
使被测辐射粒子能产生相应的可观测信号。这种特殊的 器件称作电离辐射探测器，简称探测器。 探测器的作用就是将入射粒子的全部或部分能量转化为 可观测的信号（如电流、电压、热量、光信号）。

Dm

0
S E dE m ,E
Dm Dg

S / S /
E
m g

Dg

0
S E dE g ,E
S /
S /
m


S /
0
m ,E
dE


0
E
E
dE
离（产生离子-电子对），也可能使之激发。
使气体原子激发或电离的碰撞过程都是非弹性的，因为碰 撞后气体原子的壳层电子状态改变了。
电离室测量原理
常用电离室来测量γ射线照射量和吸收剂量。当把电
离室引入到测量物质中进行测量时，它就在测量物质中构
成一个气体空腔。在射线作用下，在空腔单位体积气体中 所产生的电离（量）与单位体积的周围物质中所吸收的辐 射能量是有关的。收集空腔中的电离电量就可知道空腔周 围物质所吸收的能量。
电离法
电离是辐射与物质相互作用最基本的过程。
利用电离电荷测量剂量的方法称为电离法。 把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件叫电离室。 将每个辐射粒子产生的初始电荷成比例地加以放大的气体放 电器件叫正比计数器。 另一种器件对每一个电离事件均给出一个经过放大但幅度与 初始电离事件的大小无关的信号，这种器件叫G-M计数管。
理想情况：室壁材料、腔内空气完全与空气等效。 ——空气等效电离室
近似情况：用碳、铝一类低Z（Z<30）材料做室壁材料。 国际上都以石磨电离室作为测量X或射线照射量的标准装置。
X qg S
w,g
en / a en / w

Wg /e Wa / e
X

Q V
3、能量响应
电信号探测器的类别
依据探测器的工作介质、作用机制以及输出信号等可将它们 分成许多类别。在电信号探测器中按工作介质及作用机制， 可区分为气体电离探测器、闪烁探测器以及半导体探测器。 气体电离探测器是历史最悠久的探测器。早在1898年居里夫
妇发现并提取放射性同位素钋及镭时，就用“电离室”来监
测化学分离过程中的各项产物。一百多年来，气体电离探测 器得到了蓬勃发展。
S=1/K
则有：
M u S Dm
若用两个对中子有不同响应的剂量计放入中子—γ 混 合场，则：
M M
1
Sn Dn Sr Dr
1 1
2
Sn Sr
2
2
Dn Sr M
1
1
2
Dr
2
Dn
Sr M Sr Sn
1
Sr
2
Sn
1
2
Dr
Sn M
1
第二节 β粒子和电子束的剂量测量
一、外推电离室测量组织中的β吸收剂量

D
w
Ia
W S e
w ,a
二、空腔电离室测量电子束的吸收剂量
放入空腔电离 室后辐射场扰 动修正
Dm
Wa qa S m , a Pm , a e
Dm M N C E
表2.3 对于不同的电子平均能量E，内径为r的空腔电离室 在水中的扰动修正因子 E，MeV 1 2 3 4 5 10 20 r＝0.25cm 0.947 0.970 0.978 0.984 0.986 0.992 0.992 r＝0.5cm — 0.958 0.970 0.977 0.981 0.989 0.955
(方杰，238 空腔图)
g

S
0
/
g , E dE


0
E
dE
电子平衡时，空腔中的电离量反映了 射线交给室壁材料的次级电子的能量。
布拉格－戈瑞公式
Dm
Dg W qg e g
W qg S e g
m ,g
S
m ,g

S / S /
Ka
Wa e

1
1 g a V

Q
Wa e
33 . 85 J C
1
按照照射量的定义设计，可以对照射量进行直接测量；
测量准确度可以达到1％以内；
体积大、结构要求高； 适用的X或 射线的能量范围一般限于50keV～3MeV。
低于50keV，空气吸收严重，测量误差大；
m g
Dw
en en
/
w / a

Wa e
X
X qg S
w,g
en en
a / w
/

Wg /e Wa / e
Dw
W qg S e g
w,g
如何消除 S
m ,g
等参数的影响？
质量阻止本领与 Z、z、M有关； 质量吸收系数与Z、E有关。
E
r＝0.8cm — — 0.962 0.972 0.977 0.987 0.993
表2.4 按照国际辐射单位与测量委员会第21号报告推荐 的方法求出水中不同深度的CE值，Gy/（Ckg-1）
水中深度， cm 4 0.5 0.7 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 36.3 35.6 34.9 5 34.9 34.9 35.3 35.6 34.9 6 34.5 34.5 34.9 35.3 35.6 电子表面能量EO，MeV 8 34.1 34.1 34.5 34.5 34.9 35.6 10 33.7 33.7 33.7 34.1 34.5 34.9 35.6 33.3 33.7 33.7 34.5 34.9 32.9 33.3 33.3 33.7 34.5 32.9 33.3 33.3 33.7 34.1 32.6 32.9 32.9 33.3 33.7 12 14 15 16
气体电离探测器的类别
气体探测器是以气体为工作介质，由入射粒子在其 中产生的电离效应引起输出电信号的探测器。由于产生 信号的工作机制不同，气体电离探测器主要有电离室、