辐射剂量与防护重点

00

从稳定性考虑,原子核原子可以分为稳定和不稳定的2大类

不稳定的原子核会随着时间发生变化,会自发的或在外界影响下从某种核素元素变化到另一种核素元素,与此同时会释放出各种类型的粒子,同时释放出不同的能量,这种现象称为放射性;上述粒子携带大量能量高速运动,形成射线；

常见的例外的情况是X 射线,医用、工业用X射线是由核外电子能态变化引起

本课的目的：采取各种方法、手段,有效地避免放射性对人体的损害

凡是存在放射性应用的地方,则必然伴随着辐射防护工作

第一阶段：早期辐射损伤认识时期1895-1930

第二阶段：中期辐射损伤认识时期又称放射线诊断、治疗损伤时期1930~1960

第三阶段：近期辐射损伤认识时期又称流行病学调查所见的辐射损伤时期1960~现在

01

电离辐射：由能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子组成的,或者由它们混合组成的辐射；

电离辐射场：电离辐射无论在空间,还是在介质内部通过、传播以至经由相互作用发生能量传递的整个空间范围,由此形成的场；

辐射量：为了表征辐射源特征,描述辐射场性质,量度辐射与物质相互作用的程度及受照物质内部发生的辐射效应的量；

粒子辐射：是指组成物质的基本粒子,或由这些粒子组成的原子核;既有能量又有静止质量;

电磁辐射：实质是电磁波,仅有能量,没有静止质量;

辐射计量学量：根据辐射场自身的固有性质来定义的物理量；

辐射剂量学量：描述辐射能量在物质中的转移、沉积的物理量；

辐射防护学量：用各类品质因数加权后的吸收剂量D引申出的用于防护计算的物理量；

粒子通量错误!：粒子数在时间间隔dt的变化量dN,s-1

能量通量错误!：辐射能在时间间隔dt内的变化量dR,J·s-1；

粒子注量Φ：可以认为是进入单位截面积小球的粒子数；m-2

能量注量Ψ：进入向心截面积为da的小球的辐射能dR与da的比值,J·m -2

粒子注量率φ：表征单位时间内进入单位截面积小球的粒子数的多少,又称为粒子通量密度,m-2·s-1

能量注量率ψ：表征单位时间内进入单位截面积小球的辐射能的多少,又称为能量通量密度, J·m -2·s-1

电离：从一个原子、分子或其它束缚状态释放一个或多个电子的过程；

电离密度：带电粒子在单位路径长度上形成的离子对数,单位为离子对/cm;

激发：带电粒子通过物质时,原子由基态转入高能态;

退激：激发态的原子不稳定,以发射光子的形式放出相应的能量回到低能态轨道;

散射：带电粒子通过物质时,与带正电的原子核发生排斥作用而改变其本身的运动方向;

电离和激发两过程构成了重带电粒子在碰撞过程中的主要能量损失;

传能线密度LET：表示带电粒子在单位长度径迹上传递的能量;单位是MeV·cm-1

射程：带电粒子从进入物质到完全被吸收沿原入射的方向穿过的最大距离,称为该粒子在物质中的射程;如果不指明在哪种物质中,就是指粒子在标准状况下的空气中的射程;

平均射程：一组单能粒子射程的平均值;

射程歧离：单能粒子在同一种物质中的射程并不完全相同;

带电粒子与物质的相互作用：非弹性碰撞、辐射相互作用、弹性散射、核相互作用、电子对生成

X、γ射线与物质的相互作用：光电效应、康普顿散射、电子对生成、相干散射、光核反应

中子物质的相互作用：弹性散射、非弹性散射、去弹性散射、俘获、散裂

δ粒子：能量超过某定值一般为100eV的带电粒子,可以明显偏离初始运动方向且穿越一段路程,进一步引起其它原子激发/电离;

电离过程中带电粒子损失的能量并非直接沉积在当地,而是有很大一部分被δ粒子散播到其它位置;

轫致辐射：快速电子通过原子核附近时,在原子核库仑场的作用下一部分能量以电磁波的形式辐射出来;高能电子能量损失的主要方式,而重带电粒子可忽略;

γ射线是原子核能级跃迁蜕变时释放出的电磁辐射光子;

X射线

a.轫致辐射x射线;由带电粒子在原子核库仑场中慢化而产生的电磁辐射;

b.特征x射线;由原子电子能级改变而产生的电磁辐射;

与物质的作用类型

完全吸收：光电效应、电子对生成、光核反应和光介子生成等;

部分吸收：康普顿散射和核共振散射;

不吸收：弹性散射;

特点：在介质中可以穿行比较长的路程,一次相互作用过程中光子损失的平均能量较大; 高能中子能量大于10MeV 快中子100keV------10MeV

中能中子1keV-------100keV 慢中子0-------1keV

作用类型

1)弹性散射：总动能守恒;

2)非弹性散射：总能量、动量守恒,动能不守恒；

3)去弹性散射：n,p, n,α等；

4)俘获Capture：n,γ；

5)散射Spallation；

以上均属与原子核的相互作用;

带电粒子与物质的相互作用系数

一、线阻止本领,质量阻止本领

带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能量损失;

把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量损失率,又称为阻止本领;

(1)阻止本领与重带电粒子电荷数的平方成正比;

(2)阻止本领与带电粒子的质量无关;

(3)阻止本领与重带电粒子的速度有关;

(4)阻止本领与物质的电子密度NZ成正比;

线阻止本领：S=dE/dl dE是dl距离上损失能量的数学期望值;单位为

质量阻止本领：S/ρ单位为

二、质量碰撞/辐射阻止本领

质量碰撞阻止本领：指一定能量的带电粒子在指定物质中穿过单位质量厚度的物质层时,由于电离、激发过程所损失的能量;单位：J·m2/kg

质量辐射阻止本领：指一定能量的带电粒子在指定物质中穿过单位质量厚度的物质层时,由于轫致辐射过程所损失的能量; 单位：J·m2/kg

重离子的能量损失机制主要电离、激发

临界能量：质量碰撞阻止本领=质量辐射阻止本领的电子能量

非带电粒子与物质的相互作用系数

一、衰减系数μ描述入射射线本身的衰减程度

质量减弱系数特点和作用

1、只涉及到物质中入射不带电粒子数目的减少,并不涉及进一步的物理过程;

2、数值不因材料物理状态的改变而改变;

3、康普顿占优势的光子能量范围内,几乎所有物质的质量减弱系数大致相同;

γ射线X射线同物质相互作用,其能量分为两个部分：

1、光子能量转化为电子的动能

2、能量被能量较低的光子所带走

二、能量转移系数μtr描述入射射线与物质作用后转移给次级带电粒子的能量份额

质量能量转移系数：γ射线在物质中穿过单位质量厚度后,因相互作用,其能量转移给电子的份额;m2/kg

辐射剂量学中,重要的是光子能量的电子转移部分;

只涉及到在物质中入射不带电粒子能量的转移,而不涉及能量是否被物质吸收的问题

三、能量吸收系数μen描述次级带电粒子与物质作用并耗散能量后最终能够留在观测物质中的能量份额

质量能量吸收系数：γ射线在物质中穿过单位质量厚度后,其能量被物质吸收的份额;m2/kg

不带电粒子与物质的相互作用分二个阶段：

第一阶段：不带电粒子通过与物质的相互作用,把能量转移给次级带电粒子；

第二阶段：次级带电粒子通过电离、激发等方式把转移来的能量大部分留在介质中；

引入转移能和比释动能K,描述第一阶段的过程；

转移能εtr：指定体积内由不带电粒子释放出来的所有带电的电离粒子具备电离能力初始动能之和,单位J