放射物理学课件3

严格讲，上述条件难以实现，特别是近辐射源处，辐射 强度随位臵变化显著；以及两种不同介质的交界处，为 非均匀介质，都不可能满足电子平衡的条件。
但在实践中，需对某些条件作些处理，以使在一定的精 度范围内，可认为电子平衡成立。如当X（γ）射线能量 较低时，由于次级电子射程相对较短，X（γ）光子的衰 减可以忽略，则在某些受照射的介质中，可认为近似存 在电子平衡。
光子能量在（a）点 释放出次级电子的损 失，即光子的能量转 移，以比释动能来度 量；沿径迹（b）的 损失，即光子的能量 被介质吸收，以吸收 剂量来度量。
只有当次级电子的射程很短，能量很低时，次级电子一产生 就将其获得的光子转移能量全部释放给作用点附近的介质， 此时介质作用点（a）处体积元内所吸收的次级电子能量， 即吸收剂量，在数值上恰好等于入射光子释放给作用点（a） 处的比释动能。
图（b）：将图 （a）的空气外壳 压缩，而形成固 态的空气等效 （该物质的有效 原子序数与空气 相等）外壳。该 种材料中达到电 子平衡的厚度可 远小于自由空气 的厚度。
（二）指形电离室（thimble chamber）
图（c）：指形 电离室的剖面图。 壁材料一般选石 墨，内表面涂有 导电材料，形成 一个电极。中心 收集极由原子序 数较低的材料制 成。室壁与空气 外壳等效。
二、电离室的工作特性 实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特 性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正。
（一）电离室的方向性 电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影 响。 正确的使用方法：平行板电离室应使其前表面垂 直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与 射线束中心轴的入射方向相垂直。
（二）电离室的饱和性 在电离室电压较低时因热运动导致带电离子 由密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收 集极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电 离效应和电离室信号之间对应关系。 电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增 加，复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再 随工作电压而变化。电离室工作在电离室的饱和 区。 电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖， 输出电流急剧上升，超出正常工作电压。
Radiation Weighting factors
Radiation Type and Energy Range Radiation Weighting Factor, WR
X and γ rays, all energies
Electrons, positrons and muons, all energies Neutrons: < 10 keV 10 keV to 100 keV > 100 keV to 2 MeV > 2 MeV to 20 MeV > 20 MeV Protons, (other than recoil protons) and energy > 2 MeV, α particles, fission fragments, heavy nuclei
OA段： 逐渐克服复合 与扩散的影响， 电流↑。 AB段： 复合与扩散消 除，电流基本 保持恒定。 BC段： 产生碰撞电离， 电流↑。
（三）电离室的杆效应 电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场中，会产生 微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中，影响电离室的灵 敏度，这一效应称为杆效应。电离室的杆效应一般较小 （<1%），但也有的电离室会高达10％，在实际应用中应尽 量避免并给予校正。 （四）电离室的复合效应 电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应，可采取 “双电压法”作校正。
（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动能计算 吸收剂量必须附加的最重要条件之一。 “电子平衡”： 在O点处，所有 离开小体积ΔV的 次级电子带走的 能量，恰好等于 进入小体积ΔV的 次级电子带入的 能量。
电子平衡成立的条件： （1）小体积ΔV周围的X（γ）辐射场必须均匀，以使 ΔV周围X（γ）光子释放的次级电子的注量率保持不变。 这不仅要求ΔV周围的辐射强度和能谱不变，而且要求 ΔV周围（图中虚线以内部分）的介质是均匀的。 （2）小体积ΔV在各个方向离开介质边界的距离d要足 够大，至少要大于次级电子的最大射程。
在单能光子辐射场中，同一点上的照射量X与能量注量 Ψ之间的关系： 每一离子的电荷 e X ( en / ). W 空气中每形成一个离 子对消耗的平均能量 空气对给定能量光子的质能吸收系数

四、吸收剂量（absorbem为被照射物质的质量， d 为其吸收的辐射能。 吸收剂量的国际单位（SI）为：J· kg-1。 国际单位专用名称是戈[瑞]（Gy）， 旧有专用单位为拉德（rad）,1Gy=100rad。 吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐射，以 及适用于受到照射的任何物质。 数值上吸收剂量可表示为:
辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该小球的 粒子数dN与其截面da的比值 截面da必须 垂直于粒子的 入射方向
dN / da
粒子注量率
单位: m-2
二、能量注量（energy fluence） 进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能，它 等于dR除以da所得的商。
dR / da
六、当量剂量（equivalent dose） 当量剂量HT等于某一组织或器官T所接受的平均吸收 剂量DT，R，经辐射质为R的辐射权重因子（radiation weight factor）wR加权处理后的吸收剂量。
HT wR DT , R
R
单位为J.kg-1，专用名为希沃特（Sievert），符号为Sv， 1Sv＝J.kg-1。 当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在严格意 义上的吸收剂量。辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照 射时诱发随机性效应的相对生物效应（RBE）的数值。
指型电离室为空气等效电离室，室壁用固态的 空气等效材料制成，其有效原子序数接近空气的 有效原子序数(Z=7.67)。由于固态空气的密度远 大于自由空气，即室壁可以做的很薄就可达到电 子平衡。室壁材料通常使用石墨，有效原子序数 接近碳(Z=6)，因此室壁材料在空腔中产生的电 荷略小于自由空气电离室，选用有效原子序数略 大的铝材料制成的中心电极可部分补偿室壁材料 的不完全空气等效。
（五）电离室的极化效应（polarity effect） 对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会随收集 极工作电压极性的变化而变化，这种变化现象称为极化效应。
（六）温度气压效应 对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随 环境的温度和气压而变化。
对温度和气压的校正公式为：
273.2 t 1013 K pt 273.2 T p
能量注量率
单位J.m-2
粒子注量和能量注量之间的关系： 单能 非单能
E

Emax 0
E为粒子能量 量的能谱分布
E 为同一位臵粒子注 E EdE
三、照射量（exposure） X（γ）辐射在质量为dm的空气中释放的全部次级电子 （正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的离子 总电荷的绝对值（不包括因吸收次级电子发射的轫致辐 射而产生的电离）dQ与dm的比值，即
放射物理学
第三章
X(γ),电子束
电离辐射吸收剂量 的测量
人体组织 沉积能量
电离辐射
吸收剂量
正比于
生物效应
§1 剂量学中的辐射量及其单位 §2 电离室测量吸收剂量的原理 §3 电离辐射质的确定 §4 吸收剂量的其它测量方法
§1 剂量学中的辐射量及其单位
国际辐射单位与测量委员会(ICRU)第33号报告 （International Commission on Radiation Units and Measurements) 一、粒子注量（particle fluence)
（一）电离室的基本原理 两个互相平行的电极之间 充满空气，虚线所包括范 围，称为电离室灵敏体积。 电离辐射在灵敏体积内与 空气介质相互作用产生次 级电子。这些电子在其运 动径迹上使空气原子电离， 产生正、负离子对。
在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极漂移在外电 路形成电流。 在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该为次级电子 所产生的全部电离电荷量。根据这一原理制成自由空气电离 室。一般为国家一级或二级剂量标准实验室所配臵，作为标 准，主要用于对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不 适合现场如医院使用。
照射量
W Da X . e
电子平衡
W KX e
吸收 剂量
次级电子的 韧致辐射可 以忽略
D＝ K 比释 动能
小结： 基本概念 照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位） 电子平衡及其成立的条件 照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别
§2 电离室测量吸收剂量的原理 一、电离室的工作机制 基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中 产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得到吸收剂量。
此处，t和p分别为测量现场的温度和气压，t的量 纲为 0C，p的量纲为 mbar(毫巴)，T为国家标准实 验室校准该电离室时(包括静电计)的温度，一般都 转换为20 0C。
三、电离室测量吸收剂量的原理
原理：电离室可以用来测量电离辐射在空气或空气等效 壁中产生的次级粒子的电离电荷。另外，在空气中产生 一对正负离子对所消耗的电子动能，基本为一常数，即 平均电离能为W/e＝33.97J/C。
W Da X . e
照射量和吸收剂量的转换关系式：
Da ( J / kg ) X (C / kg ).33.97( J / C) Da (cGy) X ( R).0.876(cGy / R)
（五）吸收剂量和比释动能 在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的轫致辐 射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量和比释动能在 数值上是相等的。
1
1
5 10 20 10 5 2-5 20
[ICRU 60, 1991]
七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别 （一）间接致电离辐射的能量转移和吸收 在放射性治疗中主要指X（γ）辐射，其与介质相互 作用损失能量，可以分为两步：