04外照射剂量的计算

NB
26
13
第三节 带电粒子的剂量计算
四.重带电粒子剂量的计算
重带电粒子的剂量，常用质量阻止本领计算
1. 质量阻止本领的计算
现用Mp和M1分别表示质子和入射重带电粒子的质量，用E和v分别表示入 射重带电粒子的能量和速度，把速度等于v时的质子能量，称为等效质
子能量，用ε表示，
ε
=
(
Mpc2 M1c2
/
c)
⎤ ⎥⎦
+
νre1−νr
式中：
当 νr ≥ 1时 c
⎢⎣⎡1 −
νr c
e1−(νr
/
c)
⎥⎦⎤＝0
D& －在吸收介质中距离点源r（克/厘米2）处的β剂量率（毫戈/小时）
A － β点源的放射性活度（贝克）
c － 与β最大能量有关的参数
ν－ β射线的吸收系数
K － 归一化系数
21
第三节 带电粒子的剂量计算
X&
=
2πSvΓ µs
[1 −
cos ϕ0
−
E2 (µsl)
+
cos ϕ0E2 (µsl sec ϕ0 )]
14
7
第一节 γ射线剂量的计算
二.非点源照射率计算
3.体源
（2）.半无限大体源
当
ϕ0
=
π 2
,
l = ∞，便是半无限大体源： （若仅考虑自吸收）
X& = 2πSvΓ c / kg ⋅ s
（3）.无限大体源
1.55×107光子/米2·秒，计算此点的吸收剂量率
【查表可得：空气中的（μen/ρ）＝2.787×10-3米2/千克】
8
4
第一节 γ射线剂量的计算
一.点源的剂量计算
3.源的活度与照射率的关系 γ照射率常数Γ把源的活度A和照射率联系起来，其物理意义：距离
活度为1居里的γ点源1米处，在1小时内所产生的照射率，即：
气等都是体源的例子。
P
（1）.截头圆锥体
φ0φ
r r2 r1
L
μs
dV
13
第一节 γ射线剂量的计算
二.非点源照射率计算
4.体源
（1）.截头圆锥体
小体积元 dV = rsinϕdϕdθdr 发出的γ射线在P点产生的微分照射率：
dX&
=
SvΓ r2
dVe−µs (r−r1)
P点的照射率：（若仅考虑自吸收）
2
1
第四章 外照射剂量的计算
外照射防护的基本原则：尽量减少或避免射线从外部对人体的 照射，使之所受照射不超过国家规定的剂量限值。 外照射防护的三要素：
时间：充分准备 减少受照时间 距离：远距操作 任何源不能直接用手操作 屏蔽：根据辐射源的类型、射线能量、活度，选择适当
材料和厚度进行屏蔽
3
第一节 γ射线剂量的计算
同时只要知道β射线的注量率，也可以用上式计算吸收剂量率，但(S/ρ)col
对应β射线平均能量的质量阻止本领.
19
第三节 带电粒子的剂量计算
二.计算β射线剂量的经验公式
β射线是连续谱，虽然它在物质中的减弱近似服从指数规律，但其散射 作用明显。到目前为止，尚无满意的理论公式用于β源的剂量计算，故 常用经验方法计算。 点源的剂量计算
1R = 2.58×10−4C / kg
Da = 33.85X 戈 (国际单位制下)
Da = 8.69×10−3 X 戈 （照射量X用伦琴为单位）
Da －－空气中同一点处的吸收剂量（Gy）
X －－空气中同一点X或γ射线的照射量（R）
空气中同一点组织中的吸收剂量
Dm
= 8.69×10−3
(µen / ρ)m (µen / ρ)a
二.计算β射线剂量的经验公式
点源的剂量计算
参数c和ν按下列公式计算：
当介质是空气时：
c = 3.11e−0.55Emax
ν
=
(E β max
16.0 − 0.036)1.40
[2
−
Eβ
*
Eβ
]
⎧2 当吸收介质为软组织时： c = ⎪⎨1.5
⎪⎩1
0.17 < Eβmax < 0.5MeV 0.5 < Eβmax < 1.5MeV 1.5 ≤ Eβmax < 3.0MeV
17
第二节 X射线剂量的计算
二.X射线剂量的计算
D
=
X&
0It(
R0 R
)2
X& 0 －离靶为R0处的X射线输出额（戈/毫安·分）
I －X射线机的管电流（毫安）
t －受照时间（分）
R0 －在表中查出X输出额X0时，离靶的距离 R －实际受照点离靶的距离
18
9
第三节 带电粒子的剂量计算
一.单能电子及β射线的注量率与吸收剂量的关系
二.计算β射线剂量的经验公式
点源的剂量计算
K － 归一化系数 K = 4.59×10−5ρ2ν3 Eβα 毫戈 / 小时⋅贝克 = 4.59×10−5ρ2ν3 Eβ 3c2 − e(c2 −1)
ρ－吸收介质的密度 e －自然对数的底 α － 等于1/[3c2-e(c2-1)]
22
11
第三节 带电粒子的剂量计算
单能电子束的吸收剂量，可以用电子在物质中的碰撞阻止本领计算
手册中列出了不同能量的电子在不同元素及其他物质中的质量碰撞阻止
本领，只要知道指定物质所接受的单能电子的注量率，可由下式计算指
定物质的吸收剂量率：
ϕ
D&
=
3.6
×106
ϕ(
S ρ
)col
－电子的注量率
毫戈 / 小时
(
S ρ
)
col
－能量为E(MeV)的电子，在指定物质中的质量碰撞阻止本领
外照射剂量的计算
主讲：崔 莹
1
第四章 外照射剂量的计算
外照射是辐射源在机体外面时所产生的照射，对人体 而言，外照射主要来自中子、 γ射线和X射线，其次 是β射线。由于α粒子射程短，天然α粒子衣服即可 挡住，所以，外照射剂量计算一般不涉及α射线（加 速器产生的α粒子除外）。 外照射剂量计算是进行辐射防护及评价的基础
/ ρ)m / ρ)a
J /C
6
3
第一节 γ射线剂量的计算
一.点源的剂量计算
2.γ点源的吸收剂量率与粒子注量率之间的关系
在带电粒子平衡条件下，光子注量率与吸收剂量率有下列关系：
D&
=
ϕ
(
µen ρ
)
Er
戈/秒
D& —γ射线在注量率为φ的某一点处，空气的吸收剂量率
ϕ —空气中在计算剂量点处，γ射线的注量率（1/m2s）
洛文格经验公式：当β射线的最大能量为0.167-2.24MeV时
} D&
=
KA (νr)2
⎩⎨⎧c ⎢⎣⎡1 −
νr c
e1−(νr
/
c)
⎤ ⎥⎦
+
νre1−νr
20
10
第三节 带电粒子的剂量计算
二.计算β射线剂量的经验公式
点源的剂量计算
} D&
=
KA (νr)2
⎩⎨⎧c ⎢⎣⎡1 −
νr c
e1−(νr
第一节 γ射线剂量的计算
二.非点源照射率计算
在实际工作中，除点源外，如反应堆、 放射性工艺管道、放射性料液贮存容 a1 器、用于辐射消毒的大型面源、大的 表面污染等，必须考虑源的形状、体 积、源内的多次散射及自吸收。
L
dL
1.线状源
θ1θ2 P3
θθ12 P2
θθ1 P1
a
10
5
第一节 γ射线剂量的计算
Γδ
=
l 2 dX (
A dt
)δ
c ⋅ m2 / kg
设源的活度为A居里，离源R米处的照射率用下式计算：
X&
=
AΓ R2
c / kg ⋅ s
例题：试计算1居里的60Co源在1米处的照射率为多少？
在空气和皮下组织内的吸收剂量率是多少？ 【Г＝2.56×10-18库伦·米2/千克＝1.32伦·米2/小时·居里， fm＝9.5×109-3】
c / kg ⋅ s
P3点
X& 3
=
AΓ La
(arctg
L + a1 a
− arctg
a1 ) a
c / kg ⋅ s
11
第一节 γ射线剂量的计算
二.非点源照射率计算
2.圆盘源（碟源）
面源
dS＝rdrdθ
在P1点的微分照射率为：dX&
=
AΓ L2
dS
=
f
(r,θ )
对整个圆盘积分，可以得到它在P1点产生的照射率：
µen ρ
－γ射线在空气中的质能吸收系数（m2/kg）
Er －γ射线的能量（J）
7
第一节 γ射线剂量的计算
一.点源的剂量计算
2.γ点源的吸收剂量率与粒子注量率之间的关系
在带电粒子平衡条件下，光子注量率与吸收剂量率有下列关系：
D&
=
ϕ
(
µen ρ
)
Er
戈/秒
例题：在工作场所某一点，测得能量为1.00MeV的γ射线的注量率为
µs
当 ϕ0 = π, l = ∞，便是无限大体源： （若仅考虑自吸收）
X& = 4πSvΓ c / kg ⋅ s µs
“无限大体源”并不是指源的几何形式无限大，而是指其线度的大小相
对于γ射线在其中的减弱程度而言，一般其厚度大于γ射线的3－5个自
15
由程可以视为无限厚的。
第二节 X射线剂量的计算
威尔姆·康拉德·伦琴(1845-1923)， 德国物理学家。 “我的发现属于所有的人。但愿我的这一发现能被全 世界科学家所利用。这样，它就会更好地服务于全人 类…… ”
三.辐射平衡
辐射平衡常在气候学中提到，这里指：在放射性物质均匀分布的体积V 中，假定物质组成及密度均匀，在V内围绕P点取一小体积元dV；在小体 积dV内产生的辐射，因射出该体积造成的能量损失，等于周围发射的辐 射进入此小体积的能量补偿时，就说P点存在着辐射平衡
达到辐射平衡的条件是dV的边界到V的边界距离等于或大于辐射的最大射程 对于α或β射线，当dV的边界到V的边界的距离d≥Rmax时，P点容易达到辐射 平衡；对于γ射线，由于它在物质中的减弱服从指数规律，实际上没有射程 的概念，一般情况下也不存在辐射平衡条件。 在辐射平衡条件下，单位质量的物质所吸收辐射的能量，等于单位体积内 由辐射所发出的能量，利用这一结论可计算物质中某点的吸收剂量 25
∫∫ X& =
dX&
=
πAΓ
ln
⎧ ⎨ ⎩
1 2a
2
[a
2
+
R02
−d2
+
R04
+
2R02 (a2
−
d
2)
+
(a2
+
d
2 )2
⎫ ⎬ ⎭
对于P2点，距中心为a，d＝0，上式可简化为：
X& = 2πAΓ ln a2 + R02
a
12
6
第一节 γ射线剂量的计算
二.非点源照射率计算
3.体源
反应堆，盛有放射性溶液的各种形状的容器、由放射性物质污染的空
)E
=
Mp M1
E
Mp/M1－质子质量与入射重带电粒子质量之比
E －入射重带电粒子
27
第三节 带电粒子的剂量计算
四.重带电粒子剂量的计算
1. 质量阻止本领的计算
可从辐射防护手册中查到质子在不同材料中的质量阻止本领，由表中可
查出相应能量为ε时，在所求物质中的阻止本领值(S/ρ)ε，入射重带 电粒子在所求物质重的质量阻止本领为：
ν
=
(E β max
18.6 − 0.036)1.37
[2
−
Eβ
*
Eβ
]
23
第三节 带电粒子的剂量计算
二.计算β射线剂量的经验公式
点源的剂量计算
式中：
Eβmax － β射线的最大能量（MeV）
Eβ － β射线的平均能量（MeV）
*
Eβ
－ 理论计算的β谱平均能量（MeV）
24
12
第三节 带电粒子的剂量计算
一.点源的剂量计算
点源是指辐射源的线度远小于源至计算剂量点的距离的辐射源 如果辐射场中某点与辐射源的距离，比辐射源本身的几何尺 寸大十倍以上，即可把辐射源看成是点状的，称其为点状 源，简称点源。
任何其他形状的源，都可视为若干点源的叠加。
4
2
第一节 γ射线剂量的计算
照射量与吸收剂量的关系
照射量的单位为：库仑每千克（C/kg），其专用单位为伦琴（R）
X
=
fX
戈
5
第一节 γ射线剂量的计算
一.点源的剂量计算
1.γ点源的空气吸收剂量率计算
γ射线在空气中吸收剂量率与照射量率之间的关系为：
D& a = 33.85X& Gy / s
在空气中同一点处γ射线在物质（m）中吸收剂量率与照射率关系为：
D& m = fm X&
其中
fm
=
33.85 (µen (µen
二.非点源照射率计算
1.线状源
P1点
dX& = (A / L)ΓdL r2
由 dL = a sec2 θdθ
→ dX& = ( A / L)Γ dθ a
∫ X&1 =
θ1 ( A / L)Γ dθ = 0a
AΓ arctg L
La
a
c / kg ⋅ s
P2点
X& 2
=
2 AΓ La
arctg
L 2a
⎧高压电源
X射线机⎪⎪⎪⎨X射线管⎪⎨⎧阳阴极极：：
电子源，由钨丝构成的阴极灯丝 由铜或钼的金属块嵌上小块钨构成
⎪⎩
⎪⎩聚焦器： 聚焦，提高X射线输出额
在计算γ射线剂量时需要知道源的活度，在计算X射线剂量时，同样也需
要知道X射线机的输出额。就可以利用下式计算所受的吸收剂量：
D
=
X&
0It(
R0 R
)2
一.X射线的产生
产生X射线的机理有两种，一种是轫致辐射；一种是特征X辐射。在此两 种发射的X射线中以轫致辐射为主，因此X射线是连续谱。实际中我们利 用X射线机产生的X射线应用于医疗、工业、农业及科学研究方面。 16
8
第二节 X射线剂量的计算
二.X射线剂量的计算
实际应用的X射线机，主要由高压点源和X射线管组成。
第三节 带电粒子的剂量计算
四.重带电粒子剂量的计算
重带电粒子的剂量，常用质量阻止本领计算
1. 质量阻止本领的计算
等效质子能量法是根据具有相同速度的两种带电粒子在同一物质中的阻 止本领之比，等于他们所带电荷平方之比的原理提出的
Sion
= Βιβλιοθήκη Baidu⎛ − ⎝
dE ⎟⎞ dx ⎠ion
=
4πz 2e 4 m0v2