辐射剂量与防护

n
i
i
d r 2 sin dd / r 2
d / d d 2 N / dad
辐射度谱分布
pE . j (r ) dp j ( E , r ) / dE
PJ ( E.r ) pE. j (r )dE
0
E
p j (r ) p j (.r ) pE. j (r )dE
质量辐射阻止本领（由非弹性辐射相互作用导致的初级带电粒子的 能量损失决定）
(S / )r

dEr / dl
定限碰撞阻止本领（L∆/ρ）
（1）δ粒子 δ粒子定义：能够产生分支径迹的次级电子 （2) L∆/ρ 定义：L∆/ρ=(dE/dl)∆/ρ dE为带电粒子在密度为ρ的介质中穿行距离为dl时， 由传递能量小于指定值∆的碰撞而损失的能量的数学期望 值。 L∆称为传能线密度LET（Linear energy transfer）。 LET:特定能量的带电粒子在介质中穿行单位长度路 程时，由能量转移小于某一指定值的历次碰撞所造成的 平均能量损失。 L∞=Sc， L∞/ ρ=(S/ ρ)c
0

pE. j (r) d 4 N j (t, E, , r ) / dtdEdda
pE,J(r)能揭示辐射场的最详尽的内涵，是完整的描述辐
射场的一个辐射学量。
对某种特定类型辐射：
rE E pE
p pE dE
E
rE 能量辐射度的谱分布 P 粒子辐射度，pE 辐射度的谱分布 r 能量辐射度
按能谱分布：
E d ( E ) / dE
( E ) E dE
E
能量注量：
0
dE ft / da
能量注量与粒子注量的关系
Em ax


0
E
EdE
3.角分布和辐射度 Angular distribution（角分布）：描述粒子入射方向的分布。

A 4r 2
s/ 1 dE dl
总质量阻止本领描述带电粒子在物质中穿过单位路程时，因各种相 互作用而损失的能量。它可分解为各种相互作用阻止本领之和。
S / ( S / )c ( S / ) r
质量碰撞阻止本领（包括电离和激发对能量损失的贡献）
( S / )c
1

1
dEc / dl
en / ( tr / )(1 g )

当次级带电粒子动能较小、物质原子序数较低时，轫 致辐射弱，g值接近于零，此时en/ 值近似tr/值。 数值上：质量减弱系数（/）>质量能量转移系数 （tr/）>质量能量吸收系数（en/）

4、辐射剂量学中使用的量
A 吸收剂量（D） 同授与能（）相联系，单位质量受照物质中所吸收的 平均辐射能量。
K fk
实用时可先查比释动能因子表（国际上给出比释动能因 子的推荐值），进而求得比释动能。
Energy transferred （转移能）εtr (1)定义 在指定体积V内由不带电粒子释放出来的所有带电 的电离离子初始动能之和，用εtr表示，单位是J。 PP
tr E E hv 2mc 2 hv Q
第一章回顾
1、辐射的分类 i.电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离， 如α粒子、β粒子、质子、中子、X射线和γ 射 线等。 ii.非电离辐射：与物质作用不产生电离的辐射， 如微波、无线电波、红外线等。
2、辐射场的描述 粒子注量定义： 单向辐射场：粒子注量，数值上等于通过 与粒子入射方向垂直的单位面积的粒子数。
X dQ / dm
单位C/kg。针对X或射线、空气。空气中各点的照射量不同。 空气中某点的照射量X与同一点处的能量注量的关系：
X ( en / ) a (e / wa )
若粒子为单能的，则照射量与粒子注量有如下关系：
X f x
f x E ( en / ) a (e / wa )
以上均属与原子核的相互作用。
B、不带电粒子（X 、、中子）


质量减弱系数（/）：描述物质中入射不带电粒子 数目的减小，不涉及具体物理过程。 质量能量转移系数（tr/）：描述不带电粒子穿过物 质时，其能量转移给带电粒子数值。只涉及带电粒子 获得的能量，而不涉及这些能量是否被物质吸收。 质量能量吸收系数（en/）：描述不带电粒子穿过 物质时，不带电粒子被物质吸收的能量。
r E pE dE
E
pE d dE
E
rd E pE d dE
E
pE d dEdt
E t
E pE d dEdt
E t
注量与径迹长度的关系
粒子注量Φ等于单位体积内的径迹总长度。 证明：对于足够小的任意形状的体 积元， pE均匀、径迹可视为直线 切穿过体积元。则 dL=(Φ Ω ·da) ·s =Φ Ω · (da·s ) =Φ Ω ·dV ∆LΩ=ΦΩ∆V
e-
hυB
一次能量沉积事件的授与能示意图
1 En E hvB 2.215Mev 1.022Mev
' e
B、比释动能（K） 同转移能（tr）相联系，不带电粒子在质量dm的物质 中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值。
K d tr / dm
单位Gy。针对不带电粒子，对受照物质整体，而不对受 照物质的某点而言。
值得说明的问题 X和 X
•含义: 自由空间或不同于空气的材料内某一点的照射量 或照射量率的概念
•可以用空气碰撞比释功能Kc,a来取代照射量
原因：a. 由电离电荷量到能量的换算（乘以(w/e)a 因子）很不方便
b. Exposure的含义容易混 c 只适用于X、γ射线； d 只对空气； e 测量时必须满足电子平衡； f 不能作为剂量的单位，历史误会。
hv 2mc 2 hv 2mc 2 ( )( ) 4.49 MeV 4 4
带电粒子平衡
带电粒子平衡
不带电粒子在某一体积元的物质中，转移给带电粒子的平均能 量，等于该体积元物质所吸收的平均能量。发生在物质层的厚度大 于次级带电粒子在其中的最大射程深度处。
5MeV r=1mm 栅元0.2×1mm2
r0 dl
E 0 E dl dE ' [ S ( E ' ) / ]1 dE ' 0 dE '
r0>R
5MeV r=1mm 栅元0.2×1mm2
5MeV n r=1mm 栅元0.2×1mm2
笔形束辐射在水模中的纵向能量沉积
X、射线与物质作用类型： 光电效应 康普顿效应 电子对生成
电子对生成过程中反应能为Q=-2mc2，mc2为正负电 子的静止质量能。
(3) εtr通用表示方法
综上分析:在指定体积中的转移能εtr可表示为
nr tr Eu ,in Eu ,out Q
式中：∑Eu,in是进入体积V的所有不带电粒子的能量,但不包括带电粒 子的静止能量。
∑E nγ
u,out
是从体积V逸出的不带电粒子的能量,但不包括不带
电粒子的静止质量能和次级带电粒子动能辐射损失逸出的部分。
∑Q是入射的不带电粒子在体积V内引起的任何核和基本粒
子的转变中,所有相关的核和基本粒子静止质量能改变(质量减少时
为正,增加时为负)的总和。
C、照射量（X）
X或射线在单位质量的空气中，释放出来的全部电子完全被 空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。
dN / da
da┴ θ da
da┴ = dacosθ 定义： Φu=dN/ da┴ 为单向辐射场的粒子注量。 一般情况：各向辐射场
da
P
定义：Particle fluence (粒子注量)Φ： Φ=dN/da，m-2 Energy fluence（能量注量）Ψ：Ψ=dR/da，j.m-2
D d / dm
单位Gy。适用于任何类型的辐射和受照物质，与一个 无限小体积相联系的辐射量。受照物质中每一点都有特 定的吸收剂量数值。
授与能ε（energy imparted）
（1）能量沉积事件（energy deposition event） 由某个电离粒子或某组相关的电离粒子给指定沉积内物
比释动能与吸收剂量在物质中的变化：
带电粒子平衡的条件： （1）离介质边界有一定距离，d Rmax；
（2）均匀照射条件；
（3）介质均匀条件：介质对次级带电粒子的阻止本 领，对初级辐射的质能吸收系数不变。 带电粒子平衡不成立： （1）辐射源附近；
（2）两种物质的界面；
（3）高能辐射。
带电粒子平衡条件下，空气中照射量（X）和同一点处空 气吸收剂量(Da)的关系为：
中子与物质相互作用类型:


弹性散射（Elastic-scattering）：总动能守恒。 非弹性散射（In-elastic scattering）：总能量、动量守 恒，动能不守恒。 去弹性散射（Non-elastic scattering）：（n.p）（n.） 等。 俘获（Capture）：（n.γ）。 散射（Spallation）
Da Wa X e
吸收剂量与物质的质量吸收系数成正比，即
Dm (u en / ) m Da (u en / ) a
Байду номын сангаас故空气中同一点处物质的吸收剂量Dm为：
Dm ( en / ) m Wa ( / ) m X 33 .85 en X fm X ( en / ) a e ( en / ) a
电离辐射剂量与防护
康玺
系馆315 Tel: 8281887 E-mail:kangcy2011@163.com
电离辐射剂量学：研究电离辐射能量在物质中的 转移和沉积的规律，特别是转移和沉积的度量 （量的定义、测量、计算等）的科学。
剂量计算或测量两种基本途径： （1）辐射场本身测量—辐射场粒子数、辐射的能谱分 布、辐射能量沉积本领 （2）直接或间接测量沉积能量

e+
e-
tr hv 2me c 2 10 1.02 8.98 MeV
tr ,c
2 hv 2mc2 hv 2mc2 hv 2 mc 2 1 Ein Eout Q hv ( 2 mc )0 4.49MeV 4 4 2
da s ∆V
Ω
∆L=Φ∆V
Φ=∆L/∆V Φ=dL/dV

3、相互作用系数
A、带电粒子（e、、重带电粒子）
总阻止本领: 总线阻止本领带电粒子通过物质时在单位路程上损失的 能量。 dE s dl － dE是dl距离上损失能量的数学期望值。 总线阻止本领与带电粒子的性质（电荷、质量、能量）和物质的 性质（原子序数、密度）有关。去除物质密度的影响可得到总质 量阻止本领公式：
连续慢化近似射程
穿过厚度为x的吸收层的粒子数为N(x)，则平均投影 射程可写为：
1 R N0


0
x[dN ( x) / dx]dx
连续慢化近似射程r0 假设带电粒子与物质的每次相互作用损失的能量足 够小，以致于可以把带电粒子损失能量的过程看成是连 续慢化过程，则初始能量E的带电粒子在介质中穿行路 程质量厚度的期望值可表示为：
质授与能量的事件。
（2）.某一能量沉积事件的授与能ε 1 某个电离粒子或某一组相关的电离粒子在指定体积V内
发生的所有的相互作用中沉积能之和。
①定义
1 E
E1 Ein Eout Q
②通用表达式
16O(n,αγ
)13C
Q=-2.215MeV Ee’ α hυ
13C
δ
En
e+
照射量换算到某物质吸收剂量的换算因子，可查表得到。
思考题

一个10MeVγ射线进入体积V中并且遭遇了“电子对生 成”这种类型的相互作用，由于这个相互作用，γ射线 消失了，并产生能量相等的一个电子和一个正电子。 在电子逃逸出体积之前，其动能的一半消耗于碰撞相 互作用中。正电子将在飞行中淹没掉，在淹没之前， 其动能的一半消耗于在体积V中所遭遇的碰撞相互作用。 由正电子的淹没而形成的光子将逃出体极V。求上述事 件中：（1）转移能为多大？（2）碰撞转移能为多大？ （3）授予能为多大？