电离辐射剂量与防护第二章(第一节)

第二章剂量学基本概念引言1.剂量学的研究对象：研究辐射能量在物质中的转移过程、能量沉积的分布以及它的测量和计算的方法。2.剂量防护学中（三类物理量）辐射量（Radiationquantities）Radiometricquantities（辐射计量学量）：描述辐射物自身固有特性。Dosimetricquantities（剂量学量）：描述辐射能量在物质中的转移和沉积（K、X、D）。Radiationprotectionquantities（辐射防护量）：用品质因数加权的吸收剂量。第一讲比释动能K(Kerma)不带电粒子授予物质能量分为两个过程1、通过相互作用向次级带电粒子转移2、次级带电粒子通过电离激发授出第一阶段：由不带电粒子→次级带电粒子（PE、CE、PP等）第二阶段：次级带电粒子→作用介质（碰撞）两个阶段的能量转移发生在介质中的不同地点与第一阶段对应的是比释动能K与第二阶段对应的是吸收剂量D比释动能是描述不带电粒子在物质中转移能量的第一阶段的一个物理量研究不带电粒子在介质中的能量转移，有必要对二个阶段（过程）分别考虑一、比释动能二、Energytransferred（转移能）εtr1.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。2.典型过程的转移能分析(1)CE能量为hυ的光子在V中的CE过程的转移能分析：(1)在①中CE+激发hvk+俄歇电子；(2)对反冲电子Ee，在②,③,④发生轫致辐射hv1，hv2´，hv3´(3)hv1在⑤发生CE过程,hv1反冲电子E1+散射光子hv1´(4)hv´在⑥发生CE过程，hv´反冲电子Ee´+散射光子hv´´(5)'treAekEEEhvhvhv注：E1是由反冲电子Ee的轫致辐射释放的带电粒子，不能作为独立事件产物再加到εtr中去。(2)PP22trEEhvmchvQ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,,nrtruinuoutEEQ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。∑Enγu,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。εtr还可以表示为：rctrtrtr对于前面分析的CE过程:通常⑤的过程很少发生，特别是V很小的时候更是如此，所以'rctrtrtrAeekEEEhvhvhv式中：εrtr辐射转移能，εctr为碰撞转移能(或净转移能)。三、比释动能K单位:戈瑞(gray)，简写Gy，1Gy=1JKg-1;拉德(rad),1rad=10-2Gy。trKddm1.定义trd是由不带电粒子在质量为的无限小体积内释放出来的所有带电粒子的初始动能之和(即转移能)的期望值。T时间内，不带电的电离辐射在r点处的单位质量物质中释出的所有次级带电粒子初始动能之和的平均值。或者，入射的光子束或中子束在单位质量物质中转移的平均辐射能量。因为次级带电粒子的能量损失分为：碰撞和辐射损失。所以，比释动能分为：碰撞比释动能和辐射比释动能。rcKKK如果次级带电粒子损失于轫致辐射的能量份额为g，则有：gKKgKKrc)1(碰撞比释动能就是不带电辐射在单位质量物质中释出所有次级带电粒子初始总动能中最终以电离激发方式损失的那部分能量。显然，碰撞比释动能和辐射效应的关系更为密切。εtr是一个随机量（Stochasticquantity），但K是一个非随机量（Nonstochasticquantity）。随机量：时空变化不连续，服从统计规律，观测值不能预测，某一值出现的几率可以由分布函数确定。2.讨论扩展定义：比释动能K是感兴趣点P处单位质量介质中转移给带电粒子的能量（动能）的期望值，其中包括轫致辐射损失的能量，但不包括由一个带电粒子转移给另一个带电粒子的能量。扩展定义中带电粒子的能量不仅包括不带电粒子转移给带电粒子的初始动能，还包括介质内分布的电离辐射源通过自发核转变过程释放的带电粒子的初始动能。四、比释动能与注量的关系（TherelationshipofKermaandFluence）1.对单能单向的不带电粒子辐射场()trtrEddadldmdadl(/)(/)trEtrEKE在体积元dadl中：2.对任意方向分布的单能不带电粒子ΦdV是不带电粒子在小体积元dV内的总径迹长度。显然()[()]trtrEddVE//()/[(/)](/)trtrtrEtrtrEKddmddVdVEdVE3.对于各种不带电粒子构成的辐射场，且各种粒子存在谱分布ΦE,j和ΨE,j,,,.,.(/)(/)cutjcutjEjtrjEEjtrjEEEjjKdEEdE4.比释动能因子k（Kermafactor）(/)trEkE比释动能K通过比释动能因子k与不带电粒子注量或其谱分布联系起来。(/)(/)trEtrEKE,,,.,.(/)(/)cutjcutjEjtrjEEjtrjEEEjjKdEEdE五、碰撞比释动能Kc若定义：/ctrcKddm/rtrrKddm则：crKKK根据我们前面已经学习的知识，不带电粒子转移给带电粒子的全部动能中，最终损失于电离碰撞的那一部分所占的份额为：/1/entrg,,,()(1)cutjtrjcEjEEjKgdE对单能且只有一种不带电粒子辐射场，有：(/)(1)(/)ctrEenEKg特别对中子有：,cnnKK//entr则：六、比释动能率(Kermarate)1.定义/KdKdt单位：JKg-1s-1或Gys-1或rads-1对单能不带电粒子的辐射，有：(/)(/)[(/)]trEtrEtrEKEE2.空气比释动能率常数Γδ（AirKerma-rateconstant）对于点源，活度为A，各粒子产额为ni,能量为hυi，则2(/)4iiitrihvAKnhvr1(/)4iiitrihvnhv定义则有2rAK七、不同介质中的比释动能1.含义2.关系(/)/(/)eniimenmKK(/)(/)/trEtriEEEdEdE