辐射剂量单位与剂量计算.ppt

带电粒子平衡带电粒子平衡设不带电粒子通过体积为V的物质，如图所示。假设在体积V中任取一点O，并以O点为中心取一小体积元?V。不带电粒子传给小体积元?V的能量，等于它在?V内所产生的次级带电粒子动能的总和，这些次级带电粒子有的产生在?V内，也有的产生在?V外的。若每一个带电粒子离开以O点为中心的小体积元?V时，就有另一个同种类、同能量的带电粒子进入该体积元来补偿，则称点O存在带电粒子平衡。如果涉及的带电粒子特指电子。则称为电子平衡。带电粒子平衡总是同辐射场内特定位置相联系的。在?V内存在带电粒子的平衡条件是：1.在以小体积元?V的边界向各个方向伸展距离d至少大于初级入射粒子在该物质中所产生的次级带电粒子的最大射程Rmax，并在d≥Rmax的区域内辐射场是恒定的，即入射的粒子注量和谱分布为恒定不变。2.在上述的d≥Rmax的区域内，物质对次级带电粒子的阻止本领以及对初级入射粒子的质量吸收系数也应该是恒定不变的。显然，上述条件是难以实现的，在某些情况下，能够达到相当好的近似。例如对于137Cs、60Co的γ射线，如果认为入射的辐射1%左右的衰减可以忽略，那么在受照物质（如水）中可能存在着很好的近似电子平衡。对于中子，由于建立带电粒子平衡比较容易，因此，即使中子能量高达30MeV，在某些物质（如水）中仍存在较好的近似带电粒子平衡。转移能1转移能εtr是不带电粒子在某一体积元内转移给次级带电粒子的初2始动能的总和，其中包括在该体积内发生的次级过程所产生的任何3带电粒子能量。4转移能εtr单位是J，它同授与能ε一样也是随机量，其数学期望5值，即平均转移能是非随机量。6二比释动能比释动能比释动能不带电粒子授与物质的能量过程可以分为两个阶段。第一，不带电粒子与物质相互作用释放出次级带电粒子，不带电粒子的能量转移给次级带电粒子；第二，带电粒子将通过电离、激发，把从不带电粒子那里得来的能量授与物质。吸收剂量是表示第二过程的结果。为了表示第一过程的结果，我们引进另一个新辐射量，即比释动能比释动能K定义为d除以dm所得的商，即K=d/dm式中d是不带电粒子在质量dm的物质中释放的全部带电粒子的初始动能总和的平均值，它既包括这些带电粒子在韧致辐射过程中辐射出来的能量，也包括在该体积元内发生次级过程所产生任何带电粒子的能量。比释动能的单位与吸收剂量的单位相同，即J·kg-1或Gy。比释动能只适用于不带电粒子，但适用于任何物质。比释动能率?是dK除以dt所得的商，即式中dK是在时间间隔dt内比释动能的增量。?=dK/dt比释动能率?的单位与吸收剂量率单位相同，即J·kg-1·s-1或Gy·s-1。比释动能率比释动能与吸收剂量的关系比释动能与吸收剂量的关系在带电粒子平衡条件下，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d就等于该体积元所吸收的平均能量d若该体积元物质的质量为dm，则K=（d/dm）=（d/dm）=D除了满足带电粒子平衡条件外，要使上式成立的另一条件是带电粒子产生的韧致辐射可以忽略。对于低能的X或γ射线来说是成立的但对于高能的X或γ射线，由于次级带电粒子是电子，有一部分能量在物质中转变为韧致辐射而离开所关系的体积元，使得K≠D。D=(d/dm)=(d/dm)(1-g)=K(1-g)g是次级电子在慢化过程中，能量损失于韧致辐射的能量分额。高能电子在高原子序数物质中，g值比较大，在低原子序数物质中g值一般比较小，可以忽略。对于中子，当能量底于30MeV时，D和K的数值差别完全可以忽略。比释动能与吸收剂量在物质中的变化如果只有不带电粒子入射，则在物质浅层处不存在带电粒子平衡，因为不带电粒子在该处某一体积元内释放出的能量，并没有全部沉积在该体积元内。因此比释动能大于吸收剂量。随着所考察的体积元不断向深层移动，起源于浅层的次级带电粒子越来越多的进入所考察的体积元，使得在该体积元中沉积的能量越来越接近于不带电粒子在该体积元中释放的能量，直到体积元深度等于等于次级带电粒子的最大射程时，带电粒子平衡条件得到满足，这时K=D。如果忽略入射粒子在物质中的衰减，那么在以后的深度中K、D都保持不变，并且在数值上K、D继续相等。在辐射防护领域所关心的能量范围内，对于X、γ光子或中子都可以近似地认为吸收剂量同比释动能在数值上是相等的，D≈K。在天然射