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辐射剂量学笔记2.doc

辐射剂量学笔记2

suby
2010-04-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《辐射剂量学笔记2doc》,可适用于工程科技领域

四、习题:、、第四讲辐射防护学量(QuantitiesusedinRadiologicalProtection)剂量学量描述的内容及特点电离辐射与物质发生相互作用能量转移多少作用的强弱。作用介质接受能量大小D。特点:没有跟生物效应相关联。没有考虑辐射类型和能量对生物效应的影响。没有考虑对于辐射的相对敏感性。当量剂量Hr器官剂量DT(Organdose)授与组织或器官的总能量组织或器官的质量(<g>kgforthewholebady)品质因数(Quatityfactor)Q随机性效应发生的概率跟辐射的类型和能量以及电离辐射授予物质的能量在微观空间分布上的那些特征(辐射品质)有关的。引入品质因数Q来描述之。QL关系Q是L的函数Q(L)但是在实际应用中简化水中的QL关系Lkevm<>辐射权重因子(RadiationWeightingFactor)WRICRP在年号报告中指出:由于辐射生物信息的不确定性用Q(L)修正的吸收剂量来反应受到高LET辐射照射导致较高的损伤概率的详细而精确的内在联系是不合理的推断WR代替Qbasedon:aReviewofthebiologicalinformationbAvarietyofexposurecircumstancecInspectionoftheresultsoftraditionaldCalculationsoftheambientdoseequivalout辐射类型和能量WA光子(所有能量)电子和子中子<kevkevtokev>kevtoMev>MevtoMev>Mev质子(不包括反冲质子)>Mev粒子、裂变碎片、重核辐射权重因子同辐射种类和能量有关但与器官或组织无关。随放射性物质研究的进展取值可能会发生变化。当量剂量HT定义:传统定义:针对某一组织或器官定义单位Jkg专门名称“SV”(Sievert)有效剂量E引入的目的:对随机性而言计算受到照射的有关器官和组织带来的总的危险。定义:对说明:EMBEDEquationDSMT为组织权重因子是器官或组织受照射所产生的危害(危险度)与全身均匀受照射时所产生的总危害的比值它反映了在全身均匀受照射下各器官或组织对总危险的相对贡献。与射到身体的辐射类型和能量无关。同一样随放射生物学研究的进展取值可能发生变化。讲义P表的说明。待积当量剂量与待积有效剂量引入的目的:为了定量计算放射性核素进入人体后所造成的危险。定义:人体一次摄入放射性物质后某一器官或组织在年内将要受到的累积的剂量当量即:是t时刻器官或组织T受到的当量剂量率定义:它可以用来预计个人因摄入放射性核素后将发生随几性效应的几率。说明:EMBEDEquationDSMT和的单位都为Sv(Jkg)针对个体定义的集体当量剂量ST和集体有效剂量引入的目的定量表示某一次放射性实践或放射性事故对社会的总的危害。定义:单位为人Sv第三章腔室理论和剂量测量的电离法引言腔室:在介质中置入可以确定介质吸收剂量的敏感元件因其密度可能与介质的相差较大材料成分可能有所不同。从而在介质内构成一个连续的区域腔室。腔室理论研究的内容:研究由腔室测得的信息确定介质中的DK和X等剂量学量的原理的。电离法:利用电离电荷测量剂量的方法。电离室:把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件。正比计数管:将每个辐射粒子产生的初始电荷成比例地加以放大的气体放电器件。GM计数管:对每一个电离事件均给出一个经过放大但幅度与初始电离事件的大小无关的信号。第一讲腔室理论一.法诺定理定理:受注量场的初级辐射(为X射线或中子)照射的给定组成的介质中的次级辐射注量也是均匀的且与介质的密度以及介质密度从一点到另一点的变化无关。证明(略)讨论:密度变化的有限介质中的辐射平衡条件:如果在某点周围粒子最大射程范围内单位质量介质释放的粒子数是均匀的则在该点存在着带电粒子平衡。在初级不带电粒子注量均匀和极化效应可以忽略的条件下吸收剂量与介质的密度无关。法诺定理成立的重要条件是极化效应可以忽略(即与介质密度无关)。二布喇格格雷理论BG条件(两条基本假设)腔室的线度比撞击腔室的带电粒子的射程小得多以致腔室的存在不会干扰带电粒子辐射场。腔室内的吸收剂量完全是由穿过腔室的带电粒子产生的。穿过腔室隐含腔室内产生的带电粒子可以忽略不计进入腔室的带电粒子全部穿过腔室而不会停留在其中。BG关系式在连续慢化近似条件下:由以上两式得:上式中。若充气腔室在电离辐射条件下单位质量空腔气体中的电离电荷为Jg则的计算起始能量为E的电子设在单位质量介质m中产生的初始能量为E的电子数为n那么在离边界大于电子射程的介质中电子的慢化谱为则的推导公式:()单能光子束设介质m的给定区域受到均匀的单能光子束照射光子在单位质量介质中释放的能量在EEdE之间电子数为光子的能量为hv。则在电子平衡条件下介质m中的吸收剂量可表示为续光子谱假设光子能量是连分布的能量注量的谱分布为。在CPE条件下三斯宾瑟阿蒂克斯理论现象:腔室的线度不同射线的影响程度不同因而出现了比电离Ja与腔室大小有关。考虑了射线影响的D的表示对BG腔室:(SA公式)由上式得:考虑了腔室干扰带电粒子辐射场的D的表示式中:为干扰修正因子(Perturbationcorrectionfactor)包括辐射场干扰及位移修正。四.大腔室和中等腔室大腔室腔室线度远大于次级带电粒子的射程的腔室。图由得()对于由BG腔室和一个壁厚大于次级电子最大射程的室壁组成的厚壁腔室:当室壁w与腔室总体的原子组成相同或等效时则有:中等腔室腔室线度可以与次级带电粒子射程相比拟的腔室。图若用代表腔室内产生的次级带电粒子对腔室室内能量沉积的贡献份额则代表介质中产生的次级带电粒子的贡献份额。=大腔室=BG腔室对于由BG腔室和室壁w构成的中子腔室电子束测量的应用第二讲空腔电离室结构空腔电离室的测量原理:腔室理论形状:没有限制可根据用途和制造条件决定。组成:室壁、充气空腔、收集电极、绝缘体、连接部件说明:﹡材料应尽量满足匹配的要求。﹡室壁厚度以保证带电粒子平衡为条件。复合修正:Pion绝对空腔电离室定义:有效体积Vg(或有效质量mg=Vg)不用在辐射场中刻度就可以精确测定。(用静电计精确测定)初级标准与次级标准初级标准:﹡最高计量学量的测量仪器。﹡通过基本物理量的测量来确定量值。﹡测量结果的准确度通过参与国际比对被验证了的。次级标准:用初级标准刻度了的具有长期精密度的稳定性的仪器。空腔电离室的刻度注:原因a电离室的Vg或mg难于确定。b目的在于给出剂量计灵敏体积中的与剂量计响应的关系。刻度因子定义:设M为对离子复合和漏电等因素修正后的电离室的指示值则定义为刻度因子显然。有了Ng根据M确定的大小。讨论﹡对于绝对空腔电离室﹡对Vg=cm充干燥空气的空腔电离室在一个大气压和℃时有:a。n气体摩尔数R气体常数。b在℃个大气压下空气的密度为gcm。c由得:EMBEDEquationDSMT在光子辐射场中时:(P)则()参考射束中的刻度因子由上式得:设在照射下电腔室的有效读数为则为:若空腔电离室在参考射束中按照射量刻度过刻度因子为即:则有:应用射束中的刻度因子为有效读数(经过修正的)讨论:应用射束为高能光子束或高能电子束。重粒子(包括中子)的值与光子的不同则有了就可以得到。光子和电子束吸收剂量的测量介质中的吸收剂量可表为为电离室空腔气体的平均吸收剂量到介质中吸收剂量的转换因子。空腔电离室置换部分介质的干扰修正因子。(由上式有:)转换因子对薄壁电离室:EMBEDEquationDSMT对厚壁电离室:EMBEDEquationDSMT干扰修正因子EMBEDEquationDSMT辐射场干扰修正位移修正。五.自由空气中光子束的X和测量空腔电离室充空气。用绝对电离室测X和时有用相对空腔电离室测量时若刻度因子为则为有效读数测得则根据得到。说明:若刻度射束与测量射束品质相差较大时测量结果可能会有较大误差。六.中子比释动能和吸收剂量的测量中子测量对空腔电离室的特殊要求a对测中子而言满足BG条件的空腔尺寸太小。b据法诺定理:处于均匀的不带电粒子辐射场中的均匀电离室的空腔可以扩大而保持空腔与室壁中的次级带电粒子注量相等。(采用室壁与空腔气体原子组成相同的均匀电离室是非常必要的。)中子测量(小块介质测K介质中测D)由得若电离室经过参考射束刻度即已知则因此:在CPE和辐射场均匀时七.中子混合场中吸收剂量K=为刻度系数定义:显然此时若用两个对中有不同响应的剂量计放入中子混合场则:习题:P、第三讲常用电离型剂量测量器件常用电离型剂量测量器件有四种:外推电离室、自由空气电离室、高压电离室、GM计数器。外推电离室结构特点(按图讲解)﹡空腔体积可(调节)改变﹡入射箔窗很薄但可加吸收箔以改变射线入射到空腔前的吸收层厚度。﹡反映不均匀介质交界面附近D的变化规律和弱贯穿辐射产生的吸收剂量在介质中的衰减规律。吸收剂量的深度分布和按D的定义当腔室的厚度为x时:求时要修正。即作多效厚度处理。与相对应。对电子束和射线在无限薄室壁(或无壁)条件下对于x射线和壁厚为若室壁与空腔电离室等效(即消除室壁影响)有:自由空气电离室结构特点(按图讲解)﹡按照射量的定义设计﹡通过加保护电极及在电离室两端两侧绕一组金属线并在其上施加均匀递变的电位使电极板间的电场均匀。照射量X的测量当次级电子在交界面上达到平衡时(L为收集电极的有效长度)在空气的减弱作用可忽略的条件下其中温度和气压的修正因子是衰减作用、散射光子的积累作用、离子复合损失等各种修正因子的乘积。说明:﹡入射窗到测量体积前端的距离不得小于次级电子的最大射程。﹡电离室不宜做的过大。﹡kv之间的x射线测量的标准仪器能量太高时线度太大能量太低时吸收修正困难。高压电离室氩气的值较低离子复合影响小。四.GM计数器结构特点﹡电离引起气体放电。﹡输出信号幅度与初始能量沉积的多少无关。﹡不能将输出信号与D联系起来。﹡灵敏度高成本低结构多种多样应用广。测量光子在空气中的碰撞比释动能率设射到计数管灵敏体积区域内的每个光子产生放电脉冲的几率为计数管的探测效率计数管灵敏体积的截面积为S光子的注量率为则在死时间损失可以忽略的条件下计数管的输出脉冲计数率R为与光子能量有关。对低能光子大且Z越大越大越大。对Mev中能光子和小原子系数变化小但次级电子能量随增加而加大从而。其中“”可以通过刻度得到说明:﹡光电效应使以重金属作阳极材料的GM计数器的灵敏度在低能区急剧上升。一般采取加过滤片的办法来降低能量依赖性。﹡计数管的响应具有方向依赖性当光子方向与计数器管轴向平行时灵敏度最小。﹡应注意计数器被“阻塞”而无响应从而低估辐射水平的错误。故适于低水平测量在高水平测量时应进行死时间修正。中子混合场中组成D的测量GM对中子不灵敏剂量计的指标:绝对剂量计和相对剂量计。能量响应和LET响应。重复性、均匀性和准确度。灵敏度(探测限和测定限)量程和线性。耐热性。抗干扰能力。P、、量热计和化学剂量计第一讲量热剂量学量热法是测定D的最直接最基本的方法。量热计的响应原则上与辐射的品质无关因此量热计常用作绝对测量装置。原理和分类与量热计相关的概念热损:在材料中消耗的辐射能与相应的热能之差。若是体积元质量是电离辐射授与小体积元的平均能量是中以热能形式出现的能量是热损则为热损因子讨论:﹡当辐射引起的化学反应或晶格缺陷贮有能量损失为正TDF大于当辐射引起的化学反应或晶格缺陷放出能量热损为负TDF小于。﹡TDF跟辐照过程和材料有关在设计量热计时应选用热损小到可以忽略或者能够以足够的精确测定的那些材料。吸收体(芯体):在量热计中测量D的介质元。量热计的类型及其工作原理量热计可分为如下几种类型:绝热型动态型稳定型等温型准绝热型热型量热计:量热计芯体不与外界发生热交换且不发生相变。若芯体材料的比热容量为C则则通常外壳与芯体的材料相同故据腔室理论动态型量热计吸收体与外壳之间存在着误差芯体与外界发生热交换热交换的多少跟两者之间的误差和持续时间有关即满足牛顿冷却定律:为芯体表面积稳态型量热计保持外壳的温度恒定不变也保持不变则芯体温度达到某一值后不再变化此时故等温型量热计(量热计测量和控制的关键环节)二.温度测量(量热计测量和温度控制的关键环节)单位吸收剂量产生的温升很小比如对于水所以测量装置要非常灵敏。热敏电阻测温热电偶测误差P图热电堆测误差说明:﹡为了不引起辐射场畸变和减少对量热计测量结果修正的不确定因素量热计内引入的不同物质的质量一般小于吸收体质量的千分之几。﹡为了尽快达到平衡减少温度滞后测量元件必须做得很小很细(热电偶直径可以小到mm)主要原因是测温元件的原子组成与量热计吸收体的相差较大。其它测量方法温升能引起溶液电导的改变大小可由灵敏电桥测量。温升使透明液体的折射率下降用全息照相干涉仪测局部变化。三.量热计的校准(比较法)比较法:给量热计输入可以精确测量的电能将量热计的响应与受辐射照射时的响应进行比较。绝热型量热计的电校准用热敏电阻测吸收体温度若起始值为刻度结束后阻值的变化为则为电校准时的响应。定义电校准时的刻度因子若辐射致热与电致热等效显然在有热损时EMBEDEquationDSMT一般情况下等温型量热计的电校准要同时的确定:需进行两次测量:由得基准的传递量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器刻度链的顶点。参考介质中的刻度若是量热计测得的参考材料中的吸收剂量待刻度剂量放在参考介质并接受同样照射其测得的吸收剂量为若其响应为则其刻度因子待测介质中吸收剂量的测定设剂量计的响应为则剂量计的吸收剂量是。介质中的吸收剂量为上式显示与基准值联系起来了这就是基准传递的过程。化学剂量计﹡利用化学变化产物或化学变化过程测量介质中吸收剂量的方法称为化学法。﹡化学(剂量计)法对敏感感材料的要求与量热法的相反。﹡化学剂量计很多以研究最成熟的(化学剂量计)弗里克剂量计为例介绍化学剂量计的相关知识。一、弗里克溶液上世纪年代弗里克研制成了硫酸亚铁剂量计。标准弗里克溶液:aFeSOFe(NH)(SO)molmbHSOmolmcNaClmolm说明:﹡上述溶液用无离子水轧制而成且空气饱和(约含molmO)。﹡S对低能光子有过度的所以测低能光子应减少硫酸浓度。﹡当水和试剂特别纯时可不加NaCl。﹡应注意自然氧化过程对D测量的影响。二、辐射化学反应机制水的射解作用分:物理阶段(s时间内)物理化学阶段(s或少一些时间内)化学阶段(ss时间内)a物理阶段电离和激发:b物理化学阶段:与附近的水分子发生质子交换(s)(s)电离电子能量降到水的激发能(Ev)以下之后有(s)(s)c化学阶段如果溶液的PH值很低则水含电子通过如下的反应而迅速从溶液中消失:水的射解产物与亚铁离子的反应:水的射解产物中、和OH*具有很强的氧化作用使:当溶液中缺氧时:当溶液中含有机杂质时:但当溶液中有氯离子时OH*首先与Cl反应即从而消除或降低有机杂质的干扰三、辐射化学产额G(x)定义:电离辐射授与某一物质的平均能量为J时产生、破坏或变化了的某一特定实际X的物质的平均量,用G(x)表示,molJ或molkgGg,也有时用(eV)作单位molJ=×××(ev)=×(eV)。G(x)的表达式:以弗里克剂量计为例说明:﹡G(x)在高剂量率照射下会降低主要原因是缺氧。﹡非辐射产生的使使G(x)加大。﹡G(x)与照射时溶液温度有关。﹡在中子、γ混合场中若γ射线产生的吸收剂量分数为f则四.摩尔线吸收系数定义透射比:定义吸光度(或光密度):定义摩尔线吸收系数即光线在浓度为mol的指定物质中穿过的厚度为m时的吸光度。则。对于弗里克溶液吸光度的改变决定与的之差即。可在分光计上用标准溶液测定也可查表。五、吸收剂量的计算若某种物质x的辐射化学产额为其摩尔线吸收系数为当其吸收剂量的平均值为时其浓度的增量为。由该物质的产生引起的吸光度的改变为:对弗里克剂量计有:由确定水中的时:电子:光子:(剂量计内电子起源于水中)(剂量计内电子起源于剂量计外)六、弗里克剂量计的标定a确定值:根据三价铁离子的标准溶液测定标准曲线。b确定:由可知先确定再测即可得。七、弗里克剂量计的应用由于光吸收测量灵敏度限制不宜用于防护水平的测量。由于使用方便组织等效性好在放疗和工业辐射中得到广泛应用。由于其为液体可以充入各种特制模型中模拟测量各种特殊照射条件下的。测量过程中物质(如)耗氧限制了高剂量测量但增加浓度并在照射时不断鼓泡可以扩大测量范围。可用于高剂量率测量但过高也不行。注意消除存贮效应(某些塑料作剂量计容器时会给出过高的产额):预辐照后换新鲜溶液。P第、题�EMBEDPBrush*MERGEFORMAT����EMBEDPBrush*MERGEFORMAT���unknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknownunknown

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