2 E Ef-dE er 粒」能量 图1.2粒子注量的谱分布示意图 dE2.φ(E) dE3.φg 微分分布φk是积分分布φ(E)对能量E的导数,即 中B=dφ(E)/dE 它表示单位能量间隔内的粒子注量。 于是,由能量从E到E+dE之间的粒子所组成的那部分粒 子注量为 ￠gdE=[dφ(E)/dE]dE 数值上它等于进入小球的能量介于E到E+dE之间的粒子数除 以该球体的截面积所得的商。因此,粒于注量的积分分布与其微 分分布的关系还可写成 E Φ(E)=中EdE (1.5 式中,符号E′用以区别积分变量和积分上限。于是,粒子的注 量中可以表示为粒子注量的微分分布在0~Emx范围内对所有粒 子能量的积分,即 PrdE (1.6) 根据以上所述,粒子注量的积分分布和粒子注量具有相同的 单位,但粒子注量的微分分布的单位是m-2·J-
能量注量 除粒子数外,也可用辐射场屮某点的粒子能量来定量描述辐 射场的性质。为此又引进能量注量这一辐射量。 1.能量注量 进入辐射场中某一点处的能量注量,是以该点为球心的小球 的所有粒子能量(不包折静止能量,下同)之和dE〃除以该球截 面积da所得的商,即 y=dEr/da 能量注量的单位是J·m2。 同样,能量注量y,可以理解为进入单位截面积小球的所有 粒子能量之和。 2.能量注量率 能过注量率是指单位时间内进入单位截面积小球的所有粒 子能量之和,其定义为dy除以dt所得的角,即 g=dy/dt (1,8) 式中,d是时间间隔d内能遠注趾的增量。 能量注遠率驴的单位是J·m2.s- 3.能量注量与粒子注量的关系 能量注量江和粒了注量都是描述辐射场性质的量,它们之 间有下列关系: 对亍单能辐射场,辐射场中某点的能量注量φ,就是同一点 的粒子注量④和粒子能量E的乘积,即 (1.9) 对于非单能辐射场,某点处的能最注量为 ④EEdE 1.10 式中,中E是问一点处粒」注量按粒子能量的微分分布。 如果知道辐射场中某点处粒子注量的谱分布,则可用下式计 5
算同一点处以粒子注量φk加权的乎均粒子能量E,即 E eede ede 中gEdE i.11 第二节相互作用系数 相互作用系数是用来描述电离辐射与物质相互作用程度的。 下面将要讨论的各种相互作用系数,其数值都是针对特定辐射 特定能量、特定物质甚至指定相互作用类型的。虽然在给出这些 系数的定义时,可能不完全削明上述的各种有关因素,但是,在 引用这些系数的数值时,必须注意它们对上述各种因素的依赖关 系 质量减弱系数、质量能量转移系数和 质量能量吸收系数 质量减弱系数/、质量能量转移系数/和质量能量吸收 系数4m/o三个系数,都是针对不带电粒子(X、Y射线和中子)穿 过物质时发生的物理现象而定义的。它们分别量度;平均有多少 粒子减少y平均有多少能量转移为常电粒子的动能和平均有多少 能量被物质所吸收。它们的单位都是m2kg。下面以Y射线为 例,从物理意义上分忻这三个系数的联系与区别 1.质量减弱系数 在原子核物理中已论述了Y射线与物质相互作用的光电效 、康普顿散射和电子对产生等三种主过程。Y射线进入物质 后,有些光了叮能不经任何相冮仵用就分透出去,们的则通过上 述的相互作用过程被吸收和散射。至于发生作用的光子是经历哪 种过程,则与物质性质和光子能们关。显然,Y射线在物质中 6
的减弱,通常是几种过程叠加的结果。因而,物质对Y射线的总 线减弱系数,应该是各种过程的线诚弱系数的总和,即 τ+σ+n (1,12) 它表示Y射线穿过单位长度距离后,因相互作用,其光子数减少 的分数值。τ、σ和分别表示光电效应、康普顿散射和电子对产 生的线诚弱系数,单位均为m'。 总线减弱系数μ的单位是rt。 (1.12)式两边都除以物质的密度p,则得到辐射屏蔽中应用 更广泛的质量减弱系统μ/p,即 u/p (1.13) 它表示Y射线穷过单位质敏厚度后,因相互作用,它的光子数减 少的分数值。v/p、a/o和K/p是相应于上述三种过程的质址减 弱系数。单位均为m2·kg-。 :于上述物理过程,国际辐射单位与测量委员会(ICRU)作 了如下定义:某物质对不带电粒子的质量减弱系数/p,是dN/N 除以ρd所得的角,即 1 dN (1.14) 式中,p是物质的密度;dN/N是不带电粒子在物质中穿过质量 厚度pd的物层后,囚相互作用使不带电粒子减少的份额。 质量减弱系数p/p的单位是m2kg-'。 可见,质量减弱系数/,只涉及到物质中入射不带电粒子 数目的减少,并不涉及进一步物理过程 采用质量减弱系数的优点是,它的数值不因材料的物理状态 的改变而改变。此外,在康普顿散射中,与光了作用的仅涉及自 由电子,除氢元素外,绝大多数物质,其单位质量内的电子数大 致相等,所以在康普顿妝射占优势的光了熊量范围内,儿乎所有 物质以m2kg为单位的质量减弱系数大致州同
附表1给出了Y射线在某些元素和材料中的质量减弱系数 /p的数值。 2.质量能量转移系数 在Y射线与物质相互作用的三种主要过程中,光子能量都有 部分转变为电子(如光电子、反冲电子和正、负电子对)的动 能,而另一部分能量被能量较低的光子(如特征X射线、散射光 子和淹没辐射)所带走。因而,(112)式可表示为 ={r+{p (1.15) 式中,表示光子能量的辐射转移部分;表示光了能量的电子 转移部分,称之为线能量转移系数。在辐射剂量学中,重要的是 确定光子能量的电子转移部分,因为光子最后在物质中被吸收的 能量来自这部分。据此,可表示为 十σa+ (1.16) 它表示辐射在物质中穿过单位长度距离后,由于相互作用,其能 量转移给电子的份额。v、σa和K分别表示光电效应、康普顿散 射和电子对产生过程中的光子能量转移为电子能量的线能量转移 系数,单位均为m。 同(1.13)式相似,质量能量转移系数μ;/p为 oo Ra (1.17) 它表示Y射线在物质中穿过单位质量厚度后,因相互作用,其能 量转移给电子的份额。τ/p、/,和K/P分别表示相应上述三 种过程的质量能量转移系数,单位均为m2kg- 根据上述物理过程,可以给出如下的一般定义:某物质对不 带电粒子的质量能量转移系数H/p,是dE/NE除以pd所得 的商,即 dE ir/p pdr'NE 1.18) 式中,p是物质的密度:N是粒子数;E是每一粒子的能量(不