吸收剂量率 吸收剂量率D是单位时间内的吸收剂量,定义为dD除以d所 得的商,即 D=dD/d 式中,dD是时间间隔d内吸收剂量的增量。 吸收剂量率b的单位是Jkg,s-,亦即Gy·s- 带电粒子乎衡 带电粒子平衡是剂量学中很重要的一个概念。这里仅对它作 简单的介绍。 设不带电粒子通过体积p的物质,如图1.3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。 不带电粒子辐射 d b R 图1.3带电粒子平衡的示意图 不带电粒子传递给小体积元△V的能量,等于它在△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Ay 内,也有产生在Δ外的。另外,在ΔV内产生的次级带电粒子有 些可能离开体积元△,如径迹a3也有可能在△外产生的次级 带电粒子进入该体积元,如径迹b。若每一个带电粒子离开以O点 为中心的小体积元△F时,就有另一个同种类、同能量的带电粒 4
子进入该体积元来补偿,则称O点存在带电粒子平衡。如果涉及 的带电粒子特指电子,则就称为电子平衡。应当指出的是,带电 粒子平衡总是同辐射场内特定位置相联系的。 受照射物质中某一特定位置上的小体积元△内存在带电粒 子平衡的条件是: (1)在以小体积元△的边界向各个方向仰展的距离d,至少 应大于初级入射粒子在该物质中所产乐的次级带电粒子的最大射 程Rmx,并且在d≥Rmx的区域内辖射场应是恒定的,即入射的 粒子注量和谱分布为恒定不变。 (2)在上述的d≥Rmx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能量吸收系数也应该是恒定不变 的。 显然,上述条件是难以实规的,但在某些情况下,能够达到 相当好的近似。例如对于3Cs、Co的丫射线,如果认为入射辐 射1%左右的衰减可以忽略,那么在受照的某些物质(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)中仍然有较好的近似带电粒子平衡 比释动能 同讨论吸收剂量相似,先介绍与比释动能相对应的随机量即 转移能,再讨论比释动能本身以及与其它辐射量之间的关系。 1.转移能 转移能e是不带电粒子在某体积元内转移给次级带电粒 子的初始动能的总和,其中包括在该体积内发生的次级过程所产 生的任何带电粒子的能量。 转移能er同授与能ε一样也是随机量。其数学期望值,即乎 均转移能4是非随机量。 2.比释动能 15
不带电粒子授与物质的能量的过程可以分成两个阶段。第 一,不带电粒子与物质相互作用释出次级带电粒子,不带电粒子 的能量转移给次级的带电粒子第二,带电粒子将通过电离、激 发,把从不带电粒了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…过程的结果,引进了另一个新辐 射量,即比释动能。 比释动能K定义为d;除以dm所得的商, Kedar/d (1.30 式中,d:是不带电粒子在质量dm的物质中释出的全部带电粒了 的初始动能总和的平均值,它既包括这些带电粒子在轫致辐射过 程屮辐射出来的能量,也包括在该体积元内发生的次级过程所产 生的任何带电粒子的能量。 比释动能K的单位与吸收剂量的单位和同,即J·kg或Gy。 比释动能只适用于不带电粒子,但适用于任何物质。它也是 个与无限小体积柑联系的辐射量。在受照物质中每一点上都有 它特定的比释动能数值。所以在给出比释动能数值时,也必须同 时指出与该比释动能相联系的物质和该物质的部位。 3.比释动能率 比释动能率K是dK除以d#所得的商,即 K=dK/dt (1.31) 式中,dK是在时间间隔d内比释动能的增量。 比释动能率的单位与吸收剂量率相同,即Jkg 或 y·s 比释动能与能量注量的关系 对于仅有一利单能不带电粒子的辐射场,某点处物质的比释 动能K与同一点处的能量注量有如下关系: K=(#/p) (1.32) 式中,/是物质对入射的不带电粒子的质量能量转移系数, 16
m2kg’y是粒∫能量注聶,Jm-。 对于具有谱分布的不带电粒了的辐射,物质的比释动能则可 用下式表示 K (Arre)dE (1.33) 式中,y是能量注量按粒子能的微分分布1/p是相应的质 量能量转移系数。 从(132)式可知,当能量注造y确定不变付,比释动能与物 质的质【能量转移系数1/p成正比。因此,有 K,/K2-(,/p)1/(4/p) (1.34) 式中,脚码1和2分别表示物质1和物质2。(1.34)式表明,只 要知道在一种物质中的比释动能,就可以求出同样情况下在另 种物质中的比释动能 对于单能中子,将单能中了的能量注量与粒子注量的关系 =中E,代入(1.32)式,可得中了辐射场中某点处物质的中子 比释动能Kn即 K,=f (135) 式中,fk=E(pt,/p)称为中子的比释动能因子,它表示与单位中 子注量相应的比释动能值,其单位是Gy·m2。 附表3列出了中子在菜些物质屮的比释动能因子fk的数值。 这样就可以方便地用(1.35)式计算中了在这些物质中的比释动 能 5.比释动能与吸收剂量的关系 在带电粒子平衡条件下,不普电粒」在某一体积元的物质 中,转移给带电粒子的平均能量dr,就等于该体积元物质所吸 收的平均能量d。若该体积元物质的质量为dm,则 d K l§ drm d D (1.36) 应该指出的是:除了满足带电粒子平衡条件外,要使(1.36)式成 I7
立的另一条件是带电粒子产生的轫致辐射效应可以忽略。在这个 前提下,可以认为比释动能与吸收剂量在数值上相等。但这只对 低能X或Y射线来说是成立的;而对于高能Ⅹ或Y射线,则由于次 级带电粒子是电子,有一部分能量在物质中转变为轫致辐射而离 开所关心的那个体积元,故使K午D,此时的表达式为: d§ d6(1-g)=K(1-9) dm (1.37) 式中,g是次级电子在慢化过程中,能量损失于轫致辐射的能量 份额。 高能电子在高原子序数的物质内,g值比较大,但在低原子 序数物质内,g值一般比较小,通常可忽略,这样可近似地认为 吸收剂量与比释动能在数值上相等,即D=K。 对于中子,当能量低于30MeV时,D与K的数值差别完全 可以忽略。因此用(1.35)式计算出中子比释动能值,就可当作同 种物质的吸收剂【值。 6.比释动能与吸收剂量在物质中的变化 设一束平行不带电粒子垂直入射到一均匀物质上,物质层的 厚度大于次级带电粒子在其中的最大射程,如图1.4所示 K K A E 买 M 与次级带电粒扌 大射程相当的深度 深度 深度 图4入射辐射在物质存在带电粒子平衡情况(a)和 准平絲情况(b) 18