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社区医用辐射防护手册
1.4.3 第三节 辐射剂量学基础
第三节 辐射剂量学基础

剂量学中的量是为了对辐射与物质相互作用产生的真实效应和潜在影响提供一种物理学上的量度。这些量的数值,既依赖于辐射场的性质,又依赖于辐射与物质相互作用的程度。所以,剂量学中的量,一般可以通过辐射场的量与相互作用有关的系数的乘积来计算。鉴于剂量学的量一般可以直接测量,因此通常不采用乘积的形式来定义这些量。

一、吸收剂量

吸收剂量在剂量学的实际应用中是一个非常重要的量。下面先介绍与之相对应的随机量——授与能,然后讨论吸收剂量以及与其他辐射量的关系。

(一)授与能

授与能ε是电离辐射以电离、激发的方式授与某一体积物质的能量。其定义为:

ε=R in-R out+∑Q

式中,R in是进入该体积的辐射能,即进入该体积的所有带电和不带电粒子的能量的总和;R out是从该体积逸出的辐射能,即离开该体积的所有带电和不带电粒子的能量的总和;∑Q是在该体积中发生任何核变化时,所有原子核和基本粒子静止质量能变化的总和。

授与能ε的单位是J。

由于辐射源发射的电离粒子以及它们与物质的相互作用都是随机的,在某一体积内发生的每一过程,无论其发生的时间、位置,还是能量传递的多少,都具有统计涨落的性质。因此,授与能ε是一个随机量。但是,它的数学期望值,即平均授与能-ε是非随机量。

(二)吸收剂量

吸收剂量D是单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。其定义为d-ε除以d m所得的商,即:

D=d-ε/d m

式中,d-ε是电离辐射授与质量为d m的物质的平均能量。

吸收剂量D的单位是J·专门名称是戈瑞(Gray),符号Gy。1 Gy=1 J·kg-1

吸收剂量适用于任何类型的辐射和受照物质,并且是个与一个无限小体积相联系的辐射量,即受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值。因此,在给出吸收剂量数值时,必须指明辐射类型、介质种类和所在位置。

二、比释动能

同谈论吸收剂量相似,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他辐射量之间的关系。

(一)转移能

转移能是不带电粒子在某一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。

转移能同授与能ε一样也是随机量。其数学期望值,即平均转移能-εtr是非随机量。

(二)比释动能

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,引进了另一个新辐射量,即比释动能。

比释动能K定义为除以d m所得的商,即:

K=dεtr/d m

式中,dεtr是不带电粒子在质量d m的物质中释出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轫致辐射过程中辐射出来的能量,也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。

比释动能K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。它也是一个与无限小体积相联系的辐射量。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。

(三)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的物质中,转移给带电粒子的平均能量就等于该体积元物质所吸收的平均能量d-ε。若该体积元物质的质量为d m,则:

三、照射量

照射量是个历史悠久、变化较大的量。这里主要讨论照射量的基本概念,然后讨论它与其他辐射量之间的关系。

(一)照射量

照射量是一个用来表示X或γ射线在空气中产生电离能力大小的辐射量。

照射量X定义为d Q除以d m所得的商,即:

X=d Q/d m

式中,d Q的值是X或γ射线在质量为d m的空气中,释放出来的全部电子(正、负电子)完全被空气阻止时,在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。

定义中的d Q不包括光子在空气中释放出来的次级电子产生的轫致辐射被吸收后产生的电离。不过,这仅在光子能量很高时才有意义。

照射量的单位是C·kg-1

照射量只用于量度X或γ射线在空气介质中产生的照射效能。但是,实际工作中,常说到除空气以外的其他介质中某点处的照射量为多少时,这一照射量数值应理解为在所考察的那点处处置少量空气后测量的照射量值。

(二)吸收剂量、比释动能和照射量的区别

前面已讨论了吸收剂量、比释动能和照射量这三个辐射量之间的关系。这里将它们之间的区别简要地列在表1-2中。

表1-2 D、K和X的区别