第二章 辐射剂量测量的基本原理

本站那个着重介绍辐射监测中对于X,r和中子辐射剂量测量的基本原理以及一些核探测在测量剂量中的应用。

电离辐射剂量与防护概论

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第二章 辐射剂量测量的基本原理第一节 电离法测量X或 射线剂量 第二节 β粒子和电子束的剂量测量

第三节 中子剂量的测量第四节 测量剂量的其它方法

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第一节 电离法测量X或 射线剂量

探测器 为了能探测电离辐射，人们用各种特殊的器件(或装置)使被测辐射粒子能产生相应的可观测信号。这种特殊的 器件称作电离辐射探测器，简称探测器。 探测器的作用就是将入射粒子的全部或部分能量转化为 可观测的信号(如电流、电压、热量、光信号)。

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电离法 电离是辐射与物质相互作用最基本的过程。 利用电离电荷测量剂量的方法称为电离法。 把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件叫电离室。 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 电器件叫正比计数器。 另一种器件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，这种器件叫G-M计数管。

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电信号探测器的类别 依据探测器的工作介质、作用机制以及输出信号等可将它们 分成许多类别。在电信号探测器中按工作介质及作用机制， 可区分为气体电离探测器、闪烁探测器以及半导体探测器。 气体电离探测器是历史最悠久的探测器。早在1898年居里夫

妇发现并提取放射性同位素钋及镭时，就用“电离室”来监测化学分离过程中的各项产物。一百多年来，气体电离探测 器得到了蓬勃发展。

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气体电离探测器的类别气体探测器是以气体为工作介质，由入射粒子在其 中产生的电离效应引起输出电信号的探测器。由于产生 信号的工作机制不同，气体电离探测器主要有电离室、

正比计数器、G-M计数器等类型。它们均有各自的特点以及相应的适用领域。

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激发与电离 当电子能量大于气体原子激发能时，碰撞就可能使之激发。 当电子能量大于气体原子的电离能时，碰撞既可能使之电

离(产生离子-电子对),也可能使之激发。 使气体原子激发或电离的碰撞过程都是非弹性的，因为碰 撞后气体原子的壳层电子状态改变了。

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电离室测量原理常用电离室来测量γ射线照射量和吸收剂量。当把电

离室引入到测量物质中进行测量时，它就在测量物质中构成一个气体空腔。在射线作用下，在空腔单位体积气体中 所产生的电离(量)与单位体积的周围物质中所吸收的辐 射能量是有关的。收集空腔中的电离电量就可知道空腔周 围物质所吸收的能量。

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一、照射量的标准测量方法 1、自由空气电离室

(方杰，237图)

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照射量的测量式中：Q Xa 0 L

Q-总电荷量，C;

a0-

入射光栏截面积，m2;L-收集极有效长度，m;ρ-标准状况下空气密度， kg· -3。 mQ V

X 0 . 773

V a0 L

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比释动能的测量Ka Wa e 1 1 ga X

Ka

Wa e

1

1 g a V

Q

Wa e

33 . 85 J C

1

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按照照射量的定义设计，可以对照射量进行直接测量；

测量准确度可以达到1%以内； 体积大、结构要求高； 适用的X或 射线的能量范围一般限于50keV~3MeV。

低于50keV,空气吸收严重，测量误差大；高于3MeV,次级电子射程太长。

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2、布拉格-戈瑞原理前提--法诺定理

B-G条件(两条基本假设)a.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。 b.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。

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Dm

0

S E dE m ,E

Dm Dg

S / S / E

m g

Dg

0

S E dE g ,E

S / S /

m

S / 0

m ,E

dE

0E

E

dE

(方杰，238 空腔图)

g

S0

/

g , E dE

0

E

dE

电子平衡时，空腔中的电离量反映了 射线交给室壁材料的次级电子的能量。

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布拉格-戈瑞公式DmDg W qg e g

W qg S e g

m ,g

S

m ,g

S / S /

m g

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Dw

en en

/

w / a

Wa e

X

X qg S

w,g

en en

a / w/

Wg /e Wa / e

Dw

W qg S e g

w,g

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如何消除 S

m ,g

等参数的影响？

质量阻止本领与 Z、z、M有关； 质量吸收系数与Z、E有关。

理想情况：室壁材料、腔内空气完全与空气等效。 ——空气等效电离室

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近似情况：用碳、铝一类低Z(Z<30)材料做室壁材料。 国际上都以石磨电离室作为测量X或 射线照射量的标准装置。

X qg S

w,g

en / a en / w

Wg /e Wa / e

X

Q V

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3、能量响应

单位照射量对应的仪器的读数对光子能量的依赖关系。

Q X

常数

en en

/ w / a

在低能量下，尤其要注意仪器的能量响应，有时读

数可差别几十倍。

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二、X或 射线吸收剂量的测量通常以水为参考介质，模拟人体 1. 几十kV到几百kV的中能X或 射线的吸收剂量测量

电离室

D h fM

h

N

c

式中：f-照射量换算成水的吸收剂量的转换因子； Mh-温度、气压、复合损失等修正； Nc-电离室读数转换成照射量的校正因子

。

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表2.1 换算因子f初始辐射线束(半 减弱厚度或核素) 半减弱厚度(Al),mm 0.5 1.0 f,Gy· -1· C kg 初始辐射线束(半 减弱厚度或核素) f,Gy· -1 · C kg 2.0 4.0 6.0 8.0

34.5 34.1 33.7 33.7 34.1 34.5 半减弱厚度(Al),mm 0.5 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 34.5 35.3 36.0 36.4 36.8 37.2 核素60Co137Cs

36.8

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