电离辐射剂量与防护概论（朱志超）剂量学第一二章

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1、第一章电离辐射与物质的相互作用第一节电离辐射场一、电离辐射人类一直受着天然电离辐射源的照射。但电离辐射受到人们的普遍关注还是在十九世纪末贝可勒尔发现放射性、伦琴发现X射线和居里夫人发现镭之后。伦琴利用X射线获得了他的手骨照片，开创了X射线诊断检查技术。直到现在，X射线诊断仍是人类接受的人工电离辐射照射的主要来源。电离辐射在医学诊断与治疗、灭菌消毒、选种育种、工业探伤、示踪技术和科学研究中的应用日益广泛。当前，核电作为仅次于热电和水电的能源，其规模不断扩大，以核电站为中心的整个核燃料循环系统无疑是全社会最关心的电离辐射源

2、之一。1．电离辐射和非电离辐射从一个原子、分子或其它束缚态中释放出一个或多个电子的过程称作电离（ionization）。能够引起电离的带电粒子和不带电粒子称作电离辐射（ionizingradiation）。从一个原子中释放出一个价电子需要的能量为4~25eV量级。当电子和质子等带电粒子的动能大于该值时，可将其称作电离辐射。通常，将量子能大于10eV的光子视为电离辐射，而将量子能小于l0eV的光子称作非电离辐射(non-ionizingradiation，NIR)。波长大于l00mm的紫外线、可见光、红外线和射频辐射，都

3、属于非电离辐射。2．直接电离辐射和间接电离辐射快带电粒子穿过物质时，通过库仑力相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。这种通过初级过程引起电离的粒子称作直接电离辐射（directlyionizingradiation）。光子和中子等不带电粒子穿过介质时首先将其能量转移给带电粒子，随后这些次级快带电粒子再沉积能量和引起电离。这种通过次级过程引起电离的不带电粒子称作间接电离辐射（indirectlyionizingradiation）。在研究人体或非生物体受照时，把体外源发射的辐射称作外辐射（externalradiati

4、on）。宇宙射线、陆地γ射线以及医学诊断和治疗中使用的X射线和γ射线，都是外辐射。外辐射对人体的照射称作外照射（externalirradiation）。由体内分布源发射的辐射称为内辐射（internalradiation）。吸入的氡和氡子体，通过食物链进入人体的40K、238U、232Th、137Cs和90Sr等，以及食入或注射的放射性药物，都构成体内分布源。二、电离辐射场的描述电离辐射居留的空间称为电离辐射场。电离辐射场由如下一些辐射量来描述。1．粒子数和辐射能为了定量描述辐射场，可以用某种方法确定辐射场中的粒子数

5、目。例如测定源发射的粒子数目，计算由加速器射到某一物体上的高能电子数目，或者研究在辐射场中传输的γ光子数目等。粒子数(particlenumber)N是发射、转移或者接受的粒子数目。粒子数N的单位是1。粒子数的定义中未限定辐射场的范围，不能用来表征辐射场的疏密程度。粒子数密度（particlenumberdensity）n是表征辐射场疏密程度的一个物理量，它是单位体积自由粒子的数目：（1.1）其中是体积元内的自由粒子数目。通常，热中子的数密度用表示，它是单位体积的热中子数。粒子数密度的单位是。辐射场中每个粒子都具有一定

6、的能量，将所有粒子能量（不包括静止能量）求和，即得到辐射能。它可能是一个辐射源发射的辐射能量，也可能是辐射场中传输的辐射能量，或是被一物体吸收的辐射能量。辐射能(radiantenergy)R是发射、转移或接受的辐射粒子的能量（不包括静止能）。辐射能R的单位是J。2．通量、注量和注量率a.通量粒子数和辐射能随时间的变化率称作粒子通量和能量通量。粒子通量(particleflux)是除以的商。（1.2）是时间间隔内粒子数的增量。能量通量(energyflux)是除以的商。（1.3）是时间间隔内辐射能的增量。能量通量的单位

7、是或W。例如，一个源的活度为3.00×105Bq，粒子的产额为100%，每个粒子的能量为6.43MeV。则该源的粒子通量为，能量通量为。b.注量电离辐射粒子都是高速运动的粒子，并且是在传输过程中与物质发生相互作用的。为了研究电离辐射与物质的相互作用程度，需要确定穿过单位面积的粒子数目。如果辐射场由单向运动的粒子构成，在指定点取一个垂直于射线方向的面积元。设入射到面积元上的粒子数为dN，则/可用来表征辐射场中穿行的辐射粒子疏密程度，并称之为单向辐射场中的粒子注量，用Φu表示。Φu=/(1.4)如果选取的面积元与射线方向不

8、垂直，其法线方向与射线间的夹角为，则有（参看图1.1）。相同的辐射场，/将随而变化。因此，保持与射线垂直，/才能客观地描述单向辐射场中射线的疏密程度。设辐射场中某一区域包含沿不同方向穿行的辐射粒子。为了确定该区域某一图1.1面积元da取向示意图图1.2注量的确定点P附近的射线疏密程度，以P点为中心画一个小圆，其面积为da。保持da