Дозовые характеристики излучения
10. Величиной, отражающей взаимодействие поля косвенно ионизирующего излучения с веществом, является керма. Она определяется как отношение среднего значения суммы начальных кинетических энергий всех заряженных ионизирующих частиц (электронов, позитронов, протонов, альфа-частиц и др.), образовавшихся под действием ионизирующего излучения в элементарном объеме вещества, к массе вещества в этом объеме:
. (2.11)
Здесь - полная средняя кинетическая энергия заряженных частиц, высвобождаемых в элементарном объеме; dm – масса этого объема. Единица кермы – Дж/кг – называется грей (Гр). Керму в воздухе принято обозначать Ка.
Значение кермы излучения в некоторой точке облучаемого вещества зависит только от свойств излучения и свойств облучаемой среды непосредственно в рассматриваемой точке. Керма не зависит от свойств среды, в которой распространяется излучение, и от направленности поля излучения. Например, значения кермы фотонов в элементе биологической ткани, окруженном вакуумом или водой, будут равны, если флюенс и энергия фотонов, взаимодействующих с этой тканью, в обоих случаях будут равными.
11. Принимая во внимание определения (2.3) и (2.4), можно записать связь между кермой К и флюенсом частиц Ф:
К = , (2.12)
где - распределение флюенса частиц по энергии;
mtr,m(e) - массовый коэффициент передачи энергии фотонов с энергией e веществу, см2/г.
Для моноэнергетического излучения с энергией e
К = mtr,m(e)×F×e , (2.13)
где Ф – флюенс частиц, см-2.
Для воздушной кермы
Ка = (e)×F×e , (2.14)
где (e) - массовый коэффициент передачи энергии фотонов в воздухе, см2/г.
12. Экспозиционная доза фотонного излучения равна средней величине суммарного заряда ионов d одного знака, которые образуются в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха dm, отнесенной к массе dm этого воздуха:
. (2.15)
Единица экспозиционной дозы – Кл/кг.
Энергетические эквиваленты кулона на килограмм:
1 Кл/кг ® 6,24×1018 пар ионов на 1 кг воздуха ® 2,11×1014 МэВ/кг воздуха ® 33,85 Дж/кг воздуха ® 8,07×1018 пар ионов на 1 м3 воздуха ® 2,73×1014 МэВ/м3 воздуха ® 43,77 Дж/м3 воздуха при нормальных условиях.
Внесистемная единица экспозиционной дозы – рентген (Р). Рентген – это единица экспозиционной дозы фотонного излучения, при прохождении которого через воздух в 1 см3 (0,001293 г) воздуха в результате завершения всех ионизационных процессов образуются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака.
1 Р = 2,58×10-4 Кл/кг; 1 Кл/кг = 3,88×103 Р.
Энергетические эквиваленты рентгена:
1 Р ® 1,61×1012 пар ионов на 1 г воздуха ® 5,45×107 МэВ/г воздуха ® 8,73×10-6 Дж/г воздуха ® 2,08×109 пар ионов на 1 см3 воздуха ® 7,05×104 МэВ/см3 воздуха ® 1,13×10-8 Дж/см3 воздуха при нормальных условиях.
13. В значение экспозиционной дозы, в отличие от кермы, не входят акты передачи энергии вторичных частиц на образование тормозного излучения, поэтому
Х = , (2.16)
где е – заряд электрона, Кл; g – доля энергии вторичных заряженных частиц, переходящая в тормозное излучение; w – средняя энергия ионообразования в воздухе (w @ 33,85 эВ = 5,42×10-18 Дж).
14. Поглощенная доза излучения –энергия, поглощенная в единице массы вещества в форме ионизаций и возбуждений атомов и молекул. Она является величиной, характеризующей воздействие ионизирующего излучения на вещество, и отражает изменение состояния элементарного объема вещества под действием излучения. Таким образом, поглощенная доза – это рассчитанная на единицу массы облученного вещества поглощенная энергия излучения:
. (2.17)
Единица поглощенной дозы Дж/кг так же, как и единица кермы, носит наименование грей (Гр). Использовавшаяся ранее внесистемная единица рад равна 0,01 Гр.
Определенная таким образом величина поглощенной дозы характеризует изменение состояния элементарного объема вещества, расположенного в окрестности некоторой точки облучаемой ткани. Ее называют «поглощенная доза в точке». Значение поглощенной дозы в точке зависит не только от свойств излучения и облучаемой ткани непосредственно в рассматриваемой точке, но и от свойств среды, в которой распространяется излучение. Она зависит также и от направленности радиационного поля. Например, значения поглощенной дозы фотонов в элементе биологической ткани, окруженном вакуумом или водой, будут неравны, даже если направление распространения, флюенс и энергия фотонов, взаимодействующих с этой тканью, в обоих случаях будут равными.
В одной и той же точке вещества поглощенная доза и керма численно равны, когда энергия излучения, переданная веществу, и энергия излучения, поглощенная веществом, равны. Это требование выполняется в условиях электронного равновесия для фотонного излучения и равновесия вторичных заряженных частиц для нейтронов (в диапазоне энергий менее 3 МэВ керма для фотонов не более, чем на 1 % превышает поглощенную дозу).
15. Для фотонного излучения с энергией e в условиях электронного равновесия можно записать связь поглощенной дозы D с флюенсом частиц Ф:
D = , (2.18)
а для моноэнергетического излучения с энергией e
D = men,m(e)×F×e , (2.19)
где men,m (e) – массовый коэффициент поглощения фотонов с энергией e в веществе, см2/г.
Соотношение между поглощенной дозой в веществе, например, в биологической ткани DТ, и поглощенной дозой в воздухе DВ равно
DТ = DВ× , (2.20)
где , - массовые коэффициенты поглощения для ткани и воздуха соответственно.
Для диапазона энергий g-квантов 0,04 - 15 МэВ соотношение примерно постоянно и равно 1,09 ± 0,03.
16. Поглощенная доза при прохождении заряженных частиц с энергией e в веществе с плотностью r равна
D = , (2.21)
для моноэнергетического излучения
D = , (2.22)
где L – ЛПЭ (формула (2.9)), Ф – флюенс частиц.
17. Для нейтронного излучения в условиях равновесия заряженных частиц поглощенная доза практически может быть представлена как сумма кермы и поглощенной дозы от вторичного гамма-излучения. Влияние гамма-излучения зависит от энергии нейтронов, формы и размеров облучаемого объекта, поэтому поглощенная доза может быть оценена только при подробном описании условий облучения.
18. Мощность кермы моноэнергетического излучения с энергией e
, (2.23)
где I – интенсивность излучения, МэВ/(см2×с); mtr,m(e) – массовый коэффициент передачи энергии, см2/г; j – плотность потока частиц, 1/(см2×с).
Единица измерения мощности кермы – Гр/с.
19. Мощность экспозиционной дозы моноэнергетических фотонов с энергией e
= , (2.24)
где men,m(e) – массовый коэффициент поглощения энергии в воздухе, см2/г; е – заряд электрона, Кл; w – энергия образования пары ионов в воздухе, эВ; I – интенсивность излучения, МэВ/(см2×с); j – плотность потока фотонов в воздухе, 1/(см2×с).
Единицы измерения мощности экспозиционной дозы – А/кг, Кл/(с×кг), во внесистемных единицах – Р/с, Р/ч.
20. Мощность поглощенной дозы моноэнергетического фотонного излучения с энергией e при электронном равновесии
. (2.25)
Обозначения те же, что в формуле (2.24). Единица мощности поглощенной дозы – грей в секунду (Гр/с).
Таким образом, учитывая соотношения (2.5) и (2.6) для условий электронного равновесия заряженных частиц, можно записать соотношения, связывающие , и :
= = . (2.26)
Мощность дозы характеризует среднюю скорость изменения дозы в течение промежутка времени dt, поэтому длительность этого промежутка должна быть достаточно малой, чтобы различия между средним и мгновенным значениями мощности дозы в этом промежутке были невелики. Величина мощности дозы не используется для представления изменения дозы за большие промежутки времени. В этом случае говорят о приращении дозы за определенное время – сутки, месяц, год. Такое приращение называют суточной, месячной или годовой дозой и выражают в единицах Грв сут., Гр в мес., Грв год соответственно.
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 1365;