腔室理論和劑量測(cè)量的電離法

1、課程知識(shí)的回溯 輻射劑量與防護(hù) 授課單位：核工程技術(shù)學(xué)院 授課專業(yè)：核工程、核技術(shù) 授課教師：楊磊 外界環(huán)境：實(shí)踐測(cè)量 人體內(nèi)部：理論計(jì)算和實(shí)踐驗(yàn)證 輻射劑量的獲得采用儀器測(cè)量、 理論計(jì)算兩種手段。 2 2 儀器測(cè)量 測(cè)量 指標(biāo) 測(cè)量的基本原理 探測(cè)器 放 射 源 - - - + + + + 放大與 變換 記錄與 存儲(chǔ) 測(cè)量?jī)x器類型 及具體方法 測(cè)量的原理方法 劑量學(xué)量的儀器測(cè)量 3 作用結(jié)果：、 、 射線同物質(zhì)作用使原子電離，產(chǎn)生正離 子和負(fù)電子。在電場(chǎng)作用下，電子和正離子分別向正極和負(fù) 極方向運(yùn)動(dòng)，引起電流，產(chǎn)生信號(hào)。 輻射探測(cè)器：把電離產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)化成可觀測(cè)的、可輸出 的信號(hào)：電、光、熱

2、、徑跡 等。 4 第四章 腔室理論和劑量測(cè)量的電離法 第一節(jié) 法諾定理 第二節(jié) 布喇格格雷(B-G)理論 第三節(jié) 斯賓瑟阿蒂克斯理論 第四節(jié) 大腔室和中等腔室 第五節(jié) 空腔電離室 第六節(jié) 常用電離型劑量測(cè)量器件 第七節(jié) 劑量計(jì)的指標(biāo) 引言 腔室：為了確定射線在介質(zhì)內(nèi)的劑量學(xué)量(一般是 吸收劑量)值，需要在介質(zhì)中置入敏感元件 (探測(cè)器)，因其密度可能與介質(zhì)的相差較 大，材料成分可能有所不同。以上情況會(huì)在介 質(zhì)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)不連續(xù)的區(qū)域腔室。 空腔：若腔室填充材料為氣體，則構(gòu)成一個(gè)空腔。 腔室理論：研究由腔室測(cè)得的信息，來(lái)確定介質(zhì)中 的D、K和X等劑量學(xué)量值的理論。 5 6 引言（續(xù)） 電離法：利用電

3、離電荷測(cè)量劑量的方法。 電離室：把電離電荷不加放大地完全收集起來(lái)的器 件。 正比計(jì)數(shù)管：將每個(gè)輻射粒子產(chǎn)生的初始電荷成比 例地加以放大的氣體放電器件。 G-M計(jì)數(shù)管：對(duì)每一個(gè)電離事件均給出一個(gè)經(jīng)過(guò)放 大但幅度與初始電離事件的大小無(wú)關(guān)的信號(hào)。 第一節(jié) 法諾定理 一 定理描述 二 簡(jiǎn)要證明 三 分析討論 四 應(yīng)用 7 8 一 定理描述 定理：受注量均勻的初級(jí)輻射(為X、射線或中子) 照射的給定組成的介質(zhì)中的次級(jí)輻射注量也是均勻 的，且與介質(zhì)的密度以及介質(zhì)密度從一點(diǎn)到另一點(diǎn) 的變化無(wú)關(guān)。 二 簡(jiǎn)要證明 波爾茲曼擴(kuò)散方程： i 1 PE = P E ( E , )PE + S E , + v t 4

4、d dE E , ( E , ; E , )PE Ecut 9 10 二 簡(jiǎn)要證明（續(xù)） 在穩(wěn)恒場(chǎng)條件下： i E , = ( E , ) E , + S E , + 4 二 簡(jiǎn)要證明（續(xù)） 考慮介質(zhì)均勻 ( r ) = 、輻射場(chǎng)也均勻： i E , 0 ( E , ) S E , d dE E , ( E , ; E , ) E , Ecut i E , ( E , ) S E , = r + E , + r r E , + + E , () () () 4 d dE E , (E , ; E, ) Ecut r () E , 4 d Ecut dE ( E , ; E , ) E , =

5、0 11 12 三 分析討論 由法諾定理，可知： 因介質(zhì)無(wú)限大，而且受到均勻不帶電粒子輻射，因 此如果測(cè)量點(diǎn)被包圍的厚度大于次級(jí)帶電粒子最大 射程，則在該點(diǎn)存在著帶電粒子平衡； 在不帶電粒子的極化效應(yīng)可以忽略的條件下，吸收 劑量與介質(zhì)的密度無(wú)關(guān)； 缺點(diǎn)：適用范圍比較狹窄，高能、低能均不適用； 四 應(yīng)用 如果一個(gè)氣體腔室及室壁由同樣原子組成（密度 可以不同）的材料構(gòu)成，室壁的厚度d大于次級(jí)電 子的最大射程Rmax，則在均勻的不帶電粒子輻射 場(chǎng)照射下空腔氣體存在帶電粒子平衡，此時(shí)室壁 可以忽略，從而構(gòu)成理想的“無(wú)壁”腔室。 適用于中子和能量低于約1MeV的光子的測(cè)量?jī)x 器的制造的理論指導(dǎo)。 13

6、14 第二節(jié) 布喇格布喇格-格雷( 格雷(B-G)理論 一 B-G條件（兩條基本假設(shè)） 二 B-G關(guān)系式 三 ( S / )m , i 的計(jì)算 一 B-G條件（兩條基本假設(shè)） a. 腔室的線度比撞擊腔室的帶電粒子的射程小 得多，以致腔室的存在不會(huì)干擾帶電粒子輻射場(chǎng)。 b. 腔室內(nèi)的吸收劑量完全是由穿過(guò)腔室的帶電 粒子產(chǎn)生的。 在上述假定下，進(jìn)入腔室的帶電粒子將全部 穿過(guò)腔室而不會(huì)停留在其中，且在腔室內(nèi)產(chǎn)生的 高能粒子可以忽略不計(jì)。此時(shí)帶電粒子注量 E在腔室引入前后不變。 按照這種假設(shè)，理想的B-G腔室應(yīng)該是接近 于一個(gè)“點(diǎn)”狀的無(wú)限小腔室。 15 16 介質(zhì)m中的腔室i m m 待測(cè)量位置 二

7、 B-G關(guān)系式 在連續(xù)慢化近似條件下： 空腔（放置探測(cè)器） Dm = Di = 0 E ( S / ) c , m dE 0 E ( S / ) c , i dE 其中E是介質(zhì)m，按照假設(shè)也是腔室i中的帶電 粒子的譜分布。 17 18 二 B-G關(guān)系式（續(xù)） 由以上兩式得： 二 B-G關(guān)系式（續(xù)）應(yīng)用 考慮腔室為充氣空腔(i = g)，如果充氣腔室在電 離輻射條件下單位質(zhì)量空腔氣體中產(chǎn)生的電離電荷為 Jg，則： D m = D i ( S / ) m ,i 上式中： Di = D g = ( W ) J e g g (S / )m, i = (S / )c, m (S / )c, i Dm =

8、 ( S / )m , g ( W ) J e g g 平均質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)之比； 19 20 三 ( S / )m , i 的計(jì)算 從前述公式可知，如何有效地獲得 ( S / )m , i 是最關(guān) 鍵的。 3.1 起始能量為E0的電子的情況 3.2 單能光子束的情況 3.3 具有能譜分布的光子束的情況 3.1 起始能量為E0的電子的情況 設(shè)在單位質(zhì)量介質(zhì)m中產(chǎn)生的初始能量為E0的電 子數(shù)為n0，那么在離邊界大于電子射程的介質(zhì)中的 電子的慢化譜為： E = n0 /( S / )m D = n0 E0 而D又可以表示為： D= 總質(zhì)量 阻止本領(lǐng)之比 證明： 在帶電粒子平衡條件下，電子在待測(cè)點(diǎn)造

9、成的吸收劑量： E0 E S dE m 21 S E = n0 m 22 注量能譜 注量能譜E產(chǎn)生示意圖 3.1 起始能量為E0的電子的情況（續(xù)） 則： E0 ( S / )m , i = 0 E0 ( S / ) c , m /( S / ) m d E ( S / ) c , i /( S / ) m d E E0 1 Y m ( E 0 ) 0 = E0 0 ( S / ) c , i /( S / ) m d E 23 24 3.1 起始能量為E0的電子的情況（續(xù)） E0 3.2 單能光子束情況 設(shè)介質(zhì)m的給定區(qū)域受到均勻的單能光子束照射， 光子在單位質(zhì)量介質(zhì)中釋放的能量在E0E0+d

10、E0之間 電子數(shù)為nE0dE0，光子的能量為hv，則在電子平衡條 件下，介質(zhì)m中的吸收劑量可表示為： h E0 ( S / ) 0 E c, m ( S / )m dE 的推導(dǎo)公式： dE 0 ( S / ) c ,m ( S / )m E 0 = 0 0 0 ( S / ) c ,m d E dl dl ( S / )m E Dm = n 0 0 E0 dE0 ( S / )c ,m /( S / )m dE 0 E = ( S / ) c ,m d l = ( d E ) c ,m = E 0 0 0 S c ,m dl h 0 = n E0 E0 1 Ym ( E0 ) dE0 E =

11、0 1 Y m (E 0 ) 25 26 0 3.2 單能光子束情況（續(xù)） 而對(duì)應(yīng)腔室內(nèi)的平均吸收劑量： h E0 3.3 連續(xù)光子譜 假設(shè)光子能量是連續(xù)分布的，能量注量的譜分布 為hv。在CPE條件下： Dm = h ( en / )m d ( h ) h Di = n 0 E0 dE0 ( S / )c , i /( S / )m dE 0 按基礎(chǔ)定義，得到平均質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)之比： h ( S / )m , i = Dm = Di 1 Ym ( E ) dE0 nE0 E0 0 E0 Di = h ( h en / )m ( S / )i , m ( h ) d ( h ) h nE0

12、dE0 ( S / )m , i /( S / )m dE 0 0 27 ( S / )m , i = Dm = Di h ( h h ( h en en / )m d ( h ) / )m ( S / )i , m (h ) d (h ) 28 第三節(jié) 斯賓瑟阿蒂克斯理論 一 B-G理論的缺陷 二 考慮射線的影響后的B-G理論修正 三 考慮腔室引入后干擾的影響修正 一 B-G理論的缺陷 試驗(yàn)表明，B-G理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有差 異，原因有二： 1、假定帶電粒子的能量碰撞損失過(guò)程連續(xù)； 2、受腔室的實(shí)際制作線度導(dǎo)致腔室內(nèi)外的射 線分布不平衡； 在滿足B-G理論對(duì)腔室線度要求的前提下，受包圍

13、介質(zhì)的差異以及腔室的線度差異，會(huì)造成粒子在腔室 內(nèi)外的不平衡， 出現(xiàn)比電離Ja與腔室大小有關(guān)的情況。 如果腔室線度較大(仍然滿足B-G線度要求)，此時(shí)會(huì)因輻 射場(chǎng)受到較強(qiáng)的干擾而導(dǎo)致Ja降低。 29 30 電離室產(chǎn)生電荷Ja隨腔室線度、器壁材料的關(guān)系 二 考慮 考慮射線的影響后的B-G理論修正 修正方法： 1 設(shè)定 一個(gè)能量閾值，對(duì)應(yīng)的粒子的射程為 腔室平均弦長(zhǎng)的一半； 2 根據(jù)把射線分為慢組、快組 慢組的粒子認(rèn)為其能量就地沉積； 快組的粒子因具備足夠強(qiáng)的傳輸能力，而被視為獨(dú) 立輻射而包括在初級(jí)帶電粒子注量中； 31 32 二 考慮 考慮射線的影響后的B 射線的影響后的B-G理論修正（續(xù)） 在

14、考慮了射線影響的介質(zhì)中Dm的表示 Dm = 二 考慮 理論修正（續(xù)） 考慮射線的影響后的BG 射線的影響后的BG理論修正（續(xù)） 介質(zhì)m中的吸收劑量Dm的計(jì)算公式： E ( L )m dE 對(duì)BG腔室(即SA腔室)： Di = 定限質(zhì)量碰 撞阻止本領(lǐng) L Dm = Di ( S-A公式 ) m ,i 由上式得： L = m ,i E( L )i dE E ( ( L ) m dE = ) i dE 取射程為腔室平均弦長(zhǎng)一半的電子的能量值。 33 E L ( L / ) m ( L / ) i 34 三 考慮腔室引入后輻射場(chǎng)干擾影響的修正 考慮了腔室干擾帶電粒子輻射場(chǎng)的D的表示 第四節(jié) 大腔室和中

15、等腔室 一 腔室的變化 二 大腔室 三 中等腔室 四 電子束測(cè)量的應(yīng)用 D m = D i ( L / ) m , i Pu 式中：Pu為干擾修正因子( Perturbation correction factor )，包括輻射場(chǎng)干擾及位移修正。 引入腔室i前 Pu = 引入腔室i后 E ( ( L ) i dE ) i dE 35 36 L E ,i 一 腔室的變化 一 腔室的變化（續(xù)） a 小腔室（劑量主要來(lái)自e1 (crossers)）； b 中等腔室（劑量來(lái)自e1(crossers), e2(starters), e3(stoppers), e4(insiders)的綜合作用）； c

16、大腔室(劑量主要來(lái)自e4(insiders)； 37 38 一 腔室的變化（續(xù)） 二 大腔室 腔室線度遠(yuǎn)大于次級(jí)帶電粒子的射程的腔室， 可以忽略周圍 介質(zhì)中產(chǎn)生的帶電粒子對(duì)腔室內(nèi)能 量吸收的貢獻(xiàn)。 注意：此時(shí)腔室線度仍不足以對(duì)X/等不帶電 粒子輻射場(chǎng)造成足夠的干擾，即可以忽略這種干擾。 39 40 大腔室示意圖 Dw 二 大腔室（續(xù)） 在腔室材料組成均勻，且距離邊界大于次級(jí)電子 最大射程時(shí)，在腔室范圍內(nèi)存在帶電粒子平衡情況： m e3 e2 Dg e4 由 g 得： Di = ( en / ) i Dm = ( en / ) m c w w D m = D i ( en / )m , i (

17、en / ) m , i = B-G 41 ( en / )m ( en / ) i 42 二 大腔室（續(xù)） 大腔室模型主要用來(lái)處理厚壁電離室情況； 對(duì)于由BG腔室和一個(gè)壁厚大于次級(jí)電子最大射程的 室壁組成的厚壁腔室： Dm = ( en / ) m , w Dw = ( en / ) m , w ( = ( en / ) m , w ( L 二 大腔室（續(xù)） 考慮如果精心設(shè)置室壁w材料與腔室氣體的原 子組成相同或等效時(shí)， ( L )w , g = 1 則有： D m = ( en / ) m , w ( = ( en / ) m , g 43 ) w , g Dg )w , g ( W )

18、J e g g L W ) J e g g W ( )g J g e 44 三 中等腔室 腔室線度可以與次級(jí)帶電粒子射程相比擬的腔 室，此時(shí)光子照射下腔室內(nèi)的電子由2部分組成： 1) 起源于周圍介質(zhì)，其注量即對(duì)腔室內(nèi)的能量沉積的相 對(duì)貢獻(xiàn)隨腔室線度增大而減小，其下極限即B-G腔室； 2) 產(chǎn)生于腔室內(nèi)部，對(duì)腔室內(nèi)的能量沉積的相對(duì)貢獻(xiàn)隨 腔室線度增大而上升，其上極限即大腔室； 中腔室示意圖 e1 e4 e3 m e e B-G Wall w g 從實(shí)際情況 b 45 46 三 中等腔室（續(xù)） 若用代表腔室內(nèi)產(chǎn)生的次級(jí)帶電粒子對(duì)腔室室內(nèi) 能量沉積的貢獻(xiàn)份額，則1-代表介質(zhì)中產(chǎn)生的次級(jí)帶 電粒子的貢

19、獻(xiàn)份額。 三 中等腔室（續(xù)） 對(duì)于由BG腔室和室壁w構(gòu)成的中等腔室： L L Dm = ( en / ) m , w + (1 ) D a m, a w, a 依賴于空腔的線度和次級(jí)帶電粒子的射程或能量， 對(duì)于與空氣的平均原子序數(shù)接近的介質(zhì)和室壁，對(duì) 材料的組成不敏感。 Dm = ( en / ) m , i + (1 )( L / ) m , i D i = 1: Dm = ( en / )m , i D i 大腔室 = 0: Dm = ( L / ) m , i D i BG腔室 47 48 三 中等腔室（續(xù)） 羅正明李德平理論（L-L理論） 三 中等腔室（續(xù)） L-L理論的優(yōu)點(diǎn) 細(xì)節(jié)非常

20、詳盡，可以精細(xì)地刻畫腔室內(nèi)外電子的變化 情況； 通用，適用于任何尺寸的腔室，已經(jīng)于Attix（1958） 等做的電離室測(cè)量 38keV X射線的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了很 好的對(duì)比； L-L理論的缺點(diǎn) 模型過(guò)于復(fù)雜，對(duì)探測(cè)器設(shè)計(jì)的實(shí)踐指導(dǎo)意義不夠明 快簡(jiǎn)潔。 L-L理論與蒙特卡羅方法和軟件的結(jié)合是主流趨 勢(shì)。 49 50 四 電子束測(cè)量的應(yīng)用 由于腔室計(jì)算公式中帶電粒子注量E并未指 定來(lái)源，前面的公式也可以用于電子束的測(cè)量： 第五節(jié) 空腔電離室 一 結(jié)構(gòu) 二 絕對(duì)空腔電離室 三 空腔電離室的刻度 四 光子和電子束吸收劑量的測(cè)量 五 自由空氣中光子束的X和Kc,a測(cè)量 六 中子比釋動(dòng)能和吸收劑量的測(cè)量 七

21、 中子混合場(chǎng)中吸收劑量的測(cè)量 D m = D i ( L / ) m , i p u 與前述劑量學(xué)(4.27)式不同，校正因子pu包 括輻射場(chǎng)干擾校正和有效測(cè)量點(diǎn)位移校正2項(xiàng)。 51 52 一 結(jié)構(gòu) 一 結(jié)構(gòu)（續(xù)） 改進(jìn)的采用圓柱-球形結(jié)構(gòu)。材料方面，電離室壁和收集電極, 均采用高密度高純度石墨（洛林石墨, 密度1.85g/cm3)。電離 室絕緣材料采用特制聚乙烯, 其絕緣電阻高, 輻射下性能穩(wěn)定。 保護(hù)電極及電離室桿材料均采用鋁。 53 54 總體性質(zhì) 1.空腔電離室：基于腔室理論制作、使用； 2.形狀：沒(méi)有限 制，可根據(jù)用途和制造條件決定。 3.組成：室壁、充氣空腔、收集電極、絕緣體、 連

22、接部件 說(shuō)明：材料應(yīng)盡量滿足匹配的要求。 室壁厚度以保證帶電粒子平衡為條件。 4.復(fù)合修正：Pion 測(cè)量自由空 氣中比釋動(dòng) 能的組織等 效塑料電離 室 55 56 空腔電離室測(cè)量介質(zhì)吸收劑量的步驟 第一步：確定空腔氣體的平均吸收劑量Dg； W W Qg Dg = ( ) g J g = ( ) g e e mg 二 絕對(duì)空腔電離室 1.定義：有效體積Vg(或有效質(zhì)量mg =Vg)，不 用在輻射場(chǎng)中刻度就可以精確測(cè)定。 第二步：按腔室理論由Dg求出對(duì)應(yīng)點(diǎn)的介質(zhì)的吸 收劑量Dm； 問(wèn)題的核心：確保Dg的測(cè)量準(zhǔn)確度和精確度； W W Qg Dg = ( )g J g = ( )g e e mg Q

23、g用靜電計(jì)精確測(cè)定。 可以作為初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其它劑量計(jì)進(jìn)行刻度使用。 57 58 引申：初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與次級(jí)標(biāo)準(zhǔn) (1)初級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 最高計(jì)量學(xué)量的測(cè)量?jī)x器。 通過(guò)基本物理量的測(cè)量來(lái)確定量值。 測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度通過(guò)參與國(guó)際比對(duì)被驗(yàn)證了的。 (2)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 用初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)刻度了的，具有長(zhǎng)期精密度的穩(wěn)定性的 儀器。 (3)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 用次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行刻度，用于日常測(cè)量應(yīng)用。 59 三 空腔電離室的刻度 3.1 刻度因子 3.2 參考射束中的刻度因子 3.3 應(yīng)用射束中的刻度因子 刻度原因： a.一般商用電離室的Vg或mg難于確定，因此在使用之 前需要刻度(性價(jià)比妥協(xié)的產(chǎn)物)； b.目的在于給出劑量計(jì)靈敏體積中的平均劑量

24、與劑量 計(jì)響應(yīng)的關(guān)系。 60 3.1 刻度因子 定義：設(shè)M為對(duì)離子復(fù)合和漏電等因素修正后的電離 室的指示值，則定義刻度因子： 3.1 刻度因子（續(xù)） 絕對(duì)空腔電離室的刻度因子： 對(duì)于絕對(duì)空腔電 離室，顯示值就 是 Qg 。 N g = Dg M 顯然 Dg = N g M 。如果刻度得到了Ng，根據(jù)M即 可以確定 Dg 的大小。 Ng = Dg M 1 W ( ) Q mg e g g M 1 W ( ) mg e g 1 W ( ) Q mg e g g Qg = = 61 = 62 3.1 刻度因子（續(xù)） 對(duì) Vg = 1cm3充干燥空氣的空腔電離室，在一個(gè)大氣壓 和22時(shí)有： a. PV

25、 = nRT。n為氣體摩爾數(shù)，R為氣體常數(shù)。 b. 在0，1個(gè)大氣壓下空氣的密度為 0.0012929g/cm3。 c.由m0T0 = mT得： 3.1 刻度因子（續(xù)） 在光子輻射場(chǎng)中時(shí)： ( W ) g = 33.97 J .c 1 e 則： Ng = 33.97 = 2.839 107 (GyC-1) 1.1965 10 6 mg = m0T0 273 = 1.2929 103 103 273 + 22 T = 1.1965 106 ( Kg) 63 64 3.2 參考射束中的刻度因子 帶電粒子平衡條件下在空氣介質(zhì)中有： 3.2 參考射束中的刻度因子（續(xù)） 把帶有平衡帽的空腔電離室(構(gòu)成厚

26、壁腔室)放入 上述刻度輻射場(chǎng)中： Da = K c , a Da = ( en / )a , w Dw Dw = ( L / )w , g D g Da = K c , a L D g = en Aw K c ,a w ,a g , w 65 66 3.2 參考射束中的刻度因子（續(xù) ） 對(duì)于刻度輻射場(chǎng)來(lái)講，由上式得： 3.2 參考射束中的刻度因子（續(xù)） 若空腔電離室在參考射束中按照射量X刻度過(guò)，刻 度因子為： D g , c = ( en / )w , a , c ( L / ) g , w , c Aw , c K c , a , c = Kc Kc, a, c 設(shè)在照射條件 D g , c

27、下，電腔室的有效讀數(shù)為 Mc，則按定義，刻度因子Ng,c為： N g, c = D g, c Mc = K c , a , c ( en / )w , a , c ( L / ) g , w , c Aw , c M c-1 67 N x, c = 則有： K c, a, c W Xc = ( ) Mc Mc e a, c 1 W L Ng, c = Nx, c ( ) ( en ) ( ) A e a , c w, a , c g , w , c w, c 68 3.3 應(yīng)用射束中的刻度因子 3.3 應(yīng)用射束中的刻度因子（續(xù)） 討論： 1）應(yīng)用射束為高能光子束或高能電子束，( W ) 則：

28、N g , u N g , c 2）重粒子（包括中子）的 ( e g ,u D g, u = N g, u Mu 上式中：Mu為有效讀數(shù) (經(jīng)過(guò)修正的)； ( W ) e g ,c N g ,u 1 W = ( ) m g e g ,u W ) 值與光子的不同，則： e g N g ,u = W W g ,u g ,c N g ,c D g ,u = N g ,u M u 。 70 有了Ng,u，就可以得到 69 四 光子和電子束吸收劑量的測(cè)量 介質(zhì)中的吸收劑量Dm可表為: 考慮到空腔電離室已經(jīng)刻度過(guò)，取刻度因子為 Ng,u，Mu是修正過(guò)的儀器讀數(shù)，過(guò)由上式有： Dm = rm , g pu

29、D g , u 上式中： rm,g為電離室空腔氣體的平均吸收劑量到介質(zhì)中吸 收劑量的轉(zhuǎn)換因子； Dm = rm , g pu N g , u M u Ng,u，Mu這里假設(shè)已知，那么，重點(diǎn)則是關(guān)注rm,g和pu。 pu空腔電離室置換部分介質(zhì)的干擾修正因子。 71 72 1.轉(zhuǎn)換因子rm,g 對(duì)薄壁電離室： 2.干擾修正因子pu 可以分為室壁影響修正，和有效測(cè)量點(diǎn)校正兩部分： m , g ,u L rm , g = ( ) pu = pWpd pW、pd的含義： pW輻射場(chǎng)干擾修正；pd 測(cè)量點(diǎn)位移修正。 pW、pd的確定方法： pW比較法；pd 對(duì)照測(cè)量或外推法。 對(duì)于pd，如果找到有效測(cè)量點(diǎn)

30、，并使有效測(cè)量點(diǎn)與 待測(cè)點(diǎn)重合，則可以消去pd。 73 74 適用于高能光子 (0.6Mev) 和高能電子束。 對(duì)厚壁電離室： rm , g L = ( en ) ( ) m ,w ,u w , g ,u 五 自由空氣中光子束的X和Kc,a測(cè)量 若空腔電離室充空氣，在用絕對(duì)電離室測(cè)X和Kc,a 時(shí)，那么自由空氣中的照射量X有: 用相對(duì)空腔電離室測(cè)量時(shí)，若刻度因子為Nx，有 效讀數(shù)為M，則 : X = en a ,w L Q pw w ,a m g X = Nx M 測(cè)得X，則根據(jù) K c . a = ( w ) X 得到Kc,a 。 e a 說(shuō)明：若刻度射束與測(cè)量射束品質(zhì)相差較大時(shí)，測(cè)量 結(jié)果

31、可能會(huì)有較大誤差。 75 76 六 中子比釋動(dòng)能和吸收劑量的測(cè)量 1.中子測(cè)量對(duì)空腔電離室的特殊要求 對(duì)測(cè)中子而言，滿足BG條件的空腔尺寸太小， 無(wú)法制造。 跟據(jù)法諾定理，處于均勻的不帶電粒子輻射場(chǎng)中的 均勻電離室的空腔可以擴(kuò)大而保持空腔與室壁中的次級(jí) 帶電粒子注量相等。 結(jié)論： 1.采用室壁與空腔氣體原子組成相同的均勻電離室 是非常必要的； 2.對(duì)于組織等效材料，要嚴(yán)格氫、氮元素的含量！ 77 2.中子劑量Dm的測(cè)量 由 (en / )m.w = (tr / )m.w K = E ( tr / ) 得 ( tr / )m . w = K m / K w 78 中子吸收劑量公式： 近似解決方案

32、：若電離室經(jīng)過(guò)60Co參考射束刻 度，即Ng,c已知，則 : D m = ( tr / ) m . w ( S / ) w . g ( = K m / K w ( S / )w . g ( W Q ) P e g u mg mg = Dm ,n = 1 W ( ) N g .c e g .c W Q ) Pu e g mg Wg ,n K m S ( )W , g Pu N g ,c Qn Wg ,c KW 在CPE和輻射場(chǎng)均勻時(shí): K m .n = D m .n 79 80 七 中子混合場(chǎng)中吸收劑量的測(cè)量 吸收劑量公式： 快中子與氫的彈性碰撞是中子在組織中損失能量 的主要原因。因此選擇含氫的

33、和不含氫的探測(cè)器各 一個(gè)，可以區(qū)分測(cè)量中子和射線的造成的吸收劑 量。 D m = N g . u rm . g Pu M u K = N g . u rm . g Pu 為刻度系數(shù)，若定義： S= 則有： 1 K Mu = S Dm 81 82 第六節(jié) 常用電離型劑量測(cè)量器件 若用兩個(gè)對(duì)中子有不同響應(yīng)的劑量計(jì)放入中子 混合場(chǎng)，則： 一 外推電離室 二 自由空氣電離室 三 高壓電離室 四 正比計(jì)數(shù)器 五 GM計(jì)數(shù)器 M M 1 2 = S n 1 D n + S r1 D r = S n 2 D n + S r2 D r S r2 M S n1 M 1 Dn = Dr = S r1 M S n2

34、 M 2 S r2 S n 1 S r1 S n 2 2 1 S r2 S n 1 S r1 S n 2 83 84 一 外推電離室 1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.2 吸收劑量的深度分布 1.3 待測(cè)介質(zhì)的吸收劑量的等效厚度變換 1.4 具體分離 外推電離室結(jié)構(gòu)示意圖 85 86 1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 空腔體積可（調(diào)節(jié)）改變； 入射箔窗很薄，但可加吸收箔，以改變射線入射 到空腔前的吸收層厚度； 反映不均勻介質(zhì)交界面附近D的變化規(guī)律和弱貫 穿輻射產(chǎn)生的吸收劑量在介質(zhì)中的衰減規(guī)律。 用于測(cè)量電子束、射線、軟X射線在物體淺表 部位產(chǎn)生的吸收劑量分布，以及各種類型射線在過(guò) 渡區(qū)產(chǎn)生的劑量空間分布。 87 1.2

35、吸收劑量的深度分布 Dg ( x ) 按D的定義，當(dāng)腔室的厚度為x時(shí)，射線在工 作氣體中產(chǎn)生的吸收劑量為： Dg ( x ) = ( W W dQ )g J g ( x) = ( )g Sdx e e dQ 1 W = ( ) S e g dx 改變有效測(cè)量體積的厚度X，測(cè)量得到多個(gè)結(jié)果， 外推即可得到表面劑量Dg(0)。 88 外推示意圖 1.3 待測(cè)介質(zhì)吸收劑量 Dm ( x ) 的等效厚度處理 由于測(cè)量氣體不可能和待測(cè)量介質(zhì)完全等效，因 此當(dāng)求 Dm ( x ) 時(shí)介質(zhì)厚度X要修正，即做等效厚度 處理： x m = x g x = x g m x 與 x 相對(duì)應(yīng)。Dm ( x ) 與 Dg ( x ) 相對(duì)應(yīng)。 89 90 1. 4 具體分類 對(duì)電子束和射線，在無(wú)限薄室壁（或無(wú)壁）條件下 ： 二 自由空氣電離室 2.1 電離室結(jié)構(gòu) 2.2 討論 2.3 照射量X的測(cè)量 2.4 討論 D m ( x ) = S m . g D g ( x ) = S m . g D g ( x ) 對(duì)于x射線和厚壁： Dm ( x ) = ( en / )m . w S w . g Dg ( x ) 若室壁與空腔電離室等效（即消除室壁影響），有： D m ( x ) = ( en / ) m . w D g ( x ) 91 9