Базовые дозиметрические величины

К базовым дозиметрическим величинам относятся: поглощенная доза, керма и экспозиционная доза.

2.3.1. Поглощенная доза.

– доза в точке среды (d E – энергия излучения, переданная веществу в объёме d V, d m – масса вещества в этом объёме).

Поглощенная доза есть конечная характеристика взаимодействия излучения с веществом. Если в пределах объёма V поле и.и. однородно, то , где Δ E – поглощенная энергия в объеме вещества V, имеющем массу m.

Доза в точке – предел D(V) при

, где: E – кинетическая энергия всех частиц, образовавшихся в объеме, отнесенная к массе среды, Q – энергия излучения затраченная на увеличение массы покоя, - вектор тока энергии.

2.3.2.Керма.

Рассмотрим формирование дозы в поле косвенно и.и. (на примере γ)

Введем обозначения:

К – кинетическая энергия электронов, освобожденных фотонами, отнесенная к массе вещества; В – энергия фотонов, испущенных электронами (тормозное излучение), также нормированная на единицу массы.

Т.к. косвенно и.и. не передает энергию веществу, то можем написать: γ^׳ – вторичное гамма излучение.

Q _γ – энергия, потраченная на увеличение массы;

E _γ – энергия излучения внутренних источников;

- утечка энергии (разность энергий выходящего и входящего фотонного излучения).

Для заряженных частиц:

E _e – энергия электронов, образованных источниками внутри объема

D – энергия, переданная веществу, нормированная на единицу массы.

.

Предположим, что Q _γ и Q _e пренебрежимо малы, что обычно выполняется. Если излучение только внешнее (E _γ = E _e = 0), то

K (KERMA – K inetic E nergy R eleased per unit MA ss) – сумма кинетических энергий всех заряженных частиц, освобожденных косвенно ионизирующим излучением в единице массы облучаемого вещества.

D – поглощенная энергия на единицу массы, как за счет заряженных частиц, образованных в данном объеме, так и за счет пришедших в объем.

К≈D, если пренебречь тормозным излучением, В и если (электр. равновесие).

[ D ] = , - мощность дозы,

Аналогично - мощность кермы,

Если заряженные частицы имеют одинаковую энергию, то поглощенная доза равна , где - массовая ЛПЭ.

В общем случае: , где – энергетический спектр дозы (распределение дозы по энергии). Иногда используют .

2.3.3 Экспозиционная доза

Исторически первой дозиметрической величиной была экспозиционная доза. В начале прошлого века, когда только начинала развиваться радиационная физика, считалось, что основным механизмом, приводящим к изменениям в облучаемых объектах, является процесс ионизации вещества, происходящий под действием наиболее проникающего гамма-излучения. Поэтому в качестве меры ожидаемого радиационного эффекта в облучаемых объектах, было предложено использовать отношение полного суммарного количества свободных зарядов одного знака, освобождённых фотонным (рентгеновским или гамма-излучением) в некотором объёме воздуха (при нормальных условиях), к массе этого воздуха. Экспозиционная доза равна абсолютному значению полного заряда ионов одного знака, которые образуются в воздухе при нормальных условиях при полном торможении всех электронов и позитронов, освобождённых фотонным излучением в определённом объёме воздуха, отнесённому к массе этого воздуха:

, где: d Q – суммарный заряд ионов одного знака, образованных в воздухе при полном торможении всех электронов и позитронов, освобожденных в массе воздуха d m при нормальных условиях.

Экспозиционная доза введена только для фотонного излучения с энергией от 1 кэВ до 3 МэВ. Размерность в СИ — Кл/Кг, внесистемная единица — рентген. 1Р = 2,57976·10^-4 Кл/кг, что соответствует образованию 2,08·10⁸ пар ионов в 1 см³ воздуха (при 0⁰ С и давлении 760 мм. рт. ст.). На создание такого количества ионов необходимо, чтобы в 1 см³ воздуха излучение потратило энергию равную 0.114 эрг (или 88 эрг/г – энергетический эквивалент рентгена). (В соответствии с РД50-454-84 с 1 января 1990 года эта величина не рекомендована к использованию в расчётах и документах).

, где: w – средняя энергия ионообразования (зависит от энергии γ-излучения), e – заряд иона.

Для низких и средних энергий фотонов можно пренебречь тормозным излучением: . Таким образом, экспозиционная доза является ионизационным эквивалентом кермы в воздухе, т.е. является избыточной величиной. Это привело к возможности отказаться от экспозиционной дозы в пользу кермы, т.к. последняя не имеет ограничений по виду и энергии излучения.

В случае электронного равновесия () D=K. Средняя энергия ионообразования в воздухе в диапазоне энергии, где определена экспозиционная доза, w = 34 эВ. Несложно посчитать, что 1 Р соответствует поглощенной дозе в воздухе 8,77·10^–3 Гр = 0,877 рад. Поглощенная доза в биологической ткани, соответствующая одному рентгену, зависит от энергии фотонов. Приблизительно 1Р→0,01 Гр в биологической ткани.

Дата добавления: 2014-01-07