Материал: Романцов В.П., Романцова И.В., Ткаченко В.В. Сборник задач по Дозиметрии и защите от ионизирующего излучения

-энергия излучения, переданная ограниченному объему веще-

ства, которая характеризует изменение поля излучения вследствие его взаимодействия с веществом;

-энергия, поглощенная веществом, которая характеризует изменение состояния вещества вследствие взаимодействия излучения с веществом.

С точки зрения оценки биологического действия нас интересует ионизирующая способность излучения, поэтому в характеристике передачи энергии излучения веществу рассматривается только та часть энергии, потерянной излучением, которая пошла на ионизацию и возбуждение атомов и молекул.

2.1.Характеристики взаимодействия ионизирующего излучения с веществом. Передача энергии и поглощение

энергии ионизирующего излучения веществом

1. Линейный коэффициент ослабления – отношение ожидае-

мого значения доли dN/N косвенно ионизирующих частиц, испытавших взаимодействие при прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути:

Единица измерения – 1/м, 1/см.

2. Массовый коэффициент ослабления m – отношение линейно-

го коэффициента ослабления к плотности вещества , через которое проходит косвенно ионизирующее излучение:

m . (2.2)

Единица измерения – м2/кг, см2/г.

3.Под пробегом заряженных частиц подразумевается экстраполированный пробег, под пробегом -квантов – величина, обратная линейному коэффициенту ослабления в веществе.

4.Линейный коэффициент передачи энергии tr5 – отношение доли энергии d / косвенно ионизирующего излучения, которая преобразуется в кинетическую энергию заряженных частиц при

5 Индекс tr образован начальными буквами слова transfer (передача).

16

прохождении элементарного пути dl в веществе, к длине этого пути:

Единица измерения tr – 1/м, 1/см.

Массовый коэффициент передачи энергии tr,m связан с линей-

ным коэффициентом передачи энергии tr через плотность среды , в которой распространяется излучение:

Единица измерения tr,m – м2/кг, см2/г.

5. Линейный коэффициент поглощения энергии en6 – произве-

дение линейного коэффициент передачи энергии tr на разность между единицей и долей энергии g вторичных заряженных частиц, переходящей в тормозное излучение в данном веществе:

нейным коэффициентом поглощения энергии en через плотность среды , в которой распространяется излучение:

кладных задач точностью можно полагать tr,m en,m .

Для фотонного излучения коэффициенты передачи и поглощения энергии получают суммированием коэффициентов взаимодействия, обусловленных фотопоглощением, некогерентным рассеянием на слабосвязанных электронах и поглощением в процессе образования электронно-позитронных пар.

6. Для химических соединений или сложных химических веществ массовые коэффициенты передачи и поглощения энергии фотонов получают суммированием:

6 Индекс en образован начальными буквами слова energy (энергия).

17

i

7. Взаимодействие нейтронов с веществом более сложное, чем фотонов, и зависит не только от химического состава, но и от изотопного, т.е. от отдельных нуклидов, входящих в состав вещества. В справочниках приводят полные микроскопические сечения взаимодействия как функции энергии ( ). Макроскопическое сечение данного ядерного процесса , 1/см, связано с микроскопическим сечением , см2 выражением

где – энергия нейтрона; NА – число Авогадро; M, – массовое число и плотность элемента, с которым происходит взаимодействие нейтрона.

8. Характеристикой взаимодействия заряженных частиц с веществом является энергия излучения , переданная веществу во взаимодействиях, приводящих к ионизации и возбуждению атомов и

молекул. Отношение среднего значения энергии d , потерянной заряженной частицей вследствие столкновений на элементарном пути dl, к длине этого пути является величиной полной линейной передачи энергии L:

Потери энергии на тормозное излучение в формулу (2.9) не входят. Для обозначения полной линейной передачи энергии используется аббревиатура ЛПЭ. Единица ЛПЭ – Дж/м. В качестве специальной единицы используют килоэлектронвольт на микрометр (кэВ/мкм) воды.

9. Средняя энергия, переданная мишени im . Энергия, передан-

ная излучением ограниченному объему вещества, равна разности между суммарной кинетической энергией всех заряженных и незаряженных частиц и квантов, входящих в рассматриваемый объем, и

18

суммарной кинетической энергией всех заряженных и незаряженных частиц и квантов, выходящих из этого объема:

где Rin – энергия поля излучения, входящая в рассматриваемый объем (без учета энергии покоя); Rout – энергия поля излучения, выходящая из рассматриваемого объема (без учета энергии покоя);Q – изменение энергии покоя ядер или частиц, которое про-

изошло в объеме. Индекс im (сокращение английского imparted to –

переданный кому-либо или чему-либо) указывает, что рассматрива-

ется только та часть энергии излучения, переданной веществу, которая была поглощена в рассматриваемом объеме вещества.

2.2.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:

Здесь d tr полная средняя кинетическая энергия заряженных ча-

стиц, 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.

19

11. Принимая во внимание определения (2.3) и (2.4), можно записать связь между кермой К и флюенсом частиц Ф:

где trB,m ( ) массовый коэффициент передачи энергии фотонов в

воздухе, см2/г.

12. Экспозиционная доза фотонного излучения равна средней величине суммарного заряда ионов d Q одного знака, которые об-

разуются в воздухе при полном торможении электронов и позитронов, освобожденных фотонами в единице массы воздуха dm, отнесенной к массе dm этого воздуха:

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.

20