电离辐射剂量与防护概论课后习题答案

辐射防护概论第一章1、为什么定义粒子注量时，要用一个小球体？粒子注量定义：单向辐射场：粒子注量，数值上等于通过与粒子入射方向垂直的单位面积的粒子数。多向辐射场：以P点为中心画一个小圆，其面积为da。保持da的圆心在P点不变，而改变da的取向，以正面迎接从各方向射来并垂直穿过面积元da的粒子。da在改变取向的过程中即扫描出一个以P点为球心，以da为截面的回旋球。dadN球体过球心的截面面积(da)相等，粒子注量计算最容易，故而用一个小球体定义粒子注量。2、质量减弱系数（/）、质量能量转移系数（tr/）和质量能量吸收系数（en/）三者之间有什么联系和区别？相同点：都针对不带电粒子（X、射线和中子）穿过物质时发生的物理现象而定义的；不同点：质量减弱系数（/）：描述物质中入射不带电粒子数目的减小，不涉及具体物理过程。Pda质量能量转移系数（tr/）：描述不带电粒子穿过物质时，其能量转移给带电粒子数值。只涉及带电粒子获得的能量，而不涉及这些能量是否被物质吸收。质量能量吸收系数（en/）：描述不带电粒子穿过物质时，不带电粒子被物质吸收的能量。数值上：质量减弱系数（/）质量能量转移系数（tr/）质量能量吸收系数（en/）3、吸收剂量、比释动能和照射量三者之间有什么联系和区别？吸收剂量（D）：同授与能（）相联系，单位质量受照物质中所吸收的平均辐射能量。dmdD/单位Gy。适用于任何类型的辐射和受照物质，与一个无限小体积相联系的辐射量。受照物质中每一点都有特定的吸收剂量数值。比释动能（K）：同转移能（tr）相联系，不带电粒子在质量dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值。dmdKtr/单位Gy。针对不带电粒子；对受照物质整体，而不对受照物质的某点而言。kfK实用时可先查比释动能因子表（国际上给出比释动能因子的推荐值），进而求得比释动能。照射量（X）：X或射线在单位质量的空气中，释放出来的全部电子完全被空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值。dmdQX/单位C/kg。针对X或射线、空气。空气中各点的照射量不同。三者联系：带电粒子平衡：不带电粒子在某一体积元的物质中，转移给带电粒子的平均能量，等于该体积元物质所吸收的平均能量。发生在物质层的厚度大于次级带电粒子在其中的最大射程深度处。D=K（1-g）g是次级电子在慢化过程中，能量损失于轫致辐射的能量份额。对低能X或射线，可忽略轫致辐射能量损失，此时D＝K带电粒子平衡条件下，空气中照射量（X）和同一点处空气吸收剂量(Da)的关系为：XeWDaa吸收剂量与物质的质量吸收系数/en成正比，即)/()/(aenmenamuuDD故空气中同一点处物质的吸收剂量Dm为：XfXXeWDmaenmenaaenmenm)/()/(85.33)/()/(mf照射量换算到某物质吸收剂量的换算因子，可查表得到。三者区别见P18页表1.4。4、在γ辐射场中，某点处放置一个圆柱形电离室，其直径为0.03m长为0.1m。在γ射线照射下产生10-6C的电离电荷。试求在该考察点处的照射量和同一点处空气的吸收剂量各为多少？)mg/cm29.1(C/kg10097.1103a226hrdmdQXaGy371.085.33XXeWDaa5、通过测量，已知空气中某点处的照射量为6.45×10-3C.kg-1,求该点处空气的吸收剂量。6、在60Coγ射线照射下，测得水体膜内某点的照射量为5.18×10-3C.kg-1，试计算同一点处水的吸收剂量。Gy195.064.37XXfDmm上式中，60Coγ射线包括1.17MeV和1.33MeV，分支比1:1，查P17表1.3不同光子能量对某些物质的fm值可知，能量在0.4~2MeV的γ射线对水的fm值都为37.64。剂量学计算能准确更好，可用插值法求表中未给出的数值点；防护学计算未知能量点可插值，也可按防护最安全角度考虑，将剂量值往大方向计算。7、用一个小型探头的照射量仪器，在实质骨的一个小腔室内测得照射量为7.74×10-3C.Kg-1，设辐射源的光子平均能量为80keV。试计算在此照射条件下实质骨的吸收剂量。8、设在3min内测得能量为14.5keV的中子注量为1.5×1011m-2。求在这一点处的能量注量、能量注量率和空气的比释动能各为多少？能量注量：24212/10480.3/10175.2mJmkeVEEEJ106.1119eV能量注量率：/sJ/m10933.126dtdE空气的比释动能：GyfKkn10374.110105.110916.0441111第二章1、试简述分别用自由空气电离室、空腔电离室测量照射量的基本原理。2、何谓剂量仪的能量响应？影响能量响应的因素是什么？如何改善能量响应？仪器的灵敏度对光子能量的依赖关系，称为仪器的能量响应。射线在剂量仪中产生的电荷量可写成：XVAZAZQaenwenweae)/()/()/()/(对给定的电离室和一定气体常数VAZAZweae)/()/(故剂量仪产生的电荷与照射量有如下关系：aenwenXQ)/()/(上式中，空气质量能量吸收系数、电离室室壁的质量能量吸收系数都随光子能量的变化而变化，且两者变化的比率并不致。故仪器有能量响应。改善能量响应：①使探头材料的原子序数接近空气，探头的有效原子序数越接近空气，则探测器能量响应越小。②采用能量补尝措施，如电离室采用石墨做器壁、铝做电极。铝电极可补尝石墨电极对低能X射线质量能量吸收系数比空气小的缺陷。利用石墨和铝的质量吸收系数相互补尝，可使这类电离室获得相当好的空气等效性。3、在标准状况下，设一个半径5cm球状空气等效壁电离室，受射线照射后产生1.5uC的总电荷。求照射量是多少？相应空气中的吸收剂量是多少？kgCcmuCVQVQX/10214.25345.1773.0773.0333GyXXeWDa210496.785.334、有效体积为103cm3的非密封电离室靠近辐射源时电流计的指示为10-9A。试求该处的射线照射量率为多大（假设这时的气温为20℃，气压为760mmHg，电离室是由空气等效材料组成，并假定可忽略射线吸收的影响）？skgCVItVQX//10773.0773.035、试简述中子当量剂量测量的基本原理。中子当量——不同中子能量范围的中子吸收剂量乘以相应的辐射权重因子，最后相加，即得中子当量剂量。EEnHnIdEnEnfH01,)(实际测量中，测量不同中子能量范围的中子吸收剂量是困难的。这时在一定能量范围内，调整仪器的响应，使仪器的探测效率)(nE正比于1Hf。这样，辐射场中探测器测到的中子数Nn，即正比于中子的当量剂量指数HI,no。6、射线吸收剂量测量的特点是什么？简述外推电离室测量射线吸收剂量的基本原理。射线是弱贯穿辐射，因而其吸收剂量测量不再测介质内平均吸收剂量。而测量不同介质不同深度处的吸收剂量。外推电离室通过改变减小电离室空腔体积，得到一系列电离电流测量值。并借以推得外推电离室空腔无限小时，单位质量空气中的电离值。并根据介质与无限小空腔满足布拉格—戈瑞原理，求得介质该厚度下的吸收剂量：awaaawaawSeWISeWID,,)()(7、用2.5cm×2.5cmNaI(Tl)闪烁体，测得与圆柱体轴线平行入射能量为1MeV的光子计数率为100计数/s。试计算：①2.58×10－6C/kg的光子注量；②闪烁体的固有探测效率；③计算照射量率为多大？假设NaI(Tl)的密度为4g/cm3，其对能量为1MeV光子的质量衰减系数/=0.05cm2/g，空气质量能量吸收系数en/＝0.025cm2/g。①21121171610956.110319.11058.2XmmCkgCkgffX-xx②n③8、试简述化学剂量计吸收剂量的基本原理。电离辐射与物质互相作用时，除了使物质发生物理变化外，还能使某些物质的化学性质和成分发生改变，改变程度与物质吸收辐射能量的多少有关，最好两者成正比。9、用FeSO4剂量计刻度一个137Cs点源，设溶液离源1.5m照射1.5h，测得溶液消光系数为0.85，对比空白液的消光系数为0.010，波长为0.3040A，室温为25℃，液槽厚为1cm，求137Cs源的放射性活度。331223/10104.15)01.085.0(10022.6)(mkgeVLGNDmorA10、试简述热释光元件测量剂量的基本原理。具有晶格结构的固体，因含有杂质或其中的原子、离子缺位、错位造成晶格缺陷从而成为带电中心。带电中心具有吸引甚至束缚异性电荷的本领，称为陷井。当固体受到辐射照射时，禁带中心中的电子受激并进入导带，将被被陷井捕获。如果陷井深度很大，那常温下电子将长久留在陷井中。只有当固体被加热到一定温度时，落在陷井的电子因得到能量才能从陷井中逸出。当逸出电子从导带返回禁带时，会发出兰绿色的可见光，发光强度与陷井中的电子数目有关，而电子数目又取决于固体所受的剂量。发光曲线、升温曲线；常用热释光：LiF（Mg）有效原子序数与空气、组织相近——组织等效、响应随能量变化小。含6Li的LiF可作中子探测器。CaSO4（Dy）——灵敏度高，适合于低水平辐射测量。11、设计一个G-M计数管式剂量率仪，若光子能量为1MeV，探测效率为1%，计算管有效面积10cm2，要求测量量程为10-6~10-4C/kg/h。试计算相应的计数率范围是多少？/s21060~21010106.2~10106.210319.110~10XX129721171146snsmmCkghCkgff--xx12、试简述量热法测量吸收剂量的基本原理。电离辐射与物质作用，导致其能量被物质吸收，而物质吸收的辐射能量最终都将使物质变热。测量被照物质的温度变化，即可确定物质吸收的剂量。量热法要求好的绝热条件，且其一般适用于大剂量的测量。量热计是按吸收剂量的定义直接测量的，而不基于物理或化学的次级效应。量热计的响应原则上与辐射品质无关，常用作绝对测量装置。绝对测量：影响待求量的各个因素都是已知的，且各个因素都能够被准确测量。各个因素测量准确性可被朔源到国际标准。相对测量：影响待求量的各个因素有些不清楚，或有些因素不能被准确测量。13、在仪器刻度过程中如何检验有无散射的影响？应如何消除？理论上，在辐射场中引入任何物体都会造成辐射场的改变，从而影响仪器的读数。在理论上，可采用1/r2衰减可判断刻度进程中是否有散射影响。即将仪器从A移到B，其读数有如下关系：222B21N1ABBABAARRNNRRN检验NA、NB读数是否与距离有平方反比关系，即可判断是否有散射影响。实际中，可将一些怀疑的散射物移开，观察移开前后仪器读数有无明显变化，以判断刻度过程中是否有散射。若有散射影响应尽量保持刻度在空旷的地方进行，刻度源与刻度仪器间应无遮挡物。刻度源、刻度仪器应保持与地面有一定距离，严格按照刻度要求进行。第三章3、试述影响辐射损伤的因素及其与辐射防护的关系。影响辐射损伤的因素包括：物理因素——辐射类型、剂量率及分次照射、照射部位和面积、照射的几何条件；生物因素——不同生物种系的辐射敏感性、个体不同发育阶段的辐射敏感性、不同细胞、组织或器官的辐射敏感性辐射防护即从影响辐射损伤的因素入手来进行防护，如对不同的辐射类型采取不同的防护方法、限制剂量和分次照射以使辐射损伤所发生的可能性最小。4、各举一例说明什么是辐射对机体组织的随机性效应和确定性效应？说明随机性效应和确定性效应的特征。辐射防护的主要目的是什么？随机性效应特征“线性无阈”。“无阈”指任何微小的