【X线物理与防护】第七节 | X线的测量

文摘   2025-01-20 17:17   福建  



第三章  X线物理与防护

第七节 X线的测量
历年考点串讲

照射量、测量体积、收集体积的定义,吸收剂量测量方法等。


重点复习


照射量、测量体积、收集体积的定义等内容。


常见的考题方式:


各种定义。


常考的细节:


1.以X、γ射线在空气中产生的电离电荷数量来反映的射线强度,称为照射量。

2.测量体积是指X线束通过的正对收集电极,并且质量已知的那部分空气的体积。

3.收集体积收集电极相对的体积为“收集体积”,即收集电极上方次级电子产生电离的体积。

4.由于不同能量的X、γ射线产生的次级电子的射程不同,故应选用不同厚度室壁的电离室。

5.电离室在使用一段时间后仍需校准,校正时室温一般为20°C,气压760mmHg。

6.吸收剂量的其他测量方法热释光剂量计测量法,胶片剂量测量法,半导体剂量仪测量法等。    


         

 

一、照射量的测量
照射量是以Xγ射线在空气中产生的电离电荷数量来反映的射线强度的物理量。空气电离室是收集和测量电离电荷的装置。

1.自由空气电离室

(1)定义:

自由空气电离室(也称标准电离室)是根据照射量的定义设计的,是对照射量进行直接绝对测量的标准仪器,它测量在给定质量的空气中由Xγ射线释放出来的次级电子在空气中所产生的任何一种符号的离子总电荷量。

(2)设备:

电离室有两个光栅,射线束从入射光栅射入,从出口光栅射出。标准电离室的工作气体就是空气,电离室有两个极性相反的平行电极,下面的极板由三部分组成:中间一个收集电极和外侧两个保护电极。收集电极用来收集电离室内产生的某一种符号的离子,它被接到测量电荷的静电计上,保护电极与收集电极相互隔开,但具有相同的电位,用以使收集电极上的电场均匀,保证中间区域的电场线垂直于电极。

(3)测量体积:

是指X线束通过的正对收集电极,并且质量已知的那部分空气的体积。当X线从X线管焦点发出射入电离室后,在整个电离室内都会产生电离,因此,电离室的电极板与X线束边缘的距离应大于次级电子在空气中的射程,使得电子在其能量耗尽之前不能直接到达电极,而保证电子完全被阻止在空气之中,其能量全部用于在电离室内引起空气电离。

4)收集体积:
收集电极相对的体积为“收集体积”,即收集电极上方次级电子产生电离的体积。凡在“收集体积”内产生的离子,其中的一种符号的离子将在电场作用下全部移向收集电极。在电子平衡条件下收集电极收集到的一切离子是由“测量体积"内被X线击出的次级电子所形成。

5)照射量:
设这些被收集的将离子总电荷量为(库仑)“测量体积”内空气的质量为m,
m=ρ·V
式子中,ρ为标准状态下(0°C, 760mmHg)的空气密度,V“测量体积”内空气的有效体积, 则照射量X
         

 

6)误差:

由于入射口至“测量体积”间空气对X线的吸收、离子复合、散射光子形成的多余电子、阻止于电离室壁中的电子损失以及由于温度与气压偏离标准状况而引起的空气密度的变化等,很难完全达到电子平衡及空气质量的稳定。因此,所测照射量往往偏离正确值,须进行适当校正。

2.实用性电离室

1实用型电离室室壁:

室壁材料与中心电极的有效原子序数与自由空气基本等效。这样可以保证电离室室壁内释放的次级电子的能谱与空气相似,最常用的室壁材料有石墨、电木或塑料。

由于不同能量的Xγ射线产生的次级电子的射程不同,故应选用不同厚度室壁的电离室。一般常用与空气等效的材料做成不同厚度的平衡罩,当测定较高能X、γ射线时,就需在原来电离室室壁上套上适当厚度的平衡罩。

(2)电离室的校准:

实用型电离室可直接用于照射量的测量。需同时满足以下条件   
 
它与空气等效。
它的空气腔体积能够准确得知。
它的室壁厚度足以提供电子平衡,但实用型电离室很难满足上述条件。

为此,在实际中,需要用自由空气电离室来对实用型电离室做校准刻度。通过使用两种电离室同时测量已知强度的X射线源,给出实用型电离室测量校准因子,用于校正实用型电离室所测照射量值。

电离室在使用一段时间后仍需校准,校正时室温一般为20°C,气压为760mmHg。但在实际应用时, 往往偏离校正时的气温和气压,造成测量误差,故对所测的数值应进行温度、气压校正,其校正系数%为:其中,t为测量时气温(°C)P为测量时气压(mmHg)


二、吸收剂量的测量

(—)吸收剂量的基本测量法

1.辐射产热   

任何一种物质,当受到辐射照射后,其吸收的射线能量将以热的形式表现出来, 吸收的量越大,产生的热量越高。通过测量此热量,就可以定量给出吸收剂量的大小。

2.吸收剂量测量   
在吸收介质内需要测定吸收剂量的部位,放一体积较小的吸收体,作为量热计的敏感材料,它与周围介质必须达到热绝缘,吸收体吸收了射线能量后,温度升高,借助微型测温器件(热电偶或热敏电阻)测出吸收体的温升,计算出吸收体吸收的能量,以求出小块吸收体材料中的吸收剂量。
         

 

其中,为吸收体质量,d为射线授予该吸收物体的平均能量,dE为以热量能形式出现的能量。

3.计算 

在实际测量中,以热量形式出现的能量,是根据导热系统计算得来,而不是直接测出。

具体做法是:把已知的电能dEc通过导线引入电加热丝对吸收体加热,观察其相应的温升dT,这样 dEc/dTc,便表示每单位温升相应的能量吸收。在射线照射过程中,若测得吸收体的温升dT,并忽略其他因素的影响,则可利用下式求得吸收体的吸收剂量。

         

 

4.射线照射物质时所产生的热量非常微小。
例如,水吸收1Gy的吸收剂量时,其温升只有2.4X10-4°C量热计常用石墨做吸收体,石墨吸收1Gy的吸收剂量时,温升约1.4X10-3 °C,而在线治疗中,组织吸收50Gy的吸收剂量时,温度仅仅只上升0.012°C。微小的温度变化,普通检测很难测量岀,必须借助非常灵敏的微型测温仪器。
因此,量热法只能用作测定吸收剂量的标准方法,它是用以校准其他测定吸收剂量的仪器。

(二)电离室测量法

吸收剂量的现场测量大多通过测量照射量,然后算成介质的吸收剂量。其换算方法是:

1.将照射量换算成空气的吸收剂量(见照射量与吸收剂量的关系)
2.计算任意介质的吸收剂量,即    
         

 

  分别是空气和某种物质的质能吸收系数。X是照射量,单位是C/kg
         

 

         

 

         

 

照射量一吸收剂量转换系数单位是Gy/ (Ckg),其值可从表查出。

3.吸收剂量的其他测量方法

热释光剂量计测量法,胶片剂量测量法,半导体剂量仪测量法等。

4.只要测出照射量,就能换算出任意物质的吸收剂量。
         

 


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