Лекция №3

2.2 Линейная передача энергии (лпэ)

ЛПЭ заряженных частиц в среде: – средняя потеря энергии на единицу пробега заряженных частиц, при которых переданная энергия меньше заданного порога .

Энергия частицы расходуется на ионизацию ядер и тормозное излучение. Существует понятие δ-электроны – электроны, имеющие собственный пробег. Если энергия δ-электронов больше порога Δ, то в ЛПЭ потерянная энергия электрона не входит, и его рассматривают как свободную частицу.

Вместо энергии Δ можно задать максимальное расстояние до трека r, тогда L_r – поглощенная энергия на единицу пробега в радиусе r от трека. В этом случае надо добавлять поглощенную энергию δ-электронов, возникшую от треков других частиц.

Чем L_Δ отличается от тормозной способности вещества ?

, где: E_ф – энергия вторичного (тормозного) фотонного излучения и излучения возбужденных атомов. E_δ – энергия δ-электронов с энергией выше порога Δ.

Если учитывать все δ-электроны, то L_Δ обозначают L_∞ или просто L (бесконечный порог). ЛПЭ растет с уменьшением скорости частиц.

В некоторой области среды присутствуют треки или заряженные частицы с различной ЛПЭ. В этом случае вводят понятие распределения флюенса по ЛПЭ – Ф_L (ЛПЭ – спектр).

2.3 Базовые дозиметрические величины.

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

2.3.1. Поглощенная доза.

– доза в точке среды (dE – энергия излучения, переданная веществу в объёме dV, dm – 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 ΔE – 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.

Р ассмотрим 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 – Kinetic Energy Released per unit MAss) – 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: dQ – суммарный заряд ионов одного знака, образованных в воздухе при полном торможении всех электронов и позитронов, освобожденных в массе воздуха dm 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.