輻射劑量學(xué)作業(yè)課后習(xí)題參考答案

1、.第一章1. 給出 N、R、 和 r 的微分譜分布和積分普分布的定義，并寫出用 E 表示這些輻射量的表達式。解： N、R、 和 r 均存在著按粒子能量分布，如果用Q代表這些輻射量，用E 代 表粒子能量 ( 不包括靜止能 ) ，則 Q(E)是 Q的積分分布，它是能量為 0E 的粒子對 Q 的貢獻，QE是 Q的微分分布，它是能量在 E附近單位能量間隔內(nèi)粒子對 Q的貢獻，用 PE表示以上輻射量。E PE d dE = E EPE d dER=Et EPE dtddEdr=E EPE dEN=Et pE dtddEd2. 判斷下表所列各輻射量與時間t 、空間位置 、輻射粒子能量 E 和粒子運動方向之間

2、是否存在著函數(shù)關(guān)系，存在函數(shù)關(guān)系者在表中相應(yīng)位置處劃“”，不存在則劃“”號。解：如下表所示NR E(E) E(E) E E E P PEP(E) r r Etr E 3. 一個 60C0 點源的活度為 3.7 107 Bq，能量為 1.17Mev 和 1.13Mev 的 射線產(chǎn)額均為 100%。求在離點源1m和 10m處 光子的注量率和能量注量率，以及在這些位置持續(xù)10min 照射的 光子注量和能量注量。解：先求在離點源1m處 光子注量和能量注量率1 A 100% 3.7107 100%5.89210 6 m 2 .s 14 r 243.1412A(E1E2 )100%14 r 23.7 10

3、7(1.171.6021013100 % 1.33 1.602 1013100 %)43.14121.1081020 w.m2在離點源 10m處 光子注量和能量注量率2A 100%307 107100%5.892 104 m 2 .s 14 r 24102.2A(E1E2 )100%4 r 23.7107(1.171.331.60210 13100%)41021.108 1018 w.m 260由于 co 半衰期比較長，可以忽視為10min 內(nèi)無衰減則：在離點源 1m處持續(xù) 10min 照射的 光子注量和能量注量2t5.8921066005.532108 m 22t1.10810186007.

4、001022 J .m 24. 平行寬電子束垂直入射到散射箔上，其注量為 0，設(shè)電子束無衰減的穿過散射箔后沿與入射成 600 角的方向射出。 在散射箔前后用平行板探測器和球形探測器測定注量，用平面探測器測定平面注量，如圖所示。試根據(jù)定義（1.48 ）、（ 1.5 ）和（ 1.43 ）計算這些探測器的響應(yīng)。600（圖 1.39散射箔前后注量示意圖）解：dIdNp(dvdaf平行板探測器在散射箔前dNdaF S .dNdNda cos 60 0Ida) dQda球形探測器在散射箔前后：dNda) dN平面探測器在散射箔前：p( pda后： (dN1I (dN)0)da cos 60da.5. 帶電

5、粒子與物質(zhì)相互作用的類型有哪幾種？可以用哪些參數(shù)對它們進行定量描述？6. 碰撞阻止本領(lǐng)與哪些因素有關(guān)？解：碰撞阻止本領(lǐng)與帶電粒子的能量有關(guān)，能量增加，碰撞阻止本領(lǐng)降低，并且有隨著吸收介質(zhì)原子序數(shù)的增加而降低的趨勢，此外還與介質(zhì)本身有關(guān)，在不同介質(zhì)中，同種能量的同種粒子碰撞阻止本領(lǐng)也不相同。7. 計算與 50Mev質(zhì)子速率相同的 4 He、12C、20Ne等重帶電粒子的動能并給出它們在水中的阻止本領(lǐng)。已知： 50Mev質(zhì)子在水中的 S /12.7Mev.cm2. g 1 。8. 試根據(jù)圖 1.8 、 1.9 和 1.12 對圖 1.18 所表示的 0 隨 E 和 Z 的變化規(guī)律加以說明。9. 已

6、知 10Mev電子在 H 和 O中的質(zhì)量輻射組織本領(lǐng)分別為 8.809 10 2 和 0.1932 Mev.cm 2 .g 1試計算 10Mev電子在水中的質(zhì)量輻射阻止本領(lǐng)。解：( S /) r .mf i ( s / e) r .i216( s / ) r .H( S / ) r .o1818188 .8091020.193990 .181521 cm 2 .g110. 由圖 1.8 和圖 1.12 查出電子在 Pb 中的臨界能量 EO , 并與（ 1.79 ）式的計算值進行比較。11. 氣體中的雜質(zhì)對 w值有何影響？答：當(dāng)氣體中含有雜質(zhì)時，入射粒子碰撞作用可能使中性受激原子或分子轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子

7、對，使粒子對常數(shù)增加，12. 列舉光子與物質(zhì)的主要作用方式， 并注明與原子核、原子電子和整個原子相互作用的類型。13. 說明康普頓效應(yīng)的總截面、散射截面和能量轉(zhuǎn)移截面之間的區(qū)別和聯(lián)系。14. 試給出康普頓效應(yīng)在鉛與鋁中的電子截面、原子截面和質(zhì)量衰減系數(shù)之比epb / eAI 和 apb / aAI 和（/) pb /(/) AI 。15. 設(shè)入射光子的能量 h=1Mv,求 =00、 900、 180 0 時反沖電子的發(fā)射角 和動能 E。16. 求 1Mev的窄光子束在水中穿行 10cm時，初級光子發(fā)生光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)，電子對生成和瑞利散射的份額。17. 中子與組織之間有哪些重要的相互作用類

8、型？18. 舉例說明不帶電粒子的質(zhì)量衰減系數(shù)， 質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和質(zhì)量能量吸收系數(shù)之間的區(qū)別與聯(lián)系。第二章1. 談?wù)勀銓D(zhuǎn)移能，比釋動能和組織中某點的空氣比釋動能的理解。解：轉(zhuǎn)移能：指在全體體積 V 內(nèi)由不帶電粒子釋放出來的所有帶電的電離粒子初始動能之和。比釋動能：由轉(zhuǎn)移能與指定體積質(zhì)量的商，dth 是由不帶電粒子在質(zhì)量為dm的無限小體積內(nèi).釋放出來的所有帶電粒子的初始動能之和的期望值。組織中某點空氣比釋動能： 對于某感興趣的點處單位質(zhì)量介質(zhì)中轉(zhuǎn)移給帶電粒子能量期望值。2試給出輻射比釋動能K r 與不帶電粒子能量注量u 之間的關(guān)系式。3. 試給出碰撞比釋動能動能率K C 與不帶電粒子注量率譜分

9、布E ,U 之間的關(guān)系。4. 試舉例說明隨機量和非隨機量的區(qū)別。5. 設(shè)自由空氣中有一個 60CO點源，活度為 1.5 10 7 Bq 。求離點源 1m遠處的照射量率，比釋動能率和小塊組織的比釋動能率。解：.(x) / r 210710 18 /12照射量率： XA1.52.5033.754510 11c.kg .s 1./ r 21078.67 10 17 / 12比釋動能率： KA1.51.3005 10 17 Gy.s 1.9K m (mtr/) i 1.310 0.00282小塊組織比釋動能率： K i(mtr /) m0.00251.466410 9 Gy.s 16. 設(shè)自由空氣中

10、1.5Mev 的中子束的注量為 2.5 106 cm 2 ，試求自由空氣中小塊組織的比釋動能。解：K(/)2.51080.27310 80.6825(rad)E U tr注：查輻射防護書附表 3(k0.27310 8)7. 照射量定義中的 dQ與 dm內(nèi)產(chǎn)生的電離電荷有何區(qū)別？8. “水介質(zhì)中某點的照射量”的含義是什么？.9. 試給出照射量率X 與光子注量率的譜分布hv 之間的關(guān)系式。10. 試根據(jù)（ 2.27 ）式和有關(guān)系數(shù)作 X / 和X / 隨光子能量變化的曲線。11. 一個動能 E=10Mev的正電子進入體積 V，通過碰撞損失掉 1Mev的能量之后發(fā)生湮沒，產(chǎn)生能量相等的兩個光子，其中

11、的一個逸出體積 V，另一個在 V 內(nèi)產(chǎn)生動能相等的正負電子對。正負電子在V 內(nèi)通過碰撞各自消耗掉其一半動能后負電子逸出V，正電子發(fā)生飛行中湮沒，湮沒光子從 V逸出。求上述過程的轉(zhuǎn)移動能tr 、碰撞轉(zhuǎn)移能tr 和授與能。解：如圖所示.reeerr轉(zhuǎn)移能： trEu .inEun.outrQ1010.5111.02223.989(mev)碰撞轉(zhuǎn)移能：trtr( Ee2mec2 )3.9893.9891.022241.96975(mev)授與能：EinE outQ10 ( E rE eE E2mo c 2 ) 2 mo2223.98910(4.50 .51740 .511)20.9505 mev12

12、. 為什么在計算不帶電粒子和自發(fā)核轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的吸收劑量時， 可以只考慮帶電粒子的能量沉積過程？13. 試說明輻射平衡狀態(tài)與吸收劑量計算的關(guān)系。14. 試比較 2.9a 和 b 所示的兩種輻射平衡情況，說明為什么二者對滿足指定條件所要求的空間范圍不同。15. 為什么在圖 2.11 所示的照射條件下吸收劑量在略小于 R 的某一深度處達到最大值？16. 水介質(zhì)受 137C s 窄束（其寬度滿足束軸上電子平衡的要求）照射。利用表2.4 和表 2.5 計算束軸上達到電子平衡的某點的吸收劑量。已知：a: 該點的照射量 X=1R.b: 該點的照射量 X 1mc.kg 1c: 該點的空氣碰撞比釋動能 Kc, a

13、 1mGy 。如果改為 137 Cs 寬射束，再利用表2.4和表2.5的數(shù)據(jù)時需要考慮哪些因素？（提示：f k和 Cs與光子的能量有關(guān)）解：.a：該點的照射量X=1R.Dmf x x37.5137.5radB：該點的照射量X1mC.kg 1D m fx x 37.5 1 10 337.5 10 3 GyC：該點的空氣碰撞比釋動能Kc, a1mGyDm f k Kc ,a 1.11 1 10 31.11 10 3 Gy第三章1.LET 不是隨機變量，為什么有LET分布？2. 是否可以稱微分密集函數(shù) t(x) 為幾率密度？為什么？3. 談一談線能 y 與傳能線密度 LET的聯(lián)系和區(qū)別？4. 參考對

14、線能分布的分析說明決定分布f 1(z) 和 f(z ，D)的因素各有哪些？5. 試以傳能線密度 L、線能 y 或者比能 z 等物理量為例給出頻率分布函數(shù)、劑量幾率密度、頻率平均值和劑量平均值的定義，并說明它們之間的定量關(guān)系。6.試根據(jù) LF1F ( L)dL0的定義式證明LF、和z 給出類似的表達式。1 F (L )dL ，并對 yF zF07.根據(jù) zF (即 z1 )和 z 、n、和(0) 的定義說明這幾個量之間的關(guān)系。8.為什么說 fv (z) 與吸收劑量的大小無關(guān)？在公式f ( z, D )P(v) f v ( z) 中哪些因子與吸收劑V 0量的大小有關(guān)？9. 高、中、低劑量是如何劃分

15、的？10. 何謂粒子致死和 致死？11. 設(shè)細胞內(nèi)有 m個靶，每個靶被擊中 n 次即細胞致死。試給出細胞存活分?jǐn)?shù)的表達式。12. 已知某生物體所受的 射線，中子和 粒子照射的吸收劑量分別為 3.5 、5.1 、和 1.2mGy，試求劑量當(dāng)量 H。第四章1. 一個充空氣的石墨壁空腔電離室放在受 60CO 射束照射的水中測量。石墨壁的厚度大于次級電子的射程，空腔空氣的有效體積為 0.100 cm3 ，空氣密度為 0.0011965 g.cm 3 ，在 射線照射下產(chǎn)生的電離電荷為 9.00 10 10 C 。設(shè)電離室對輻射場的干擾可以忽略， 試求空腔中的平均吸收劑量 D，石墨壁中的吸收劑量D c和水

16、中的吸收劑量DW 。解：.D1 ( w ) g.Qg0.1133.85 910 100.255Gymge0.0011965Dc(U tr /) m. g .D1.004 0.2550.256GyD w( en/ )w /(en /)c .Dc0.89890.23Gy0.2560.9986602. 設(shè)用同樣質(zhì)量的氫氣置換上述空腔電離室中的空氣并受到同樣的OC 射束的照射，求電離室的輸出電荷 QH 。已知氫氣中的 ( w) 值是空氣中的1.074 倍。e解：用同種質(zhì)量的氫氣置換后，其腔室電離的D 不變，即：D gD H 得到1 ( w ) g .Qg1 ( w )H .QH 由題意知：mgem g

17、emgmH ( w ) H1.704( w) g 代入可得：eeQHQg /1.074910 10 / 1.0748.38 10 10 c3. 將題一的空腔電離室放在受60CO 射束照射的聚乙烯中測量。設(shè)電離室的電離電荷仍為9.0010 10 c ，試求聚乙烯中的吸收劑量。解：D(men / e) /(men /)c.Dc0.8740 / 0.99860.2560.224Gy4. 對于測量中子在軟組織中產(chǎn)生的吸收劑量的空腔電離室結(jié)構(gòu)有哪些特殊的要求？答：在中子測量中的組織等效材料，對元素組成的一致性要求較高，軟組織主要由氫、碳、氧和氮等元素組成，氫對快中子有較大的碰撞截面，與氫碰撞產(chǎn)生的反沖質(zhì)

18、子是快中子在軟組織中損失能量的主要方式，氮與慢中子能產(chǎn)生較大的局部組織能量。用空腔電離室測量時，組織等效的空腔電離室本身就相當(dāng)于一塊軟組織材料，電離室要做的很輕，最大限度降低衰減和散射作用，量壁要大于次級帶電粒子的射程，被測量的空腔中的吸收劑量等于自由空間小組織中的比釋動能，如果測量高能量中子，則要附加適當(dāng)厚度的組織等效塑料帽，以保證次級帶電粒子的平衡條件。5. 一個空腔電離室充以組織等效氣體， 在 60CO 標(biāo)準(zhǔn)射束中的刻度因子 Ng .c2.45 107 Gy.C 1 ，在組織等效材料中受中子照射時空腔氣體的電離電荷為1.01 10 7 C 。已知光子和中子的 w 值分別為ev和ev t

19、,g0.963,pu0.98。試求組織中的吸收劑量。29.331.1 ,.解： Dm.nwg ,mk msv .N g .c n.kw.( )w, g .wg ,ce其中： rt , gkm( s)w ,gkwe帶入數(shù)據(jù)可得： Dm.n31.20.963 0.98 1.01 10 7 7.45 10729.32.186Gy6. 簡述外推電離室、自由空氣電離室和高壓電離室的工作原理和用途。答：外推電離室：一個空腔體積可以改變的平行板空腔電離室，用于測量電子束、 射線和軟 x 射線在物質(zhì)淺表部位產(chǎn)生的吸收劑量分布以及各種類型的輻射在過濾區(qū)產(chǎn)生的吸收劑量的空間和分布，還可以用來測量兩種介質(zhì)交界面附近

20、吸收劑量的分布。自由空氣電離室： 是幾千電子伏到 250kev 光子照射量測量的參量儀器， 它設(shè)法收集給定體積空氣中釋放的電子完全被阻止在空氣中時產(chǎn)生的全部電離電荷。高壓電離室：用于環(huán)境 輻射調(diào)查或者宇宙射線測量， 在標(biāo)準(zhǔn)電離室基礎(chǔ)上縮小體積而又保持必要的靈敏度，提高了電離室空氣壓力。7. 試舉例說明腔室理論適用于正比計數(shù)器的根據(jù)。8. 試比較不含氫的電離室、 正比計數(shù)器和 G-M計數(shù)器測量中子和 輻射吸收劑量的相對靈敏度，并說明在中子 混合場中區(qū)分中子和 射線產(chǎn)生的吸收劑量的方法。解：不含氫的電離室測量中子不靈敏正比計數(shù)器測量中子也不靈敏G-M計數(shù)器測量中子靈敏rTkT DnhT Dr其中

21、Dr , Du 分別為中子， 光子的劑量，ruku DnhT DrkT ,kv ,hT , hv分別為中子，光子靈敏度， rT ,ru 分別為探測器響應(yīng)。推出hv rThT rnD rkT ru kn rTD nhT k nhn k T hT knhu k T9. 試由 f(y) 的表達式（ 4.83 ）給出 f1 (z)、 d( y)和 d ( z)的表達式 。第五章1. 為什么說量熱計處于輻射劑量學(xué)測量儀器刻度鏈的頂點？是否所有量熱計均可作為絕對測量裝置？為什么？2. 何謂熱損和熱散失？3如何實現(xiàn)絕熱測量、等溫測量和熱散失補償測量？4一個絕熱型石墨量熱計芯體的質(zhì)量為 25g，加熱電阻為 1

22、0。當(dāng) 0.3A 電流通過 5s 時芯體溫度上升 0.2 。設(shè)在均勻輻射場中照射 5s 時芯體溫度上升值為 0.1 ，求芯體的吸收劑量。.QI 2 RTc t .m解：Dcc tm輻射授與能：0.1I 2RT1 (0.3)20.2Dc10 5/25 10 390Gy25. 說明吸收劑量基準(zhǔn)值向水中一點傳遞的過程。解： Din Nir .RiwDNDin ( I ) w.i Pw.iNir .Ri.w ( I ) w.i Pw.i (1)又NirDir / RirDr / Rir ( I )r ,i Pr .i ( 2)( I) w.iRiwPw.i(1)代入（ ）可得：DWDr2(I) r.i

23、Rirpr ,i6. 試說明輻射化學(xué)產(chǎn)額G（x），摩爾線吸收系數(shù)，吸光度 A 和吸收劑量 D 之間的關(guān)系。解：( x)D G( x)A( x)l G( x) D7. 為什么弗里克劑量計可以用作吸收劑量測量的參考方法？解：因為通過測量由輻射與物質(zhì)相互作用后，在物質(zhì)中引起的化學(xué)變化中產(chǎn)生的化學(xué)變化產(chǎn)物或化學(xué)過程，對化學(xué)產(chǎn)物可進行劑量測量來確定吸收劑量（直接測量組織等效比）8. 試舉出五種化學(xué)劑量計，說明它們的輻射反應(yīng)機制和劑量測量范圍。第六章1有哪些類型的固體劑量計？簡述各種固體劑量計的工作原理。2. 設(shè)一種 TL 磷光體的 a1 109 S ， E 0.85ev。求1.S 1時的發(fā)光峰溫度。解：

24、由 Ee E / kTMkTm2E0.851Tm8.6210 51105k3. 試?yán)孟葳甯偁幠Ｐ徒忉?TLD的超線性和敏化。解：非熱釋光陷阱被電荷截流子填充的幾率大，在受照過程中較早的出現(xiàn)飽和，逐漸失去了與熱釋光陷阱爭奪電子的能力，致使熱釋靈敏度隨著吸收劑量的增加而上升，出現(xiàn)超線性現(xiàn).象。如果競爭陷阱比熱釋光陷阱深，加熱劑量時又未將這些大部分被填充的深陷阱排空，則這種熱釋光之能重復(fù)使用時，將保留其較高的靈敏度，這就是敏化效應(yīng)。4. 影響 TLD測量精密度的因素有哪些？解： (1) 熱釋光材料(2) 退火和敏化(3) 測量升溫5. 試比較 TLD 和 TSEED，說明它們在工作原理、測量儀器、

25、工作特性和應(yīng)用等方面有哪些異同？6. 如果要求設(shè)計一個用 TLD測量中子的劑量當(dāng)量計，你有哪些設(shè)想？7. 請根據(jù)如下目的選擇劑量計。(a) 測量電子束在高梯度區(qū)間的吸收劑量相對分布。(b) 測定另一個劑量計的劑量或劑量率測量上限。(c) 測量皮膚基底層的吸收劑量。8. 試舉出測量方法相同而輻射作用機理不同的劑量計的例子。第七章1. 說明體模在外輻射劑量學(xué)中的作用。解：體模為模擬測量和計量受外部輻射源照射時的人和實驗動物或輻射產(chǎn)品中的吸收計量分布提供一個可靠的對象。2試對 137 Cs射線和 20Mev電子束給出石墨的水等效厚度標(biāo)度因子。解：對于 137 Cs 射線mc / u2C ETmc /

26、 m. cec e對于的電子束20Mev5.8763.506 .c6.9366.119Stot ,cStot ,c 1.797cC EStot ,c / Stot ,/2.046c3. 試說明應(yīng)用空腔電離室測定體模中參考點吸收劑量的過程。4體模中吸收劑量的分布曲線與劑量計的響應(yīng)曲線有什么區(qū)別？試以中子束測量為例加以說明。解：因為各種劑量計的響應(yīng)均有能量依賴性，在射束能譜隨深度而變化的體模中，劑量計的相對響應(yīng)分布與吸收劑量的相對分布可能不同，當(dāng)中子射入體模后，隨著深度增大，能量越來越低，劑量計對低能響應(yīng)要弱，故在某深度處的劑量計響應(yīng)相對小于這點的劑量。5. 試分析低能光子和中子在骨軟組織交界面處

27、能量沉積的特性。6. 試給出用峰值散射因子和百分深度劑量表示組織空氣比的表達式。并利用表7.2 給出W10 10cm2和 SSD80cm時60 OmC 射線的組織空氣比。.解：由 D zD m. p( z)%fk K c,a , fzm bm p( z) e z m %又D z f k kc, a , f zT ( Z,Wz ,Q)T (Z,WZ ,Q)kc ,a, f zm .bm. p(z).ezm %kc,a , f z查得： bm1.036kc ,a, f zmp( z)ezm%fz2p z ezm%T(Z,WZ ,Q)1.036zm2kc,a , f zf7. 設(shè)入射光子注量的普分布

28、為EkE , 式中 k是常數(shù)，光子能量 E 的范圍為 0EO ，試給出用隨機數(shù) R確定入射光子能量E 的表達式。8. 為什么用寬大的探測器在細射束中測量或用小探測器在寬射束中測量，均能給出寬射束軸上的吸收劑量分布？9. 如何由表征細電子束能量沉積深度分布的圖7.35 計算注量為的平行寬射束軸上的吸收劑量分布？10. 說明指數(shù)量應(yīng)用的局限性？11. 比較 H 、 H 、 H P、和 H S 各量的定義點和適用的輻射場， 說明在說明情況下這些量之間存在著近似相等的關(guān)系。第八章1. 試給出圖 8.4 所示呼吸道各庫室中放射性活度的動力學(xué)方程。2試給處圖 8.10 所示胃腸道各庫室中放射性活度的動力學(xué)方程。3. 氚化水（ HTO）的循環(huán)庫室模型如下圖所示。試給出各庫室中3H 活度的動力學(xué)方程。212?31(體水 )3I t454. 在庫室模型中試如何考慮放射性子體在庫室中的積累的？試說明8.29式中各項的物理意義？5. 試給出胃腸道各庫室母體和子體放射性活度的動力學(xué)方程和U ( ) 的表達式。6. 試給出描述吸入的放射性核素的 i 代放射性子體活度在呼吸道各庫室中積累的方程？.。7. 當(dāng)放射性核素及其在空氣中產(chǎn)生的放射性子體的吸入速率分別為I (t)和 I (t) 時，將如何計算呼吸道各庫室中子體的放射性活度？8. 設(shè)瞬時吸入 AM