GB T 15447-1995 X、γ射线和电子束辐照不同材料吸收剂量的换算方法.pdf

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1、UDC 539. 161. 7 F 04 吐J，、GB/T 1544 7 1995 X、口亘日召E口，、国亘Conversion method of absorbed doses in different materials ir、radiatedby x，rays and electron beams , 1995-01-05发布1996-01-01实施国家技术监督局发布目次1 主题内容与适用范围. .(1) 2 引用标准.（1)3 意义与用途. ( 1) 4术i吾. . . . . ( 1 ) 5 X、射线能注量i苦积分计算法.“. ( 2) 6 X,Y射线质量能量吸收系数比值法. . .

2、 ( 3) 7 电子束辐照下材料间的吸收剂量换算.（4)8 准确度.（4)附录A附录B附录C附录D附录E附录F带电粒子平衡厚度（补充件）(6) 10 keV 20 MeV X、射线在某些元素与化合物中的质量能量吸收系数.，p(cm2 g ) （补充件）.”.(8) o. 1 MeV 10. 0 MeV电子束在某些材料中的实际射程也cm 2) （补充件） (13) 10 keV 20 MeV电子束在某些元素与化合物中的质量碰撞阻止本领与连续慢化近似(csda）射程（补充件）(14) 连续光子能谱下吸收剂量计算实例（参考件）(20) 接近单能光子能谱下吸收剂量换算实例（参考件）(23) 中华人民共

3、和国国家标准X、射线和电子束辐照不同材科吸收剂量的换算方法Conversion method of absorbed doses in different materials irradiated by X, Y rays and electron beams 1 主题内容与适用范围GB/T 15447一19951. 1 本标准规定了在X，射线和电子束辐照下根据辐射场的特性、辐照条件、材料的组成和相关的测量，从已知的一种材料吸收剂量计算另外一种材料吸收剂量的方法。1. 2本标准适用范围zx, Y射线光子能量范围为：o. 01 20 MeV; 电子束能量范围为：o. 1 20 MeV. 本标准不

4、适用于有效原子序数差别较大的两种材料界面附近吸收剂量的换算。2 引用标准GB 139-89 使用硫酸亚铁剂量计测量水中吸收剂量的标准方法GB/T 15053-94 使用辐射显色薄膜和聚甲基丙烯酸甲醋剂量测量系统测量吸收剂量的标准方JJG 1017 90 JJG 1018 90 JJG 1028-91 JJG 1001-91 JJG 1035-92 3意义与用途法使用硫酸饰亚钳剂量计测量射线水中吸收剂量的标准方法使用重错酸饵（银）剂量计测量射线水中吸收剂量的标准方法使用重络酸银剂量计测量射线水中吸收剂量的标准方法通用计量名词及定义电离辐射计量名词及定义3. 1 辐射研究与辐射应用中剂量测量的具体

5、方法通常是把剂量计插入介质或模拟物中的适当位置进行辐照，只有在剂量计与介质的组成、密度与辐照条件相同情况下剂量计测得的吸收剂量值才能代表介质的吸收剂量。当介质与剂量计的辐射能量吸收特性差异较大时，即使在同样条件下辐照，两者的吸收剂量也不相同，必须进行适当的换算。3. 2 依据辐射传输理论及有关的参数或拟合的经验公式，利用程序设计来计算某种材料在一定条件下的吸收剂量，或进行吸收剂量的换算。虽然这种方法能达到较好的准确度，但通常比较复杂。3.3本标准提供比较简单、实用的在一定的不确定度范围内进行吸收剂量换算的方法。4 术语4. 1 吸收剂量D后除以dm所得的商。其中de是电离辐射授与质量为dm的物

6、质的平均能量，即，D币dm国家技术监督局1995-01-05批准1996-01-01实施、GB/T 1544 7-1995 吸收剂量的单位是J.kg叶，专门名称是戈（瑞），符号为Gy.lGy = lJ kg I 4.2质量能量吸收系数民Ip某物质对不带电电离粒子的质量能量吸收系数民.Ip是向p和（1-g）的乘积，即z民”p=(l-g),/p式中g陆p一一质能转移系数，g一一次级电子的能量在该物质中由于韧致辐射而损失的分数单位：mkg1.4. 3 质量碰撞阻止本领某物质对带电粒子的质量碰撞阻止本领Sip是dE除以pdl而得的商，即gS/p = (1/p)(dE/dl) 单位：Jffiz kg I

7、 这里dE是带电粒子在密度为p的物质中穿行距离dl时由于碰撞所损失的能量4. 4 带电粒子平衡受照射介质中某点处的如下状态z在该点周围的体积元内，带电粒子的能量、数目和运动方向均保持不变，即带电粒子辐射率的谱分布在该体积元内不变，亦即进入和离开该体积元的带电粒子的能量（不包括静止能量）彼此相等。、4. 5 实际射程深度吸收剂量曲线下降最陡段（斜率最大处）切线的外推线与该曲线尾部韧致辐射剂量的外推线相交点处材料的深度。4-6连续慢化近似射程电子在无限均匀介质中能量从初始能量E，降低到0所穿行的平均路程长度，可表示为gr, = J:dE/(S/p) 单位，kg m 式中（S/p）阳为总质量阻止本领

8、。必须注意它不是在介质中沿着入射方向所穿透的深度，而是在连续慢化近似计算中的一个理论值4. 7 最可几能量Er电子束能谱中峰值所对应的能量。4-8积累效应在射线通过介质的途径中，向前的散射辐射使能量沉积随深度而增加，并达到一极大值的现象5 X、Y射线能注量谱积分计算法5. 1 吸收剂量计算公式为2D = 1fw叫（E)/pdE. ( 1 ) 式中W(E）为待测点每单位能量及辐射源参数（如强度、时间或某种X射线机特性）的能注量谱，积分限为W(E）的能量限值！（E)/p是质量能量吸收系数；l是联系辐射源参数与其输出能谱的归一化常数。5. 2 民（E)/p的值见附录B；如果待计算吸收剂量的材料是附录

9、B中没有列入的化合物或混合物，则可用公式（2）确定：”（E)/p = 2f；民”（E)/p，.( 2 ) 式中向（）p，为z组分的质量能量吸收系数，f，为i组分在化合物或混合物中所占的质量分数2. l岛、GB/T 15447-1995 向（E)/p的具体值必须针对能i苦l(E）中不同光子的能量E来确定。5.3在同样辐照条件下，为了能把一种材料的吸收剂量与另一种材料的吸收剂量联系起来，测量点与周围介质必须满足电子平衡。如果辐射被较厚的吸收材料减弱，辐射的能谱与注量率将发生变化，计算时应对此进行修正；5. 4 式（1）中的积分可以用简单的算术方法估算，对特定能量的F（E)/p值查附录B。如果附录中

10、无对应的能量可采用内插法确定，具体能量可以在整个射线能谱中把能量分成若干间隔，间隔尽可能小。为了选择适当的民（E）仰，可以取间隔的起始能量或中点能量。5. 5通常能谱l(E）可以取任意单位，并归一到某个辐射源参数。如果采用一种标准的或校准过的剂量计，式（1）中的积分必须针对构成剂量计的材料。I值即为剂量汁的吸收剂量值除以积分值。5. 6 从材料A中测得的剂量值计算材料B中的剂量值可采用如下步骤z5. 6. 1 由于测量吸收剂量的位置为材料的某一深度处，计算的第一步是把测得的剂量与表面剂量联系起来，求得表面剂量b，.这可以将一定条件下经实验测定的A材料中的深度剂量曲线外推来实现，见附录A图Al.

11、5. 6. 2 对材料A计算式（1）.中的积分，然后确定I值，即计算外推得到的表面吸收剂量与该积分值之比5. s. 3计算在材料B待测深度处的能谱zl,(E) = P0(E)exp一（.（E)/p) t ”. ( 3 ) 式中t是入射表面到待测位置间的厚度也cm-2),l。（E）为入射能注量谱。注z此式没有考虑积累效应。5. 6. 4对l,(E）与材料B进行式（1）的算术积分，按5.6. 2把得到的积分值乘以材料A中确定的I值，此乘积即为材料B中待测位置的吸收剂量6 X、Y射线质量能量吸收系数比值法在射线能谱递降不显著时，材料中的吸收剂量Dm与剂量计测得的吸收剂量D，之间或两种材料吸收剂量之间

12、的换算，有下列情况36. 1 剂量计灵敏区的厚度比入射光子产生的最高能量的次级电子的射程小得多，剂量计沉积的能量绝大多数来自周围材料中产生的次级电子，故材料中的吸收剂量可用公式（4）表示sDm = (S/p)m/(S/p),D,”. ( 4 ) 式中（S/p)m与（Sfp），分别为周围材料与剂量计材料的质量碰撞阻止本领。质量碰撞阻止本领值见附录D。62剂量计灵敏体积的厚度远大于最高能量次级电子的射程时，沉积在剂量计中的能量绝大部分来自剂量计本身的次级电子，材料中的吸收剂量由公式（5）给出zDm = (./p)m/(,./p),D, 式中（.p)m与（民.p），分别为材料与剂量计的质量能量吸收系

13、数。( 5 ) 6-3 剂量计灵敏体积的厚度介于上述6.1与6.2两种情况之间，可以用公式（4）、（5）根据相对贡献大小乘上权重因子按公式（6）计算zDm = d (S/p),/(S/plm + (1 -d）（民.p),/(,./p)m-1 D, ( 6 ) 式中d为周围材料中释放的次级电子在剂量计内沉职能量占总沉积能量中的份额，它可由公式（7）求得zd= (1 e）卢E”.( 7 ) 式中g为平均路径长度，当剂量计体积为v，表面积为S时，g=4V/S。卢为有效质量减弱系数，4. 6 R；，凡为次级电子的实际射程。6-4 如果在电子平衡条件下材料A中的吸收剂量D，已由上述公式确定，那么在基本相

14、同的条件辐照3 卢.）、GB/T 15447 1995 的另一种材料B中的吸收剂量D，可由公式（的得到2D, = (./p)2/(./p)1J Di . ( 8 ) 式中（阳Ip)I与（阳Ip），分别为材料A与材料B的质量能量吸收系数。6-5对于与水相比光子吸收特性差异较大的材料如骨路、硅晶体等要对辐射能量响应进行修正。6-6如果光子能谱在研究点具有大量低于o.2 MeV的成分，而且知道能谱的话，可以在整个能谱内对公式（4）、（5）或（6）进行积分得到更准确的吸收剂量值。7 电子束辐照下材料间的吸收剂量换算7. 1 与入射电子的射程相比厚度足够薄的剂量计测定研究材料中的深度剂量分布曲线。在任何

15、深度处，吸收剂量可用公式（4）计算。然而需要满足下列条件ga. 材料中测量点的深度小于入射电子射程；b. 材料与剂量计的质量碰撞阻止本领的比值基本上为一常数；c. 给定深度处能量降低了的电子仍具有足够的能量穿过剂量汁。公式（4）对本标准讨论的材料及低至o.01 MeV的电子能量仍是有效的。多数情况下，此吸收剂量转换的方法要求束能量不低于o.5 MeV 0对低于O.5 MeV入射能量的电子束，材料中吸收剂量的测量必须考虑束窗与空气层的减弱与能谱递降以及衬垫材料反散射的影响。7. 2在能谱递降较显著时，进行吸收剂量转换计算应采用递降能谱的平均能量或对整个能谱进行积分得到的阻止本领，估算平均能量的经

16、验公式如公式（9）所示：E, = E,(l - d/R,) ”.( 9 ) d !. 0 7、42EU幅umu需!MeV lOOkeV !OkeV 脉冲射线机产生的X射线注量能谱图El200 150 100 50 趴WMAlJEu码，圃坦握lOOkeV !OkeV !OMeV !MeV 光子醋量EI 表El乘积keV J- g 冉ol(J cm g- 能量注量乘以能量间隔光子能量keV cm J keV 2.29 10 o. 045 9 SOX 10 100 l.56XlO o. 031 2 50 10 150 2.93X!O 。.029 3 100 10 200 21 图EZ脉冲射线机产生的

17、X射线能量谱为了确定归一化常数对图El中的注量能谱按式El的积分估算机、，f空空15447-1995 GB/T 续表El乘积keV J g- 向Ip2一1cm . , 先于能量keV 2. 94 101 2.98XIO 2-98XIO 5.90 IO o. 029 4 o. 029 8 o. 029 8 。.029 5 160 JO IOOX JO 106 JO 200 10 300 400 500 600 5.76 IO o. 028 8 200 10 800 27.34XIO 吨。E 图为化转销甜附叫中射就入减的的由，中i p图表E2合计能注量谱减弱谱keV cm- kev-1 J 1 3

18、3 67 78 84 84 85 90 cm- kev- J-1 0.33 . 口n g- o. 219 0.45 0.39 0.28 o. 21 0.11 o. 15 88 O. 11 o. 029 5 o. 028 6 0. 027 3 Z J . :2- 首打VOBe- ukk-l -R EE ta-244?edvi,6 -AF C- m/ EJ -6-/- Ef ，一一eliil最能子光keV 100 o. 081 4 o. 049 5 0. 033 5 0. 030 8 o.so o . 33 oczs o. 20 o. 17 。.67 150 200 300 400 500 600

19、 o. 13 800 为了确定在铁中深度为5g cm处的吸收剂量对图E3中的能注量谱按式El的积分估算表E3乘积keV g- J-1 陆.Ipcm2 g 能注量乘以能量问隔keV cm 2 1- keV 3. 61XIO o. 219 16. 5 10 2. 69X 102 。.081 4 33 101 3.86 10 o. 049 5 78XI02 2. 81 102 o. 033 5 84 102 2.59X10 o. 030 8 :84XI02 2 51 102 o. 029 5 85X 102 s.1sx10 o. 028 6 180X 102 600 4.80 102 o. 027

20、3 176 10 28. ozx 101 800 合计/. F能量注重主乘以能盘问陌/ keV cm J 1 / 光子能量川；22 f 飞. GB/T 15447-1995 200 /, L I : . 1田 . ；十二主. . . l重ii二，.寸量矶I: / I . I : !OkeV ; 1川1阳：阳先于能量（E i I 图E3铁中深度为5cm2处的减弱后的能注一附录Fl : ,/ 接近单瞅子能肝吸收剂量换算实例,; 参考件）F1 放射性同位素如13Cs与“臼是能够得到的接近单能光手能谱的辐射源本前计算适用于这类核素源。假定这类源产生的散射光子对入射光子注莹的影响可以忽略实际情况由于源体

21、的自吸收及周围介质的散射，得到的不会是单一能谱F2假设“Co装置在给定位置给出的照射量率X为o.387C k,gI b-1 0又假定入射光子能谱在测量位置的散射成分可予忽略F3对附录写叙述的同样的铁样品，下式给出了深度为5g cm处的吸收剂量率，D=33: 87（冉，（E)/p）旷（.（El/p)O:J Xexp一品（K），户比.t ”.” (Fl ) 式中，33.87是由Ckg-I转换为句（空气的系数，.（E)/p是，臼Y光导能量（平均1.25 MeV）的质量能量吸收系封，x为照射量率H是铁的深度F4 从IMe；到2MeV由于铁对空气的质量能量吸收系数的比值变化为0.942到o.940.故本

22、计算中选用1MeV的值。利用公式Fl计算，本例结果为$! ! b,. = 33. 87 0.942 0.387 o. 886 = 10. 94Gy(Fe) h斗”( F2 ) 附加说明2 本标准第5章、附录A（补充件）及附录E（参考件、附录F（参考件等同采用美国材料与测试协会标准gASTM E666-91 Standard Practice for Calculating Absorbed Dose: from X orRadiation. 其他部分还参考了该协会的以下标准zASTM 1261-88 Standard Guide, for Selection and Application o

23、f Dosimetry Systems for Radiation Processing of Food. 23 、Il-AjIll-JJltllll-Ill- 15447-1995 GB/T ASTM ElO. OlT(eleventh draft,June 10,1993)Practice for D。由metryin Electron Beam Facility for Radiation Processing at Energies between 300 keV and 25 MeV. ASTM E665一78(Reapproved1984)Standard Practice for

24、 Determining Absorbed Dose Versus Depth in Materials Exposed to the X ray output of Flash X-ray Machines. ASTM El249 88 Standard Practice for Minimizing Dosimetry Errors in Radiation Hardness Testing 需1 。fSilicon Electronic Devices Using Co 60 Sources. 本标准由国家技术监督局提出。本标准由中国计量科学研究院技术归口本标准由中国计量科学研究院负责起草。本标准主要起草人李承华、张彦立、X1J智绵24 . 盯Fk叮叮町FH筒。华人民共和国家标准X、Y射线和电子束辐照不同材料吸收剂量的换算方法GB/T 15447一1995国中,. 中国标准出版社出版北京复兴门外三旦河北街16号邮政编码100045 电话8522112 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印,. 开本BBOX1230 1/16 印张1%字数48干字1995年9月第一版1995年9月第一次印刷印数12000 ,. 书号155066 1-11821 ,. 标目272-38