Керма (физика)

В радиационной физике керма — это аббревиатура от «кинетическая энергия, выделяемая на единицу массы» (альтернативно: «кинетическая энергия, выделяемая в веществе», ^[1] «кинетическая энергия, выделяемая в материале», ^[2] или «кинетическая энергия, выделяемая в материалах» ^[3]), определяемый как сумма начальных кинетических энергий всех заряженных частиц, высвобожденных незаряженным ионизирующим излучением (т. е. косвенно ионизирующим излучением, таким как фотоны и нейтроны ) в образце вещества , деленная на массу образца. Оно определяется коэффициентом $K=\operatorname {d} \!E_{\text{tr}}/\operatorname {d} \!m$ . ^[4]

Единицы

Единицей кермы в системе СИ является грей (Гр) (или джоуль на килограмм ), такой же, как единица поглощенной дозы. Однако керма может отличаться от поглощенной дозы в зависимости от задействованных энергий. Это связано с тем, что энергия ионизации не учитывается. Хотя керма примерно равна поглощенной дозе при низких энергиях, керма намного превышает поглощенную дозу при более высоких энергиях, поскольку некоторая энергия уходит из поглощающего объема в виде тормозного излучения (рентгеновских лучей) или быстро движущихся электронов и не учитывается как поглощенная доза.

Процесс передачи энергии

Энергия фотонов передается материи в двухэтапном процессе. Во-первых, энергия передается заряженным частицам в среде посредством различных фотонных взаимодействий (например, фотоэлектрический эффект , комптоновское рассеяние , образование пар и фотораспад ). Далее эти вторичные заряженные частицы передают свою энергию среде посредством атомного возбуждения и ионизации.

Для фотонов низкой энергии керма численно примерно равна поглощенной дозе . Для фотонов с более высокой энергией керма больше, чем поглощенная доза, потому что некоторые высокоэнергетические вторичные электроны и рентгеновские лучи покидают интересующую область, прежде чем передать свою энергию. Ускользающая энергия учитывается в керме, а не в поглощенной дозе. Для рентгеновских лучей низкой энергии это различие обычно незначительно. Это можно понять, если посмотреть на компоненты кермы.

В общую керму есть два независимых вклада: керма столкновения. $k_{\text{col}}$ и радиационная керма $k_{\text{rad}}$ - таким образом, $K=k_{\text{col}}+k_{\text{rad}}$ . Керма столкновения приводит к образованию электронов, которые рассеивают свою энергию в виде ионизации и возбуждения из-за взаимодействия между заряженной частицей и атомными электронами. Радиационная керма приводит к образованию радиационных фотонов из-за взаимодействия между заряженной частицей и атомными ядрами (в основном за счет тормозного излучения), но может также включать фотоны, образующиеся в результате аннигиляции позитронов в полете. ^[4]

Зачастую количество $k_{\text{col}}$ представляет интерес и обычно выражается как

k_{\text{col}}=K(1-g),

где g — средняя доля переданной электронам энергии, теряемая в результате тормозного излучения.

Калибровка приборов радиационной защиты

Воздушная керма имеет важное значение при практической калибровке приборов для измерения фотонов, где она используется для прослеживаемой калибровки метрологических установок гамма-приборов, использующих ионную камеру «на свободном воздухе» для измерения воздушной кермы.

В отчете МАГАТЭ по безопасности 16 говорится: «Количество воздушной кермы следует использовать для калибровки эталонных полей фотонного излучения и эталонных приборов. Приборы для мониторинга радиационной защиты следует калибровать с точки зрения эквивалентных доз. Зональные дозиметры или измерители мощности дозы следует калибровать с точки зрения эквивалент амбиентной дозы H*(10) или эквивалент направленной дозы H'(0,07) без присутствия каких-либо фантомов, т.е. в свободном состоянии в воздухе». ^[5]

Коэффициенты перевода воздушной кермы в Гр в эквивалентную дозу в Зв опубликованы в отчете 74 Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) (1996 г.). Например, мощность воздушной кермы преобразуется в тканевую эквивалентную дозу с использованием коэффициента Зв/Гр (воздух) = 1,21 для Cs 137 при энергии 0,662 МэВ. ^[6]

См. также

Поглощенная доза
Воздействие (радиация)
Зиверт
Дозиметрия в диагностической радиологии. Международный свод правил – МАГАТЭ. - описывает методику измерения воздушной кермы в свободном воздухе.

Ссылки

^ Общее введение . Международное агентство по исследованию рака. 2000.
^ «5: Основные количества и единицы радиации - OzRadOnc» .
^ «Керма – Фонд исследования радиационных эффектов (RERF)» .
^ Перейти обратно: ^а ^б Подгорсак, Е.Б., изд. (2005). Физика радиационной онкологии: Пособие для преподавателей и студентов (PDF) . Международное агентство по атомной энергии. ISBN 92-0-107304-6 . Проверено 16 мая 2012 г.
^ Калибровка приборов контроля радиационной защиты. Отчет МАГАТЭ по безопасности № 16, Вена, 2000 г.
^ Международная комиссия по радиологической защите. Коэффициенты пересчета для использования в радиологической защите от внешнего излучения. Нью-Йорк: Пергамон Пресс; Публикация МКРЗ 74; 1996.

[1] Общее введение . Международное агентство по исследованию рака. 2000.

[2] «5: Основные количества и единицы радиации - OzRadOnc» .

[3] «Керма – Фонд исследования радиационных эффектов (RERF)» .

[podgorsak-4] Перейти обратно: ^а ^б Подгорсак, Е.Б., изд. (2005). Физика радиационной онкологии: Пособие для преподавателей и студентов (PDF) . Международное агентство по атомной энергии. ISBN 92-0-107304-6 . Проверено 16 мая 2012 г.

[5] Калибровка приборов контроля радиационной защиты. Отчет МАГАТЭ по безопасности № 16, Вена, 2000 г.

[6] Международная комиссия по радиологической защите. Коэффициенты пересчета для использования в радиологической защите от внешнего излучения. Нью-Йорк: Пергамон Пресс; Публикация МКРЗ 74; 1996.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]