GB/T 15447-2008 X、γ射线和电子束辐照不同材料吸收剂量的换算方法

　　ICS 17 . 240 A 58

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 15447—2008代替 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

　　Conversion method ofabsorbeddosesindifferentmaterialsirradiated

　　byX，γ rays and election beams

　　2008-09-19 发布 2009-08-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 15447—2008

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 意义和用途 4

　　5 吸收剂量的算法 5

　　6 由材料 A 中测量的吸收剂量值计算材料 B 中的吸收剂量 5

　　7 射线质能吸收系数比值法 6

　　8 电子束辐照下材料间的吸收剂量换算 7

　　9 准确度 8

　　附录 A(资料性附录) 带电粒子平衡厚度 9

　　附录 B(资料性附录) 宽束能谱下吸收剂量的计算示例 10

　　附录 C(资料性附录) 射线减弱 14

　　附录 D(资料性附录) 式(3)的实验证明 15

　　附录 E(资料性附录) 剂量计算 16

　　附录 F(资料性附录) 接近单能光子能谱下吸收剂量换算示例 17

　　附录 G(资料性附录) 0 . 1 MeV ~ 10 MeV 电子束在某些材料中的实际射程 Rp 18

　　参考文献 19

　　GB/T 15447—2008

　　前 言

　　本标准主 要 参 考 了 ASTM E666 : 2003《计 算 γ 或 X 射 线 吸 收 剂 量 标 准 实 践》(英 文 版)。 其 中第 7 章和第 8 章参考了 ISO/ASTM 51261:2002《食品辐射加工剂量测量系统的选择和应用标准导则》 (英文版)和 ISO/ASTM 51649:2005《能量为 300 keV ~ 25 MeV 电子束辐射加工装置剂量学标准实践》

　　(英文版)。

　　本标准代替 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》。

　　本标准与 GB/T 15447—1995 相比主要变化如下：

　　— 按照 ASTM 标准，增加了 “意义和用途 ”章节(本版的 4 . 1 和 4 . 2) ;

　　— 按照 ASTM 标准，将原标准的第 5 章“X ,γ射线能注量积分计算法 ”分解为本版的第 5 章 “吸收剂量的算法 ”和第 6 章 “由材料 A 中测量的吸收剂量计算材料 B 中的吸收剂量 ”(见 1995 版的第 5 章;本版的第 5 章，第 6 章);

　　— 按照 ASTM 标准，在第 6 章中增加了适宜窄束辐射计算吸收剂量的公式，明确了在计算吸收剂 量 所 用 公 式 中 光 子 的 减 弱 系 数 适 宜 窄 束 辐 射，能 量 减 弱 系 数 适 宜 宽 束 辐 射(见 本 版 的第 6 章);

　　— 增加了资料性附录 C“射线减弱 ”(见本版附录 C) ;

　　— 增加了资料性附录 D“公式(3)的实验证明 ”(见本版附录 D) ;

　　— 增加了资料性附录 E“剂量计算 ”(见本版附录 E) ;

　　— 还有一些编辑性修改 。

　　本标准的附录 A 、附录 B 、附录 C 、附录 D 、附录 E 、附录 F 和附录 G 为资料性附录 。

　　本标准由中国核工业集团公司提出 。

　　本标准由全国核能标准化技术委员会归 口 。

　　本标准起草单位：中国计量科学研究院 。

　　本标准主要起草人：张彦立 、郭彬 、刘智绵 、樊城 、吕雅竹 。

　　本标准所代替标准的历次版本发布情况为：

　　—GB/T 15447—1995 。

　　Ⅰ

　　GB/T 15447—2008

　　X、γ射线和电子束辐照不同材料

　　吸收剂量的换算方法

　　1 范围

　　1 . 1 本标准规定了在 X 、γ辐射和电子束辐照下，根据辐射场的特性 、材料的组成和相关的测量，从已知一种材料的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：

　　a) X ,γ辐射光子的能量范围为：0 . 01 MeV ~ 20 MeV ;

　　b) 电子束的能量范围为：0 . 1 MeV ~ 20 MeV 。

　　1 . 3 本标准所给出的方法是在同一辐射场，由一种材料吸收剂量计算另一种材料的吸收剂量的方法 。该方法仅适用于已在参考文献[2]中列出吸收系数的元素组成的纯净材料之间的吸收剂量换算 。使用本方法需要辐射场的能谱参数，并且计算结果的准确度很大程度上取决于辐射场能谱的测量准确度 。

　　1 . 4 本标准所给出方法的计算结果只有在测量深度满足带电粒子平衡条件下才有效，所以，本标准不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(详见 ASTM E 1249) 。

　　1 . 5 依据辐射传输理论及有关的参数或拟合经验公式，利用程序计算同样可以计算某种材料在一定条件下的吸收剂量 。虽然该方法较本标准给出的方法的准确度更高，但通常比较复杂 。若条件允许建议使用程序计算 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本适用于本标准 。

　　GB/T 15446 辐射加工剂量学术语

　　ISO/ASTM 51261 食品辐射加工剂量测量系统的选择和应用标准导则

　　ASTM E 668 使用热释光(TLD)剂量测量系统确定电子设备辐射损伤试验中吸收剂量的实践

　　ASTM E 1249 在 使 用60 Co 放 射 源 进 行 硅 电 子 器 件 辐 射 损 伤 试 验 中 减 小 剂 量 测 量 误 差 的 标 准实践

　　ICRU 14 号报告 辐射剂量学：最大光子能量为 0 . 6 MeV ~ 25 MeV 的 X射线和 γ射线ICRU 18 号报告 高活度 γ射线源的规范

　　ICRU 21 号报告 能量为 1 MeV ~ 50 MeV 的电子束辐射剂量学

　　ICRU 34 号报告 脉冲辐射剂量学

　　ICRU 35 号报告 初始能量为 1 MeV ~ 50 MeV 的电子束辐射剂量学

　　ICRU 37 号报告 电子和正电子的阻止本领

　　ICRU 60 号报告 电离辐射基本量和单位

　　3 术语和定义

　　GB/T 15446 和 ICRU第 60 号报告确立的以及下列术语和定义适用于本标准 。

　　3 . 1

　　吸收剂量 absorbeddose

　　D

　　-

　　dE除以 dm而得的商，即

　　1

　　GB/T 15447—2008

　　-

　　D=dE/dm

　　式中：

　　-

　　dE— 电离辐射授予质量为 dm 的物质的平均能量 。

　　单位：J · kg- 1 ,名称为戈瑞，符号为 Gy , 1 Gy= 1 J · kg- 1 。

　　3 . 2

　　照射量 exposure

　　X

　　dQ除以 dm而得的商，即：

　　X = dQ/dm

　　式中：

　　dQ— 光子在质量为 dm 的空气中释放出来的全部电子(负电子和正电子)完全被空气所阻止时，在空气中产生任一种符号的离子总电荷的绝对值 。

　　单位：C · kg- 1 。

　　3 . 3

　　质量减弱系数 massattenuation coefficient

　　μ/ρ

　　某物质对不带电电离粒子的质量减弱系数 μ/ρ是 dN/N除以 ρdl而得的商，即μ/ρ= (1/ρN)(dN/dl)

　　式中：

　　dN/N— 粒子在质量密度为 ρ 的物质中穿行距离 dl时经受相互作用的分数 。

　　单位：m2 · kg- 1 。

　　3 . 4

　　质能转移系数 massenergytransfercoefficient

　　μtr /ρ

　　某物质对不带电电离粒子的质能转移系数 μtr /ρ是 dEtr /EN除以 ρdl而得的商，即：

　　μtr /ρ= (1/ρEN)(dEtr /dl)

　　式中：

　　E— 每个粒子的能量(不包括静止能);

　　N— 粒子数;

　　dEtr /EN— 入射粒子在质量密度为 ρ 的物质中穿行距离 dl时，其能量由于相互作用而转变成带电粒子动能的分数 。

　　单位：m2 · kg- 1 。

　　3 . 5

　　质能吸收系数 massenergy absorption coefficient

　　μen /ρ

　　某物质对不带电电离粒子的质能吸收系数 μen /ρ是 μtr /ρ和(1-g)的乘积，即：

　　μen /ρ= (μtr /ρ)(1 -g)

　　式中：

　　μen /ρ— 质能转移系数;

　　g — 次级带电粒子的能量在该物质中由于韧致辐射而损失的分数 。

　　单位：m2 · kg- 1 。

　　3 . 6

　　质量阻止本领 massstopping power

　　sm

　　2

　　GB/T 15447—2008

　　某物质对带电粒子的质量阻止本领 sm 是 dE除以 ρdl而得的商，即：

　　sm = (1/ρ)(dE/dl)

　　式中：

　　dE— 一定能量的带电粒子在穿过距离 dl时所损失的能量，这种能量损失包括碰撞损失和辐射损失;

　　ρ— 该物质的质量密度 。

　　单位：J · m2 · kg- 1 。

　　3 . 7

　　带电粒子平衡 chargedparticleequilibrium

　　受照射介质中某点周围的体积元内，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 。

　　3 . 8

　　连续慢化近似射程 continuous-slowing-down-approximation(CSDA)range

　　r0

　　电子在无限均匀介质中能量从初始能量 E0 降低到 0 所穿行的平均路程长度，可表示为：

　　式中：

　　(s/ρ) tot — 总质量阻止本领;

　　r0 — 一个理论计算值而不是在介质中沿着入射方向所穿透的深度，单位为千克每平方米(kg · m-2 ) 。

　　注：确定 r0 值的近似方法：假定在轨迹上每点的能量损失率等于总阻止本领，能量损失的影响可以忽略，则可以用阻止本领的倒数对能量积分的方法得到连续慢化 近 似 射 程 r0 。在 ICRU 第 37 号 报 告 中 可 得 到 较 宽 能 量 的 电子和多数材料的 r0 值 。

　　3 . 9

　　康普顿效应 Compton effect

　　X射线和 γ射线光子被物质散射的一种效应 。散射是由于光子与可被看作是自由电子的电子相互作用而发生的 。入射光子的部分能量和动量转移给电子，其余部分被散射光子带走 。

　　3 . 10

　　能注量 energyfluence

　　Ψ

　　dER 除以 dα而得的商，即：

　　Ψ = dER /dα

　　式中：

　　dER — 在空间一给定点处射入 以 该 点 为 中 心 的 小 球 体 的 所 有 粒 子 数 的 能 量(不 包 括 静 止 能 量)

　　总和;

　　dα— 该球体的点的总面积 。

　　单位：J · m- 2 。

　　3 . 1 1

　　能注量率(能通量密度) energyfluencerate

　　ψ

　　dψ 除以 dt而得的商，即：

　　3

　　GB/T 15447—2008

　　ψ = dψ/dt

　　式中：

　　dψ— 在 dt时间内粒子能通量的增量 。

　　单位：W · m- 2 。

　　3 . 12

　　电子能谱 electron energyspectrum

　　作为能量函数的电子密度分布 。

　　3 . 13

　　电子射程 electron range

　　在均匀材料中沿着电子束轴线所贯穿的距离(等于电子的实际射程 Rp ) 。

　　注：可通过实验测量指定材料中的深度剂量分布 。在剂量学文献中还有电子射程的其他形式，例如：用深度剂量数据和连续慢化近似射 程 导 出的 外 推 射 程 。 电 子 射 程 通 常 用 单 位 面 积 的 质 量 (g · cm-2 ) 表 示，有 时 也 用 厚 度(cm) 表示某一指定材料中的电子射程 。

　　3 . 14

　　实际射程 practicalelectron range

　　Rp

　　电子束深度剂量分布曲线下降最陡(斜率最大处)切线的外推线与该曲线尾部韧致辐射剂量(X 射线本底)的外推线相交点处所对应的材料深度 。

　　3 . 15

　　外推电子射程 extrapolated electron range

　　Rex

　　电子束深度剂量分布曲线下降最陡(斜率最大处)切线的外推线与深度轴(D= 0 Gy) 相交点处所对应的材料深度 。

　　3 . 16

　　参考材料 referencematerial

　　为了确定电子束辐照过程某些特性，如扫描均匀性 、深度剂量分布而采用的已知辐射吸收与散射特性的匀质材料 。

　　3 . 17

　　最可几能量 mostprobableenergy

　　Ep

　　电子束能谱中峰值所对应的能量 。

　　3 . 18

　　积累效应 build up effect

　　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 。

　　4 意义和用途

　　4 . 1 在研究射线对物质的作用时，吸收剂量比照射量更有意义 。 吸收剂量表述的是被辐照的物质单位质量所吸收的能量，照射量描述的是单位质量空气内产生的某种电荷的数 目 。本标准所涉及的吸收剂量测量条件满足带电粒子平衡(参见附录 A) ,然而，在实际中很难实现这种条件，但在某些情况下会存在近似的带电粒子平衡条件 。

　　4 . 2 在同一辐照条件下，不同材料的吸收剂量不同，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，应满足带电粒子平衡 。如果辐射被较厚的材料减弱，辐射的能谱将会发生变化，计算时应对其进行修正 。

　　4

　　GB/T 15447—2008

　　注：ICRU第 14 号 、第 21 号和第 34 号报告给出了不同辐射类型 、不同能 量 和 不 同 吸 收 剂 量 率 范 围 条 件 下，可 以 应用的剂量测量方法 。

　　5 吸收剂量的算法

　　5 . 1 吸收剂量计算公式为：

　　D = IdE …………………………

　　式中：

　　Ψ(E)— 待测点单位能量的能量注量; μen(E)/ρ— 质能吸收系数;

　　I— 归一化常数 。

　　当式(1)中的各参数都采用 SI单位制时 I= 1 ;D 的单位为 Gy;μen(E)/ρ的单位为 m2 · kg- 1 ;Ψ(E)的单位为 m- 2 ;E 的单位为 J 。 I 的另一种使用方法参见附录 B 。使用能量吸收系数计算吸收剂量的详细资料见参考文献[1] 。Ψ(E)是指测量点的能量注量，实际上，积分限为能量注量 Ψ(E)有效的能量限值 。如果放射源和待测点之间插入其他介质，则应考虑插入介质所引入的能谱修正 。μen(E)/ρ的值见参考文献[2] 。

　　5 . 2 如果待计算吸收剂量的材料是参考文献[2]中没有列入的化合物或混合物，则计算方法如下：

　　a) 从参考文献[2]中查找每种组分 i的 μe(i)n(E)/ρ的值;

　　b) 确定每种组分的原子分数 fi;

　　c) 计算 μen(E)/ρ:

　　fi i …………………………

　　d) 应对应 Ψ(E)有效的不同光子能量 E来确定 μen(E)/ρ的值 。

　　5 . 3 式(1)中的积分可以用简单的数值积分估算 。参考文献[2] 中不同的能量对应不同 μen(E)/ρ值 。在实际估算式(1)中的积分时，所选的能量间隔经常会和参考文献所列出的能量值不同，此时可选用合适的插值法确定 μen(E)/ρ值 。 总光谱的能量范围被分成若干区间，这些区间的宽度是任意的，但区间宽度应尽可能小，以便不改变能谱的形状 。为了选择适宜的 μen(E)/ρ值，在全部能谱范围内，既可以选择能量区间的起始值也可以选择中间值 。

　　5 . 4 通常可以赋予 Ψ(E)任意单位，并归一到某个辐射源参数 。如果采用一种标准或校准的剂量计测量，式(1)的积分应针对构成剂量计的材料 。 I值即为剂量计测定的吸收剂量除以积分值 。

　　6 由材料 A 中测量的吸收剂量值计算材料 B 中的吸收剂量

　　6 . 1 如果已知材料 A 中的吸收剂量，则可使用本标准给出的方法计算材料 B 中的吸收剂量 。

　　6 . 1 . 1 在材料 A 中测量的吸收剂量是指其内部的某一深度处的吸收剂量，同样，所求材料 B 中的吸收剂量是指其内部同一深度处的吸收剂量 。假设已知表面能注量谱 Ψ0(E)(入射材料 A 和 B表面的能注量谱)，则式(1)中的能注量谱 Ψ(E)和已知的表面能注量谱 Ψ0(E)存在以下关系：

　　Ψt(E)= Ψ0(E)exp[- (μen(E)/ρ) ·t] …………………………( 3 )

　　式中：

　　t— 材料表面到待测点之间的标准深度，单位为千克每平方厘米(kg · cm-2 ) ;

　　E— 能谱中的特定能量;

　　Ψt(E)— 深度 t处单位能量的能量注量 。

　　有关式(3)的推导参见附录 C , 使用条件见 6 . 1 . 3 和 6 . 1 . 4 。式(3)的实验证明实例参见附录 D 。

　　6 . 1 . 2 利用式(1)和式(3)可在材料 A 的吸收剂量和材料 B 的吸收剂量之间建立关系式(4) :

　　5

　　GB/T 15447—2008

　　式中：

　　μ、ρA 和 tA 分别是材料 A 的能量吸收系数 、密度和材料 A 中测量点的标准深度 。下标为 B 的符

　　号代表类似的含义 。有关式(4) 的推 导 参 见 附 录 E 。 除 DB 之 外，式(4) 中 所 有 的 参 数 都 假 设 已 知，式(4)中的积分应使用数值积分估算 。

　　6 . 1 . 3 式(3)的使用条件是带电粒子平衡(见 1 . 4) 。 当原子序数或者材料密度发生变化的界面与测量区域有足够大距离时，将会满足该条件(参见附录 A) 。

　　6 . 1 . 4 宽束近似与窄束近似的比较

　　6 . 1 . 4 . 1 式(3)中能量减弱系数 μen 的使用条件是假设辐射束是宽束(相对于窄束而言)。 宽束和窄束的射线条件都是对真实实验条件的近似描述 。尽管在窄束条件下，因散射而离开的光子会造成射束光子数的减少，但其对实验的影响可以忽略不计 。但在宽束条件下，在射束的某个区域内因散射而离开的光子会被邻近区域散射进入的光子所代替 。对于窄束情况应当使用式(5) :

　　Ψt(E)= Ψ0(E)exp[- (μ(E)/ρ) ·t] …………………………( 5 )

　　式中：

　　μ— 光子能量减弱系数; μ(E)/ρ— 见参考文献[2] 。

　　实际上，光子注量减弱的结果大多介于式(3)和式(5)计算的结果之间 。

　　6 . 1 . 4 . 2 使用式(1) 、(5)或式(1) 、(3)均可导出式(4) 。两种方法导出的式(4)计算 DA /DB 的结果差异与 F(E)有关：

　　F

　　如果在整个测量的能量范围内，以百分数形式表示的 F(E)与 1 的差异大于可接受的剂量测量误差，则说明上述方法不合适，建议使用更适合的公式计算 。

　　6 . 1 . 4 . 3 根据散射几何条件，实际吸收剂量可能会大于用能量减弱系数 μ或能量吸收系数 μen 计算的结果 。在较厚材料中的这种剂量积累常常由反散射造成 。详见参考文献[1] 。

　　7 射线质能吸收系数比值法

　　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 Dd 之间或两种材料吸收剂量之间的换算，有下列情况：

　　7 . 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的次级电子，故材料中的吸收剂量可用式(7)表示：

　　Dm =[(s/ρ) m /(s/ρ) d ]Dd …………………………( 7 )

　　式中：

　　(s/ρ) m 与(s/ρ) d — 分 别 为 周 围 材 料 与 剂 量 计 的 质 量 碰 撞 阻 止 本 领 。 质 量 碰 撞 阻 止 本 领 值 见ICRU第 37 号报告 。

　　7 . 2 剂量计灵敏体积的厚度远大于最高能量的次级电子的射程时，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式(8)给出：

　　Dm = [(μen /ρ) m /(μen /ρ) d ]Dd …………………………( 8 )

　　式中：

　　(μen /ρ) m 与(μen /ρ) d — 分别为材料与剂量计的质量能量吸收系数 。

　　7 . 3 剂量计灵敏体积的厚度介于上述 7 . 1 与 7 . 2 两种情况之间，可以用式(7) 、式(8) 乘以根据相对贡

　　6

　　GB/T 15447—2008

　　献大小确定的权重因子，由式(9)得到：

　　D ={dm ×[(S/ρ) d /(S/ρ) m ] + (1 - dm ) × [(μen /ρ) d /(μen /ρ) m ]}-1 · Dd ( 9 )

　　式中：

　　dm — 周围材料中释放的次级电子在剂量计内沉积能量占总能量中的份额，它可由式(10)得到：

　　dm = (1-eβg )/eβg ( 10 )

　　式中：

　　g— 平均路径长度，当剂量计体积为 V，表面积为 S 时，g = 4V/S;

　　β— 有效质量减弱系数，β = 4 . 6Rp(-)1 , Rp 为次级电子的实际射程 。

　　7 . 4 如果在电子平衡条件下材料 A 中的吸收剂量 D1 已由上述公式确定，那么在基本相同的条件辐照的另一种材料 B 中的吸收剂量 D2 可由式(11)得到：

　　D2 = [(μen /ρ) 2 /(μen /ρ) 1 ] · D1 …………………………( 11 )

　　7 . 5 对于与水相比光子吸收特性差异较大的材料，如骨骼 、硅晶体等要对辐射能量响应进行修正 。

　　7 . 6 如果光子能谱在研究点具有大量低于 0 . 2 MeV 的成分，且能谱已知，可以在整个能谱内对式(7) 、式(8)或式(9)进行积分得到更准确的吸收剂量值，附录 F 给 出 了 接 近 单 能 光 子 能 谱 下 吸 收 剂 量 换 算示例 。

　　8 电子束辐照下材料间的吸收剂量换算

　　8 . 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 。在任何深度处，吸收剂量可用式(7)计算 。然而需要满足下列条件：

　　a) 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计 。式(7) 对本标准讨论的材料及低至 0 . 01 MeV 的电子能量仍是有效的 。

　　多数情况下，此吸收剂量转换方法要求束能量不能低于 0 . 05 MeV 。对于入射能量低于 0 . 05 MeV的电子束，在测量材料中吸收剂量时，应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 。

　　8 . 2 在能谱递降显著时，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，估算平均能量的经验公式如下：

　　Ea = E0 (1-d/Rp ) …………………………( 12 )

　　dt < 0 . 09Rp , 1 MeV ≤ E0 ≤ 10 MeV

　　式中：

　　E0 — 入射电子的能量，单位为兆电子伏( MeV) ;

　　Rp — 入射电子的实际射程，单位为克每平方厘米(g · cm-2 ) ;

　　dt — 材料中的深度，单位为克每平方厘米(g · cm-2 ) ;

　　Ea — 该深度处电子递降能谱的平均能量，单位为兆电子伏( MeV) 。

　　8 . 3 电子束能谱可以用能量分析系统(如磁谱仪)进行测定 。不具备谱分析条件时，电子束能谱也可以通过两个参数即平均电子能量 Ea 与最可几能量 Ep 来表征 。在水或其他等效材料入射表面处电子束的最可几能量 Ep ( MeV)与实际射程 Rp 的关系如下：

　　Ep = 0 . 22 + 1 . 98Rp + 0 . 002 5Rp(2) ( 13 )

　　此式的适用能量范围为 1 MeV

　　料，即有效原子序数与原子量和水相近，两者的实际射程 Rpm 与 Rpw 之间具有如下关系：

　　Rpw = Rpm [ρm ×γ0w )/(ρw ×γ0w )] ( 14 )

　　式中 ρ为密度，γ0 为连续慢化近似射程(CSDA) ,脚注 w 与 m 分别为表示水与材料中的值 。 材料

　　7

　　GB/T 15447—2008

　　中的实际 射 程 与 连 续 慢 化 近 似 射 程 值 可 从 ICRU 第 35 号 和 第 37 号 报 告 中 查 得，附 录 G 列 出 了0 . 1 MeV ~ 10 MeV 电子束在某些材料中的实际射程 犚p 。

　　8 . 4 聚苯乙烯入射电子能量 犈0 与实际射程 犚p 之间关系为：

　　对电子能量范围为 0 . 3 MeV<犈0 <2 . 0 MeV 的电子：

　　犈0 = 1 . 972犚p ·ρ+ 0 . 295 ( 15 )

　　对电子能量范围为 2 . 0 MeV<犈0 <12 MeV 的电子：

　　犈0 = 1 . 876 犚p ·ρ+ 0 . 298 ( 16 )

　　式中 犚p 的单位为 g · cm- 2 , 犈0 的单位为 MeV 。

　　8 . 5 在铝中，入射电子能量范围为 2 . 5 MeV<犈0 <25 MeV,铝的射程 犚p 以 cm 为单位时，入射电子能

　　量 犈0 与实际射程 犚p 之间关系用二阶公式表示如下：

　　犈 = 0 . 423 + 4 . 69犚p + 0 . 053 2犚p(2) ( 17 )

　　犈 = 0 . 394 + 4 . 77犚ex + 0 . 028 7犚e(2)x ( 18 )

　　由于不同铝合金的密度变化，应对此进行修正，即在式(17) 中用测量的 犚p 数值乘以密度比的结果

　　犚(单位为 cm)代替 。

　　犚 = 犚measured ·ρalloy/2 . 7 ( 19 )

　　注 ：当能量小于 10 MeV 时，由入射电子产生的 X射线本底相对较小可被忽略 。在 实 际 测 量 中，外 推 至 狓 轴(剂 量为 0) 较外推至 X射线本底容易，因此建议应优先选用式(18) 。

　　9 准确度

　　9 . 1 本标准第 5 章给出的能注量谱积分法计算吸收剂量值的准确度主要取决于已知入射能谱的准确度 。 即使能谱估算不太准确，仍比假设某一平均光子能量估算准确 。尽管60 Co 和137 Cs 发出的 γ 射线的初始能量是已知的，但是由实际源发出的射线束中通常会包含有大量的康普顿散射成分，如果将其忽略将导致计算结果误差偏大(见 ICRU 18 号报告)。本标准介绍的方法只有在被测点满足带电粒子平衡条件时才适用 。在深度小于带电粒子平衡厚度时，实际的吸收剂量既可能大于也可能小于本法的计算结果 。在深度大于带电粒子平衡厚度时，结果的准确度主要取决于式(3)中减弱修正系数的准确度和入射能谱的参数 。

　　9 . 2 第 7 章介绍的比值法简便实用，对于材料的原子序数差别不大 、能谱递降不显著的情况下能得到满意的结果 。

　　9 . 3 第 8 章推荐的电子束辐照下材料间的吸收剂量换算方法方便且实用，其准确度主要取决于平均电子能量的选择和质量阻止本领(犛/ρ)本身的不确定度 。

　　9 . 4 本标准给出的计算方法忽略了次级电子引起的能量沉积，但是对次级电子的韧致辐射进行了修正 。在本标准指定的能量范围内，这种处理对合成标准不确定度的贡献不大于 5% 。

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　　GB/T 15447—2008

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　带电粒子平衡厚度

　　A.1 用 X或 γ射线辐照材料时，开始能量吸收随着辐射穿透深度增加而增加 。但到某一厚度时，辐射能量吸收达到一最大值，然后下降 。达到最大值的厚度通常被称为带电粒子平衡厚度，它是关于辐射能量与被辐照材料的质能吸收系数的函数 。

　　A.2 图 A. 1 给出了一个典型的沉积能量与材料厚度的函数关系图 。数值 0 . 85 只是一个举例 。 每个辐射源和吸收材料的组合将有它自己的特定曲线 。 当样品受到多方面辐照时，为了保证整个样品处于带电粒子平衡，需要用吸收材料包围样品 。然而，当样品受到单方向辐照时，把吸收材料放在样品的正面和反面即可达到近似带电粒子平衡 。 图 A. 1 中之所以看不见最初的曲线上升过程，是因为来 自环境的电子伴随入射光子打击被照材料造成的 。

　　A.3 在某些实例中，平衡厚度可取最大能量次级电子的实际射程 Rp 。对铝材料，以单位克每平方厘米(g · cm-2 )表示的 Rp 可用式(A. 1)计算(见 ICRU第 21 号报告)：

　　Rp = 0 . 530E0 - 0 . 106 …………………………( A. 1 )

　　式中：

　　E0 — 入射光子产生的次级电子的最大能量，单位为兆电子伏( MeV) 。

　　使用上式求得 的 带 电 粒 子 平 衡 厚 度 大 于 用 A. 1 和 A. 2 方 法 求 得 的 带 电 粒 子 平 衡 厚 度(详 见ASTM E 668 的附录 X3) 。

　　图 A.1 材料中典型的深度剂量曲线

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　　GB/T 15447—2008

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　宽束能谱下吸收剂量的计算示例

　　B.1 为了说明这种计算方法，这里给出了一个计算示例，本示例基于如下假设：

　　a) 假定硅剂量计测量脉冲 X射线机输出的 X辐射在某特定位置的剂量为 15 Gy ;

　　b) X 射 线 机 输 出 的 X 射 线 能 谱 变 化 如 图 B. 1 所 示，以 1/犈 表 示，这 里 犈 为 光 子 的 能 量， 100 keV ~ 1 MeV 。在图 B. 1 中 X射线机的输出光子注量归一到测量点的光子能量(keV) 与光机的输入能量(犑)。所以，纵坐标单位：光子数 · cm- 2 · keV- 1 ·J- 1 。

　　B.2 由于待求量是吸收剂量，所以需要归一化的输出能注量而不是光子注量 。 每个能量间隔的归 一能注量可以用每能量间隔所对应的光子能量乘以图 B. 1 中的归一化光子注量 。 图 B. 2 所示的结果表明，在整个测量能量范围内归一能注量为恒定值，等于 100 keV · cm- 2 · keV- 1 ·J- 1 。

　　B.3 在此测量点，考虑到剂量计是用硅吸收剂量校准的，并放置在材料中深度剂量曲线的峰值处 。对所述的深度剂量曲线见图 A. 1 。虽然此曲线具有一定的代表性，但对每种辐射源与不同的具体测量情况下的深度剂量曲线应实验测定 。

　　B.3 . 1 如图 A. 1 所示硅吸收剂量深度曲线的峰值为图 B. 1 中所示的入射能谱对应的外推表面剂量的85%,所以此例中 外 推 表 面 剂 量(犇)可 用 已 知 的 吸 收 剂 量 ( 15 Gy) 除 以 0 . 85 得 到，即 15/0 . 85 =

　　17 . 6 Gy 。

　　B.3 . 2 B. 3 . 1 中计算的表面剂量和入射能谱同样满足式(1)定义的函数关系 。此式中 Ψ(犈)为入射能注量谱;μen(犈)/ρ是 硅 的 质 能 吸 收 系 数;犐 是 归 一 化 常 数 。 积 分 能 量 限 值 从 100 keV 到 1 MeV, 如图 B. 2所示 。质能吸收系数 μen(犈)/ρ见表 B. 1 。将 Ψ(犈)归 一 到 X 射 线 机 的 输 入 能 量，单 位：keV · cm- 2 · keV- 1 ·J- 1 。

　　B.3 . 3 式(1)中的归一化常数 犐可由式(B. 1)得到，单位：Gy ·J · g · keV- 1 :

　　犐 = 犇/1(M)M(eV)eVΨ(犈)[μen(犈)/ρ]d犈 = 6 . 4 × 10-3 (Gy ·J · g · keV-1 ) ……( B. 1 )

　　式中的表面剂量 犇 已在 B. 3 . 1 中计算得到，积分结果见表 B. 1 。

　　B.4 计算在铁样品同样深度处的剂量 。测量深度为 6 . 4 mm,即 5 g · cm- 2 。

　　为完成此计算，式(1)中的 Ψ(犈)要使用铁中深度为 5 g · cm-2 处的能注量谱，而不是表面能注量谱 。适用的吸收能谱可以用式(3)计算得到 。 质能吸收系数 μen(犈)/ρ的值可从参考文献[2] 得到 。入射能谱见图 B. 1 。计算结果见表 B. 2 。最终得到的能注量谱见图 B. 3 。 可见深度 5 g · cm- 2 的铁明显的改变了能注量谱的形状 。

　　B.5 式(1)中积分的计算见 B. 3 . 3 ,铁的 μen(犈)/ρ的值可以查参考文献[2]得到，吸收谱列于表 B. 2 ,结果见表 B. 3 。

　　B.6 本例题中铁样品的吸收剂量 犇Fe(单位为 Gy)由表 B. 3 得到的积分乘以 B. 3 . 3 中确定的归一化因子 犐的乘积，即：

　　犇Fe = 6 . 4 × 10-3 × 28 . 02 × 10 2 Gy = 18 Gy

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　　图 B.1 脉冲射线机产生的 犡射线光子能谱

　　图 B.2 脉冲射线机产生的 犡射线能注量谱

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　　图 B.3 铁中深度为 5 g ·cm-2 处的减弱后的能注量谱

　　表 B.1 为了确定归一化系数 I对图 B.1 所示的 X射线光子能谱

　　在式(B.1)中的积分的算术估算

　　光子能量/ MeV

　　能注量乘以能量间隔/ (keV- 1 · cm- 2 ·J-1 )

　　(μen /ρ)/ ( cm2 · g-1 )

　　乘积/

　　(keV ·J- 1 · g-1 )

　　100

　　50 × 10 2

　　0 . 045 9

　　2 . 29 × 10 2

　　150

　　50 × 10 2

　　0 . 031 2

　　1 . 56 × 10 2

　　200

　　100 × 10 2

　　0 . 029 3

　　2 . 93 × 10 2

　　300

　　100 × 10 2

　　0 . 029 4

　　2 . 94 × 10 2

　　400

　　100 × 10 2

　　0 . 029 8

　　2 . 98 × 10 2

　　500

　　100 × 10 2

　　0 . 029 8

　　2 . 98 × 10 2

　　600

　　200 × 10 2

　　0 . 029 5

　　5 . 90 × 10 2

　　800

　　200 × 10 2

　　0 . 028 5

　　5 . 76 × 10 2

　　合计

　　27 . 34 × 10 2

　　表 B.2 图 B.1 所示的 X射线光子能谱与图 B.3 所示的减弱能注量谱之间的转换

　　光子能量/ MeV

　　入射谱/