剂量评估软件

VISIPLAN是剂量评估计划，旨在协助ALARA分析师进行岗前研究。VISIPLAN工具可协助ALARA评估的计算和交流。

 

• 该代码基于3D模型，材料，几何形状和源。

• 使用具有累积校正的Point-kernel剂量计算方法。

• 该代码允许对任务，轨迹和场景进行剂量评估。它估计个人和集体剂量。

• 工具可用于根据测量的剂量率集进行源敏感性分析和确定源强度。

 

VISIPLAN—基础物理原理

辐射基础

通过VISIPLAN评估的对工人的剂量涵盖了伽玛射线和X射线的外部暴露。在下文中，描述了这种辐射的起源以及对工人的屏蔽和剂量的计算方法。

 

伽马射线，X射线

 

伽马辐射和X射线辐射都是能力10 keV的电磁辐射形式。这种辐射的在于其对物质的高渗透性。

 

伽马射线

伽马射线源于不稳定的同位素（天然或人工同位素），该同位素通过α衰变或β衰变分解后仍保持激发态。

同位素可以通过发伽马（Υ）辐射的光子来减少其多余的能力（参见下面的图1）

 

图1：伽马射线源

 

X射线辐射

当原子核周围的电子重新排列时，会产生X射线辐射。这种重排可以由粒子和原子的碰撞或与辐射的相互作用以引起。

X射线辐射也通过在重核的电场中移动的电子的能量损失而产生（见图2）

 

图2：X射线辐射源

 

 

辐射与物质的相互作用

辐射与物质之间可能存在不同的相互作用，例如光电效应，康普顿效应和成对产生

 

光电效应 

在光电效应中，入射的光子与原子的电子碰撞。光子被吸收，电子从原子中射出。光子的能量转移到电子上。一部分能量被用来补偿电子的结合能，其余部分被吸收为电子的动能。这种相互作用主要发生低能光子上。

 

康普顿散射

当与原子电子碰撞的光子损失一部分能量时，就会发生康普顿效应。光子在碰撞中幸存下来，但偏离其轨迹。对于低原子序数和中原子序数的元素，康普顿散射主要在1 MeV至10 MeV的能量范围内。

 

配对生产

配对的产生是高能量光子过程。在这种相互作用期间，光子产生电子正电子对。当光子的能量大于1.02 MeV时，才会发生此过程。

 

这些效果可以在下图（3）上看到。

图3：光电效应和成对产生

 

伽马射线衰减

为了描述通过屏蔽物质引起的辐射衰减，引入了称为通量率的量。

 

通量率

积分通量率Φ给出在点的辐射强度，即每单位时间通过单位表面的光子数（cm -2 .s -1）

 

窄光束衰减

考虑穿过物质的窄准直的光子束。由于光电效应，康普顿散射和成对产生的过程，部分入射光子将以dx的距离从光束中移出。

发现通量率降低与dx成正比，即通过该物质的距离，可以写成：

 

（公式1）

 

线性衰减

线性衰减系数μ由上述相互作用过程确定，并且是材料成分和光子能量的函数。

因此，将距离t穿过均匀介质后的光子注量速率可以写成：

 

（公式2）

 

随着Φ₀的入射光束的光子通量率。

该方程式确定到达剂量点的未碰撞光子的数量。

 

图4：窄光束衰减

 

宽光束衰减

如上所述，窄束衰减可确定在穿过材料的距离t之后到达剂量点的未碰撞光子的数量。但是，散布在介质中的光子或局部释放的辅助光子也可以到达剂量点（如图5）.

 

积累因子

为了调整非碰撞光子的结果以散射和辅助辐射的贡献，引入了无因次校正因子B，称为累积因子。

因此，将距离t穿过均匀介质后的光子注量速率可以写成：

（公式3）

 

累积因子是伽马射线能量的函数，也是通过吸收材料的距离的函数。

堆积物随着通过吸收介质的距离而增加。根据不同的材料确定堆积系数，并在ANSI/ANS-6.4.3.-1991“美国标准的伽马射线衰减系数和工程材料的堆积系数”中列出。

 

图5：宽光束衰减

 

 

光子通量率计算

 

点源

剂量点出的光子注量速率为距离&ro；从点源给出为：

 

（公式4）

源强度

对于S（ns -1），源强度表示单位时间内源发射的光子数。

 

主要的自由路径b表示主要的自由路径。

它是无量纲的术语，屏蔽的衰减效果。值越高，辐射衰减越大。b的值可使用找到：

（公式5）

 

当μi为材料i的衰减系数时，∑i为沿着源剂量点视线穿过材料i的距离。

 

体积来源

可以通过将体积源视为由多个点源组成来确定在靠近体积源的剂量点处的光子注量速率。

通过将点源对剂量点处的剂量的贡献相加，可以得出整个源在剂量点处的光子通用量。

 

（公式6）

 

其中，S表示每单位体积的源强度。

 

点内核

小源称为核，积分过程（其中点的剂量贡献相加）称为“点核”积分。

 

图6：点内核