[发明专利]一种通过熵变分析电离及非电离辐射剂量效应关系的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过熵变分析电离及非电离辐射剂量效应关系的方法，具体的涉及一种通过引入分子有效体积和自由体积的概念、基于熵变函数的定义、计算有效熵变和自由熵变、分析电离及非电离辐射剂量效应关系的方法。

背景技术

1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热量总会自发的从热物体向冷物体流动，热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意可逆循环过程都都适用的一个公式：dS = dQ/T。

1877年，奥地利物理学家玻尔兹曼在研究微观粒子运动统计现象的基础上采用统计学方法建立了熵函数：S=klnΩ，其中，Ω为系统微观粒子的微观状态数，k为玻尔兹曼常数。这个公式反映了熵函数的统计学意义，它将系统的宏观物理量S与微观物理量Ω联系起来，成为联系宏观与微观的重要桥梁之一。基于上述熵与热力学概率之间的关系，可以得出结论：系统的熵值直接反映了它所处状态的均匀程度，系统的熵值越小，它所处的状态越是有序，越不均匀；系统的熵值越大，它所处的状态越是无序，越均匀。系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大（即从有序走向无序）的状态转变，这就是隔离系统“熵增加原理”的微观物理意义。

1906年，德国物理学家、物理化学家瓦尔特·能斯特提出了热力学第三定律：在0K时任何完整晶体中的原子或微观粒子只有一种排列方式，即只有唯一的微观状态，其熵值为零。从熵值为零的状态出发，使体系变化到P=1.013×10⁵Pa和某温度T，如果知道这一过程中的热力学数据，原则上可以求出过程的熵变值，它就是体系的绝对熵值。于是人们求得了各种物质在标准状态下的摩尔绝对熵值，简称标准熵，单位为kJ/mol。

在热力学中，熵是表征物质状态的参量之一，通常用符号S表示。对于可逆过程，熵增定义为dS = dQ/T，若过程是不可逆的，则dS > dQ/T，式中T为物质的热力学温度，dQ为熵增过程中物质吸收的热量。从微观上说，熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度，系统越无序、越混乱，熵就越大。热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序，从概率较小的状态趋于概率较大的状态。

电离辐射的全称是致电离辐射，是指通过射线与物质的相互作用能够直接或间接地使物质的原子、分子电离的辐射。电离辐射包括波长短、频率高、能量高的电磁波及各种射线(重带电粒子、带电轻子和不带电粒子)。电离辐射可以从原子、分子或其它束缚状态电离出一个或几个电子，电离能力取决于射线(粒子或电磁波)所带的能量，而不是射线的数量。如果射线没有带足够电离能量，大量的射线也不能够导致电离。电离辐射引起的剂量效应关系很复杂，射线可以在一维、二维和三维材料及生物体器官、组织、细胞、细胞器及分子层面引起各种辐射剂量效应关系。特别是电离辐射对生物体的生物效应除了在被照射生物体中引起躯体效应外，还会在被照射生物体的子代引起遗传效应。躯体效应对人体而言主要有由电离辐射诱发的肿瘤、白血病、皮肤损伤、生育能力减弱和白内障等，遗传效应主要有身体和智力发育中出现的障碍等。射线的种类和剂量不同产生的剂量效应关系会有很大的不同，电离辐射对生物体引起的有害效应可以分为随机性效应和非随机性效应。随机效应发生的概率和剂量有关，而其严重程度和剂量无关，即随机效应和剂量之间存在线性无阈关系。而非随机效应是指辐照产生的严重程度随剂量大小而改变的效应，已经被ICRP更名为组织反应。