2.3.1 辐射平衡
辐射平衡（radiation equilibrium）是辐射场特定位置存在的一种状态。
若由每一种给定能量、特定类型的电离粒子从辐射场某点一个无限小体积内带走辐射能的期望值dε-出，与相同能量、同类粒子带进该体积的辐射能的期望值dε-进正好相等，则称辐射场这一点存在了辐射平衡。
简而言之，辐射平衡下，进入辐射场某点一个无限小体积的辐射能，正好补偿离开该体积的辐射能：
电离辐射场按其组成的辐射成分，可以分解为若干种辐射场。例如，辐射场可划分为不带电粒子辐射场和带电粒子辐射场。带电粒子辐射场又可分为初级带电粒子辐射场和次级δ粒子辐射场。δ粒子辐射场还可进一步细分为初始动能大于某个特定Δ值的δ粒子辐射场和初始动能不大于特定Δ值的δ粒子辐射场（图2.9）。
图2.9 电离辐射场按其辐射成分的分解
与每一种辐射成分相对应，可能有不同类型的辐射平衡。例如，带电粒子平衡、δ粒子平衡及初始动能不大于特定Δ值的部分δ粒子平衡。
2.3.1.1 完全辐射平衡的条件
所谓完全辐射平衡，就是每一种辐射成分带进辐射场某点一个无限小体积的辐射能，能够充分补偿同类辐射成分从该体积带走的辐射能。于是，所关心的体积内便同时存在各类辐射成分的平衡。
为达到完全辐射平衡，要求无限大均匀物质内，均匀地分布辐射源。
此时，只要离开物质边界的距离，不小于带电粒子的最大射程，那么，物质中每一点处都将同时存在带电粒子平衡、δ粒子平衡和部分δ粒子平衡。
内照射情况下，如果器官、组织内均匀分布了α、β放射性核素，那么，相关器官、组织内将会有相当好的完全辐射平衡情况；除非所关心的位置，离器官、组织边界太近，距离小于α、β粒子的最大射程。
2.3.1.2 受到外照射的物质中存在某种辐射平衡的条件
通常，受到外照射的有限大小的物质中，不会有全部的辐射平衡，但是，仍可能出现一种或几种辐射平衡的情况。
例如，有限大小的均匀物质受到光子的均匀外照射（中子亦然），如图2.10所示。
入射光子通过相互作用在物质中将释放出次级电子。
一般地，在物质中，不带电粒子在接连的两次相互作用间穿行的平均路程（称为平均自由程λ，数值上等于不带电粒子线衰减系数μ的倒数：λ=1/μ。例如，在水中，1 MeV的光子，线衰减系数是0.070 7 cm-1，相应的平均自由程λ约14 cm），要比它所产生的次级电子的最大射程R（约0.4 cm）大许多（即μR≪1），以致可以认为，在次级电子的最大射程范围内，入射光子几无衰减。
若把图2.10中受照的均匀物质均匀地分成许多层，则在上述假定下，入射光子在每一层将会产生数目相同的次级电子。诚然，从每一层出射的次级电子未必都朝一个方向运动，然而，在上述照射条件下，次级电子出射的角分布对每一层应该相同。为讨论方便，这里先考察沿光子入射方向出射的那些次级电子，且图中以一个箭头代表它们。(https://www.daowen.com)
图2.10 受光子外照射的物质中次级电子平衡的示意图
由于均匀物质受到均匀照射，且入射光子几无衰减，所以，对于每一层沿同一方向出射的次级电子，能量应该彼此相同，因而在物质中它们具有相同的射程。图2.10中，假定沿光子入射方向出射的次级电子射程相当于4层物质的厚度，暂且认为次级电子能量的碰撞损失沿其径迹是均匀分布的。于是，由图2.10可见，上述情形下，第1层物质只获得入射光子在其中释放出的次级电子能量的1/4（粗短线）。第2层物质，除了获得本层释放出的电子能量的1/4，同时还获得起源于第一层的电子能量的1/4（粗点线）。以此类推，在次级电子最大射程范围内，位于深层的那些物质，将越来越多地得到起源于上游的那些电子的能量。直到深度等于或大于次级电子最大射程（如图2.10中的第4层之后），入射光子在每一层中释放出的次级电子的能量中，都有3/4被次级电子所带走（整条粗点箭头），但同时又有来自上游的次级电子带着数量相同的能量（三条粗点线）进入这一层，也就是说，这些位置上（阴影部分）已经出现了（次级）带电粒子平衡（charged particle equilibrium，CPE）。
为论述方便，上面集中考察了沿光子入射方向出射的次级电子的情况，其实，对于沿着其他方向出射的次级电子，情况也相同。
由上述例子可见，受到均匀外照射的有限大小的均匀物质中，给定一点r处，存在某种次级电离粒子平衡的条件是：
①r点离开物质边界的距离，不小于次级电离粒子的最大射程。
②离开r点，距离不小于次级电离粒子最大射程范围内，入射辐射应无明显衰减，以致能均匀地释放出次级电离粒子。用更严格的语言来表达，即要求：离开所关注的r点，距离不小于次级电离粒子的最大射程范围内，对于次级电离粒子出射的每一个方向Ω，次级电离粒子的注量率Φ·Ω应有相同的能量分布。
显然，上述的第2个条件一般难以充分满足。因为，在物质中，入射辐射或多或少总有衰减。只是，某些情况下，入射辐射衰减甚微，因而会有相当好的近似平衡情况。
表2.4示出：假若水为受照物质，对于不同能量的光子和中子，为建立次级电离粒子的近似平衡需要的水层厚度，以及在这一厚度水层中入射的光子和中子衰减的程度。
表2.4 不同能量X射线和中子辐射在水中建立近似次级电离粒子平衡需要的水层厚度及入射辐射的衰减程度
可见，如果认为小于1%的衰减可以忽略，那么，对于平均光子能量低于1.5 Me V（激发X射线的电子能量约3 Me V）的X、γ射线，在水中确实会有良好的次级电子平衡。对于中子，建立次级带电粒子平衡也较容易。即使中子能量高达30 MeV，在受照物质中，依然会有较好的次级带电粒子平衡。
一方面，由于不同类型的电离粒子具有不同的最大射程，因此常有这种情况：在受照物质给定一点处，在此处一种电离粒子达到平衡，另一种电离粒子未必会有平衡。
另一方面，如果入射辐射在受照物质中能够均匀地释放出射程最大的一种电离粒子，那么，也会均匀地释放出射程短于它的次级电离粒子，甚至这些次级电离粒子会产生更次级的电离粒子。所以，在受照物质中，如果射程最大的一种电离粒子出现平衡，那么，射程短于它的那些电离粒子，包括由它们产生的更次级的电离粒子，也随之跟着达到平衡。
从图2.10可见，在次级电子达到平衡的区域内，对于其中的任何一层物质，上游次级电子带来的能量dε进，能够充分地补偿次级电子从中带走的能量dε出。于是，入射光子在任何一层物质中释放出的能量ε释出，犹如入射光子“就地”授予物质一样，两者几无差别。
若以ε释出、ε“就地”授予分别表示同一位置上入射光子释放出的及“就地”授予物质的能量，则：
所以，在受到外照射的物质中，给予关注的一点处，只要存在入射辐射的次级电离粒子平衡，则入射辐射的吸收剂量就等于同一点处入射辐射向单位质量物质转移的能量。亦即吸收剂量等于关注一点处入射辐射的粒子注量或能量注量与相应的相互作用系数的乘积。从而可以不问其次级粒子对辐射能量迁移的后续过程。