輻射防護(hù)第七章

1、第七章 外輻射劑量學(xué)與防護(hù)學(xué)（External radiation dosimetry and Protection）外輻射劑量學(xué)ERD研究以人身為主的各種客體受體外輻射源照射的劑量學(xué)問(wèn)題第一講 體摸和射束一、體摸（Phantom）·體模：在輻射防護(hù)、放射治療和輻射加工中，為了模擬測(cè)量和計(jì)算受外部輻射源照射的人體，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物或輻照產(chǎn)品中的吸收劑量分布，設(shè)計(jì)或制作的一些具有約定尺寸和材料組成的模型。·體模的形狀、材料和尺寸形狀：可根據(jù)模擬對(duì)象做成任意形狀材料：組織等效指的是材料對(duì)不帶電粒子的衰減系數(shù)、能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和能量吸收系數(shù)以及對(duì)帶電粒子的碰撞阻止本領(lǐng)、輻射阻止本領(lǐng)和散射本領(lǐng)

2、等均與組織的接近，因而對(duì)電離輻射的吸收，衰減和散射作用與組織的近似。例如：對(duì)于光子和電子，水具有較好的組織等效性；對(duì)于中子，組織等效塑料（A150）聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）。尺寸：未受照部分（射束周圍）的寬度，測(cè)量點(diǎn)以下的深度的大小須提供充分的反散射物質(zhì)。·典型的體模 ICRU球 MIRD體模：見(jiàn)P.198.圖7-1 中國(guó)人體模：四川大學(xué)林大全教授·深度劑量分布：體模中D沿參考軸的分布（參考軸為源的幾何中心與光欄中心的直線）·水等效厚度：如果平行射束垂直照射水體模時(shí)深度Zw處的吸收劑量，與照射介質(zhì)m組成的體模時(shí)深度Zm處的吸收劑量相等，則稱Zw為介質(zhì)層Zm的水

3、等效厚度。定義：標(biāo)度因子（Scaling factor） ；對(duì)于不帶電粒子射束：；對(duì)于電子束：；若對(duì)非平行射束：二、電子束的特性參數(shù)1.能量參數(shù)2.射程參數(shù)三、光子束的品質(zhì)射線：用放射性核素的原子序數(shù)和原子量表征X射線：·半價(jià)層厚度（Half-value thickness）是使X射線平行窄束的照射量減小到原來(lái)的1/2時(shí)所需要的鋁，銅或鉛的厚度。·NACP(Nordic Association of Clinical Physics)其中，為100mm深處的電離量；為200mm深處的電離量。四、核粒子束特性Bragg峰第二講 體模中吸收劑量的測(cè)量一、 參考點(diǎn)吸收劑量的測(cè)量1

4、.為什么測(cè)參考點(diǎn)的D？·參考點(diǎn)附近的劑量剃度小，受散射輻射等干擾因素影響的程度也較小，容易實(shí)現(xiàn)D的準(zhǔn)確測(cè)量；·參考點(diǎn)的D測(cè)準(zhǔn)后，體模中的D分布可以用相對(duì)方法測(cè)量；參考點(diǎn)D的精確測(cè)量是體模中D測(cè)量的關(guān)鍵。2.測(cè)量參考點(diǎn)D的方法的要求及選擇方法選擇要求：所選擇的劑量計(jì)必須是經(jīng)過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室刻度或由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)傳遞的劑量計(jì)。（1）電離室法·特點(diǎn)：應(yīng)用普及、操作簡(jiǎn)便、精密度高；·，其中為由空腔氣體的平均到組織等效材料（體模）中的轉(zhuǎn)換因子；為干擾修正因子。（2）量熱計(jì)·特點(diǎn)：作為一次基準(zhǔn)對(duì)其它劑量計(jì)進(jìn)行刻度或給出各種劑量計(jì)測(cè)定所必需的參數(shù)； 量熱計(jì)作為絕對(duì)

5、測(cè)量裝置處于劑量學(xué)測(cè)量?jī)x器刻度鏈的頂點(diǎn)；·；，其中刻度因子二、 劑量分布的測(cè)量三、 非均勻體模中的測(cè)量四、 射束監(jiān)測(cè)五、 輻射加工中的劑量測(cè)量六、 測(cè)量數(shù)據(jù)的歸一化表示1. 百分深度劑量（PDD）和離軸比 百分深度劑量（Percentage depth dose）·定義：體模中射束軸上某一深度z處的吸收劑量與最大值點(diǎn)的吸收劑量以百分?jǐn)?shù)表示的比值。用表示：，。P.209圖7.17 描述光子在水體模中的百分深度劑量分布特點(diǎn)。·用和表示離軸比（off-axis ratio, OAR）·定義 ·和可以給出體模中的二維分布。2. 組織-空氣比（Tissu

6、e-air ratio, TAR） ·定義：體模中射束軸上給定點(diǎn)的與空氣中同一點(diǎn)處小塊體模材料達(dá)到電子平衡時(shí)之比，； ·用空氣中和表示習(xí)題：P·237· 1、2、4、6 第三講 外輻射劑量計(jì)算理論計(jì)算法經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法：應(yīng)用體模中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算一、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)法 1.先說(shuō)明P.212.的例子 2. 定義：等效厚度系數(shù)：其中，為與厚的物質(zhì)塊對(duì)平行的初級(jí)射束的減弱作用相同的水層厚度。校正因子3.Q點(diǎn)在介質(zhì)層下面水中時(shí)CF的計(jì)算 物質(zhì)衰減等效水層厚度 對(duì)于和均相同的情況（b,a情況） 對(duì)且（b,c情況） 物質(zhì)衰減和距離衰減均相同，因此點(diǎn)的D相等。 ，其中。 4.當(dāng)Q

7、點(diǎn)在介質(zhì)層內(nèi)時(shí)CF的計(jì)算 介質(zhì)層h對(duì)初級(jí)輻射的衰減校正與3討論的相同。但介質(zhì)層對(duì)輻射的吸收作用與水不同。故在計(jì)算吸收劑量校正因子時(shí)，還應(yīng)該考慮對(duì)能量吸收的修正，即二、互易定理1. 定理：若有兩個(gè)粒子數(shù)相等的點(diǎn)狀射束a和b垂直照到無(wú)限大均勻體模上，其間距為r，A和B是兩射束軸上深度為z處的點(diǎn)，則射束a在B點(diǎn)產(chǎn)生的吸收劑量與射束b在A點(diǎn)產(chǎn)生的吸收劑量相同。2. 互易關(guān)系式 3.實(shí)踐意義 用寬大的探測(cè)器在細(xì)束中測(cè)量或用小探測(cè)器在寬束中測(cè)量，均可得到寬束軸上的吸收劑量分布。 第四講 外輻射實(shí)用量一、 外輻射實(shí)用量的引入1. 輻射防護(hù)的目的：防止有害的確定性效應(yīng)，并將隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生幾率限制到被認(rèn)為可以

8、接受的水平。 需要測(cè)量和E要精確地計(jì)算或者測(cè)定人體器官的當(dāng)量劑量或有效劑量是極其困難甚至是不可能的需要引入新的物理量：通過(guò)對(duì)這些量的測(cè)量來(lái)定量地描述個(gè)人或公眾所接受的實(shí)際或潛在的照射，并將所的結(jié)果與主管當(dāng)局所規(guī)定的防護(hù)限值進(jìn)行比較，檢查規(guī)范的執(zhí)行情況和防護(hù)設(shè)施的可靠性。2. 指數(shù)量和輻射場(chǎng)中某點(diǎn)的吸收劑量指數(shù)：是當(dāng)ICRU球心位于該點(diǎn)時(shí)，球內(nèi)的最大吸收劑量。輻射場(chǎng)中某點(diǎn)的當(dāng)量劑量指數(shù)：是當(dāng)ICRU球心位于該點(diǎn)時(shí)，球內(nèi)最大當(dāng)量劑量。淺層當(dāng)量劑量指數(shù) 深部劑量當(dāng)量指數(shù) 限定指數(shù)量（狹指數(shù)量，限定了區(qū)域）非限定指數(shù)量或廣義指數(shù)量特點(diǎn)：·指數(shù)是不滿足疊加原理，不易實(shí)現(xiàn)測(cè)量；·與關(guān)鍵

9、器官和組織相聯(lián)系，對(duì)保護(hù)關(guān)鍵器官有利。3. 外輻射適用量引入的必要性應(yīng)具備的特點(diǎn)：·對(duì)各類電離輻射的通用性；·與輻射防護(hù)限值的相關(guān)性；·由空間指定點(diǎn)輻射場(chǎng)所決定的唯一性；·與人體或體模的相關(guān)性；·對(duì)各種電離輻射的可疊加性。 解決可測(cè)量性二、外輻射實(shí)用量（劑量學(xué)量）1. 分類：環(huán)境測(cè)量（監(jiān)測(cè)）用當(dāng)量劑量，； 個(gè)人測(cè)量（監(jiān)測(cè)）用當(dāng)量劑量，。2. 衍生輻射場(chǎng)衍生輻射場(chǎng)：由實(shí)際輻射場(chǎng)抽象出來(lái)的，具有某些規(guī)定特性的輻射場(chǎng)。擴(kuò)展場(chǎng)：注量及其角分布和能量分布在所關(guān)心的區(qū)域處處與實(shí)際輻射場(chǎng)中參考點(diǎn)的相同的輻射場(chǎng)。齊向擴(kuò)展場(chǎng)：注量及其能量分布在所關(guān)心的體積中處處

10、與實(shí)際輻射場(chǎng)中參考點(diǎn)的相同，而能量是單向的衍生輻射場(chǎng)。目的是更好地定義使用量弱貫穿輻射與強(qiáng)貫穿輻射：3. 周圍劑量當(dāng)量·用途：環(huán)境監(jiān)測(cè)·定義：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)的周圍當(dāng)量劑量是由相應(yīng)的齊向擴(kuò)展場(chǎng)在ICRU球中對(duì)著齊向場(chǎng)方向的半徑上深度d處產(chǎn)生的當(dāng)量劑量。 ·特點(diǎn)：*值由參考點(diǎn)的輻射場(chǎng)唯一確定 *可用各向同性響應(yīng)的測(cè)量?jī)x器精確測(cè)量 *可用表征有效劑量（有效劑量概念的實(shí)質(zhì)是各器官和組織隨機(jī)危險(xiǎn)的疊加性），且可以給出有效劑量的偏安全的估計(jì)值（一般略大于）（圖7.35，7.36）4. 定向當(dāng)量劑量 ·目的和用途：避免皮膚受過(guò)量的輻射照射而產(chǎn)生確定性效應(yīng)。 環(huán)境監(jiān)測(cè)。

11、·定義：輻射場(chǎng)中某點(diǎn)的定向劑量當(dāng)量是由相應(yīng)的擴(kuò)展場(chǎng)在ICRU球中指定方向的半徑跡深度d處產(chǎn)生的當(dāng)量劑量。 ·特點(diǎn)：*很強(qiáng)的方向性（P.230，圖7.37） *用平行板探測(cè)器實(shí)現(xiàn)測(cè)量 *5. 個(gè)人當(dāng)量劑量 ·定義：貫穿個(gè)人當(dāng)量劑量：身體上指定點(diǎn)下適于強(qiáng)貫穿輻射的深度d處軟組織中的當(dāng)量劑量，d的建議值為10mm。 淺層個(gè)人當(dāng)量劑量：身體上指定點(diǎn)下適于弱貫穿輻射的深度d處軟組織中的當(dāng)量劑量, D的建議值為0.07mm。 ·討論：*個(gè)人當(dāng)量劑量是在人體組織中定義的，因而既不能直接測(cè)量，也不可能從一種普通的刻度方法推導(dǎo)出來(lái)； *輻射場(chǎng)均勻，且身體上指定點(diǎn)的外法線方

12、向與定義的指定方向重合，則； *在單向均勻輻射場(chǎng)中如果指定點(diǎn)外法線的方向與入射輻射的方向反平行，則，一般； *戴在手臂上的個(gè)人劑量計(jì)，用ICRU球刻度會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的反散射，但及輻射除外； *測(cè)量的劑量計(jì)都是按佩帶在人體表面設(shè)計(jì)的，人體提供了反散射，但劑量計(jì)要覆蓋適當(dāng)厚度的衰減材料，使之對(duì)不同方向的入射輻射獲得正確的響應(yīng)。上述四個(gè)劑量學(xué)量滿足了實(shí)用量應(yīng)具備的特點(diǎn)。三、實(shí)用量的測(cè)量1. 絕對(duì)測(cè)量：按的定義測(cè)量 2.相對(duì)測(cè)量：測(cè)空氣中的吸收劑量，利用這些量到環(huán)境當(dāng)量劑量的換算系數(shù)計(jì)算出射束中的。討論：*在已知的參考射束中，利用轉(zhuǎn)換系數(shù)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀按進(jìn)行刻度時(shí)，監(jiān)測(cè)儀可直接放在射束中進(jìn)行；*對(duì)于佩帶在人

13、身上的個(gè)人劑量計(jì)，故劑量計(jì)按的刻度可應(yīng)用的轉(zhuǎn)換因子在ICRU球上進(jìn)行；*在大多數(shù)輻射防護(hù)照射條件下（前后照射）下， 可以給出有效劑量和皮膚當(dāng)量劑量的適當(dāng)?shù)墓烙?jì)值； *對(duì)于環(huán)境水平的照射，可給出居民外輻射有效劑量的近似估計(jì)值。室內(nèi)，室外應(yīng)分別考慮； *對(duì)于事故監(jiān)測(cè)，方法多種多樣。習(xí)題：P.238 8. 11第七章之 外輻射防護(hù)第一講 外輻射防護(hù)的一般方法及射線的劑量計(jì)算一、外輻射防護(hù)的一般方法1.基礎(chǔ)原則:盡量減少或避免射線從外部對(duì)人體的輻射,使之所受照射不超過(guò)國(guó)家規(guī)定的劑量限值.2.基礎(chǔ)方法:(1)減少接觸輻射源的時(shí)間-時(shí)間防護(hù)(2)增大與放射源的距離-距離防護(hù) (3)設(shè)置屏蔽-屏蔽防護(hù)=&g

14、t;時(shí)間,距離,屏蔽為外輻射防護(hù)三要素3.屏蔽材料的選擇原則根據(jù)輻射類型的和應(yīng)用的特點(diǎn)來(lái)選擇，同時(shí)又要考慮經(jīng)濟(jì)代價(jià)和材料的易獲得.4.確定屏蔽厚度所需用的參數(shù)和資料二、射線的劑量計(jì)算1.點(diǎn)源的劑量計(jì)算方法點(diǎn)源的照射量率點(diǎn)源的空氣吸收量率點(diǎn)源的與空氣同一處射線在物質(zhì)中的（）點(diǎn)源的空氣比釋動(dòng)能率2.非點(diǎn)源的劑量計(jì)算(1)基本思路:*任何一個(gè)輻射源,都可以分割成許多個(gè)小塊輻射源,以致每一小塊源都能被著成是一個(gè)點(diǎn)源； *分割的許多個(gè)點(diǎn)源在某點(diǎn)上產(chǎn)生的劑量學(xué)量等于它們簡(jiǎn)單疊加-積分問(wèn)題； *對(duì)于非點(diǎn)源,除了需要考慮它的形狀,體積外,還要考慮輻射源自身的吸收與散射等因素對(duì)劑量的影響。(2)以線狀源為倒計(jì)算

15、劑量學(xué)量 設(shè)源長(zhǎng)總活度為,則線活度(單位長(zhǎng)度上的活度)為,那么線狀源上任一小段dx可著成點(diǎn)源，其源度為,它在Q點(diǎn)造成的比釋動(dòng)能率為 因,則 若用用代替,則有顯然當(dāng)很小時(shí),上述和的表達(dá)式就為點(diǎn)源的表達(dá)式。說(shuō)明:對(duì)于任一形狀的輻射源當(dāng)考察點(diǎn)與源的距離比源本身的尺寸大5倍以上時(shí),可將該點(diǎn)視為點(diǎn)源由此帶入的誤差小于5%。第二講 X 、射線在物質(zhì)中減弱規(guī)律一、窄束X或射線在物質(zhì)中減弱規(guī)律 ()是物質(zhì)的質(zhì)量厚度a.兩大特點(diǎn):(1)低能時(shí),光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì);然后是康普粒子散射占優(yōu)勢(shì);高能時(shí)電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì). (2) 曲線在某個(gè)能量有極小值原因: 故在某一特定能量處出現(xiàn) 最小值.b.兩個(gè)概念(1)能譜的硬化 入

16、射射線有譜分布,不同能量光子有不同值，大減弱得快,小減弱得慢。因此,隨著通過(guò)物質(zhì)的厚度增加,那些不易被減弱的“硬成分”所占比重會(huì)越來(lái)越大,這種現(xiàn)象稱為能譜的硬化。(2)平均自由程定義: ,它表示一個(gè)光子每經(jīng)過(guò)一次相互作用之前,在物質(zhì)中所穿過(guò)的平均厚度。 屏蔽厚度為幾個(gè)平均自由程表示射線將減弱到原來(lái)的的負(fù)幾次方。二、寬束或射線的減弱規(guī)律1.積累因子的引入考慮到散射的影響,在寬束條件下(為積累因子)說(shuō)明:*一般，積累因子是指在所考察點(diǎn)上真正測(cè)量的某一輻射量的大小同用窄束減弱規(guī)律算得同一輻射量大小的比值。 *對(duì)不同的輻射量,相應(yīng)有不同的積累因子。*只有當(dāng)時(shí),B=1；一般B>1。2.單一均勻介質(zhì)

17、的積累因子(1)見(jiàn).63.圖3.14-3.17 .一般情況下, . 對(duì)于鉛,由于康普粒散射占優(yōu)勢(shì)的光子能區(qū)很窄,因此它的變化比較特殊.(2) 的近似解析表達(dá)式 對(duì)于各向同性點(diǎn)源,介質(zhì)的與材料厚度的關(guān)系可表達(dá)為:和僅與材料和射線的能量有關(guān)。3.多層介質(zhì)的積累因子在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,歸納出積累因子。以雙層屏蔽為例有:a.雙層介質(zhì)的原子序數(shù)相差不大b.兩種原子序數(shù)相差很大.低Z在前,高Z在后即總積累因子值,可以用高Z介質(zhì)的代替，原因是光子從低Z介質(zhì)中射出的散射光子很容易被后面的高Z介質(zhì)吸收。.高Z在前,低Z在后當(dāng)光子能量較低時(shí)當(dāng)光子能量較高,超過(guò)與高Z介質(zhì)線減弱等數(shù)最小值相應(yīng)的那個(gè)能量P.66.例題三、

18、寬束或射線屏蔽的透射曲線在、輻射場(chǎng)中,某一點(diǎn)上的或,與同一點(diǎn)上的照射量率成正比。故1.屏蔽計(jì)算中用的幾個(gè)參量a.減弱倍數(shù)定義 無(wú)量綱,表示屏蔽層材料對(duì)輻射的屏蔽能力,對(duì)于給定的光子能量和屏蔽材料, 和也就確定了，則可得。b.透視比定義 顯然 或 .即、互為倒數(shù)。 為透射比曲線。C.透射系數(shù) 定義:設(shè)置厚度為的屏蔽層之后,離射線發(fā)射點(diǎn)處,由該射線裝置單位工作負(fù)荷所造成的當(dāng)量劑量。單位為。2.半減弱厚度和十倍減少厚度的定義:將入射或光子數(shù)(量率或照射量率等)減弱到半所需的屏蔽層厚度的定義: 將入射或光子數(shù)量減到十分之一所需的屏蔽層厚度。兩者之間的聯(lián)系: 說(shuō)明:*給定輻射在屏蔽介質(zhì)中的和值并不是一個(gè)常數(shù),而且隨的增加略有變化。 *當(dāng)輻射穿過(guò)一定厚度的物質(zhì)層之后存在一個(gè)平衡的和,它們不能用于初級(jí)或射線的屏蔽計(jì)算,但可用于經(jīng)過(guò)相當(dāng)程度減弱的射線束。四、屏蔽或射線的常用材料常用P.103. 2.3.4.6第三講 射線的屏蔽計(jì)算一、點(diǎn)源的屏蔽計(jì)算1.屏蔽防護(hù)的目的:設(shè)置足夠厚度的屏蔽層,使所關(guān)心的一點(diǎn)(參數(shù)點(diǎn))處,由于各種輻射源造成的當(dāng)量劑量率的總不超過(guò)事先規(guī)定的控制水平即 2.屏蔽厚度的確定方法確定參數(shù)點(diǎn)無(wú)屏蔽層時(shí)的 確定透射比