第六章常用的輻射

1、第六章常用的輻射量和單位v“國際輻射單位和測量委員會國際輻射單位和測量委員會”（ICRUICRU）。v輻射劑量學(xué)輻射劑量學(xué)第一節(jié) 描述電離輻射的常用輻射量和單位v電離輻射存在的空間稱為輻射場輻射場，它是由輻射源產(chǎn)生的。v定量了解、分析射線在輻射場中的分布,既可以用粒子注量、能量注量粒子注量、能量注量等描述輻射場性質(zhì)的量來直接表征，也可以用照射量照射量來間接表示。一、描述輻射場性質(zhì)的量v (一)粒子注量v如球體(通過球心P的)截面積為da，從各個方向進入該小球體的粒子的總數(shù)為dN，dN除以da的商定義為輻射場P點處的粒子注量粒子注量。即：dadNv粒子注量就是進入具有單位截面積的小球的粒子數(shù)。v

2、 在單向平行輻射場的特殊情況下，粒子的注量等于通過與輻射進行方向垂直的單位面積的粒子數(shù)。粒子注量的SI是米米- -2 2(m(m-2-2) )。v實際遇到的輻射場，其中每個粒子不可能都具有相同的能量。因此輻射場任何一點，其射線粒子具有從Emax到0的各種可能能量.v在輻射防護中，常用粒子注量率常用粒子注量率表示單位時間內(nèi)進入單位截面積的表示單位時間內(nèi)進入單位截面積的球體內(nèi)的粒子數(shù)球體內(nèi)的粒子數(shù)，即：dtd v (二)能量注量v用通過輻射場中某點的粒子的能量來表征輻射場的性質(zhì)，即能量注量能量注量。它用于計算間接致電離輻射在物質(zhì)中發(fā)生的能量傳遞以及物質(zhì)對輻射的吸收。v能量注量能量注量是指進入單位截

3、面積小球的所有粒子能量的總和。v 如果進入截面積為da的球體內(nèi)的所有粒子的能量總和為dEfL，則能量注量為v能量注量的SI單位是“焦耳米-2”(Jm-2)。dafLdEv對于平行的輻射場，能量注量可定義為通過與粒子運動方向垂直的單位面積的粒子能量的總和。v同樣，能量注量率可定義為單位時間內(nèi)能量注量率可定義為單位時間內(nèi)進入單位截面積小球內(nèi)的所有粒子能量進入單位截面積小球內(nèi)的所有粒子能量總和?？偤汀＜矗篸tdv(三)能量注量和粒子注量的關(guān)系v能量注量是通過輻射場中某點的粒子能量粒子能量，粒子注量是通過輻射場中某點的粒子數(shù)粒子數(shù)，顯然如能知道每個粒子的能量E，即可將能量注量和粒子注量聯(lián)系起來。Ema

4、x0EEEdE二、照射量v用次級電子在空氣中產(chǎn)生的任何一種符號的用次級電子在空氣中產(chǎn)生的任何一種符號的離子離子( (電子或正離子電子或正離子) )的總電荷量，來反映的總電荷量，來反映x x或或射線對空氣的電離本領(lǐng)射線對空氣的電離本領(lǐng)，表征x或射線特性。v照射量就是根據(jù)其對空氣電離本領(lǐng)的大小來度量x或射線的一個物理量。也是X線沿用最久的輻射量。v(一)照射量X及單位v 1照射量定義 x或射線的光子在單位質(zhì)量空氣中產(chǎn)生出來的所有次級電子，當(dāng)它們完全被空氣所阻止時，在空氣中所形成的任何一種符號離子的總電荷量的絕對值。即：v式中，dQ為x或光子在質(zhì)量為dm的空氣中，產(chǎn)生的全都次級電子均被阻止于空氣中時

5、，在空氣中所形成的任何一種符號的離子總電荷量的絕對值。dmdQX v 根據(jù)照射量的定義可知：dQ并不包括在所考察的空氣dm中釋放出來的次級電子所產(chǎn)生的軔致輻射被吸收后而產(chǎn)生的電離電量；照射量是從射線對空氣的電離本領(lǐng)照射量是從射線對空氣的電離本領(lǐng)的角度說明的角度說明x x或或射線在空氣中的輻射場射線在空氣中的輻射場性質(zhì)的量性質(zhì)的量，它不能用于其他類型的輻射(如中子或電子束等)，也不能用于其他的物質(zhì)(如組織等)。v 由于照射量的基準(zhǔn)測量中存在著某些目前無法克服的困難，它只適用于射線能量在10keV到3MeV射線。v2照射量的單位 照射量的SI單位為庫庫侖侖千克千克-1-1 (Ckg (Ckg-1-

6、1) )，沒有專用名稱。仍在沿用的照射量的專用單位為倫琴倫琴，用符號R表示。v 1R=2.58x 101R=2.58x 10-4 -4 CkgCkg-1-1 v 1 Ckg 1 Ckg-1-1 =3.877 =3.87710103 3R Rv(二)照射量率及單位v 單位時間內(nèi)照射量的增量稱為照射量率單位時間內(nèi)照射量的增量稱為照射量率，v式中，dx為時間間隔dt內(nèi)照射量的增量。v照射量率的SI單位為庫侖庫侖千克千克-1-1秒秒-1-1(Ckg(Ckg- -1 1ss-1-1) )。過去使用的專用單位是倫琴或其倍數(shù)、分倍數(shù)除以適當(dāng)?shù)臅r間而得的商，如倫秒-1(Rs-1)、倫分-1(Rmin-1 )

7、、毫倫時-1(Rh-1 )等。dtdXX v【例1】若空氣體積為0.3cm3，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下其中包含的空氣質(zhì)量是0.388mg，若被X線照射5min，在其中產(chǎn)生的次級電子在空氣中形成的正離子(或負離子)的總電荷量為1010-9C。此時，被照空氣處的X線照射量和照射量率各是多少?v 解：根據(jù)題意已知：vdm=0.388mg=3.8810-7kgv dQ=1010-9C, dt=5minv 所以照射量及照射量率分別為11311212179min1016. 5min51058. 21058. 21088. 31010kgCkgCdtdXXkgCkgCdmdQX三、比釋動能v射線的吸收及其引起的效應(yīng)直接取

8、決于射線射線的吸收及其引起的效應(yīng)直接取決于射線在介質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)間接致電離輻射與在介質(zhì)中的能量轉(zhuǎn)移。當(dāng)間接致電離輻射與物質(zhì)相互作用時，首先是物質(zhì)相互作用時，首先是間接致電離粒子間接致電離粒子將將能量傳遞給能量傳遞給直接致電離粒子直接致電離粒子，然后直接致電，然后直接致電離粒子在物質(zhì)中引起離粒子在物質(zhì)中引起電離、激發(fā)電離、激發(fā)，粒子能量，粒子能量最后被物質(zhì)所吸收。最后被物質(zhì)所吸收。輻射劑量學(xué)中以比釋動輻射劑量學(xué)中以比釋動能描述間接致電離粒子與物質(zhì)相互作用時，能描述間接致電離粒子與物質(zhì)相互作用時，傳遞給了直接致電離粒子的能量。傳遞給了直接致電離粒子的能量。v(一)比釋動能K及單位v 1比釋動能

9、K 比釋動能是指間接致輻射與比釋動能是指間接致輻射與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量物質(zhì)中由間接致輻物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量物質(zhì)中由間接致輻射所產(chǎn)生的全部帶電粒子的初始動能之總和射所產(chǎn)生的全部帶電粒子的初始動能之總和。即：v式中，dEtr為間接致電離輻射在指定物質(zhì)的體積元dm內(nèi)，釋放出來的全部帶電粒子的初始動能總和，單位為焦耳(J)。dm為所考慮的體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，單位為千克(kg)dmdEKtrv2比釋動能的單位 v比釋動能的SI單位是焦耳焦耳千克千克-1-1(Jkg(Jkg-1-1) )，又名“戈瑞戈瑞”，簡稱“戈”，以”Gy”記之。以此紀(jì)念為測量吸收劑量而奠定空腔電離理論基礎(chǔ)的科學(xué)家HGr

10、ay。 v 1Gy=1Jkg-1v同樣，亦有毫戈端(mGy)、微戈瑞(Gy)等，其間關(guān)系為：v 1Gy=103mGy=106 Gyv 例如，物質(zhì)中某點的比釋動能為1戈端時，即表示由間接致輻射在這一點處單位質(zhì)量的物質(zhì)(如處在空氣中的小塊組織)中，傳遞給直接致電離粒子(如電子)的初始動能的總和為1焦耳千克-1。v(二)比釋動能率k及單位v 間接致電離輻射在單位時間內(nèi)在介質(zhì)間接致電離輻射在單位時間內(nèi)在介質(zhì)中產(chǎn)生的比釋動能稱為比釋動能率。中產(chǎn)生的比釋動能稱為比釋動能率。即：v式中，dK為比釋動能在時間間隔dt內(nèi)的增量。v 比釋動能率的sI單位是戈瑞或其倍數(shù)、分倍數(shù)除以適當(dāng)?shù)臅r間單位而得的商。dtdKK

11、 四、吸收劑量v比釋動能所描述的是間接致電離輻射在介質(zhì)中轉(zhuǎn)移給次級帶電粒子的能量，次級帶電粒子的能量一部分用于電離電離、激發(fā)激發(fā)，另一部分轉(zhuǎn)化為軔致輻射軔致輻射。射線所引起的各種效應(yīng)只與其在介質(zhì)中用于電離和激發(fā)的能量有關(guān)，這部分能量是射線真正在介質(zhì)中所沉積的能量，射線在介質(zhì)中“沉積”的能量越多，即介質(zhì)吸收的輻射能量愈多，則由輻射引起的效應(yīng)就愈明顯。v輻射劑量學(xué)以“吸收劑量吸收劑量”來衡量物質(zhì)吸收輻射能量的多少，并以此研究能量吸收與輻射效應(yīng)的關(guān)系。v(一)吸收劑量D及單位v 1吸收劑量 輻射所授予單位質(zhì)量介質(zhì)輻射所授予單位質(zhì)量介質(zhì)dmdm中的平均能量中的平均能量dEdEenen定義為吸收劑量。定

12、義為吸收劑量。即：v式中， dEen為平均授予能。它表示進入介質(zhì)dm的全部帶電粒子和不帶電粒子能量的總和，與離開該體積的全部帶電粒子和不帶電粒子能量總和之差，再減去在該體積內(nèi)發(fā)生任何核反應(yīng)所增加的靜止質(zhì)量的等效能量。dmdEDenv2吸收劑量的單位吸收劑量的SI單位是焦焦耳耳千克千克-1-1(Jkg(Jkg-1-1) )，其專名與比釋動能的單位相同，同為“戈瑞戈瑞”，簡稱“戈”，以“Gy”記之。v在放射治療劑量學(xué)中，在計算病人劑量和處方劑量時，為了方便，通常使用厘戈瑞(cGy)作為吸收劑量單位v1Gy=100cGyv沿用的專用單位是拉德拉德，其符號為“rad”。v lrad=10-2Gyv 應(yīng)

13、該強調(diào)，以戈瑞為單位的吸收劑量適用于任何電離輻射及受到照射的任何物質(zhì)。v(二)吸收劑量率及單位v各種電離輻射的生物效應(yīng)，不僅與吸收劑量的大小有關(guān)，還與吸收劑量的速率有關(guān)，因此引入吸收劑量率的概念。一般說來，吸收吸收劑量率劑量率(D)(D)表示單位時間內(nèi)吸收劑量的增量。表示單位時間內(nèi)吸收劑量的增量。即：v v式中D為吸收劑量率。其SI單位用焦耳千克-1秒-1(JKg-1s-1)表示，其專名為戈秒-1(Gys-1)。dtdDD v【例2】 質(zhì)量為0.2g的物質(zhì)，10s內(nèi)吸收電離輻射的平均能量為100erg(爾格)，求該物質(zhì)的吸收劑量和吸收劑量率。v 解：根據(jù)題意已知：dm=0.2g=210-4kg

14、v dEen=100erg=10-5Jv dt=10sv 則該物質(zhì)的吸收劑量和吸收劑量率為：1145510505005. 010210smGysmGydtdDDmGyGyGydmdEDen五、吸收劑量、比釋動能及照射量之間的關(guān)五、吸收劑量、比釋動能及照射量之間的關(guān)系和區(qū)別系和區(qū)別v照射量是以間接的方式反映輻射場強度，而吸收劑量和比釋動能則是從射線能量轉(zhuǎn)移的角度反應(yīng)物質(zhì)在與射線相互作用時，物質(zhì)所吸收的射線能量。 v(一)帶電粒子平衡v達到帶電粒子平衡的條件帶電粒子平衡的條件是：在介質(zhì)中體積在介質(zhì)中體積元周圍的輻射場是均勻的，且體積元周圍的元周圍的輻射場是均勻的，且體積元周圍的介質(zhì)厚度等于或大于次

15、級帶電粒子在該介質(zhì)介質(zhì)厚度等于或大于次級帶電粒子在該介質(zhì)中的最大射程。中的最大射程。v(二)比釋動能和吸收劑量隨物質(zhì)深度的變化v 根據(jù)帶電粒子平衡條件，物質(zhì)表面的任意點不存在著帶電粒子平衡，因此，對對介質(zhì)表面介質(zhì)表面( (或表層或表層) )一點，射線轉(zhuǎn)移給介質(zhì)一點，射線轉(zhuǎn)移給介質(zhì)的能量要大于介質(zhì)在該點真正吸收的能量，的能量要大于介質(zhì)在該點真正吸收的能量，所以吸收劑量小于比釋動能所以吸收劑量小于比釋動能。v 隨著介質(zhì)深度的增加，起源于淺層的次級電子愈來愈多地進入考察點，使其吸收劑量急劇增加，當(dāng)深度等于帶電當(dāng)深度等于帶電粒子的最大射程時，達到了電子平衡，粒子的最大射程時，達到了電子平衡，吸收劑量就

16、等于比釋動能吸收劑量就等于比釋動能，此時，吸收劑量達到最大值。v(三)照射量、吸收劑量與比釋動能的相互關(guān)系v 1照射量與比釋動能的關(guān)系 對于單能射線，空氣中某點的照射量與同一點上的能量注量照射量與同一點上的能量注量有如下關(guān)系v式中en表示對于給定的單能射線，空氣的質(zhì)能吸收系數(shù)；e為離子的電荷，e=1602110-19C；為帶電粒子在空氣中每形成一個離子對消耗的平均能量， =33.85eV。eXenv對于一種給定的單能間接致電離輻射，輻射場中某點的比釋動能K與能量注量之間存在下列關(guān)系：v式中，tr是物質(zhì)對指定能量的間接致電離粒子的質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)，它表示間接致電離粒子在物質(zhì)穿行單位長度路程時，其能量

17、轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭夒娮拥某跏紕幽艿姆蓊~。trKv在帶電粒子平衡及射線在介質(zhì)中由次級帶電粒子產(chǎn)生的軔致輻射損失的能量忽略不計的前提下，v一般在吸收物質(zhì)的原子序數(shù)和輻射光子的能量較低時，射線在空氣中的比釋動能及照射量可用上式表達。eXKv2吸收劑量與比釋動能的關(guān)系 v在帶電粒子平衡情況下，間接致電離輻射在質(zhì)量為dm內(nèi)的物質(zhì)中交給帶電粒子的能量dEtr等于該體積元內(nèi)物質(zhì)所吸收的能量dEen，因此KdmdEdmdEDtrenv在帶電粒子平衡的條件下，不考慮帶電粒子因韌不考慮帶電粒子因韌致輻射的產(chǎn)生而損耗的能量致輻射的產(chǎn)生而損耗的能量，吸收劑量等于比釋動能。但帶電粒子的一部分能量有可能轉(zhuǎn)變?yōu)轫g致輻射而離開質(zhì)量元

18、dm，此時雖存在帶電粒子平衡，但吸收劑量并不等于比釋動能。這時候兩者的關(guān)系為：v其中，g是帶電粒子能量轉(zhuǎn)化為韌致輻射的份額。)1 (gKDv3照射量、比釋動能和吸收劑量間的區(qū)別第二節(jié) 輻射防護中使用的輻射量和單位v 放射線的廣泛使用，不可避免地帶來了被檢者和工作人員的防護問題，定量測量、表述被照個人及受檢群體實際受到的或可能受到的輻射照射，已成為輻射防護中的一個重要問題。v 由于不同生物組織、種群、器官對射線的反應(yīng)敏感性不同，僅僅使用照射量、比釋動能和吸收劑量已不足以表達射線對生物組織的損傷。一、當(dāng)量劑量v(一)當(dāng)量劑量Hr及單位v一、當(dāng)量劑量v 盡管吸收劑量可以用來說明生物體所受照射時吸收的

19、射線能量，但被吸收的輻射劑被吸收的輻射劑量與引起某些已知的生物效應(yīng)的危險性往往量與引起某些已知的生物效應(yīng)的危險性往往不能等效不能等效。這是因為當(dāng)輻射類型與其他條件發(fā)生變化時，某一生物輻射效應(yīng)與吸收劑量之間的關(guān)系也隨之改變。v 在輻射防護中，將個人或集體實際接受的或可能接受的吸收劑量根據(jù)組織生物效應(yīng)加權(quán)修正，經(jīng)修正后的吸收劑量在放射防護中稱為當(dāng)當(dāng)量劑量量劑量。v對于某種輻射R在某個組織或器官T中的當(dāng)量劑量HTR可由下列公式給出：v HTR =wRDTRv 式中，wR為與輻射R能量相關(guān)的吸收劑量修吸收劑量修正因子正因子，也叫做輻射權(quán)重因子輻射權(quán)重因子； HTR為輻射R在組織或器官T中產(chǎn)生的平均吸收

20、劑量。v在輻射防護中，有較大意義的不是受照體某點的吸收劑量，而是某個器官或組織吸收劑量的平均值。 wR就是對某器官或組織的平均吸收劑量進行修正的量。v由于wR無量綱，因此當(dāng)量劑量的SI單位與吸收劑量相同，即焦?fàn)柷Э?1(Jkg-1)，其專名是希沃特希沃特(Sv)(Sv)。v 1Sv=1 Jkg-1v當(dāng)輻射場由具有不同wR值的不同類型和(或)不同能量的輻射構(gòu)成時，組織或器官T總的當(dāng)量劑量為各輻射在該組織或器官上形成的當(dāng)量劑量的線性疊加，即：RTRRDwHv【例3】 某工作人員全身同時均勻受到x線和能量在10100keV范圍的中子照射，其中x線的吸收劑量為10mGy，中子的吸收劑量為3mGy。計算

21、該工作人員所吸收的當(dāng)量劑量。v 解： mSvmSvDwDwDwHnnXXRTRR40)310101(v (二)當(dāng)量劑量率由及單位 v當(dāng)量劑量率是指單位時間內(nèi)組織或器官T所接受的當(dāng)量劑量。若在dt時間內(nèi)，當(dāng)量劑量的增量為dHT，則當(dāng)量劑量率為：v量劑量率的SI單位為希沃特希沃特秒秒-1-1(Svs(Svs-1-1) )。dtdHHT二、有效劑量v當(dāng)量劑量是不同射線類型對組織或器官形成輻射危害的度量，但是兩種不同組織或器官即使吸收的當(dāng)量劑量相同，其產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也有可能完全不同。v因為不同組織或器官對輻射的敏感程度是不不同組織或器官對輻射的敏感程度是不同的同的。v因此在輻射防護領(lǐng)域中我們必考慮使

22、用(引入)一個能夠反映輻射對生物體損害的輻射量來描述輻射所產(chǎn)生的產(chǎn)生的“損害效應(yīng)損害效應(yīng)”的大小的大小。v(一)輻射效應(yīng)的危險度v 輻射對人體的損害采用國際放射防護委員會(ICRP)的劃分標(biāo)準(zhǔn)：受小劑量、低小劑量、低劑量率劑量率輻射的人群，引起的輻射損害主要是隨機性效應(yīng)隨機性效應(yīng)(嚴(yán)重遺傳性疾患和輻射誘發(fā)的各種致死癌癥)。而且假定隨機性效應(yīng)發(fā)生的幾率與劑量存在著線性無閾的關(guān)系，并用危險度因子危險度因子來評價輻射引起的隨機性效應(yīng)的危險程度。v危險度危險度( (或稱危險度系數(shù)或稱危險度系數(shù)) )即器官或組織接即器官或組織接受單位當(dāng)量劑量受單位當(dāng)量劑量(1Sv)(1Sv)照射引起隨機性損害照射引起隨

23、機性損害效應(yīng)的幾率。效應(yīng)的幾率。輻射致癌的危險度用死亡率來表示；輻射致遺傳損害的危險度用嚴(yán)重遺傳疾患的發(fā)生率表示。v可見均為1sv當(dāng)量劑量，對于不同的器官和組織，輻射效應(yīng)的危險度是不同的。為了表征不同器官和組織在受到相同當(dāng)量劑量情況下，對人體導(dǎo)致有害效應(yīng)的嚴(yán)重程度的差異，引進了一個表示相對危險度的權(quán)重因子wT，即：時的總危險度全身均與勻受照時的危險度接收組織Sv1Sv1TTwv不同組織或器官，其危險度權(quán)重因子不同v(二)有效劑量Ev對放射性工作人員而言，其在工作中身體所受的任何照射，一般均涉及多個器官，為了計算所受照射給不同組織造成的總危險度，評價輻射對其所產(chǎn)生的危害，針對輻射產(chǎn)生的隨機性效應(yīng)

24、引進有效劑量E這一概念。v式中，HT為組織T受到的當(dāng)量劑量；wT為組織T的權(quán)重因子。 TTTHwEv有效劑量是以輻射誘發(fā)的隨機性效應(yīng)的有效劑量是以輻射誘發(fā)的隨機性效應(yīng)的發(fā)生率為基礎(chǔ)，表示當(dāng)身體各部分受到發(fā)生率為基礎(chǔ)，表示當(dāng)身體各部分受到不同程度照射時，對人體造成的總的隨不同程度照射時，對人體造成的總的隨機性輻射損傷。機性輻射損傷。v因為因為w wT T沒有量綱，所以有效劑量沒有量綱，所以有效劑量E E的單位的單位與當(dāng)量劑量與當(dāng)量劑量H H的單位相同。的單位相同。 v【例4】某次胸部檢查(胸片或胸透)病人各組織器官受到的當(dāng)量劑量(mSv)，試比較病人接受的有效劑量。v解：利用公式有解：利用公式有

25、v E胸片胸片=(0.200.01+0.050.06+0.120.25+0.12005+0.050.08+0.010.08+0.300.11)mSvv=0.0788mSvv E胸透胸透=(0.200.15+0.051.30+0.124.1+0.122.3+0.050.16+0.0l2.6+0.300.85)mSvv=1.152mSvv 此次胸透病人接受的有效劑量相當(dāng)于此次胸透病人接受的有效劑量相當(dāng)于15次胸片次胸片的有效劑量。的有效劑量。三、集體當(dāng)量劑量和集體有效劑量v由于輻射的隨機性效應(yīng)，僅以一定的幾率發(fā)由于輻射的隨機性效應(yīng)，僅以一定的幾率發(fā)生在某些個體身上，并非受到照射的每個人生在某些個體身上，并非受到照射的每個人都會發(fā)生。因而在評價某個群體所受的輻射都會發(fā)生。因而在評價某個群體所受的輻射危害時，應(yīng)采用集體當(dāng)量劑量或集體有效劑危害時，應(yīng)采用集體當(dāng)量劑量或集體有效劑量。量。v(