公共衛(wèi)生學(xué)院專業(yè)選修放射防護(hù)3rd

1、第三講常用核輻射量及其測(cè)量常見(jiàn)核輻射量名稱放射性物質(zhì)量：放射性活度、比活度外(內(nèi))照射量：通量（注量）、照射量、吸收劑量、比釋動(dòng)能、當(dāng)量劑量（當(dāng)量劑量指數(shù)）、有效劑量、集體劑量、劑量負(fù)擔(dān)、待積劑量、傳能線密度、相對(duì)生物效應(yīng)比、etc.國(guó)際制的基本和輔助量的名稱名稱符號(hào)長(zhǎng)度米meterm質(zhì)量千克kilogramkg時(shí)間秒seconds電流ampereA熱力學(xué)溫度kelvinK物質(zhì)的量摩爾molemol發(fā)光強(qiáng)度candelacd平面角弧度radianrad角球面度steradiansr放射性衰變規(guī)律(T1/2)半衰期定義：一定量的某種放射性原子核衰變至原來(lái)的一半所需要的時(shí)間。經(jīng)過(guò)n個(gè)半衰期后，未發(fā)

2、生衰變的放射性原子核數(shù)目是原有的1/2n時(shí)間t (T1/2 )012345n放射性原子核數(shù)目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n半衰期放射性衰變基本規(guī)律指數(shù)衰減規(guī)律：N0e-tN=N0:（t=0）時(shí)放射性原子核的數(shù)目經(jīng)過(guò)t時(shí)間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目放射性原子核衰變常數(shù)，大小只與原子核本身性質(zhì)有關(guān)，與外界條件無(wú)關(guān);數(shù)值越大衰變?cè)娇?。N:N = N0e-t放射性活度放射性活度(Activity):時(shí)間間隔(dt)內(nèi)發(fā)生自發(fā)放射性核素在核衰變的期望數(shù)(dN)。As-1,= dN/dt專名：Becquerel國(guó)際舊：(,Bq)= 3.71010換算：1Ci()Bq放射性

3、比活度(SpecificBq/kg; Bq/m3;.Activity)常用外照射輻射量-照射量照射量（exure dose; )：定義為dQ除以dm而得的商，其中dQ是當(dāng)光子(線或線)在質(zhì)量為dm的空氣中出所有正負(fù)電子被完全時(shí)，在空氣中形成同一種符號(hào)離子的總電荷量的絕對(duì)值。dQXdm千克-1(Ckg-1)國(guó)際制：)=2.5810-4Ckg-1舊換算：1R(* 1 R: 1cm3的空氣(0、1大氣壓；0.001293 g)中產(chǎn)生1個(gè)靜電的正或負(fù)的電氣量(3.37510-10 C)表征引起空氣電離的能力大小，通常只用在10keV3MeV.常用外照射輻射量-比釋動(dòng)能比釋動(dòng)能（Kinetic Ener

4、gy Releasedaterial; kerma)：質(zhì)量(dm)物質(zhì)中由間接電離離子定義為出的全部帶電粒子的初始能量的之和(dtr)。d K trdm：焦耳千克-1(Jkg-1);國(guó)際制專名：(Gy)舊換算：1Rad()=0.01Gydtrd（常伴有軔致輻射）；在“電子平衡”條件下，D= K(1-g)。常用外照射輻射量-能量注量能量注量（energy fluence)：對(duì)準(zhǔn)直輻射束而言，指通過(guò)垂直于粒面積da子前進(jìn)方向的有粒子在扣除平方厘米面積上所能量后的能量總和；對(duì)于非準(zhǔn)直輻射束，指進(jìn)入平方厘米截面面積的一個(gè)小球的所有粒子在扣除能量后的能量總和。：焦耳米-2 (Jm-2)國(guó)際制 en1 X

5、 8.(R) 373 10 air常用外照射輻射量-吸收劑量吸收劑量（absorbed dose; D):定義為d除以dm而得的商，d是由電離輻射授與質(zhì)量為dm的受照物質(zhì)的平均能量。 d dmD ：焦耳千克-1(Jkg-1);國(guó)際制專名：(Gy)舊換算：1Rad()=0.01Gy劑量學(xué)和輻射防護(hù)領(lǐng)域中最基本和重要的量；適用于任何類型電離輻射和任何物質(zhì)；不過(guò)，或其它物質(zhì)所吸收的能量還不易測(cè)定。吸收劑量1Gy（1J/kg）時(shí)的能量效應(yīng)1）水溫升高（比熱4.2103J/千克度）1kg水物質(zhì)吸收劑量1Gy水溫度上升1/（4.2103）=2.410-4C2）轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能D=(1/2)m v2;m運(yùn)動(dòng)

6、速度v= 1.4m/s3)轉(zhuǎn)化為物體的勢(shì)能mD=mgh;上升高度h=0.1m劑量實(shí)際上是物質(zhì)吸收電離輻射能大小的一種量度上述量的區(qū)別和用途1.照射量是基本的測(cè)定量。對(duì)軟組織而言，線的照射量與吸收劑量相同，所以至今經(jīng)常被使用；但對(duì)的其它組織，高或低能領(lǐng)域()線的吸收劑量和照射量相差很大。因此，人們才認(rèn)識(shí)到評(píng)價(jià)吸收劑量的重要性。另外，對(duì)于高能光子而言，次級(jí)電子引起韌致輻射；電子對(duì)生成放出的線等；對(duì)它們?cè)u(píng)價(jià)不能用照射量。2.吸收劑量和比釋動(dòng)能相同，易于。吸收劑量指的是著目部分的吸收能量，不去考慮次級(jí)電子產(chǎn)生的地方；評(píng)價(jià)射線對(duì)或物質(zhì)的影響時(shí)常用。比釋動(dòng)能是指次級(jí)電子飛出時(shí)的總能量，通常用于表征某一場(chǎng)所

7、的輻射強(qiáng)度。3.3MeV以上的()線或中子照射時(shí)，不能用照射量，也無(wú)法測(cè)量照射量。今后的趨勢(shì)用空氣比釋動(dòng)能或空氣吸收劑量。評(píng)價(jià)常用輻射量-當(dāng)量劑量當(dāng)量劑量（equivalentdose; HT,R):的平均吸收劑量(DT,R)與輻射權(quán)重因某一組織或 (WR)的乘積。H WRT , DR(舊)TRDQNH =國(guó)際制舊：焦耳千克-1(Jkg-1)；專名：(Sv)Jkg-1換算：1Rem()=0.01Sv=0.01吸收劑量相同產(chǎn)生的生物效應(yīng)并不一定相同；生物效應(yīng)受輻射類型、劑量與劑量率大小、生物種類、照射條件和生理差異等影響。輻射權(quán)重因子輻射類型能量范圍WR光子電子和介子質(zhì)子和帶電介子，裂變碎片，重

8、離子所有能量所有能量所有能量所有能量112202.5 18.2 exp( ln(E) 2 6)1MeVn5.0 17.0 exp( ln(2E ) 6)n1En50中子（連續(xù)函數(shù)）MeV22.5 3.25 exp( ln(0.04E )2 6)50MeVn當(dāng)量劑量的其他表述當(dāng)量劑量負(fù)擔(dān)（Hc)：某一特定群體由于某種實(shí)踐平均每人某一組織或所受到的當(dāng)量劑量率在無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的積分。用于核爆的放射性沉降、核電廠排放廢物的劑量評(píng)價(jià).待積當(dāng)量劑量（H50)：?jiǎn)未螖z入放射性物質(zhì)后某一組織或在此后50年內(nèi)將要累積的當(dāng)量劑量。單次攝入放射性核素而對(duì)產(chǎn)生的終生累積劑量.評(píng)價(jià)常用輻射量-有效劑量Dose, E)：有

9、效劑量(Effective各組織或的當(dāng)量劑量（HT）與相應(yīng)的組織權(quán)重因子（WT）的乘積的總和。TEW THT國(guó)際制：焦耳千克-1(Jkg-1)；專名：(Sv)Jkg-1舊換算：1Rem()=0.01Sv=0.01意義：定量評(píng)價(jià)隨機(jī)效應(yīng)的度組織權(quán)重因子e weighting factor，WT）（Ti組 織 或組織權(quán)重因子WT紅骨髓結(jié)腸 肺胃 乳腺肝 食道 甲狀腺皮膚 骨表面腦 唾液腺其余組織或0.120.120.120.120.120.080.040.040.040.040.010.010.010.010.12例：骨表面接受0.3Sv的當(dāng)量劑量，而另一個(gè)人骨表面受0.2Sv的照射，同時(shí)肝臟又受

10、到0.1Sv的照射，哪個(gè)人更大些？引入有效劑量的意義：可以制定所有受照組織或器官的總度為基礎(chǔ)的當(dāng)量劑量限值，包括：制定一個(gè)適于全身均勻照射的當(dāng)量劑量限值；用有效劑量限值來(lái)保證受非均勻照射時(shí)所有受照組織或的總度不超過(guò)全身均勻照射時(shí)的總度；任意單獨(dú)組織或所受的照射不得超過(guò)為防止確定性效應(yīng)的發(fā)生而規(guī)定的當(dāng)量劑量限值。個(gè)人劑量限值：限值個(gè)人的軀體效應(yīng)及其后裔的遺傳效應(yīng).劑量限值不包括醫(yī)療照射和天然輻射的正常水平的照射。放射性活度(A)吸收劑量(D)劑量當(dāng)量(H)有效劑量（E）任何物有機(jī)三者意義和區(qū)別劑量當(dāng)量(H) 有效劑量1= 1 焦耳/千克放射源活度(A)1=1次核衰變/秒吸收劑量(D)1= 1焦耳

11、/千克1 Gy= 1 J/kg相對(duì)生物效應(yīng)比Relative Biological Effectiveness (RBE)引起某一效應(yīng)所需的標(biāo)準(zhǔn)輻射的吸收劑量引起同一效應(yīng)所需的該種輻射的吸收劑量RBE =標(biāo)準(zhǔn)輻射通常有：200keV的線；60Co的線*射線種類和能量的不同、LET的不同、效應(yīng)現(xiàn)象和機(jī)理的復(fù)雜，為便于評(píng)價(jià)影響，導(dǎo)入了RBE的概念。*射線對(duì)生物的影響程度用RBE和吸收劑量的積作指標(biāo)。equivalent (Gy放射治療中RBE的：GyEq)*RBE難從試驗(yàn)中得到，常通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或流調(diào)得到.放射性測(cè)量基本原理放射性是人眼看不見(jiàn)、身體也感覺(jué)不到的，但用儀器可以直接測(cè)量。、射線同物質(zhì)作用

12、使原子電離，產(chǎn)生正離子和負(fù)電子。在電場(chǎng)作用下，電子和正離子分別向正極和負(fù)極方向運(yùn)動(dòng)，引起電生信號(hào)。放射性測(cè)量系統(tǒng)概要圖輻射探測(cè)器：把電離產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)化成可觀測(cè)的、可輸出的信號(hào)；如：電、光、熱、徑跡等。探測(cè)器放射源-+- -+ +放大與變換與射線種類及其測(cè)量原理 帶電粒子 射線種類 光子相互作用 射線能量次 級(jí) 電 子 質(zhì)子、粒子 探測(cè)器電離作用激發(fā)作用可測(cè)物理量其它作用信號(hào)處理直流信號(hào)計(jì)量器數(shù)值表示能譜計(jì)數(shù)值電流(壓)值分析甄別脈沖信號(hào)放大器光電倍增管光信號(hào)電流(壓)信號(hào)核 反 應(yīng)中子光子氣體電離特性電離室、正比計(jì)數(shù)管、蓋革計(jì)數(shù)管等氣體電離型探測(cè)器原理氣體電離室領(lǐng)域正比計(jì)數(shù)管領(lǐng)域GM計(jì)數(shù)管領(lǐng)域

13、擊穿領(lǐng)域電離室(Chamber)主要用于放射性氣體的測(cè)量：如：3H、222Rn、14CO2、85Kr特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，要求劑量較大。多用于空間射線的測(cè)量GM（蓋革-）計(jì)數(shù)管多用于環(huán)境輻射巡測(cè)，其特點(diǎn)是：容易得到脈沖波形波形中量信息死時(shí)間較長(zhǎng)(100s)半導(dǎo)體探測(cè)器的測(cè)量原理硅晶體中的電離作用半導(dǎo)體能譜結(jié)構(gòu)Eg=1.115eV(Si)0.665eV(Ge)帶電粒子使晶體的原子電離，生成電子和正離子；電子和正離子將向各自方向移動(dòng)，產(chǎn)生電流。生成一對(duì)電子和正離子所需的平均能量：3.26 eV(Si); 2.96 (Ge,77K)。硅半導(dǎo)體粒子探測(cè)器金屬外殼常用于、等帶電粒子的測(cè)量，也用于低于20ke

14、V的光子測(cè)量。分辨率：B注入前置放大(5.3MeV):光子(5.9keV):1520keV0.150.20keVSiO2絕緣體P注入SiO2背面表面鍺半導(dǎo)體探測(cè)器的構(gòu)造鋁制外罩絕緣體高純鍺晶體低溫恒溫器前置放大器信號(hào)輸出、電源線等液氮注鉛室探測(cè)器外觀圖上下放置型閃爍體發(fā)光原理有機(jī)閃爍體發(fā)光原理射線能量被吸收后，分子躍遷到激發(fā)態(tài)(S1、S2、S3)；很快(ps)躍遷到S2、S3分子都將回到S1在ns時(shí)間內(nèi)，S1回到S0，放出可視光無(wú)機(jī)閃爍體發(fā)光原理吸收射線能量后，在電子價(jià)帶上生成電子和帶正電離子；帶正電離子與低能級(jí)電子結(jié)合形成中性原子；電子移向?qū)щ妿В粚?dǎo)電帶的活性原子捕獲；活性原子回到基態(tài)，放

15、出可視光。閃爍體的種類和特性種類密度g/cm3屈光率最大發(fā)光波長(zhǎng)(nm)發(fā)光率(相對(duì))衰減常數(shù)ns有機(jī)閃爍體蒽1.251.6244710030二苯乙烯1.161.63410504.51.031.58420552.5液體0.881.45420703.5無(wú)機(jī)閃爍體NaI(Tl)3.671.85410100230CsI(Na)4.511.8442085630CsI(Tl)4.511.80563451000LiI(Eu)4.081.96480351400ZnS(Ag)4.092.36450130200CaF2(Eu)3.191.4443550900Bi4Ge3O127.132.154808300CsF

16、4.111.483955光電倍增管光光電子電子倍增脈沖信號(hào)閃爍體收集靶光電陰極外殼倍增電極電磁層陽(yáng)極加高壓碘化鈉探測(cè)器和液閃液閃計(jì)數(shù)儀原理：熒光體吸收帶電離子能量，生成的一部分電子被活性物質(zhì)捕 獲。捕獲中心在常溫時(shí)基本安定，被加熱后回基態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光。元件材料LiFLi2B4O7Mg2SiO4CaSO4活性物質(zhì)Mg、CuCuTbTm等效原子數(shù)8.207.2611.115.2劑量范圍nGynGy20Gy103Gy1Gy1Gy1GynGy能量響應(yīng)1.51.30.750.84.60.92.2 (keV)100500502003050100很少每天n%很少很少加熱溫度約250 約300約300約30

17、0退火溫度240400約400(時(shí)間)5分10分10分其它探測(cè)器種類原 理主 要 用 途熒光玻璃劑量計(jì)激發(fā)、發(fā)光個(gè)人劑量測(cè)定等膠片劑量計(jì)黑化作用個(gè)人劑量測(cè)定等核乳膠劑黑化作用射線徑跡測(cè)定X射線膠片黑化作用平面分布測(cè)定Imaging Plate激發(fā)、發(fā)光平面分布測(cè)定固體徑跡探測(cè)器放射損傷射線徑跡測(cè)定契光探測(cè)器契效應(yīng)高能射線測(cè)定電子管探測(cè)器電子產(chǎn)生個(gè)人劑量測(cè)定等化學(xué)劑量計(jì)氧化、還原大劑量測(cè)定丙胺酸劑量計(jì)基生成大劑量測(cè)定熱量劑量計(jì)發(fā)熱大劑量測(cè)定計(jì)數(shù)、探測(cè)效率和放射性活度探測(cè)效計(jì)數(shù)率n(s-1)放射性活度A(Bq)低本底測(cè)量系統(tǒng)本底的主要來(lái)源：探測(cè)器外的射線、宇宙射線、空氣中的氡及其子體。降低本低三要

18、素：宇宙射線小探頭 反符合回路譜儀測(cè)量系統(tǒng)樣品架分析能譜分析能量易損失必須抽真空232Th的射線能譜（例）譜儀測(cè)量系統(tǒng)放大器PulserMCA測(cè)量樣品主放大輸出前置放大60Co的射線能譜（例）60Co能譜相對(duì)效率能量分辨率ImagingPlate的應(yīng)用舉例實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)14C代謝竹葉中放射性分布DNA電泳形態(tài)花崗巖中放射性分布放射性測(cè)量的分布放射性衰變乃隨機(jī)事件，測(cè)量數(shù)據(jù)將有統(tǒng)計(jì)漲落。統(tǒng)計(jì)漲落符合泊松分布；當(dāng)計(jì)數(shù)大于10時(shí)，可近似看作分布。泊松分布點(diǎn)擬分布(m n)2 1G (n)exp2 22 c kk) GW(n() dnc k分布的積分kW(k)名稱0.67450.500幾率誤差1.0000.683標(biāo)準(zhǔn)偏差1.6450.90090%信賴度誤差1.9600.95095%信賴度誤差3.0000.99797%信賴度誤差誤差的計(jì)算F 2F 2 x F 2 z 函數(shù)F(x,y,z,)的誤差計(jì)算公式： 222 L2 y Fxyz種類式誤差公式 全計(jì)數(shù)值N N N計(jì)數(shù)率n=N/t n n tN t 2真值計(jì)數(shù)率ns-nb (ns t nB t )sB加法ax+by a 2 2 b 2 2xy減法ax-by a 2 2 b 2 2xy乘法x