高等電離輻射防護(hù)教程 夏益華 5第三章 電離輻射防護(hù)領(lǐng)域中常用量和單位

1、理學(xué)院 張慧娟電離輻射防護(hù)目標(biāo)：在不過分限制有益的、產(chǎn)生輻射的實(shí)踐的前提下，為人們提供一個(gè)適宜的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)To provide an appropriate standard of protection for man without unduly limiting the beneficial practices giving rise to radiation exposure 主要內(nèi)容主要內(nèi)容描述輻射場的量基本的劑量量輔助的劑量量比釋動(dòng)能照射量描述輻射場的量輻射場：電離輻射存在的空間。由輻射源產(chǎn)生。根據(jù)輻射源不同可分為：輻射場、輻射場、中子輻射場、混合場。常用作描述輻射場特性的物理量：粒子

2、注量、粒子注量率能注量、能注量率粒子注量ICRU定義：輻射場中某一點(diǎn)的注量，是進(jìn)入以該點(diǎn)為球心，截面積為da的小球體內(nèi)的粒子數(shù)dN除以da的商，即)(m 2-dadN式中： dN進(jìn)入小球體的粒子數(shù)。 da 小球體截面積，單位m2。 粒子注量，單位m-2。粒子注量粒子注量率注量率的時(shí)間積分等于注量)s(m 1 -2-2dadtNddtd式中： d 單位時(shí)間粒子注量的增量。 粒子注量率，單位m-2s-1。 能量注量進(jìn)入單位截面積的球體內(nèi)的所有粒子能量之和（不包括靜止能量）式中： dEn 粒子能量之和，單位 J。 能量注量，單位 J/m2。)mJ ( 2-dadEn能量注量率式中： d 單位時(shí)間能量

3、注量的增量。 能量注量率，單位 Jm-2s-1。s)mJ ( 2-dtd能量注量與粒子注量的關(guān)系：對(duì)能量為E的粒子基本的劑量量劑量：醫(yī)學(xué)專用術(shù)語，指藥物治療時(shí)需要掌握的用藥量?！皠┝俊闭亲鳛閷⑽锢頊y量和輻射生物效應(yīng)聯(lián)系起來的一個(gè)物理量而被引入的。 劑量量一般可以探測得出劑量量的本質(zhì)是用來描述輻射在物質(zhì)內(nèi)沉積能量及輻射在物質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生效應(yīng)的量。重要的量：吸收劑量、當(dāng)量劑量、有效劑量吸收劑量D授予能能量沉積是一個(gè)隨機(jī)的過程平均授予能定義：電離輻射授予某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商SI單位：戈瑞，1Gy1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，1rad0.01GydmdDQex

4、in0)(df吸收劑量1 戈瑞（1焦耳/千克）時(shí)的能量效應(yīng) 1）水溫升高 （比熱 4.2103J/千克度） 1 kg水物質(zhì)吸收劑量 1 Gy 水溫度上升 1/（4.2103）= 2.410-4 C2）轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能 m D= (1/2)m v2 運(yùn)動(dòng)速度 v = 1.4 m/s3) 轉(zhuǎn)化為物體的勢能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m劑量實(shí)際上是單位物質(zhì)吸收電離輻射能大小的一種量度吸收劑量率定義：某一時(shí)間間隔內(nèi)吸收劑量的增量除以該時(shí)間間隔的商。注意：吸收劑量是指每單位質(zhì)量受照物質(zhì)吸收的輻射能量適用于任何類型、任何能量的電離輻射，且適用于任何受照物質(zhì)。(Gy/s) dtdDD

5、當(dāng)量劑量HT輻射引起的某一生物效應(yīng)的發(fā)生率，不僅與物質(zhì)的吸收劑量有關(guān)，而且與輻射的種類和能量及照射條件有關(guān)；全身照射條件下，當(dāng)吸收劑量為1mGy時(shí)，能量為4.5MeV的快中子誘發(fā)某種生物效應(yīng)的概率比能量為250keV的X射線誘發(fā)同樣生物效應(yīng)的概率大10倍；根據(jù)放射生物學(xué)資料，根據(jù)外部輻射場的類型或體內(nèi)沉積的放射性核素發(fā)射的輻射的類型和能量， 確定一個(gè)輻射權(quán)重因子WR； 當(dāng)量劑量HT器官或組織的當(dāng)量劑量定義為WR與DT.R的乘積。其中，DT.R:輻射R在器官或組織T中產(chǎn)生的平均吸收劑量WR:輻射R的輻射權(quán)重因子HT.R的單位：J/Kg, sievert (Sv， 希沃特，與吸收劑量單位戈希沃特，

6、與吸收劑量單位戈瑞區(qū)別瑞區(qū)別)1J/kg=1Sv=100rem （雷姆）RTRRTDWH,當(dāng)量劑量HT如果輻射場為混合輻射場，如中子和輻射場，內(nèi)照射的、和輻射場；這時(shí)的當(dāng)量劑量為各輻射的當(dāng)量劑量之和。當(dāng)量劑量率SI單位：J/(Kg s )RTRRTDWH,dtdHTTH輻射權(quán)重因子（Radiation weighting factors）Type of radiationwR光子，所有能量1電子及介子，所有能量1中子,能量 20MeV51020105質(zhì)子，非反沖質(zhì)子,能量 2MeV5粒子，裂變碎片，重核20輻射權(quán)重因子（中子）例 題 In 1 year, a worker received a

7、 dose of 0.02 Gy, a thermal neutron (Ns) dose of 0.002 Gy, and a fast neutron dose (Nf) of 0.001 Gy. What is his total equivalent dose？(Take wR for fast neutrons as 20.)Equivalent dose=DT,R x WREquivalent dose, =0.02 x 1=0.02 SvEquivalent dose, Ns=0.002 x 5=0.01 SvEquivalent dose, Nf=0.001 x 20=0.02

8、 SvTotal equivalent dose =0.05 Sv有效劑量 E人體是一個(gè)統(tǒng)一的生命體，一個(gè)器官受照，影響人的整體，多個(gè)器官同時(shí)受照，將帶來更大危險(xiǎn)；輻射所誘發(fā)的隨機(jī)性效應(yīng)發(fā)生的概率，不僅與當(dāng)量劑量有關(guān)，而且與受照的組織和器官有關(guān)；不同的組織或器官在相同的均勻照射條件下，即使受到相同的當(dāng)量劑量的照射，所誘發(fā)的隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率也不盡相同；為使單個(gè)器官或組織受照所致的隨機(jī)性效應(yīng)的發(fā)生率與全身均勻照射所致的隨機(jī)性效應(yīng)聯(lián)系起來，分別給各個(gè)器官或組織的當(dāng)量劑量一個(gè)權(quán)重因子WT；所有組織的權(quán)重因子之和為1有效劑量人體所有組織的當(dāng)量劑量的加權(quán)值人體所有組織的當(dāng)量劑量的加權(quán)值HT: 組織或器官

9、的當(dāng)量劑量（組織或器官的當(dāng)量劑量（Equivalent dose in tissue or organ T）WT: 組織權(quán)重因子（組織權(quán)重因子（Weighting factor for tissue T）TTTwHE組織權(quán)重因子Tissue or organWTGonads （性腺）Bone marrow （紅骨髓）Colon （結(jié)腸）Lung （肺）Stomach （胃）Bladder （膀胱）Breast （乳腺）Liver （肝）Oesohagus （食道）Thyroid （甲狀腺）Skin （皮膚）Bone surface （骨表面）Remainder （其余組織或器官）0.200.1

10、20.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05待積當(dāng)量劑量HT() 放射性核素進(jìn)入人體后對(duì)組織或器官的照射劑量，將隨著放射性核素的衰變和時(shí)間的推移而逐步積累；針對(duì)單次攝入某種放射性核素對(duì)人體所產(chǎn)生的照射，采用待積當(dāng)量劑量來描述待積當(dāng)量劑量來描述；待積當(dāng)量劑量是人體在單次攝入放射性物質(zhì)之后，某一特定組織接受的當(dāng)量劑量率在時(shí)間內(nèi)的積分。待積當(dāng)量劑量HT() 00.)()(ttTTdHH : 50 years for adults, From intake to 70 years for children Following an intake to th

11、e body of a radioactive material, there is a period during which the material gives rise to equivalent dose in the tissue of the body in varying rates.單次攝入放射性物質(zhì)后，產(chǎn)生的待積組織或器官當(dāng)量劑量乘以相應(yīng)的組織權(quán)重因子WT，然后求和，即為待積有效劑量；待積有效劑量用于評(píng)價(jià)單次攝入某一活度的放射性核素對(duì)組織或器官所造成的危害；待積有效劑量E()TTTHWE)()(積分時(shí)間積分時(shí)間 的單位為年的單位為年集體當(dāng)量劑量 ST集體當(dāng)量劑量用來評(píng)價(jià)某一

12、人群某指定的組織或器官所受到的總的照射情況；當(dāng)評(píng)價(jià)某一輻射事件對(duì)特定人群所造成的危害以及進(jìn)行輻射防護(hù)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，使用集體當(dāng)量劑量。 TTTTdHdHdNHS)(0間的人數(shù)到為接受當(dāng)量劑量在式中TTTTTdHHHdHdHdN)( ,集體當(dāng)量劑量iiiTTNHS,平均器官當(dāng)量劑量平均器官當(dāng)量劑量第第i組人群人數(shù)組人群人數(shù)單位：人單位：人希沃特希沃特 (man Sv)集體有效劑量用來評(píng)價(jià)某一人群所受到的輻射照射：集體有效劑量 S dEdEdNES)(0iiiNES第第i組人群接受的平均有效劑量組人群接受的平均有效劑量輻射劑量小結(jié)吸收劑量當(dāng)量劑量有效劑量待積當(dāng)量劑量待積有效劑量思考：當(dāng)量劑量與劑量

13、當(dāng)量的區(qū)別？劑量當(dāng)量劑量當(dāng)量是在組織中某一點(diǎn)的吸收劑量D、反映吸收劑量微觀分布的品質(zhì)因數(shù)Q、反映吸收劑量不均勻的空間和時(shí)間分布等因素的修正系數(shù)N的乘積。式中，品質(zhì)因數(shù)Q又稱線質(zhì)系數(shù)，它是在所關(guān)心的那一點(diǎn)，水中傳能線密度的函數(shù)。修正系數(shù)N，ICRP指定為1。傳能線密度：一個(gè)致電離粒子沿其徑跡的電離密度的一種量度：DQNH 定義：電離輻射授予某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商SI單位：戈瑞，1Gy1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，1rad0.01GydmdD吸收劑量D比釋動(dòng)能間接電離粒子能量沉積過程：比釋動(dòng)能K定義：間接帶電粒子在體積元內(nèi)產(chǎn)生的所有帶電粒子的初始動(dòng)能的和除

14、以物質(zhì)質(zhì)量的商。SI單位：戈瑞，Gy dmdEKtr間接電離粒子在特定物質(zhì)的體積元內(nèi)釋放出來的所有帶電粒子的初始動(dòng)能的總和，所考慮的體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量比釋動(dòng)能率定義：某一時(shí)間間隔內(nèi)比釋動(dòng)能的增量除以該時(shí)間間隔的商。35SI單位：戈瑞/秒，Gy/s dtdKK質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)、質(zhì)能吸收系數(shù)電子、光子、中子在物質(zhì)內(nèi)的吸收均近似地遵從上述衰減規(guī)律。用來表示吸收系數(shù)，m=表示質(zhì)量吸收系數(shù)1. 質(zhì)量衰減系數(shù) / 光子在物質(zhì)中穿行單位距離時(shí)，平均發(fā)生總的相互作用的幾率。式中： 線衰減系數(shù)，cm-1；光電線衰減系數(shù)；e總康普頓線衰減系數(shù)； coh 相干散射線衰減系數(shù)；電子對(duì)線衰減系數(shù)；質(zhì)量衰減系數(shù)

15、 /：線衰減系數(shù) ：單位：cm-12. 質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù) tr / 線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)tr： 穿行單位距離，光子轉(zhuǎn)移為帶電粒子的動(dòng)能占總能量的份額。質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù) tr /： 穿行過單位質(zhì)量厚度，射線把能量轉(zhuǎn)移給電子的份額3. 質(zhì)能吸收系數(shù) en / 光子轉(zhuǎn)移給帶電粒子的能量有一部分會(huì)由于韌致輻射損失掉。質(zhì)能吸收系數(shù) en /： 式中：g次級(jí)電子由于韌致輻射而損失的能量的份額比釋動(dòng)能與注量的關(guān)系單能：連續(xù)譜：比釋動(dòng)能因子：用于計(jì)算比釋動(dòng)能與吸收劑量的關(guān)系帶電粒子平衡：每有一個(gè)帶電粒子從所考慮體積出來，就有一個(gè)相同類型、相同能量的帶電粒子從外面進(jìn)入，要求一一對(duì)應(yīng)。u帶電粒子平衡的條件：離介質(zhì)邊界有一定距離

16、，d Rmax；均勻照射條件；介質(zhì)均勻條件：介質(zhì)對(duì)次級(jí)帶電粒子的阻止本領(lǐng)，對(duì)初級(jí)輻射的質(zhì)能吸收系數(shù)不變?？偰芰科胶庾V分布平衡比釋動(dòng)能與吸收劑量的關(guān)系帶電粒子平衡：每有一個(gè)帶電粒子從所考慮體積出來，就有一個(gè)相同類型、相同能量的帶電粒子從外面進(jìn)入，要求一一對(duì)應(yīng)。u帶電粒子平衡不成立：輻射源附近；兩種物質(zhì)的界面；高能輻射。總能量平衡譜分布平衡比釋動(dòng)能與吸收劑量的關(guān)系：條件：帶電粒子平衡800EZEZg其中：對(duì)低能帶電粒子，韌致輻射可以忽略時(shí)，則DK一般在10-310-2之間比釋動(dòng)能與吸收劑量在物質(zhì)中的變化：44比釋動(dòng)能和吸收劑量概念的應(yīng)用目的：實(shí)現(xiàn)對(duì)生物組織中吸收劑量的間接測量)1 (gEDtrgt

17、ren12121/enenDD射線：中子：ctrtrcDD/注意譜的問題，此外還需要進(jìn)行組織厚度的劑量修正照射量46定義：X、射線，在空氣中，單位體積元內(nèi)產(chǎn)生的全部電子均被阻留在空氣中時(shí)，形成的總電荷除以該體積元空氣質(zhì)量。式中：dQ在一個(gè)體積元的空氣中，產(chǎn)生的一種符號(hào)的離子總電荷的絕對(duì)值；dm體積元內(nèi)空氣的質(zhì)量。(C/kg) dmdQX 照射量WeXen另一個(gè)定義式SI單位：C/Kg; 歷史上的專用單位：倫琴在1倫琴X射線照射下，0.001293克空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方厘米空氣的質(zhì)量）中釋放出來的次級(jí)電子，在空氣中總共產(chǎn)生電量各為1靜電單位的正離子和負(fù)離子。1R2.5810-4C/kgSI單位：C / Kg .s , R/s 等照射量率照射量的特點(diǎn)照射量僅適用于X、射線和空氣介質(zhì)；測量時(shí)必須滿足電子平衡；有些文獻(xiàn)提到介質(zhì)的照射量時(shí)，是指在介質(zhì)中放置少