核物理基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件

1、核物理基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件核物理基礎(chǔ)知識培訓(xùn)課件放射性 原子核的衰變 電離輻射 放射性的度量 放射性 原子核的衰變 原子核的衰變（一） 某些不穩(wěn)定的核素會自發(fā)地放出某種射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素，這種現(xiàn)象稱為放射性，這個(gè)過程稱為放射性衰變。具有這種特性的核素稱為放射性核素。所放出的射線種類可能有射線 、射線、射線，還可能有正電子、質(zhì)子、中子等其他粒子 。 原子核的衰變（一） 某些不穩(wěn)定的核素會自發(fā)地放出某種原子核的衰變（二） 衰變 原子核自發(fā)地放出粒子（射線）的轉(zhuǎn)變過程稱為衰變 。粒子也就是氦原子核，它帶兩個(gè)正電核，質(zhì)量數(shù)為 4 。衰變 原子核自發(fā)地放射出電子e- 、正電子e + 或俘獲K軌道一個(gè)電子

2、的轉(zhuǎn)變過程稱為衰變 ；放射出電子e- 稱為- 衰變，所發(fā)射出的電子稱為- 粒子或-射線；放射出正電子e + 稱為+ 衰變，所發(fā)射出的正電子稱為+ 粒子或+射線；俘獲K軌道電子的轉(zhuǎn)變過程稱為K軌道電子俘獲。衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換 和衰變后的子核很可能處于激發(fā)態(tài)，會以放射射線的形式釋放能量，躍遷到較低的能態(tài)或基態(tài) 。這種自發(fā)的放射射線過程稱為衰變。常用的鈷-60源、銫-137 都是既有放射性，又有放射性 。處于激發(fā)態(tài)的原子核還可能將躍遷的能量直接轉(zhuǎn)移給一個(gè)K 軌道的電子，并將K 軌道的電子發(fā)射出原子，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換，發(fā)射出的電子稱為內(nèi)轉(zhuǎn)換電子。 原子核的衰變（二）電離輻射按輻射粒子的能量的大小的角度來區(qū)

3、分，輻射可分為電離輻射和非電離輻射：凡是與物質(zhì)直接或間接作用時(shí)能使物質(zhì)電離的一切輻射，均稱為電離輻射；有些輻射如紅外線、可見光、無線電波、微波等，由于能量低，不能引起物質(zhì)電離，稱為非電離輻射。按輻射引起電離的過程來區(qū)分，輻射又可分為直接電離輻射和間接電離輻射：直接電離輻射是那些有足夠大的能量，以致通過碰撞就能引起物質(zhì)電離的帶電粒子，如電子、射線 、質(zhì)子和粒子等。間接電離輻射是能夠釋放出直接電離粒子或引起核變化的非帶電粒子，如光子、中子等。把體外放射源發(fā)射的輻射對人體的照射稱為外照射，由進(jìn)入體內(nèi)的放射性物質(zhì)發(fā)射的輻射所產(chǎn)生的照射稱為內(nèi)照射。電離輻射按輻射粒子的能量的大小的角度來區(qū)分，輻射可分為電

4、離輻放射性度量（一）一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變次數(shù)稱為放射性活度，放射性原子核的衰變服從指數(shù)衰減規(guī)律。用公式表達(dá)為： N = N0e-t 放射性度量（一）一定量的放射性核素在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的核衰變次放射性度量（二） 放射性活度的國際單位是貝可勒爾（Bq），即每秒有一個(gè)原子發(fā)生衰變稱為 1 Bq。衍生單位有MBq (106 Bq ) ,GBq(109Bq) ,TBq (1012Bq )。再此以前使用的放射性活度單位是居里（ Ci ）。 這些單位之間的關(guān)系可表示為 ： 1 Ci = 3.7 1010 衰變 / 秒 = 3.7 1010 Bq 1 Bq= 1 衰變 / 秒 = 2.7

5、03 10-11 Ci 單位質(zhì)量放射性核素樣品的放射性活度稱為比放射性活度 ，其單位一般是 TBq/g , Ci/g 等。放射性度量（二） 放射性活度的國際單位是貝可放射性度量（三） 放射性核素其原子核數(shù)目衰減到原來數(shù)目一半所需要的時(shí)間稱為該放射性核素的半衰期（ T 1/2 ）. T 1/2 的單位可以是秒( s )、分( min )、天 ( d )、年( y )等。放射性核素的衰變常數(shù)（）（或半衰期 T 1/2 ） 是與該核素放射性性質(zhì)有關(guān)的特征常數(shù) 。不同的放射性核素具有不同的衰變常數(shù)（或半衰期），它不隨外界條件和物理、化學(xué)狀態(tài)的不同而改變。60Co的半衰期為5.27年。放射性度量（三）

6、放射性核素其原子核數(shù)目衰減到原來數(shù)目輻射防護(hù)中常用的輻射量和單位照射量X X = dQ / dmdQ - 在質(zhì)量dm 的一個(gè)體積元中，當(dāng)光子產(chǎn)生的全部電子（正負(fù)電子）均被阻止于空氣中時(shí)，在空氣中形成的一種符號的離子總電荷的絕對值。照射量X的國際單位是庫侖每千克，用庫侖/千克（ c/kg ）表示。過去使用單位是倫琴（R）簡稱為倫。 1 R = 2.58 10 - 4 c/kg = 8.76 10 3 J/kg 輻射防護(hù)中常用的輻射量和單位照射量X 吸收劑量(D)是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，用來表示單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。 吸收劑量的國際單位是焦耳每千克 (J/kg)，單位的

7、專用名稱是戈瑞,用Gy 表示。以前使用的專用單位是拉德 rad 。 1 Gy = 1 J/kg = 100 rad 在電子平衡條件下，1 倫琴X 或 射線傳遞給1 千克干燥空氣中次級電子的總能量為8.7610-3 焦耳，因此。在空氣中同樣條件下，照射量與吸收劑量的關(guān)系為： Da = 8.7610-3 X (Gy) 吸收劑量(D)是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，用來表示單位質(zhì)量當(dāng)量劑量等于某一組織或器官所接受的平均劑量D ，經(jīng)輻射質(zhì)為R的輻射權(quán)重因子加權(quán)處理的吸收劑量 。修正后的吸收劑量能更好地和輻射引起的有害效應(yīng)聯(lián)系起來。當(dāng)量劑量用公式表示如下： HT = D WR -當(dāng)量劑量，國際單位為 （J

8、/kg）， 專用名稱為希沃特（Sv）。 1Sv = 1 J/kg 以前使用的劑量當(dāng)量的專用單位為雷姆 rem 。 1 Sv = 100 rem當(dāng)量劑量等于某一組織或器官所接受的平均劑量D ，經(jīng)輻射質(zhì)為R 輻射的來源及其水平 當(dāng)今，人類受到照射的輻射源主要有兩類：天然輻射源和人工輻射源。天然輻射通常稱為天然本底輻射，是迄今人類在正常生活條件下，受到電離輻射照射的最主要來源。天然輻射對人造成的平均年當(dāng)量劑量約為 2 mSv,其中內(nèi)照射約比外照射高1倍。其次是人類自身的社會活動，包括經(jīng)濟(jì)、軍事、醫(yī)療等的活動產(chǎn)生和使用的各種人工輻射源的照射。就人工輻射而言，其中醫(yī)療輻射為主要來源。 輻射的來源及其水平

9、 當(dāng)今，人類受到照射的輻射源輻射防護(hù)的基本原則和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐的正當(dāng)性原則 : 在擬進(jìn)行能產(chǎn)生輻射的實(shí)踐時(shí),先應(yīng)進(jìn)行代價(jià)和利益的分析,只有當(dāng)進(jìn)行這實(shí)踐獲得的利益大于所付出的代價(jià)時(shí),才認(rèn)為這一輻射實(shí)踐是正當(dāng)?shù)? 防護(hù)的最優(yōu)化原則 : 輻射防護(hù)最優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，實(shí)質(zhì)上是設(shè)計(jì)最容易達(dá)到的即可節(jié)省投入，又可有效的降低劑量的方法?？紤]到社會和經(jīng)濟(jì)因素之后,使受照射劑量降低到合理地最低程度,而不是越低越好。個(gè)人劑量限制 :所指的是對個(gè)人所受照射的限制.輻射防護(hù)的基本原則和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐的正當(dāng)性原則 : 在擬進(jìn)行能產(chǎn)劑量限制ICRP第60 號出版物建議的劑量限制 應(yīng)用 劑量限制 職業(yè)照射 公眾照射 有效劑量 20 mSv

10、a-1 在規(guī)定的5年內(nèi)平均 1 mSva-1 眼晶體 150 mSv 15 mSv 皮膚 500 mSv 50 mSv 手與足 500 mSv - 劑量限制ICRP第60 號出版物建議的劑量限制 防護(hù)外照射的一般方法時(shí)間防護(hù) 距離防護(hù)屏蔽防護(hù)防護(hù)外照射的一般方法時(shí)間防護(hù) 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) lICRP 60號出版物 2GB8703輻射防護(hù)規(guī)定 3GB4792放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn) 4YY0096的鈷60遠(yuǎn)距離治療機(jī) 5GB9706-17-1999醫(yī)用電氣設(shè)備 第2部分：射束治療設(shè)備專用安全要求 6. GB/ 16136-1995 遠(yuǎn)距治療室設(shè)計(jì)的放射防護(hù)要求 7. GB 16362-1996體外射束放射治

11、療中患者的放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn) 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) lICRP 60號出版物窄束射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 設(shè)屏蔽層是介質(zhì)均勻，厚度為R ，密度為 ，那麼單能射線在此物質(zhì)穿過后，被測點(diǎn)加屏蔽層前后探測器所測到的射線計(jì)數(shù)率（照射量率）將符合下式： N = N0 e -R N0，N -分別為加屏蔽層前后探測器所測到的射線計(jì)數(shù)率（照射量率）； -為該單能光子在密度為的物質(zhì)中的線衰減系數(shù)。 窄束射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 設(shè)屏蔽層是介質(zhì)均勻，厚度為R 寬束射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 實(shí)際上，射線大多數(shù)為寬束輻射。在屏蔽層中發(fā)生散射的光子，也可穿過屏蔽層到達(dá)被測點(diǎn)，這便是寬束情況?？紤]到散射的影響，寬束射線在物質(zhì)中的衰減可用下式

12、表示： N = N0 B e -R 式中： B - 累積因子，它是描述散射光子的物理量。在實(shí)踐中，累積引子的計(jì)算是比較復(fù)雜的，通常可以使用查表法、泰勒或泊松經(jīng)驗(yàn)公式求得。 寬束射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 實(shí)際上，射線大多數(shù)為寬束輻射對點(diǎn)源的屏蔽計(jì)算 直接用公式N = N0 B e -R 計(jì)算 利用減弱倍數(shù)計(jì)算利用半減弱厚度計(jì)算 對點(diǎn)源的屏蔽計(jì)算 直接用公式N = N0 B e -R GMX-I型陀螺旋轉(zhuǎn)式鈷60放射外科治療系統(tǒng)劑量參數(shù)測試方案 1、機(jī)械等中心與輻射野中心的偏差 2、焦點(diǎn)劑量率3、輻射野半影和半高寬4、焦皮比5、陀螺峰6、 TPS規(guī)劃劑量與實(shí)測劑量的偏差7、 TPS規(guī)劃等劑量線與實(shí)測

13、等劑量線的偏差GMX-I型陀螺旋轉(zhuǎn)式鈷60放射外科治療系統(tǒng)劑量參數(shù)測試方 一、機(jī)械等中心與輻射野中心的偏差 檢測用具球模及其支架膠片掃描儀顯影定影設(shè)備計(jì)算機(jī) 一、機(jī)械等中心與輻射野中心的偏差 球模及其支架球模及其支架測量采用的坐標(biāo)系測量采用的坐標(biāo)系 檢測方法1、球模固定在治療床的定位處，通過機(jī)械方法使球模中心位于機(jī)械中心附近。2、滾筒分別靜止在四個(gè)位置，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，輻照膠片。滾筒靜止位置與膠片安置平面的對應(yīng)關(guān)系為 滾筒靜止位置0度180度90度270度膠片所處平面XOZXOZYOZYOZ所測偏差x， zx， zy， zy， z 檢測方法1、球模固定在治療床的定位處，通過機(jī)械方法使球模中3、沖洗

14、膠片，處理數(shù)據(jù)，根據(jù)所得偏差數(shù)據(jù)調(diào)整治療床在X軸、Y軸和Z軸的座標(biāo)，使球模中心更趨近于輻照中心。4、重復(fù)2和3的步驟，使x、y、z盡可能小。5、滾筒分別在四個(gè)位置以最大振動角度振動，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，輻照膠片。擺動對稱法線角度與膠片安置平面的對應(yīng)關(guān)系為 3、沖洗膠片，處理數(shù)據(jù)，根據(jù)所得偏差數(shù)據(jù)調(diào)整治療床在X軸、Y振動對稱法線角度與膠片安置平面的對應(yīng)關(guān)系為 擺動對稱法線0度90度180度270度膠片XOZXOYYOZXOZXOYYOZXOZXOYYOZXOZXOYYOZ所測偏差xzxyyzxzxyyzxzxyyzxzxyyz振動對稱法線角度與膠片安置平面的對應(yīng)關(guān)系為 擺動對稱法線6、沖洗膠片，處理數(shù)據(jù)

15、，得出滾筒在各個(gè)方向振動時(shí)的r。6、沖洗膠片，處理數(shù)據(jù)，得出滾筒在各個(gè)方向振動時(shí)的r。二、焦點(diǎn)劑量率檢測用具指型電離室劑量儀160球模體溫度計(jì)氣壓計(jì)二、焦點(diǎn)劑量率檢測用具檢測方法 測量時(shí)，把指型電離室插入有機(jī)玻璃插板的孔內(nèi)，插板插入球模中心，球模是安放在定位支架上，治療床精確地移動到指定空間坐標(biāo)的位置，保證電離室的測量點(diǎn)與焦點(diǎn)中心很好地重合；主機(jī)放在治療室外，用 20米的長電纜將指針電離室和主機(jī)連接好；打開儀器，預(yù)熱 15分鐘，達(dá)到熱穩(wěn)定后調(diào)零，開始作正式測量。 多次重復(fù)測量和記錄主機(jī)的讀數(shù)，測量現(xiàn)場的溫度、濕度和大氣壓進(jìn)行修正。 檢測方法 測量時(shí)，把指型電離室插入有機(jī)玻璃插板的孔三、輻射野半

16、高寬和半影寬度檢測用具：球模或體模膠片膠片處理系統(tǒng) 三、輻射野半高寬和半影寬度檢測用具：檢測方法1、把膠片放入暗盒中，再把暗盒插入球?；蝮w模中，使膠片位于XOZ平面；2、隨治療床將球模送入輻射野，確保球?；蝮w模的中心定位于焦點(diǎn)處，令旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動軸線在Y軸方向，滾筒固定，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，分別采用各種準(zhǔn)直器進(jìn)行輻照；3、膠片（含刻度片）沖洗、讀片和數(shù)據(jù)處理后給出各種準(zhǔn)直器的輻射野半高寬和半影寬度。檢測方法1、把膠片放入暗盒中，再把暗盒插入球模或體模中，使膠四、焦皮比測量檢測用具球?；蝮w模、膠片、膠片處理系統(tǒng)檢測方法1、球模或體模固定在治療床上，在模體中心和模體表面都安置膠片。2、令模體中心位于等中心處，

17、滾筒與旋轉(zhuǎn)盤同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，輻照。 3、 取出膠片，處理分析，分別得出模體中心處劑量DF和模體表面劑量DS，則焦皮比KDF/ DS。四、焦皮比測量檢測用具五、陀螺峰測量檢測用具體模、膠片、膠片處理系統(tǒng)檢測方法 1、體模固定在治療床上，令模體中心位于輻射野中心處。 2、沿深度位置變化，放置膠片，滾筒與旋轉(zhuǎn)盤同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，輻照。 3、處理膠片，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，作出伽瑪峰圖象。五、陀螺峰測量檢測用具六、TPS規(guī)劃劑量與實(shí)測劑量的偏差檢測用具 球?；蛘唧w模、指型電離室劑量儀檢測方法 1、內(nèi)置指型電離室的球?；蝮w模安置在治療床上的負(fù)壓袋上，固定后，將治療床板、負(fù)壓袋、球?；蝮w模一起作CT掃描。 2、TPS軟件以球?；蝮w模內(nèi)的指型電離室頂端為靶點(diǎn)中心，制訂治療計(jì)劃。 3、 治療床板在治療床上復(fù)位，指型電離室連接上劑量儀， 按照制訂的治療計(jì)劃運(yùn)行機(jī)器。 4、 由劑量儀讀出實(shí)際輻照劑量值，與治療計(jì)