輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)

1、輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)第1頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三本章主要內(nèi)容劑量學(xué)的基本概念電離輻射場(chǎng)描述相互作用系數(shù)基本劑量學(xué)量放射防護(hù)量檢測(cè)實(shí)用量第2頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.1 電離輻射和電離輻射場(chǎng).電離輻射的基本概念：一、電離輻射和非電離輻射二、輻射效應(yīng)和輻射劑量第3頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一電離輻射和非電離輻射激發(fā)過(guò)程第4頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三電離輻射和非電離輻射統(tǒng)稱電磁輻射 輻射非電離輻射電離輻射日常所見的微波、無(wú)線電波、紫外線和可見光 帶電粒子（、電子和質(zhì)子等）

2、不帶電粒子（X、和中子等） 第5頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三電離輻射（1）電離（ionization）：指從一個(gè)原子、分子或其它束縛態(tài)中釋放一 個(gè)或多個(gè)電子的過(guò)程。（2）電離輻射（ionizing radiation）：能夠引起電離的粒子（帶電和不帶電）的空間分布(不帶電粒子也能電離，但與帶電粒子相比、幾率小)（3）電離過(guò)程：主要是由具有一定動(dòng)能的帶電粒子與原子中的電子碰撞引起的。一般從一個(gè)原子中釋放出一個(gè)價(jià)電子所需要的能量在425ev，當(dāng)電子、質(zhì)子等帶電粒子的動(dòng)能大于該值時(shí)，可將其稱作電離輻射。（4）非電離輻射（non-ionizingradiation）粒子動(dòng)

3、能小于該值（ev）光子：非帶電粒子、能量大于ev為電離輻射 能量小于ev為非電離輻射第6頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三（5）直接電離輻射（directly ionizing radiation）具有一定能量的帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，通過(guò)庫(kù)侖相互作用直接在物質(zhì)中沉積能量并引起電離。（6）間接電離輻射（indirectly ionizing radiation）光子、中子、x射線等不帶電粒子穿過(guò)介質(zhì)時(shí)，首先將能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子，隨后這些帶電粒子（次級(jí)）再沉積能量和引起電離?；虼渭?jí)過(guò)程引起電離的不帶電粒子稱作間接電離輻射。第7頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分

4、，星期三第8頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三二輻射效應(yīng)和輻射劑量輻射效應(yīng)：電離輻射通過(guò)電離、激發(fā)過(guò)程將能量授予受照物質(zhì)從而導(dǎo)致物質(zhì)的物理、化學(xué)甚至生物性質(zhì)發(fā)生變化，我們把這一變化稱為輻射效應(yīng)。 電離輻射生物學(xué)效應(yīng)第9頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三射線與物質(zhì)的相互作用。 n物質(zhì)：氣體 液體 固體包括人體 等。原子。微觀粒子間碰撞的能量傳遞過(guò)程第10頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三描述輻射與物質(zhì)相互作用電離輻射與物質(zhì)的相互作用是研究輻射效應(yīng)和進(jìn)行劑量測(cè)量的物理基礎(chǔ)。相互作用 能量和運(yùn)動(dòng)方向改變第11頁(yè)，共87頁(yè)，202

5、2年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三輻射劑量：輻射能量在物質(zhì)內(nèi)沉積的數(shù)量和方式是決定輻射效應(yīng)的重要方面。輻射劑量就是為此提出的物理指標(biāo)。輻射劑量用于預(yù)測(cè)電離輻射導(dǎo)致受照物質(zhì)發(fā)生真實(shí)效應(yīng)或潛在影響程度。需注意的是，某一個(gè)輻射劑量數(shù)值取決于相關(guān)輻射的類型、能量以及受照物質(zhì)的性質(zhì)，同時(shí)也依賴于照射條件(時(shí)間、方式和途徑)。 第12頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三輻射劑量與效應(yīng)第13頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.1.2 電離輻射場(chǎng)及其表達(dá)一、輻射場(chǎng)的定義和相關(guān)要素 二、粒子注量（率）和能量注量（率）三、粒子輻射度和能量輻射度 四、完整描述輻射

6、場(chǎng)的基本量度第14頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一、輻射場(chǎng)的定義和相關(guān)要素電離輻射場(chǎng)就是電離輻射在其中通過(guò)、傳播乃至經(jīng)由相互作用傳遞輻射能量的整個(gè)空間范圍。從廣義上講，輻射場(chǎng)涉及的范圍是無(wú)限的。在狹義上，我們通常關(guān)心的某輻射場(chǎng)常常是具體的和有限的。第15頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三帶電粒子徑跡帶電粒子與物質(zhì)相互作用，可能沿徑跡產(chǎn)生單個(gè)的電離或激發(fā)，也可能交給原子中的電子較大的能量，使電子進(jìn)一步產(chǎn)生電離和激發(fā)，形成分之徑跡。第16頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三輻射場(chǎng)性質(zhì)的內(nèi)涵包括：1、輻射場(chǎng)的類型（ 輻射場(chǎng)，輻

7、射場(chǎng)，輻射場(chǎng)、中子輻射場(chǎng)和混合輻射場(chǎng)等）；2、粒子的能量（單能輻射場(chǎng)、具有能量分布的輻射場(chǎng)）；3、粒子的運(yùn)動(dòng)方向（單向輻射場(chǎng)、多向輻射場(chǎng)）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是位置、時(shí)間、方向、類型和能量等五個(gè)要素。 第17頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三輻射場(chǎng)的描述 電離輻射居留的空間稱為電離輻射場(chǎng)。常用以下量來(lái)描述：粒子數(shù):發(fā)射，轉(zhuǎn)移或接收的粒子數(shù)目。 粒子數(shù)的單位是 1。輻射能:發(fā)射，轉(zhuǎn)移或接收粒子的能量（不包括靜止能）。輻射能的單位是 J粒子數(shù)密度:單位體積中的粒子數(shù)目，是表征輻射場(chǎng)疏密程度的物理量 n=dN/dV 單位是m-3輻射場(chǎng)中每一個(gè)粒子都具有一定的能量，將所有粒子能量（不包

8、括靜止能量）求和，即得輻射能第18頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三二、 粒子注量（率）和能量注量（率）粒子注量：T時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入以 r 點(diǎn)為球心的單位截面積小球的粒子數(shù)，m-2粒子注量率：能量注量：T時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入以 r 點(diǎn)為球心的單位截面積小球的輻射能，J m-2能量注量率：第19頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三1.截面da必須垂直每個(gè)入射方向，定義中采用小球體，使得來(lái)自各個(gè)入射方向的粒子都滿足這個(gè)要求。 2.粒子注量的單位：m-2粒子注量說(shuō)明粒子注量 是dN除以da所得的商(dN/da) = dN/da 其中 dN是入射到截面為da的球體內(nèi)的

9、粒子數(shù)。這里所謂的“入射到”或稱進(jìn)入，強(qiáng)調(diào)只穿過(guò)一次，并只考慮進(jìn)入，不考慮流出。第20頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三三、粒子輻射度和能量輻射度粒子輻射度 ：?jiǎn)挝? m-2 s-1 sr -1 能量輻射度 ：?jiǎn)挝唬篔 m-2 s-1 sr -1 第21頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三四、完整描述輻射場(chǎng)的基本量度意指t 時(shí)刻單位時(shí)間內(nèi)，沿某方向單位立體角入射到輻射場(chǎng) r 點(diǎn)的，單位能量間隔內(nèi)能量為 E的粒子數(shù)或輻射能。由于粒子類型是不連續(xù)的，結(jié)合前述，得到輻射場(chǎng)中第i種粒子的粒子輻射度按其能量的微分分布為 ，這一指標(biāo)完整的考慮了五要素，成為描述

10、輻射場(chǎng)性質(zhì)的基本量度。第22頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三小結(jié)描述輻射場(chǎng)性質(zhì)的概念總結(jié)如下： 第23頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.2 基本劑量學(xué)量3.2.1 相互作用系數(shù)： 一、阻止本領(lǐng) 二、衰減系數(shù)、能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和能量吸收系數(shù)第24頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三2、帶電粒子與物質(zhì)相互作用（1）電子與原子的彈性碰撞（2）電子與原子的非彈性碰撞第25頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一、阻止本領(lǐng)帶電粒子與物質(zhì)相互作用的類型主要有電離、激發(fā)和軔致輻射。前者意味著帶電粒子能量的直接沉積；后

11、者意味著帶電粒子能量轉(zhuǎn)化為具有連續(xù)能譜的X射線。碰撞阻止本領(lǐng) ：Scol=（dE/dl）col （電離、激發(fā)）輻射阻止本領(lǐng) ：Srad=（dE/dl）rad （軔致輻射）單位：均為Jm-1 第26頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三質(zhì)量阻止本領(lǐng) ：Scol/=（dE/dl）colSrad/=（dE/dl）raddl稱為質(zhì)量厚度，表示在物質(zhì)中穿行單位長(zhǎng)度時(shí)遭遇到的質(zhì)量，kgm2。碰撞過(guò)程和輻射過(guò)程共同損失的總能量為：S= Scol+SradS稱為總阻止本領(lǐng)，單位Jm-1 ，相應(yīng)的有總質(zhì)量阻止本領(lǐng)，單位kgm2。 第27頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期

12、三光子與物質(zhì)相互作用光子穿過(guò)物質(zhì):可與原子的核外電子相互作用: 主要是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)。當(dāng)其能量超過(guò)核反應(yīng)閾能時(shí)，還發(fā)生光核反應(yīng)。對(duì)輻射劑量學(xué)而言，重要的作用類型是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)。另外，從輻射防護(hù)（例如高能X射線治療中的防護(hù)）角度，光核反應(yīng)產(chǎn)生的中子也已引起人們的注意。第28頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三（1）光電效應(yīng)（photoelectric effect）光子與原子內(nèi)層電子發(fā)生作用，把其能量交給電子，使其克服束縛能而離開原子，光子自身消失，這一過(guò)程稱作光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的主要特征如下： 被擊出電子的動(dòng)能EhV EB，

13、hv為 射光子能量，EB為電子束縛能（原子的反沖能0）；hvEB 時(shí)，發(fā)生相互作用的概率（截面）為零；hv =EB 時(shí)，作用概率最大，呈現(xiàn)出峰值吸收；hV EB時(shí)，作用概率減小。 光電效應(yīng)總伴有特征X射線（或俄歇電子）對(duì)給定的光子能量，相互作用概率（截面）正比于Z4，Z為原子序數(shù)；對(duì)給定的Z，作用概率反比于E3，E為光子能量。關(guān)于光電子的角分布，理論計(jì)算表明，對(duì)低能光子（20-30keV） 靠近垂直于光子束入射方向占優(yōu)勢(shì)，隨著能量增加，分布趨向于光子束入射方向。第29頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三(2)康普頓效應(yīng)（compton scattering / effec

14、t）康普頓效應(yīng)可以認(rèn)為是光子與自由電子（外層電子的 EB 遠(yuǎn)小于光子能量）發(fā)生散射，光子的部分能量轉(zhuǎn)移給電子（康普頓電子），而散射光子改變其能量和方向。第30頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三 康普頓效應(yīng)的主要特性如下： 當(dāng)散射光子的散射角為180時(shí)，反散射光子能量最小，康普頓電子能量最大。 康普頓電子的發(fā)射角在0-90之間變化，在康普頓電子的發(fā)射角為0時(shí)，康普頓電子能量最大（此時(shí)散射角為180），在康普頓電子的發(fā)射角為90時(shí)，康普頓電子能量最小 （此時(shí)散射角為0） 當(dāng)光子能量EB 時(shí)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，光子與原子的相互作用概率（截面）正比 Z。在低能區(qū)概率變化很小，在

15、較高能量近似地反比于光子的能量。 理論計(jì)算表明，在l00keV 以下，入射光子的大部分能量（80以上）轉(zhuǎn)移給散射光子（也就是說(shuō)只有大約15轉(zhuǎn)移給康普頓電子）。因此在診斷X射線范圍內(nèi)，屏蔽散射光子是很重要的。第31頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三（3） 電子對(duì)產(chǎn)生（electrons pair production）當(dāng)光子能量大于正、負(fù)電子二者靜止質(zhì)量之和時(shí)（即2m0C21.022MeV）時(shí)，在原子核庫(kù)侖場(chǎng)的作用下，發(fā)生電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)。在此過(guò)程中，光子被完全吸收，產(chǎn)生正、負(fù)電子對(duì)。它們的動(dòng)能之和等于光子能量與 1.022MeV之差。電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)的主要特性如下，第32頁(yè)

16、，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三 量子力學(xué)計(jì)算表明，電子對(duì)產(chǎn)生效應(yīng)僅發(fā)生在原子核附近，不是在核內(nèi)。 正電子發(fā)射的角度不能唯一確定負(fù)電子的發(fā)射角度（不像康普頓效應(yīng)中，散射光子和康普頓電子二者發(fā)射角是相關(guān)的 電子對(duì)產(chǎn)生過(guò)程中，正電子在其射程末端（靜止時(shí)）遇到介質(zhì)中的一個(gè)處在靜止?fàn)顟B(tài)的負(fù)電子時(shí)，發(fā)生湮沒(méi)輻射，發(fā)射兩個(gè)光子。 對(duì)給定光子能量，電于對(duì)產(chǎn)生的概率（截面）正比Z 2；對(duì)給定的Z，正比于光子的能量。第33頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三光核反應(yīng)光子與原子核作用引起核反應(yīng)稱光核反應(yīng)。常見的反應(yīng)類型為（ ，n） 和（，P），其中n和P分別為中子和質(zhì)

17、子。光核反應(yīng)是閾反應(yīng)，閾值大致在10MeV。由于光核反應(yīng)的概率（截面）很小，在劑量學(xué)中往往忽略其貢獻(xiàn)。但在機(jī)房防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，如果加速器X射線的能量大于l0MeV，則需要考虜（，n）反應(yīng)中產(chǎn)生的中子的防護(hù)。這是因?yàn)橐环矫嬷凶颖裙庾痈菀讖拿缘乐幸莩?，另一方面，反?yīng)產(chǎn)物核素具有短壽命的放射性衰變。第34頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三二、衰減系數(shù)、能量轉(zhuǎn)移系數(shù)和能量吸收系數(shù)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)生成第35頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三衰減系數(shù)若忽略空氣對(duì)射線的散射和吸收，則穿過(guò)厚度為d的物質(zhì)層后，窄束X 、 射線的衰減，符合簡(jiǎn)單的指數(shù)衰減規(guī)律：

18、式中，是入射X 、 射線光子的線衰減系數(shù)，單位：m-1，表示：X 、 射線在物質(zhì)中穿行單位長(zhǎng)度路程時(shí)，其光子注量減少的份額 ：第36頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三線衰減系數(shù)與光子的原子截面有以下關(guān)系：括號(hào)內(nèi)三項(xiàng)分別為光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)產(chǎn)生的原子截面， 是單位體積中物質(zhì)的原子數(shù)；為阿伏伽德羅常數(shù)，為摩爾質(zhì)量。 質(zhì)量衰減系數(shù)： 單位：m2/kg 表示：X 、 射線在物質(zhì)中貫穿單位質(zhì)量厚度物質(zhì)時(shí)，其光子注量減少的份額 。第37頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三能量轉(zhuǎn)移系數(shù)線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（ m-1 ） ：質(zhì)量能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（m2/kg）：表示

19、：X 、 射線在物質(zhì)中穿行單位路程或質(zhì)量厚度時(shí)，光子能量向次級(jí)電子轉(zhuǎn)移的份額 。 線能量轉(zhuǎn)移系數(shù) ，與光子的原子截面有如下關(guān)系： 第38頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三能量吸收系數(shù)能量吸收系數(shù)（ m-1 ） ：質(zhì)量能量吸收系數(shù)（m2/kg）：其中，g為次級(jí)電子慢化過(guò)程中，其能量輻射損失的份額。線能量吸收系數(shù)en 、質(zhì)量能量吸收系數(shù)en/的劑量學(xué)含意是：X 、 射線在物質(zhì)中穿行單位路程時(shí)，光子能量向次級(jí)電子轉(zhuǎn)移，且通過(guò)次級(jí)電子的電離、激發(fā)過(guò)程被物質(zhì)吸收的份額 。 第39頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三/tr/en/區(qū)別和聯(lián)系/：反映入射的射線與

20、物質(zhì)相互作用的總幾率。tr/：這些過(guò)程中光子能量轉(zhuǎn)移給次級(jí)帶電粒子的那部分分額的總和。en/：表示扣除軔致輻射后，入射光子能量真正被物質(zhì)吸收的那部分份額的總和。三個(gè)系數(shù)分別量度有多大比例光子參與了相互作用，能量有多大比例轉(zhuǎn)移給次級(jí)帶電粒子，又有多大比例真正被物質(zhì)吸收了。第40頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.2.2 基本劑量學(xué)量一、吸收劑量 二、比釋動(dòng)能三、輻射平衡 第41頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一、吸收劑量和吸收劑量率1、吸收劑量（absorbed dose）D 的定義： 是T時(shí)間內(nèi)，電離輻射授予r點(diǎn)處質(zhì)量為的物質(zhì)的平均輻射能量。

21、 吸收劑量，與受照物質(zhì)的形狀 、大小以及關(guān)注的位置密切相關(guān) 。SI單位：Jkg-1 專名戈瑞（Gy）過(guò)去常用單位：拉德（rad） 1 Gy =100 rad2、吸收劑量率（absorbed dose rate）D（t）dD/dt 單位： Gy/s 或rad/s第42頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三二、比釋動(dòng)能 定義：dEtr（T，r）是T時(shí)間內(nèi)，輻射場(chǎng)r點(diǎn)處，不帶電粒子在質(zhì)量為的物質(zhì)中，因相互作用過(guò)程釋出的所有帶電粒子初始動(dòng)能的總和。簡(jiǎn)言之，比釋動(dòng)能就是不帶電粒子在單位質(zhì)量物質(zhì)中，向次級(jí)帶電粒子轉(zhuǎn)移的能量。 SI單位：Jkg-1 專名 戈瑞 gray 符號(hào) Gy過(guò)去沿

22、用的專用單位：拉德（rad）或（rd） 1rad = 10-2 Gy .第43頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三出于實(shí)際需要，依次級(jí)電子的能量歸宿，光子的比釋動(dòng)能K(T,r)分為兩個(gè)組分：碰撞比釋動(dòng)能Kc（T,）和 輻射比釋動(dòng)能K（T,）：若次級(jí)電子能量輻射損失的平均份額為 ，則：光子的碰撞比釋動(dòng)能 是單位質(zhì)量物質(zhì)中，光子釋出的所有次級(jí)電子的初始動(dòng)能，而后以電離、激發(fā)方式損失的能量總和。必須注意的是，按定義，比釋動(dòng)能 、碰撞比釋動(dòng)能 、乃至輻射比釋動(dòng)能，只用于不帶電的電離輻射（中子和光子）。第44頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三三、輻射平衡定義

23、：若由每一種給定能量、特定類型的電離粒子從輻射場(chǎng)某點(diǎn)一個(gè)無(wú)限小體積內(nèi)帶走輻射能的期望值（ ），與相同能量、同類粒子帶進(jìn)該體積的輻射能的期望值（ ）正好相等，則稱：輻射場(chǎng)這一點(diǎn)存在了“輻射平衡”（RE）。簡(jiǎn)言之，輻射平衡下，進(jìn)入輻射場(chǎng)某點(diǎn)一個(gè)無(wú)限小體積的輻射能，正好補(bǔ)償離開該體積的輻射能 ： 第45頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三1、“完全輻射平衡” 所謂“完全輻射平衡”，就是：每一種輻射成分，帶進(jìn)輻射場(chǎng)某點(diǎn)一個(gè)無(wú)限小體積的輻射能，能夠充分補(bǔ)償同類輻射成分從該體積帶走的輻射能；于是，所關(guān)心的體積內(nèi)，便同時(shí)存在各類輻射成分的平衡。內(nèi)照射情況下，如果器官 、組織內(nèi)均勻分布了

24、 、 放射性核素，那么，相關(guān)器官、組織內(nèi)，將會(huì)有相當(dāng)好的完全輻射平衡情況；除非所關(guān)心的位置，離開器官、組織邊界太近，距離小于 、粒子的最大射程。第46頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三2、帶電粒子平衡CPE（charged particle equilibrium） 帶電粒子平衡示意圖pBAdv 均勻場(chǎng) 均勻介質(zhì) 第47頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三CPE條件下，關(guān)注的體積內(nèi)，物質(zhì)吸收劑量D(T,r)，與相應(yīng)的碰撞比釋動(dòng)能Kc(T,r)，數(shù)值相等。r點(diǎn)處的吸收劑量值，可按下列方式取得：或者K(T,r)是總的比釋動(dòng)能；(T,r)是入射不帶電粒子

25、的能量注量； 則是物質(zhì)對(duì)不帶電粒子質(zhì)量能量吸收系數(shù)的平均值。 第48頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三照射量和照射量率（1）、照射量定義：XdQ/dmdQ的值是光子在質(zhì)量dm的空氣中釋放的全部電子完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中所產(chǎn)生的一種符號(hào)的離子總電荷的絕對(duì)值。（并不包括dm體積內(nèi)由于軔致輻射而引起的電離電荷）PX或rdm 圖2 X或在空氣中的電離過(guò)程。o.第49頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三（2）、定義說(shuō)明：1 ，2，3（3）、 SI單位：ckg-1 無(wú)專名 照射量曾用單位：倫琴， 符號(hào)R 1R =2.5810- 4 ckg-1 （4）、照射

26、量率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的照射量增量。 Xdx/dt單位SI制， ckg-1 s-1 曾用過(guò)的單位RS-1第50頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三D、K和X三者之向的關(guān)系1、吸收劑量與比釋動(dòng)能的關(guān)系： CPE條件下： D=Kc2.吸收劑量和比釋動(dòng)能隨物質(zhì)深度的變化D或KDKAB第51頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3、吸收劑量D與照射量X的關(guān)系： D= （W/e）a X = f X 在空氣中： D（Gy） = 8.7310- 3 X（R）4照射量X與空氣碰撞比釋動(dòng)能kca的關(guān)系： X = K ca （W/e）a5.照射量x與能量注量的關(guān)系： X =

27、 （en/）（e / W） 6.電離室的能量晌應(yīng)： S（E）=（en/）m / （en/）a E第52頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.3 放射防護(hù)量和監(jiān)測(cè)實(shí)用量3.3.1 放射防護(hù)量：一、基本放射防護(hù)量二、 集體量和人均量第53頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一、基本放射防護(hù)量1、器官劑量 ，DT 一個(gè)器官、組織T范圍內(nèi)的平均吸收劑量 ，定義為：其中，V是相關(guān)器官、組織范圍的體積；D(X,Y,Z)是該范圍內(nèi)質(zhì)量密度為(X,Y,Z)的(X,Y,Z)點(diǎn)處的吸收劑量值。實(shí)際工作中，平均吸收劑量，常見寫作DT ，單位：Gy。 第54頁(yè)，共87頁(yè)，

28、2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三 2、當(dāng)量劑量，HT器官、組織T的當(dāng)量劑量（equivalent dose） HT是，以各自輻射權(quán)重因子wR修正后，相關(guān)輻射對(duì)特定器官、組織T的劑量總和，亦即 ：其中，DT,R是器官、組織T或其特定靶區(qū)范圍內(nèi)，由輻射R產(chǎn)生的平均吸收劑量；wR是，與入射到人體或滯留于人體的放射性核素發(fā)出的第R種輻射相應(yīng)的，輻射權(quán)重因子，其實(shí)，是：依據(jù)第R種輻射的生物學(xué)效能，對(duì)器官、組織的平均劑量DT,R施加修正的一個(gè)因子。第55頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三表3.1 ICRP最新的輻射權(quán)重因子數(shù)值輻射類型wR光子1電子，子1質(zhì)子，帶電的介子

29、2粒子 、裂變碎片、重原子核 20中子En 1 MeV2.5+18.2exp- ln(En) 2 /6 1 MeV En 50 MeV5.0+17.0exp- ln(2En) 2 /6 En 50 MeV2.5+3.25exp- ln(0.04En) 2 /6 第56頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三例如 ：肺受 射線照射的吸收劑量為 ： D肺，=1mGy=1mJ/kg，以 射線輻射權(quán)重因子修正后的肺劑量為 ： H肺=w D肺，=201mJ/kg=20mJ/kg原來(lái)，肺的 射線劑量1mJ/kg，經(jīng)輻射權(quán)重因子修正后變成了20mJ/kg，也就是，以輻射權(quán)重因子w 計(jì)權(quán)修正

30、后，已不再是射線的吸收劑量，其含意是：為與1mJ/kg射線吸收劑量，對(duì)肺組織造成的影響程度大致相仿，X、 射線的吸收劑量，需要20mGy 。正是這個(gè)緣故，為與吸收劑量相區(qū)別，特別，對(duì)當(dāng)量劑量HT的SI導(dǎo)出單位“J/kg” ，賦于另一個(gè)專門名稱：希沃特（sievert）,國(guó)際代號(hào)：Sv（希） 。 第57頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三當(dāng)量劑量HT的實(shí)質(zhì)就是：為與特定輻射對(duì)器官T造成的輻射影響程度相仿，低LET輻射需要的吸收劑量。放射防護(hù)評(píng)價(jià)中，當(dāng)量劑量HT的意義在于：對(duì)于特定器官 T ，無(wú)論對(duì)它造成照射的是何種輻射,只要當(dāng)量劑量HT值相同，該器官蒙受隨機(jī)性效應(yīng)的影響程度

31、大致相仿。 第58頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3、有效劑量 ，E有效劑量E是，以各自組織權(quán)重因子（tissue weighting factor）wT計(jì)權(quán)修正后，人體相關(guān)器官、組織當(dāng)量劑量的總和，亦即 ： wT是，與器官、組織 T 相應(yīng)的組織權(quán)重因子；它是依器官、組織隨機(jī)性效應(yīng)的輻射敏感性，對(duì)器官當(dāng)量劑量施加修正的一個(gè)因子。 wT的實(shí)質(zhì)是：全身各器官均勻受到相同當(dāng)量劑量照射時(shí)，個(gè)人蒙受的隨機(jī)性健康危害中，T 器官所占的份額。第59頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三表3.2 ICRP 最新的組織權(quán)重因子值器官、組織涉及的器官組織數(shù)目wT合計(jì)肺

32、、胃、結(jié)腸、紅骨髓、乳腺、其余組織60.120.72性腺 ( 卵巢 、睪丸 )20.080.08食道、膀胱、肝、甲狀腺40.040.16骨表面、皮膚、腦、唾液腺40.010.04全身161.00第60頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三放射防護(hù)評(píng)價(jià)中，有效劑量E的意義在于：放射防護(hù)關(guān)注的低劑量率、小劑量范圍內(nèi)，無(wú)論哪種照射情況（外照射、內(nèi)照射、全身照射抑或局部照射），只要有效劑量值相等，人體蒙受的隨機(jī)性健康危害，程度大致相仿。包括有效劑量在內(nèi)，放射防護(hù)量，都無(wú)法直接測(cè)量，只能根據(jù)外照射的輻射場(chǎng)量、內(nèi)照射的放射性核素?cái)z入量進(jìn)行計(jì)算，或者通過(guò)其它可以測(cè)量的那些量來(lái)加以估計(jì)。

33、第61頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三為規(guī)范有效劑量計(jì)算，ICRP規(guī)定了劑量計(jì)算的參考人數(shù)學(xué)模型，提出了具體計(jì)算有效劑量的程序和公式。有效劑量，主要，也是最基本的用途是，論證照射情況是否遵循放射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。輻射事故情況下，如果出現(xiàn)組織反應(yīng)，絕不能依據(jù)有效劑量，評(píng)估效應(yīng)程度、計(jì)劃必要行動(dòng)。此時(shí)，必須估計(jì)：組織反應(yīng)所在的那些器官、組織的吸收劑量；如果該吸收劑量是由高LET輻射引起的，則要用與組織反應(yīng)對(duì)應(yīng)的相對(duì)生物效應(yīng)（RBE）對(duì)劑量計(jì)權(quán)，即計(jì)算：RBED 。這里，RBE不僅依賴輻射的類型和能量，而且與照射當(dāng)時(shí)劑量的分布有關(guān)。 第62頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11

34、點(diǎn)21分，星期三4、待積量器官、組織的待積當(dāng)量劑量 是，單次攝入放射性核素后， 時(shí)間內(nèi),器官、組織 當(dāng)量劑量的累計(jì)值 ：其中， 是，t0時(shí)刻攝入放射性核素，在此后的t時(shí)刻，對(duì)器官、組織T所致的當(dāng)量劑量率；劑量的累計(jì)時(shí)間取: 成人50 年 、兒童 70 年。第63頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三待積有效劑量E()是，經(jīng)組織權(quán)重因子wT計(jì)權(quán)修正后，受照人體相關(guān)器官、組織的待積當(dāng)量劑量值的總和 : 內(nèi)照射情況下，人體蒙受的隨機(jī)性健康危害的程度，與待積有效劑量成正比。待積量的單位，依然是Sv。第64頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三二、集體量和人均量

35、輻射實(shí)踐系指，使人類受照水平、受照可能性或受照人數(shù)額外增加的社會(huì)活動(dòng)；例如：核武器制造、原子能發(fā)電、放射性同位素的生產(chǎn)和應(yīng)用，等等。放射防護(hù)的任務(wù)，不僅在于保護(hù)個(gè)人，還要減少、優(yōu)化輻射實(shí)踐涉及的職業(yè)人員、公眾成員受到的照射；力求從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)角度言，使：放射防護(hù)的收益，與為之付出的代價(jià)恰如其分，正好相抵，成為最佳組合，即所謂：“防護(hù)的最優(yōu)化”。為評(píng)估特定輻射實(shí)踐對(duì)受照群體造成的影響，便于放射防護(hù)的代價(jià)-利益分析，作為放射防護(hù)最優(yōu)化的工具，放射防護(hù)領(lǐng)域引用了“集體量”。輻射實(shí)踐防護(hù)最優(yōu)化集體量第65頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三對(duì)于同一輻射實(shí)踐，由于所處地理位置不同、生

36、活習(xí)慣差異，受照群體中，不同個(gè)體未必都會(huì)受到相同水平的照射。例如，特定t時(shí)間內(nèi)，受照群體中，有效劑量介于E至E+dE的個(gè)體人數(shù)是dN/dE，則相關(guān)時(shí)間內(nèi)群體的集體有效劑量SE(E1，E2，t)定義為：其中，E1，E2是集體劑量累加的劑量范圍。需注意，計(jì)算中，劑量累加的下限E1，不得低于10Sv/a。 第66頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三 t時(shí)間內(nèi)，有效劑量處于劑量段的人數(shù)為：不難看出，集體劑量，其實(shí)是，受照群體中，以人數(shù)計(jì)權(quán)后，個(gè)體劑量的總和。集體劑量的單位是：manSv（人希）。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，給出集體劑量數(shù)值時(shí)，必須同時(shí)說(shuō)明：相關(guān)的輻射實(shí)踐 、涉及的時(shí)間范圍t和該時(shí)間

37、范圍內(nèi)群體的人數(shù)N。 第67頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三因?yàn)樾∪巳捍髣┝?、大人群小劑量，可能對(duì)應(yīng)相同的集體劑量值，所以，為有效識(shí)別、保護(hù)受到高水平照射的亞群，給出集體量的同時(shí)，還宜給出：各個(gè)劑量、時(shí)間、年齡、地域段甚至每個(gè)性別的人均劑量。例如，t時(shí)間內(nèi)，有效劑量處于E1E2劑量段的人均有效劑量 為 ： 第68頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3.3.2 外照射監(jiān)測(cè)實(shí)用量:一、基本概念二、實(shí)用量第69頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三一、基本概念1、輻射測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)：輻射測(cè)量設(shè)備的響應(yīng)是指，設(shè)備對(duì)“待測(cè)量”的 讀數(shù)

38、，與“待測(cè)量”真值的比值。輻射測(cè)量設(shè)備的能量響應(yīng)則是，其響應(yīng)隨入射輻射能量變化的趨勢(shì)。如果該變化是常量，則稱設(shè)備的能量響應(yīng)是均勻的，否則是非均勻的。 能量響應(yīng)的均勻性是輻射測(cè)量設(shè)備性能優(yōu)劣程度的重要標(biāo)志。 第70頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三輻射監(jiān)測(cè)儀的方向響應(yīng)是指輻射測(cè)量設(shè)備響應(yīng)隨輻射入射方向變化的趨勢(shì)。如果該變化是常量，則稱設(shè)備的方向響應(yīng)是各向同性的，否則是各向異性的。 若隨輻射入射方向變化，監(jiān)測(cè)儀的方向響應(yīng)與軟組織吸收劑量具有雷同的變化趨勢(shì)，則稱設(shè)備的方向響應(yīng)與軟組織劑量是等方向的。對(duì)設(shè)備方向響應(yīng)的要求，將隨“待測(cè)量” 種類的變更而改變。 第71頁(yè)，共87頁(yè)，

39、2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三特定照射條件下，照射的控制，常有一個(gè)主的要制約因素，例如：人體受到能量低于20 keV 光子的全身照射時(shí)，只要皮膚當(dāng)量劑量低于劑量限值，則有效劑量也將遵從相應(yīng)的限值。若特定照射條件下，皮膚 、眼晶體當(dāng)量劑量占相應(yīng)限值的份額為 f 皮膚 或 眼晶體 ，有效劑占有效劑量限值的份額為 f 有效 。則當(dāng) f皮膚 或 眼晶體 f有效 時(shí), 稱入射輻射為：“弱貫穿輻射”；當(dāng) f皮膚 或 眼晶體 f有效 時(shí)，稱入射輻射為：“強(qiáng)貫穿輻射”。2、強(qiáng)貫穿輻射和弱貫穿輻射第72頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三強(qiáng) 、弱貫穿輻射的界定，不是絕對(duì)的，會(huì)

40、因照射條件的變化而改變。能量低于20 keV 的光子、能量低于 2 MeV 的電子或 輻射，通常便視為: 弱貫穿輻射；中子，則總視為: 強(qiáng)貫穿輻射。第73頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三3、品質(zhì)因子和劑量當(dāng)量輻射的品質(zhì)因子Q是：依據(jù)授予物質(zhì)能量的帶電粒子的生物學(xué)效能 RBE ，對(duì)特定位置上軟組織吸收劑量施加修正的一個(gè)權(quán)重。第74頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三按ICRP(1990)建議，品質(zhì)因子Q與帶電粒子在水中的傳能線密度 L( keV / m )，有下列數(shù)值依賴關(guān)系：Q(L)=1(當(dāng)L10)0.32L-2.2(當(dāng)10L 100)300L-

41、0.5(當(dāng)L 100)第75頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三組織中所關(guān)注一點(diǎn) r 處的 劑量當(dāng)量H(r)是同一點(diǎn)處軟組織吸收劑量D(r)與該點(diǎn)處輻射品質(zhì)因子的Q(r)乘積: 即：劑量當(dāng)量H(r)是: 經(jīng)同一點(diǎn)處輻射品質(zhì)因子Q(r)計(jì)權(quán)修正后，受照軟組織的吸收劑量。劑量當(dāng)量的SI單位是：J/kg，專門名稱亦為：Sv。注意：常規(guī)的放射防護(hù)場(chǎng)合，切不用于已造成大劑量急性照射的事故情況。第76頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三4、擴(kuò)展場(chǎng)和齊向擴(kuò)展場(chǎng)擴(kuò)展場(chǎng)和齊向擴(kuò)展場(chǎng)是，為定義場(chǎng)所輻射監(jiān)測(cè)的實(shí)用量，而引入的兩個(gè)虛擬輻射場(chǎng)。若某一空間體積V內(nèi)，每一點(diǎn)上的粒

42、子注量的譜、角分布,與所關(guān)注的輻射場(chǎng)r點(diǎn)處的粒子注量的譜、角分布均相同,即：,E (體積V中的每一點(diǎn))= ,E（r）， 則稱空間體積 內(nèi)存在的輻射場(chǎng)為與上述 點(diǎn)相應(yīng) 的 擴(kuò)展場(chǎng)。若與r點(diǎn)相應(yīng)的擴(kuò)展場(chǎng)內(nèi)，粒子都是朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的，則稱空間體積V內(nèi)存在的輻射場(chǎng)為與r點(diǎn)相應(yīng)的齊向擴(kuò)展場(chǎng)。 第77頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三5、體模與ICRU球體模是模擬人體對(duì)入射輻射散射、吸收特性的一類物體 。ICRU球是：由軟組織等效物質(zhì)構(gòu)成的直徑為30 cm 的一個(gè)球體，系模擬人體軀干的一種體模。因?yàn)樗怯蓢?guó)際輻射單位與測(cè)量委員會(huì)最先提出的，故放射防護(hù)領(lǐng)域稱之為“ICRU球”。ICRU球軟組織等效物質(zhì)的元素質(zhì)量百分比分別是：氫10.1 、碳11.1 、氮2.6 、氧76.2 。第78頁(yè)，共87頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)21分，星期三第79頁(yè)，共87頁(yè)