輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)課件

第3章輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院輻射防護教研室陳大偉第3章輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)吉林大學(xué)1本章主要內(nèi)容劑量學(xué)的基本概念電離輻射場描述相互作用系數(shù)基本劑量學(xué)量放射防護量檢測實用量本章主要內(nèi)容劑量學(xué)的基本概念23.1電離輻射和電離輻射場３.１.１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3.1電離輻射和電離輻射場３.１.１電離輻射的基本概念：3一．電離輻射和非電離輻射激發(fā)過程一．電離輻射和非電離輻射激發(fā)過程4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、無線電波、紫外線和可見光帶電粒子（α、β、電子和質(zhì)子等）不帶電粒子（X、γ和中子等）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5電離輻射（1）電離（ionization）：指從一個原子、分子或其它束縛態(tài)中釋放一個或多個電子的過程。（2）電離輻射（ionizingradiation）：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）電離過程：主要是由具有一定動能的帶電粒子與原子中的電子碰撞引起的。一般從一個原子中釋放出一個價電子所需要的能量在4—25ev，當(dāng)電子、質(zhì)子等帶電粒子的動能大于該值時，可將其稱作電離輻射。（4）非電離輻射（non--ionizingradiation）粒子動能小于該值（４－２５ev）光子：非帶電粒子、能量大于１０ev為電離輻射能量小于１０ev為非電離輻射電離輻射（1）電離（ionization）：指從一個原子、分6（5）直接電離輻射（directlyionizingradiation）具有一定能量的帶電粒子穿過物質(zhì)時，通過庫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（indirectlyionizingradiation）光子、中子、x射線等不帶電粒子穿過介質(zhì)時，首先將能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子，隨后這些帶電粒子（次級）再沉積能量和引起電離?；虼渭夁^程引起電離的不帶電粒子稱作間接電離輻射。（5）直接電離輻射（directlyionizing7輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)課件8二．輻射效應(yīng)和輻射劑量輻射效應(yīng)：電離輻射通過電離、激發(fā)過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)二．輻射效應(yīng)和輻射劑量輻射效應(yīng)：電離輻射通過電離、激發(fā)過程將9射線與物質(zhì)的相互作用。。。。。。。。。。。。αβγn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程射線與物質(zhì)的相互作用。。。。。。αβγ物質(zhì)：氣體液體固10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)和進行劑量測量的物理基礎(chǔ)。相互作用——能量和運動方向改變描述輻射與物質(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)11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)測電離輻射導(dǎo)致受照物質(zhì)發(fā)生真實效應(yīng)或潛在影響程度。需注意的是，某一個輻射劑量數(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)，同時也依賴于照射條件(時間、方式和途徑)。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12

輻 射 劑 量 與 效 應(yīng)

133.1.2電離輻射場及其表達一、輻射場的定義和相關(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、完整描述輻射場的基本量度3.1.2電離輻射場及其表達一、輻射場的定義和相關(guān)要素14一、輻射場的定義和相關(guān)要素電離輻射場就是電離輻射在其中通過、傳播乃至經(jīng)由相互作用傳遞輻射能量的整個空間范圍。從廣義上講，輻射場涉及的范圍是無限的。在狹義上，我們通常關(guān)心的某輻射場常常是具體的和有限的。一、輻射場的定義和相關(guān)要素電離輻射場就是電離輻射在其中通過、15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，使電子進一步產(chǎn)生電離和激發(fā)，形成分之徑跡。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)生單個的電離16輻射場性質(zhì)的內(nèi)涵包括：1、輻射場的類型（α輻射場，β輻射場，γ輻射場、中子輻射場和混合輻射場等）；2、粒子的能量（單能輻射場、具有能量分布的輻射場）；3、粒子的運動方向（單向輻射場、多向輻射場）。簡單來說就是位置、時間、方向、類型和能量等五個要素。輻射場性質(zhì)的內(nèi)涵包括：17輻射場的描述

?電離輻射居留的空間稱為電離輻射場。常用以下量來

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，是表征輻射場疏密程度的物理量n=dN/dV單位是m-3輻射場中每一個粒子都具有一定的能量，將所有粒子能量（不包括靜止能量）求和，即得輻射能輻射場的描述

?電離輻射居留的空間稱為電離輻射場。常用以下18二、粒子注量（率）和能量注量（率）粒子注量：T時間內(nèi)，進入以r點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時間內(nèi)，進入以r點為球心的單位截面積小球的輻射能，J?m-2能量注量率：二、粒子注量（率）和能量注量（率）粒子注量：T時間內(nèi)，進入191.截面da必須垂直每個入射方向，定義中采用小球體，使得來自各個入射方向的粒子都滿足這個要求。2.粒子注量的單位：m-2粒子注量說明粒子注量是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)的粒子數(shù)。這里所謂的“入射到”或稱進入，強調(diào)只穿過一次，并只考慮進入，不考慮流出。1.截面da必須垂直每個入射方向，定義中采用小球體，使得來自20三、粒子輻射度和能量輻射度粒子輻射度：單位:m-2?s-1?sr-1

能量輻射度：單位：J?m-2?s-1?sr-1三、粒子輻射度和能量輻射度粒子輻射度：21四、完整描述輻射場的基本量度意指t時刻單位時間內(nèi)，沿某方向單位立體角入射到輻射場r點的，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，成為描述輻射場性質(zhì)的基本量度。四、完整描述輻射場的基本量度22小結(jié)描述輻射場性質(zhì)的概念總結(jié)如下：小結(jié)描述輻射場性質(zhì)的概念總結(jié)如下：233.2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)3.2基本劑量學(xué)量3.2.1相互作用系數(shù)：242、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2、帶電粒子與物質(zhì)相互作用（1）電子與原子的彈性碰撞25一、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J?m-1

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26質(zhì)量阻止本領(lǐng)：Scol/ρ=（dE/ρdl）colSrad/ρ=（dE/ρdl）radρdl稱為質(zhì)量厚度，表示在物質(zhì)中穿行單位長度時遭遇到的質(zhì)量，kg?m2。碰撞過程和輻射過程共同損失的總能量為：S=Scol+SradS稱為總阻止本領(lǐng)，單位J?m-1，相應(yīng)的有總質(zhì)量阻止本領(lǐng)，單位kg?m2。質(zhì)量阻止本領(lǐng)：Scol/ρ=（dE/ρdl）col27光子與物質(zhì)相互作用光子穿過物質(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)和電子對產(chǎn)生效應(yīng)。當(dāng)其能量超過核反應(yīng)閾能時，還發(fā)生光核反應(yīng)。對輻射劑量學(xué)而言，重要的作用類型是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對產(chǎn)生效應(yīng)。另外，從輻射防護（例如高能X射線治療中的防護）角度，光核反應(yīng)產(chǎn)生的中子也已引起人們的注意。光子與物質(zhì)相互作用光子穿過物質(zhì):28（1）光電效應(yīng)（photoelectriceffect）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，這一過程稱作光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的主要特征如下：①被擊出電子的動能E＝hV–EB，hv為γ射光子能量，EB為電子束縛能（原子的反沖能≈0）；②hv＜EB時，發(fā)生相互作用的概率（截面）為零；hv=EB時，作用概率最大，呈現(xiàn)出峰值吸收；hV》EB時，作用概率減小。③光電效應(yīng)總伴有特征X射線（或俄歇電子）④對給定的光子能量，相互作用概率（截面）正比于Z4，Z為原子序數(shù)；對給定的Z，作用概率反比于E3，E為光子能量。⑤關(guān)于光電子的角分布，理論計算表明，對低能光子（20-30keV）靠近垂直于光子束入射方向占優(yōu)勢，隨著能量增加，分布趨向于光子束入射方向。（1）光電效應(yīng)（photoelectriceffect）29(2)康普頓效應(yīng)

（comptonscattering/effect）康普頓效應(yīng)可以認為是光子與自由電子（外層電子的EB遠小于光子能量）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。(2)康普頓效應(yīng)

（comptonscattering30

康普頓效應(yīng)的主要特性如下：①當(dāng)散射光子的散射角為180°時，反散射光子能量最小，康普頓電子能量最大。②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，康普頓電子能量最大（此時散射角為180°），在康普頓電子的發(fā)射角為90°時，康普頓電子能量最?。ù藭r散射角為0°）③當(dāng)光子能量》EB時，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢，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，在較高能量近似地反比于光子的能量。④理論計算表明，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。康普頓效應(yīng)的主要特性如下：31（3）電子對產(chǎn)生

（electronspairproduction）當(dāng)光子能量大于正、負電子二者靜止質(zhì)量之和時（即2m0C2＝1.022MeV）時，在原子核庫侖場的作用下，發(fā)生電子對產(chǎn)生效應(yīng)。在此過程中，光子被完全吸收，產(chǎn)生正、負電子對。它們的動能之和等于光子能量與1.022MeV之差。電子對產(chǎn)生效應(yīng)的主要特性如下，（3）電子對產(chǎn)生

（electronspairpr32①量子力學(xué)計算表明，電子對產(chǎn)生效應(yīng)僅發(fā)生在原子核附近，不是在核內(nèi)。②正電子發(fā)射的角度不能唯一確定負電子的發(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③電子對產(chǎn)生過程中，正電子在其射程末端（靜止時）遇到介質(zhì)中的一個處在靜止?fàn)顟B(tài)的負電子時，發(fā)生湮沒輻射，發(fā)射兩個光子。④對給定光子能量，電于對產(chǎn)生的概率（截面）正比Z2；對給定的Z，正比于光子的能量。①量子力學(xué)計算表明，電子對產(chǎn)生效應(yīng)僅發(fā)生在原子核附近，不是33⑷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（γ，n）和（γ，P），其中n和P分別為中子和質(zhì)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。但在機房防護設(shè)計時，如果加速器X射線的能量大于l0MeV，則需要考虜（γ，n）反應(yīng)中產(chǎn)生的中子的防護。這是因為一方面中子比光子更容易從迷道中逸出，另一方面，反應(yīng)產(chǎn)物核素具有短壽命的放射性衰變。⑷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34二、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)電子對生成二、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35衰減系數(shù)若忽略空氣對射線的散射和吸收，則穿過厚度為d的物質(zhì)層后，窄束X、γ射線的衰減，符合簡單的指數(shù)衰減規(guī)律：式中，μ是入射X、γ射線光子的線衰減系數(shù)，單位：m-1，表示：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位長度路程時，其光子注量減少的份額：衰減系數(shù)若忽略空氣對射線的散射和吸收，則穿過厚度為d的物質(zhì)層36線衰減系數(shù)與光子的原子截面有以下關(guān)系：括號內(nèi)三項分別為光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(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、γ射線在物質(zhì)中貫穿單位質(zhì)量厚度物質(zhì)時，其光子注量減少的份額。線衰減系數(shù)與光子的原子截面有以下關(guān)系：37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：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位路程或質(zhì)量厚度時，光子能量向次級電子轉(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：能量轉(zhuǎn)移系數(shù)線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（m-1）：38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為次級電子慢化過程中，其能量輻射損失的份額。線能量吸收系數(shù)μen、質(zhì)量能量吸收系數(shù)μen/ρ的劑量學(xué)含意是：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位路程時，光子能量向次級電子轉(zhuǎn)移，且通過次級電子的電離、激發(fā)過程被物質(zhì)吸收的份額。能量吸收系數(shù)能量吸收系數(shù)（m-1）：39/tr/en/區(qū)別和聯(lián)系/：反映入射的射線與物質(zhì)相互作用的總幾率。tr/：這些過程中光子能量轉(zhuǎn)移給次級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)移給次級帶電粒子，又有多大比例真正被物質(zhì)吸收了。/tr/en/區(qū)別和聯(lián)系/：反映入射的403.2.2基本劑量學(xué)量一、吸收劑量

二、比釋動能三、輻射平衡

3.2.2基本劑量學(xué)量一、吸收劑量41一、吸收劑量和吸收劑量率1、吸收劑量（absorbeddose）D的定義：是T時間內(nèi)，電離輻射授予r點處質(zhì)量為的物質(zhì)的平均輻射能量。

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：J·kg-1專名戈瑞（Gy）過去常用單位：拉德（rad）1Gy=100rad2、吸收劑量率（absorbeddoserate）D（t）＝dD/dt單位：Gy/s或rad/s一、吸收劑量和吸收劑量率1、吸收劑量（absorbeddo42二、比釋動能定義：

dEtr（T，r）是T時間內(nèi)，輻射場r點處，不帶電粒子在質(zhì)量為的物質(zhì)中，因相互作用過程釋出的所有帶電粒子初始動能的總和。簡言之，比釋動能就是不帶電粒子在單位質(zhì)量物質(zhì)中，向次級帶電粒子轉(zhuǎn)移的能量。SI單位：J·kg-1專名戈瑞gray符號Gy過去沿用的專用單位：拉德（rad）或（rd）1rad=10-2Gy.二、比釋動能定義：43出于實際需要，依次級電子的能量歸宿，光子的比釋動能K(T,r)分為兩個組分：碰撞比釋動能Kc（T,γ）和輻射比釋動能Kγ（T,γ）：若次級電子能量輻射損失的平均份額為，則：光子的碰撞比釋動能是單位質(zhì)量物質(zhì)中，光子釋出的所有次級電子的初始動能，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，比釋動能、碰撞比釋動能、乃至輻射比釋動能，只用于不帶電的電離輻射（中子和光子）。出于實際需要，依次級電子的能量歸宿，光子的比釋動能K(T,r44三、輻射平衡定義：若由每一種給定能量、特定類型的電離粒子從輻射場某點一個無限小體積內(nèi)帶走輻射能的期望值（），與相同能量、同類粒子帶進該體積的輻射能的期望值（）正好相等，則稱：輻射場這一點存在了“輻射平衡”（RE）。簡言之，輻射平衡下，進入輻射場某點一個無限小體積的輻射能，正好補償離開該體積的輻射能：三、輻射平衡定義：若由每一種給定能量、特定類型的電離粒子從輻451、“完全輻射平衡”所謂“完全輻射平衡”，就是：每一種輻射成分，帶進輻射場某點一個無限小體積的輻射能，能夠充分補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α、β放射性核素，那么，相關(guān)器官、組織內(nèi)，將會有相當(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α、β粒子的最大射程。1、“完全輻射平衡”所謂“完全輻射平衡”，就是：每一種輻射462、帶電粒子平衡CPE

（chargedparticleequilibrium）帶電粒子平衡示意圖pBAd△v

均勻場均勻介質(zhì)

2、帶電粒子平衡CPE

（chargedparticle47CPE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)的碰撞比釋動能Kc(T,r)，數(shù)值相等。r點處的吸收劑量值，可按下列方式取得：或者K(T,r)是總的比釋動能；Ψ(T,r)是入射不帶電粒子的能量注量；則是物質(zhì)對不帶電粒子質(zhì)量能量吸收系數(shù)的平均值。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)48照射量和照射量率（1）、照射量定義：X＝dQ/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，在空氣中所產(chǎn)生的一種符號的離子總電荷的絕對值。（并不包括dm體積內(nèi)由于軔致輻射而引起的電離電荷）P．X或rdm

圖2X或γ在空氣中的電離過程。o.照射量和照射量率（1）、照射量定義：X＝dQ/dmP．Xdm49（2）、定義說明：1，2，3（3）、SI單位：c·kg-1無專名

照射量曾用單位：倫琴，符號R1R=2.58×10-4

c·kg-1

（4）、照射量率定義：單位時間內(nèi)的照射量增量。X＝dx/dt單位SI制，ckg-1s-1曾用過的單位R·S-1（2）、定義說明：1，2，3（3）、SI單位：c·kg-50D、K和X三者之向的關(guān)系1、吸收劑量與比釋動能的關(guān)系：CPE條件下：D=Kc2.吸收劑量和比釋動能隨物質(zhì)深度的變化D或KDKABD、K和X三者之向的關(guān)系1、吸收劑量與比釋動能的關(guān)系：DDK513、吸收劑量D與照射量X的關(guān)系：

D=（W/e）aX=fX在空氣中：D（Gy）=8.73×10-3

X（R）4．照射量X與空氣碰撞比釋動能kca的關(guān)系：

X=Kc·a（W/e）a5.照射量x與能量注量ψ的關(guān)系：

X=ψ·（μen/ρ）（e/W）

6.電離室的能量晌應(yīng)：S（E）=〔（μen/ρ）m/（μen/ρ）a〕E3、吸收劑量D與照射量X的關(guān)系：4．照射量X與空氣碰撞比釋動523.3放射防護量和監(jiān)測實用量3.3.1放射防護量：一、基本放射防護量二、集體量和人均量3.3放射防護量和監(jiān)測實用量3.3.1放射防護量：53一、基本放射防護量1、器官劑量，DT一個器官、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ρ(X,Y,Z)的(X,Y,Z)點處的吸收劑量值。實際工作中，平均吸收劑量，常見寫作DT，單位：Gy。一、基本放射防護量1、器官劑量，DT542、當(dāng)量劑量，HT器官、組織T的當(dāng)量劑量（equivalentdose）HT是，以各自輻射權(quán)重因子wR修正后，相關(guān)輻射對特定器官、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，是：依據(jù)第R種輻射的生物學(xué)效能，對器官、組織的平均劑量DT,R施加修正的一個因子。2、當(dāng)量劑量，HT55表3.1ICRP最新的輻射權(quán)重因子數(shù)值輻射類型wR光子1電子，μ子1質(zhì)子，帶電的π介子2α粒子、裂變碎片、重原子核

20中子En＜1MeV2.5+18.2×exp{-[ln(En)]2/6}1MeV≤En≤50MeV5.0+17.0×exp{-[ln(2En)]2/6}En＞50MeV2.5+3.25×exp{-[ln(0.04En)]2/6}表3.1ICRP最新的輻射權(quán)重因子數(shù)值輻射類型wR光子1電56例如：肺受α射線照射的吸收劑量為：D肺，α=1mGy=1mJ/kg，以α射線輻射權(quán)重因子修正后的肺劑量為：H肺=wαD肺，α=20×1mJ/kg=20mJ/kg原來，肺的α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wα計權(quán)修正后，已不再是α射線的吸收劑量，其含意是：為與1mJ/kgα射線吸收劑量，對肺組織造成的影響程度大致相仿，X、γ射線的吸收劑量，需要20mGy。正是這個緣故，為與吸收劑量相區(qū)別，特別，對當(dāng)量劑量HT的SI導(dǎo)出單位“J/kg”，賦于另一個專門名稱：希沃特（sievert）,國際代號：Sv（希）。例如：肺受α射線照射的吸收劑量為：57當(dāng)量劑量HT的實質(zhì)就是：為與特定輻射對器官T造成的輻射影響程度相仿，低LET輻射需要的吸收劑量。放射防護評價中，當(dāng)量劑量HT的意義在于：對于特定器官T，無論對它造成照射的是何種輻射,只要當(dāng)量劑量HT值相同，該器官蒙受隨機性效應(yīng)的影響程度大致相仿。當(dāng)量劑量HT的實質(zhì)就是：為與特定輻射對器官T造成的輻射影響程583、有效劑量，E有效劑量E是，以各自組織權(quán)重因子（tissueweightingfactor）wT計權(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、組織隨機性效應(yīng)的輻射敏感性，對器官當(dāng)量劑量施加修正的一個因子。wT的實質(zhì)是：全身各器官均勻受到相同當(dāng)量劑量照射時，個人蒙受的隨機性健康危害中，T器官所占的份額。3、有效劑量，E59表3.2ICRP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合計肺、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表3.2ICRP最新的組織權(quán)重因子值器官、組織涉及的器官60放射防護評價中，有效劑量E的意義在于：放射防護關(guān)注的低劑量率、小劑量范圍內(nèi)，無論哪種照射情況（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，人體蒙受的隨機性健康危害，程度大致相仿。包括有效劑量在內(nèi)，放射防護量，都無法直接測量，只能根據(jù)外照射的輻射場量、內(nèi)照射的放射性核素攝入量進行計算，或者通過其它可以測量的那些量來加以估計。放射防護評價中，有效劑量E的意義在于：放射防護關(guān)注的低劑量率61為規(guī)范有效劑量計算，ICRP規(guī)定了劑量計算的參考人數(shù)學(xué)模型，提出了具體計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，評估效應(yīng)程度、計劃必要行動。此時，必須估計：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)對應(yīng)的相對生物效應(yīng)（RBE）對劑量計權(quán)，即計算：RBE·D

。這里，RBE不僅依賴輻射的類型和能量，而且與照射當(dāng)時劑量的分布有關(guān)。為規(guī)范有效劑量計算，ICRP規(guī)定了劑量計算的參考人數(shù)學(xué)模型，624、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，時間內(nèi),器官、組織當(dāng)量劑量的累計值：其中，是，t0時刻攝入放射性核素，在此后的t時刻，對器官、組織T所致的當(dāng)量劑量率；劑量的累計時間τ取:成人50年、兒童70年。4、待積量63待積有效劑量E(τ)是，經(jīng)組織權(quán)重因子wT計權(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。待積有效劑量E(τ)是，經(jīng)組織權(quán)重因子wT計權(quán)修正后，受照人64二、集體量和人均量輻射實踐系指，使人類受照水平、受照可能性或受照人數(shù)額外增加的社會活動；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。放射防護的任務(wù)，不僅在于保護個人，還要減少、優(yōu)化輻射實踐涉及的職業(yè)人員、公眾成員受到的照射；力求從社會、經(jīng)濟角度言，使：放射防護的收益，與為之付出的代價恰如其分，正好相抵，成為最佳組合，即所謂：“防護的最優(yōu)化”。為評估特定輻射實踐對受照群體造成的影響，便于放射防護的代價-利益分析，作為放射防護最優(yōu)化的工具，放射防護領(lǐng)域引用了“集體量”。輻射實踐防護最優(yōu)化集體量二、集體量和人均量輻射實踐系指，使人類受照水平、受照可能性65對于同一輻射實踐，由于所處地理位置不同、生活習(xí)慣差異，受照群體中，不同個體未必都會受到相同水平的照射。例如，特定Δt時間內(nèi)，受照群體中，有效劑量介于E至E+dE的個體人數(shù)是dN/dE，則相關(guān)時間內(nèi)群體的集體有效劑量SE(E1，E2，Δt)定義為：其中，E1，E2是集體劑量累加的劑量范圍。需注意，計算中，劑量累加的下限E1，不得低于10μSv/a。對于同一輻射實踐，由于所處地理位置不同、生活習(xí)慣差異，受照群66Δt時間內(nèi)，有效劑量處于劑量段的人數(shù)為：不難看出，集體劑量，其實是，受照群體中，以人數(shù)計權(quán)后，個體劑量的總和。集體劑量的單位是：man·Sv（人希）。應(yīng)該強調(diào)，給出集體劑量數(shù)值時，必須同時說明：相關(guān)的輻射實踐、涉及的時間范圍Δt和該時間范圍內(nèi)群體的人數(shù)N。Δt時間內(nèi)，有效劑量處于劑量段的人數(shù)為：67因為小人群大劑量、大人群小劑量，可能對應(yīng)相同的集體劑量值，所以，為有效識別、保護受到高水平照射的亞群，給出集體量的同時，還宜給出：各個劑量、時間、年齡、地域段甚至每個性別的人均劑量。例如，Δt時間內(nèi)，有效劑量處于E1~E2劑量段的人均有效劑量為：因為小人群大劑量、大人群小劑量，可能對應(yīng)相同的集體劑量值，683.3.2外照射監(jiān)測實用量:一、基本概念二、實用量3.3.2外照射監(jiān)測實用量:69一、基本概念1、輻射測量設(shè)備的響應(yīng)：輻射測量設(shè)備的響應(yīng)是指，設(shè)備對“待測量”的讀數(shù)，與“待測量”真值的比值。輻射測量設(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。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)的均勻性是輻射測量設(shè)備性能優(yōu)劣程度的重要標(biāo)志。一、基本概念1、輻射測量設(shè)備的響應(yīng)：70輻射監(jiān)測儀的方向響應(yīng)是指輻射測量設(shè)備響應(yīng)隨輻射入射方向變化的趨勢。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)測儀的方向響應(yīng)與軟組織吸收劑量具有雷同的變化趨勢，則稱設(shè)備的方向響應(yīng)與軟組織劑量是等方向的。對設(shè)備方向響應(yīng)的要求，將隨“待測量”種類的變更而改變。輻射監(jiān)測儀的方向響應(yīng)是指輻射測量設(shè)備響應(yīng)隨輻射入射方向變化的71特定照射條件下，照射的控制，常有一個主的要制約因素，例如：人體受到能量低于20keV光子的全身照射時，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,稱入射輻射為：“弱貫穿輻射”；當(dāng)f皮膚或眼晶體<f有效時，稱入射輻射為：“強貫穿輻射”。2、強貫穿輻射和弱貫穿輻射特定照射條件下，照射的控制，常有一個主的要制約因素，例如：人72強、弱貫穿輻射的界定，不是絕對的，會因照射條件的變化而改變。能量低于20keV的光子、能量低于2MeV的電子或β輻射，通常便視為:弱貫穿輻射；中子，則總視為:強貫穿輻射。強、弱貫穿輻射的界定，不是絕對的，會因照射條件的變化而改變733、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，對特定位置上軟組織吸收劑量施加修正的一個權(quán)重。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74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/μm)，有下列數(shù)值依賴關(guān)系：Q(L)=1(當(dāng)L≤10)0.32·L-2.2(當(dāng)10＜L＜100)300·L-0.5≥(當(dāng)L≥100)按ICRP(1990)建議，品質(zhì)因子Q與帶電粒子在水中的傳能75組織中所關(guān)注一點r處的劑量當(dāng)量H(r)是同一點處軟組織吸收劑量D(r)與該點處輻射品質(zhì)因子的Q(r)乘積:

即：劑量當(dāng)量H(r)是:經(jīng)同一點處輻射品質(zhì)因子Q(r)計權(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)的放射防護場合，切不用于已造成大劑量急性照射的事故情況。組織中所關(guān)注一點r處的劑量當(dāng)量H(r)是同一點處軟組織764、擴展場和齊向擴展場擴展場和齊向擴展場是，為定義場所輻射監(jiān)測的實用量，而引入的兩個虛擬輻射場。若某一空間體積V內(nèi)，每一點上的粒子注量的譜、角分布,與所關(guān)注的輻射場r點處的粒子注量的譜、角分布均相同,即：ΦΩ,E(體積V中的每一點)=ΦΩ,E（r），則稱空間體積內(nèi)存在的輻射場為與上述點相應(yīng)的擴展場。若與r點相應(yīng)的擴展場內(nèi)，粒子都是朝一個方向運動的，則稱空間體積V內(nèi)存在的輻射場為與r點相應(yīng)的齊向擴展場。4、擴展場和齊向擴展場擴展場和齊向擴展場是，為定義場所輻射監(jiān)775、體模與ICRU球體模是模擬人體對入射輻射散射、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30cm的一個球體，系模擬人體軀干的一種體模。因為它是由國際輻射單位與測量委員會最先提出的，故放射防護領(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。5、體模與ICRU球體模是模擬人體對入射輻射散射、吸收特性的78輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)課件79二、實用量1．周圍劑量當(dāng)量

輻射場r點處的周圍劑量當(dāng)量H*(d)是與r點實際輻射場相應(yīng)的齊向擴展場在ICRU球中，對著齊向場方向的半徑上，深度d處的劑量當(dāng)量。周圍劑量當(dāng)量H*(d)的單位，亦取Sv。通常，周圍劑量當(dāng)量H*(d)用于強貫穿輻射的監(jiān)測；關(guān)心的深度d取10mm，此時，周圍劑量當(dāng)量便記作H*(10)。儀器測得的周圍劑量當(dāng)量H*(10)，?？勺鳛閮x器所在位置上，人體有效劑量的合理估計值。二、實用量1．周圍劑量當(dāng)量80

2．定向劑量當(dāng)量

輻射場r點處的定向劑量當(dāng)量H`(d,Ω)是與r點實際輻射場相應(yīng)的擴展場在ICRU球中，指定Ω方向的半徑上，深度d處的劑量當(dāng)量。定向劑量當(dāng)量H`(d,Ω)的單位，依然取Sv。顯然，用于測量H`(d,Ω)的儀器，應(yīng)具有等方向的方向響應(yīng)，并且應(yīng)該用H`(d,Ω)的數(shù)值對儀器讀數(shù)進行校正。2．定向劑量當(dāng)量輻射場r點處的定向劑量當(dāng)量H`(d,Ω)81通常，定向劑量當(dāng)量H`(d,Ω)用于弱貫穿輻射的監(jiān)測。如若關(guān)注皮膚的照射，取0.07mm，定向劑量當(dāng)量記作H`(0.07,Ω)；若關(guān)注的是眼晶體，則取3mm，定向劑量當(dāng)量記作H`(3,Ω)。對于低能X、γ射線，β射線，電子束，儀器測得的定向劑量當(dāng)量H`(0.07,Ω)或H`(3,Ω)，可作為儀器所在位置上，人體皮膚或眼晶體當(dāng)量劑量的合理估計值。通常，定向劑量當(dāng)量H`(d,Ω)用于弱貫穿輻射的監(jiān)測。如若關(guān)823．個人劑量當(dāng)量

個人劑量當(dāng)量Hp(d)的定義是：人體指定一點下，深度d(mm)處，軟組織的劑量當(dāng)量。個人劑量當(dāng)量Hp(d)的單位仍然取：Sv。可以用一個佩在人體表面適當(dāng)位置的探測器（個人劑量計）測量個人劑量當(dāng)量，如圖。3．個人劑量當(dāng)量個人劑量當(dāng)量Hp(d)的定義是：人體指定一83放射防護評價中Hp(10)可用作有效劑量的估計值；Hp(0.07)則用作局部皮膚當(dāng)量劑量的估計值。罕見情況下，可能用到與d=3mm相應(yīng)的個人劑量當(dāng)量Hp(3)，以此作為眼晶體當(dāng)量劑量的估計值。由于人群中個體差異性較大，入射輻射在各人身體內(nèi)的散射、吸收情況不盡相同。因此，即使個人劑量計佩在相同部位，受到相同情況的照射，個人劑量計的輻射響應(yīng)也會因人而異。就是同一個人，個人劑量計佩在身體的不同部位，其輻射響應(yīng)也有差別；即使人體所處位置不變，佩在同一部位的劑量計，其輻射響應(yīng)也會因個人相對于輻射源的朝向改變而變化。因此，給出個人劑量當(dāng)量數(shù)值時，還應(yīng)說明：個人受照情況及劑量計的佩戴部位。放射防護評價中Hp(10)可用作有效劑量的估計值；Hp(084個人劑量計的刻度，需把它放在合適體模上進行，目前已提出三種體模:平板體模(有機玻璃水箱，模擬人的軀干)，尺寸：30cm×30cm×15cm；柱體模(有機玻璃棒，模擬人的前臂和小腿)，直徑7.3cm，高30cm；棒體模(有機玻璃棒，模擬人的手指),直徑1.9cm，高30cm。個人劑量計的刻度，需把它放在合適體模上進行，目前已提出三種體85個人劑量計個人劑量計86Thankyou!Thank87第3章輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院輻射防護教研室陳大偉第3章輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)吉林大學(xué)88本章主要內(nèi)容劑量學(xué)的基本概念電離輻射場描述相互作用系數(shù)基本劑量學(xué)量放射防護量檢測實用量本章主要內(nèi)容劑量學(xué)的基本概念893.1電離輻射和電離輻射場３.１.１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3.1電離輻射和電離輻射場３.１.１電離輻射的基本概念：90一．電離輻射和非電離輻射激發(fā)過程一．電離輻射和非電離輻射激發(fā)過程91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、無線電波、紫外線和可見光帶電粒子（α、β、電子和質(zhì)子等）不帶電粒子（X、γ和中子等）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92電離輻射（1）電離（ionization）：指從一個原子、分子或其它束縛態(tài)中釋放一個或多個電子的過程。（2）電離輻射（ionizingradiation）：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）電離過程：主要是由具有一定動能的帶電粒子與原子中的電子碰撞引起的。一般從一個原子中釋放出一個價電子所需要的能量在4—25ev，當(dāng)電子、質(zhì)子等帶電粒子的動能大于該值時，可將其稱作電離輻射。（4）非電離輻射（non--ionizingradiation）粒子動能小于該值（４－２５ev）光子：非帶電粒子、能量大于１０ev為電離輻射能量小于１０ev為非電離輻射電離輻射（1）電離（ionization）：指從一個原子、分93（5）直接電離輻射（directlyionizingradiation）具有一定能量的帶電粒子穿過物質(zhì)時，通過庫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（indirectlyionizingradiation）光子、中子、x射線等不帶電粒子穿過介質(zhì)時，首先將能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子，隨后這些帶電粒子（次級）再沉積能量和引起電離。或次級過程引起電離的不帶電粒子稱作間接電離輻射。（5）直接電離輻射（directlyionizing94輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)課件95二．輻射效應(yīng)和輻射劑量輻射效應(yīng)：電離輻射通過電離、激發(fā)過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)二．輻射效應(yīng)和輻射劑量輻射效應(yīng)：電離輻射通過電離、激發(fā)過程將96射線與物質(zhì)的相互作用。。。。。。。。。。。。αβγn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程射線與物質(zhì)的相互作用。。。。。。αβγ物質(zhì)：氣體液體固97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)和進行劑量測量的物理基礎(chǔ)。相互作用——能量和運動方向改變描述輻射與物質(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)98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)測電離輻射導(dǎo)致受照物質(zhì)發(fā)生真實效應(yīng)或潛在影響程度。需注意的是，某一個輻射劑量數(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)，同時也依賴于照射條件(時間、方式和途徑)。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99

輻 射 劑 量 與 效 應(yīng)

1003.1.2電離輻射場及其表達一、輻射場的定義和相關(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、完整描述輻射場的基本量度3.1.2電離輻射場及其表達一、輻射場的定義和相關(guān)要素101一、輻射場的定義和相關(guān)要素電離輻射場就是電離輻射在其中通過、傳播乃至經(jīng)由相互作用傳遞輻射能量的整個空間范圍。從廣義上講，輻射場涉及的范圍是無限的。在狹義上，我們通常關(guān)心的某輻射場常常是具體的和有限的。一、輻射場的定義和相關(guān)要素電離輻射場就是電離輻射在其中通過、102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，使電子進一步產(chǎn)生電離和激發(fā)，形成分之徑跡。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)生單個的電離103輻射場性質(zhì)的內(nèi)涵包括：1、輻射場的類型（α輻射場，β輻射場，γ輻射場、中子輻射場和混合輻射場等）；2、粒子的能量（單能輻射場、具有能量分布的輻射場）；3、粒子的運動方向（單向輻射場、多向輻射場）。簡單來說就是位置、時間、方向、類型和能量等五個要素。輻射場性質(zhì)的內(nèi)涵包括：104輻射場的描述

?電離輻射居留的空間稱為電離輻射場。常用以下量來

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，是表征輻射場疏密程度的物理量n=dN/dV單位是m-3輻射場中每一個粒子都具有一定的能量，將所有粒子能量（不包括靜止能量）求和，即得輻射能輻射場的描述

?電離輻射居留的空間稱為電離輻射場。常用以下105二、粒子注量（率）和能量注量（率）粒子注量：T時間內(nèi)，進入以r點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時間內(nèi)，進入以r點為球心的單位截面積小球的輻射能，J?m-2能量注量率：二、粒子注量（率）和能量注量（率）粒子注量：T時間內(nèi)，進入1061.截面da必須垂直每個入射方向，定義中采用小球體，使得來自各個入射方向的粒子都滿足這個要求。2.粒子注量的單位：m-2粒子注量說明粒子注量是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)的粒子數(shù)。這里所謂的“入射到”或稱進入，強調(diào)只穿過一次，并只考慮進入，不考慮流出。1.截面da必須垂直每個入射方向，定義中采用小球體，使得來自107三、粒子輻射度和能量輻射度粒子輻射度：單位:m-2?s-1?sr-1

能量輻射度：單位：J?m-2?s-1?sr-1三、粒子輻射度和能量輻射度粒子輻射度：108四、完整描述輻射場的基本量度意指t時刻單位時間內(nèi)，沿某方向單位立體角入射到輻射場r點的，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，成為描述輻射場性質(zhì)的基本量度。四、完整描述輻射場的基本量度109小結(jié)描述輻射場性質(zhì)的概念總結(jié)如下：小結(jié)描述輻射場性質(zhì)的概念總結(jié)如下：1103.2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)3.2基本劑量學(xué)量3.2.1相互作用系數(shù)：1112、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2、帶電粒子與物質(zhì)相互作用（1）電子與原子的彈性碰撞112一、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J?m-1

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113質(zhì)量阻止本領(lǐng)：Scol/ρ=（dE/ρdl）colSrad/ρ=（dE/ρdl）radρdl稱為質(zhì)量厚度，表示在物質(zhì)中穿行單位長度時遭遇到的質(zhì)量，kg?m2。碰撞過程和輻射過程共同損失的總能量為：S=Scol+SradS稱為總阻止本領(lǐng)，單位J?m-1，相應(yīng)的有總質(zhì)量阻止本領(lǐng)，單位kg?m2。質(zhì)量阻止本領(lǐng)：Scol/ρ=（dE/ρdl）col114光子與物質(zhì)相互作用光子穿過物質(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)和電子對產(chǎn)生效應(yīng)。當(dāng)其能量超過核反應(yīng)閾能時，還發(fā)生光核反應(yīng)。對輻射劑量學(xué)而言，重要的作用類型是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對產(chǎn)生效應(yīng)。另外，從輻射防護（例如高能X射線治療中的防護）角度，光核反應(yīng)產(chǎn)生的中子也已引起人們的注意。光子與物質(zhì)相互作用光子穿過物質(zhì):115（1）光電效應(yīng)（photoelectriceffect）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，這一過程稱作光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的主要特征如下：①被擊出電子的動能E＝hV–EB，hv為γ射光子能量，EB為電子束縛能（原子的反沖能≈0）；②hv＜EB時，發(fā)生相互作用的概率（截面）為零；hv=EB時，作用概率最大，呈現(xiàn)出峰值吸收；hV》EB時，作用概率減小。③光電效應(yīng)總伴有特征X射線（或俄歇電子）④對給定的光子能量，相互作用概率（截面）正比于Z4，Z為原子序數(shù)；對給定的Z，作用概率反比于E3，E為光子能量。⑤關(guān)于光電子的角分布，理論計算表明，對低能光子（20-30keV）靠近垂直于光子束入射方向占優(yōu)勢，隨著能量增加，分布趨向于光子束入射方向。（1）光電效應(yīng)（photoelectriceffect）116(2)康普頓效應(yīng)

（comptonscattering/effect）康普頓效應(yīng)可以認為是光子與自由電子（外層電子的EB遠小于光子能量）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。(2)康普頓效應(yīng)

（comptonscattering117

康普頓效應(yīng)的主要特性如下：①當(dāng)散射光子的散射角為180°時，反散射光子能量最小，康普頓電子能量最大。②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，康普頓電子能量最大（此時散射角為180°），在康普頓電子的發(fā)射角為90°時，康普頓電子能量最?。ù藭r散射角為0°）③當(dāng)光子能量》EB時，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢，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，在較高能量近似地反比于光子的能量。④理論計算表明，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?？灯疹D效應(yīng)的主要特性如下：118（3）電子對產(chǎn)生

（electronspairproduction）當(dāng)光子能量大于正、負電子二者靜止質(zhì)量之和時（即2m0C2＝1.022MeV）時，在原子核庫侖場的作用下，發(fā)生電子對產(chǎn)生效應(yīng)。在此過程中，光子被完全吸收，產(chǎn)生正、負電子對。它們的動能之和等于光子能量與1.022MeV之差。電子對產(chǎn)生效應(yīng)的主要特性如下，（3）電子對產(chǎn)生

（electronspairpr119①量子力學(xué)計算表明，電子對產(chǎn)生效應(yīng)僅發(fā)生在原子核附近，不是在核內(nèi)。②正電子發(fā)射的角度不能唯一確定負電子的發(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③電子對產(chǎn)生過程中，正電子在其射程末端（靜止時）遇到介質(zhì)中的一個處在靜止?fàn)顟B(tài)的負電子時，發(fā)生湮沒輻射，發(fā)射兩個光子。④對給定光子能量，電于對產(chǎn)生的概率（截面）正比Z2；對給定的Z，正比于光子的能量。①量子力學(xué)計算表明，電子對產(chǎn)生效應(yīng)僅發(fā)生在原子核附近，不是120⑷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（γ，n）和（γ，P），其中n和P分別為中子和質(zhì)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。但在機房防護設(shè)計時，如果加速器X射線的能量大于l0MeV，則需要考虜（γ，n）反應(yīng)中產(chǎn)生的中子的防護。這是因為一方面中子比光子更容易從迷道中逸出，另一方面，反應(yīng)產(chǎn)物核素具有短壽命的放射性衰變。⑷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121二、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)電子對生成二、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122衰減系數(shù)若忽略空氣對射線的散射和吸收，則穿過厚度為d的物質(zhì)層后，窄束X、γ射線的衰減，符合簡單的指數(shù)衰減規(guī)律：式中，μ是入射X、γ射線光子的線衰減系數(shù)，單位：m-1，表示：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位長度路程時，其光子注量減少的份額：衰減系數(shù)若忽略空氣對射線的散射和吸收，則穿過厚度為d的物質(zhì)層123線衰減系數(shù)與光子的原子截面有以下關(guān)系：括號內(nèi)三項分別為光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對產(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、γ射線在物質(zhì)中貫穿單位質(zhì)量厚度物質(zhì)時，其光子注量減少的份額。線衰減系數(shù)與光子的原子截面有以下關(guān)系：124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：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位路程或質(zhì)量厚度時，光子能量向次級電子轉(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：能量轉(zhuǎn)移系數(shù)線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)（m-1）：125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為次級電子慢化過程中，其能量輻射損失的份額。線能量吸收系數(shù)μen、質(zhì)量能量吸收系數(shù)μen/ρ的劑量學(xué)含意是：X、γ射線在物質(zhì)中穿行單位路程時，光子能量向次級電子轉(zhuǎn)移，且通過次級電子的電離、激發(fā)過程被物質(zhì)吸收的份額。能量吸收系數(shù)能量吸收系數(shù)（m-1）：126/tr/en/區(qū)別和聯(lián)系/：反映入射的射線與物質(zhì)相互作用的總幾率。tr/：這些過程中光子能量轉(zhuǎn)移給次級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)移給次級帶電粒子，又有多大比例真正被物質(zhì)吸收了。/tr/en/區(qū)別和聯(lián)系/：反映入射的1273.2.2基本劑量學(xué)量一、吸收劑量

二、比釋動能三、輻射平衡

3.2.2基本劑量學(xué)量一、吸收劑量128一、吸收劑量和吸收劑量率1、吸收劑量（absorbeddose）D的定義：是T時間內(nèi)，電離輻射授予r點處質(zhì)量為的物質(zhì)的平均輻射能量。

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：J·kg-1專名戈瑞（Gy）過去常用單位：拉德（rad）1Gy=100rad2、吸收劑量率（absorbeddoserate）D（t）＝dD/dt單位：Gy/s或rad/s一、吸收劑量和吸收劑量率1、吸收劑量（absorbeddo129二、比釋動能定義：

dEtr（T，r）是T時間內(nèi)，輻射場r點處，不帶電粒子在質(zhì)量為的物質(zhì)中，因相互作用過程釋出的所有帶電粒子初始動能的總和。簡言之，比釋動能就是不帶電粒子在單位質(zhì)量物質(zhì)中，向次級帶電粒子轉(zhuǎn)移的能量。SI單位：J·kg-1專名戈瑞gray符號Gy過去沿用的專用單位：拉德（rad）或（rd）1rad=10-2Gy.二、比釋動能定義：130出于實際需要，依次級電子的能量歸宿，光子的比釋動能K(T,r)分為兩個組分：碰撞比釋動能Kc（T,γ）和輻射比釋動能Kγ（T,γ）：若次級電子能量輻射損失的平均份額為，則：光子的碰撞比釋動能是單位質(zhì)量物質(zhì)中，光子釋出的所有次級電子的初始動能，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，比釋動能、碰撞比釋動能、乃至輻射比釋動能，只用于不帶電的電離輻射（中子和光子）。出于實際需要，依次級電子的能量歸宿，光子的比釋動能K(T,r131三、輻射平衡定義：若由每一種給定能量、特定類型的電離粒子從輻射場某點一個無限小體積內(nèi)帶走輻射能的期望值（），與相同能量、同類粒子帶進該體積的輻射能的期望值（）正好相等，則稱：輻射場這一點存在了“輻射平衡”（RE）。簡言之，輻射平衡下，進入輻射場某點一個無限小體積的輻射能，正好補償離開該體積的輻射能：三、輻射平衡定義：若由每一種給定能量、特定類型的電離粒子從輻1321、“完全輻射平衡”所謂“完全輻射平衡”，就是：每一種輻射成分，帶進輻射場某點一個無限小體積的輻射能，能夠充分補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α、β放射性核素，那么，相關(guān)器官、組織內(nèi)，將會有相當(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α、β粒子的最大射程。1、“完全輻射平衡”所謂“完全輻射平衡”，就是：每一種輻射1332、帶電粒子平衡CPE

（chargedparticleequilibrium）帶電粒子平衡示意圖pBAd△v

均勻場均勻介質(zhì)

2、帶電粒子平衡CPE

（chargedparticle134CPE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)的碰撞比釋動能Kc(T,r)，數(shù)值相等。r點處的吸收劑量值，可按下列方式取得：或者K(T,r)是總的比釋動能；Ψ(T,r)是入射不帶電粒子的能量注量；則是物質(zhì)對不帶電粒子質(zhì)量能量吸收系數(shù)的平均值。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)135照射量和照射量率（1）、照射量定義：X＝dQ/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，在空氣中所產(chǎn)生的一種符號的離子總電荷的絕對值。（并不包括dm體積內(nèi)由于軔致輻射而引起的電離電荷）P．X或rdm

圖2X或γ在空氣中的電離過程。o.照射量和照射量率（1）、照射量定義：X＝dQ/dmP．Xdm136（2）、定義說明：1，2，3（3）、SI單位：c·kg-1無專名

照射量曾用單位：倫琴，符號R1R=2.58×10-4

c·kg-1

（4）、照射量率定義：單位時間內(nèi)的照射量增量。X＝dx/dt單位SI制，ckg-1s-1曾用過的單位R·S-1（2）、定義說明：1，2，3（3）、SI單位：c·kg-137D、K和X三者之向的關(guān)系1、吸收劑量與比釋動能的關(guān)系：CPE條件下：D=Kc2.吸收劑量和比釋動能隨物質(zhì)深度的變化D或KDKABD、K和X三者之向的關(guān)系1、吸收劑量與比釋動能的關(guān)系：DDK1383、吸收劑量D與照射量X的關(guān)系：

D=（W/e）aX=fX在空氣中：D（Gy）=8.73×10-3

X（R）4．照射量X與空氣碰撞比釋動能kca的關(guān)系：

X=Kc·a（W/e）a5.照射量x與能量注量ψ的關(guān)系：

X=ψ·（μen/ρ）（e/W）

6.電離室的能量晌應(yīng)：S（E）=〔（μen/ρ）m/（μen/ρ）a〕E3、吸收劑量D與照射量X的關(guān)系：4．照射量X與空氣碰撞比釋動1393.3放射防護量和監(jiān)測實用量3.3.1放射防護量：一、基本放射防護量二、集體量和人均量3.3放射防護量和監(jiān)測實用量3.3.1放射防護量：140一、基本放射防護量1、器官劑量，DT一個器官、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ρ(X,Y,Z)的(X,Y,Z)點處的吸收劑量值。實際工作中，平均吸收劑量，常見寫作DT，單位：Gy。一、基本放射防護量1、器官劑量，DT1412、當(dāng)量劑量，HT器官、組織T的當(dāng)量劑量（equivalentdose）HT是，以各自輻射權(quán)重因子wR修正后，相關(guān)輻射對特定器官、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，是：依據(jù)第R種輻射的生物學(xué)效能，對器官、組織的平均劑量DT,R施加修正的一個因子。2、當(dāng)量劑量，HT142表3.1ICRP最新的輻射權(quán)重因子數(shù)值輻射類型wR光子1電子，μ子1質(zhì)子，帶電的π介子2α粒子、裂變碎片、重原子核

20中子En＜1MeV2.5+18.2×exp{-[ln(En)]2/6}1MeV≤En≤50MeV5.0+17.0×exp{-[ln(2En)]2/6}En＞50MeV2.5+3.25×exp{-[ln(0.04En)]2/6}表3.1ICRP最新的輻射權(quán)重因子數(shù)值輻射類型wR光子1電143例如：肺受α射線照射的吸收劑量為：D肺，α=1mGy=1mJ/kg，以α射線輻射權(quán)重因子修正后的肺劑量為：H肺=wαD肺，α=20×1mJ/kg=20mJ/kg原來，肺的α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wα計權(quán)修正后，已不再是α射線的吸收劑量，其含意是：為與1mJ/kgα射線吸收劑量，對肺組織造成的影響程度大致相仿，X、γ射線的吸收劑量，需要20mGy。正是這個緣故，為與吸收劑量相區(qū)別，特別，對當(dāng)量劑量HT的SI導(dǎo)出單位“J/kg”，賦于另一個專門名稱：希沃特（sievert）,國際代號：Sv（希）。例如：肺受α射線照射的吸收劑量為：144當(dāng)量劑量HT的實質(zhì)就是：為與特定輻射對器官T造成的輻射影響程度相仿，低LET輻射需要的吸收劑量。放射防護評價中，當(dāng)量劑量HT的意義在于：對于特定器官T，無論對它造成照射的是何種輻射,只要當(dāng)量劑量HT值相同，該器官蒙受隨機性效應(yīng)的影響程度大致相仿。當(dāng)量劑量HT的實質(zhì)就是：為與特定輻射對器官T造成的輻射影響程1453、有效劑量，E有效劑量E是，以各自組織權(quán)重因子（tissueweightingfactor）wT計權(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、組織隨機性效應(yīng)的輻射敏感性，對器官當(dāng)量劑量施加修正的一個因子。wT的實質(zhì)是：全身各器官均勻受到相同當(dāng)量劑量照射時，個人蒙受的隨機性健康危害中，T器官所占的份額。3、有效劑量，E146表3.2ICRP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合計肺、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表3.2ICRP最新的組織權(quán)重因子值器官、組織涉及的器官147放射防護評價中，有效劑量E的意義在于：放射防護關(guān)注的低劑量率、小劑量范圍內(nèi)，無論哪種照射情況（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，人體蒙受的隨機性健康危害，程度大致相仿。包括有效劑量在內(nèi)，放射防護量，都無法直接測量，只能根據(jù)外照射的輻射場量、內(nèi)照射的放射性核素攝入量進行計算，或者通過其它可以測量的那些量來加以估計。放射防護評價中，有效劑量E的意義在于：放射防護關(guān)注的低劑量率148為規(guī)范有效劑量計算，ICRP規(guī)定了劑量計算的參考人數(shù)學(xué)模型，提出了具體計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，評估效應(yīng)程度、計劃必要行動。此時，必須估計：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)對應(yīng)的相對生物效應(yīng)（RBE）對劑量計權(quán)，即計算：RBE·D

。這里，RBE不僅依賴輻射的類型和能量，而且與照射當(dāng)時劑量的分布有關(guān)。為規(guī)范有效劑量計算，ICRP規(guī)定了劑量計算的參考人數(shù)學(xué)模型，1494、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，時間內(nèi),器官、組織當(dāng)量劑量的累計值：其中，是，t0時刻攝入放射性核素，在此后的t時刻，對器官、組織T所致的當(dāng)量劑量率；劑量的累計時間τ取:成人50年、兒童70年。4、待積量150待積有效劑量E(τ)是，經(jīng)組織權(quán)重因子wT計權(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。待積有效劑量E(τ)是，經(jīng)組織權(quán)重因子wT計權(quán)修正后，受照人151二、集體量和人均量輻射實踐系指，使人類受照水平、受照可能性或受照人數(shù)額外增加的社會活動；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