放射防護(hù)輻射測(cè)量方法

放射防護(hù)輻射測(cè)量方法第1頁(yè)/共90頁(yè)為什么要對(duì)放射線進(jìn)行測(cè)量？在應(yīng)用放射線進(jìn)行診斷和治療中，我們需了解放射源所輸出的射線強(qiáng)度，以確定所采取的照射量是否符合臨床的要求；需要定量測(cè)量被照射的肢體或病灶所吸收的射線劑量的大小，從而判斷能否達(dá)到預(yù)期的療效；需要對(duì)X、γ射線或其他類型的輻射所形成的射線場(chǎng)進(jìn)行定量測(cè)量，以判斷對(duì)輻射所設(shè)置的屏蔽，為工作人員所提供的放射防護(hù)水平能否達(dá)到國(guó)家所規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)。第2頁(yè)/共90頁(yè)放射線測(cè)量的分類：通常醫(yī)學(xué)放射診斷治療過(guò)程中，所涉及的射線的測(cè)量可分成兩種情況：一是輻射場(chǎng)分布的測(cè)量。如機(jī)房?jī)?nèi)射線分布、機(jī)房外透射線、散射線強(qiáng)度，放射源輸出量的大小等等。這種情況通常我們以照射量大小來(lái)反映射線強(qiáng)度的分布，因此，人們建立了照射量的測(cè)量方法。二是放射學(xué)診斷、治療中被檢者、患者所接收的吸收劑量的測(cè)量。雖然照射量與吸收劑量相比，是一個(gè)輔助量，但直到現(xiàn)在，它的測(cè)量仍然是很重要的。這是因?yàn)?，由測(cè)得某點(diǎn)的照射量可以方便地?fù)Q算出其他物質(zhì)中的吸收劑量。第3頁(yè)/共90頁(yè)輻射測(cè)量的基礎(chǔ)：放射線與物質(zhì)相互作用可以產(chǎn)生各種效應(yīng)，這些效應(yīng)都可以成為射線測(cè)量的基礎(chǔ)。如應(yīng)用射線的電離作用、熱作用、感光作用、熒光作用可以制作各種電離室，閃爍計(jì)數(shù)器、熒光玻璃劑量計(jì)、熱釋光劑量計(jì)、膠片劑量計(jì)等。在對(duì)射線測(cè)定時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，考慮儀器的測(cè)量量程、能量響應(yīng)、讀數(shù)建立時(shí)間、儀器的靈敏度、精確度等因素。第4頁(yè)/共90頁(yè)第5頁(yè)/共90頁(yè)主要內(nèi)容1照射量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量自由空氣電離室實(shí)用型電離室實(shí)用型電離室電離室的校準(zhǔn)電離電荷測(cè)量電流特殊電離室第6頁(yè)/共90頁(yè)主要內(nèi)容2吸收劑量的測(cè)量基本測(cè)量方法電離室方法其他方法（固體方法、化學(xué)方法）

第7頁(yè)/共90頁(yè)somuchtoday第8頁(yè)/共90頁(yè)

第一節(jié)照射量的測(cè)量照射量實(shí)際上是以X、γ射線在空氣中產(chǎn)生的電離電荷的數(shù)量來(lái)反映射線強(qiáng)度的物理量，對(duì)照射量的測(cè)量就涉及到如何收集、測(cè)量X、γ射線所產(chǎn)生的微量電離電荷。在實(shí)際應(yīng)用中，電離電荷的收集、測(cè)量是通過(guò)空氣電離室來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第9頁(yè)/共90頁(yè)第10頁(yè)/共90頁(yè)自由空氣電離室基本結(jié)構(gòu)，

C為收集極第11頁(yè)/共90頁(yè)第12頁(yè)/共90頁(yè)一、自由空氣電離室自由空氣電離室結(jié)構(gòu)：測(cè)量體積收集體積保護(hù)電極收集電極測(cè)量體積的周圍的帶電粒子平衡要求第一節(jié)照射量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量第13頁(yè)/共90頁(yè)圖中陰影部分稱為“測(cè)量體積V”，即X射線束通過(guò)的、正對(duì)收集電極的那部分空氣體積，也就是需要隔離的，質(zhì)量已知的那部分空氣的體積。當(dāng)X射線從X線管焦點(diǎn)發(fā)出射入電離室后，在整個(gè)電離室內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生電離。因此，電離室的電極板與X射線束邊緣的距離應(yīng)大于次級(jí)電子在空氣中的射程，使得電子在其能量耗盡之前不能直接跑到電極，從而保證電子完全阻止在空氣之中，其能量全部用于在電離室內(nèi)引起空氣電離。第14頁(yè)/共90頁(yè)圖中與收集電極C相對(duì)的體積為“收集體積”，即收集電極上方次級(jí)電子產(chǎn)生電離的那部分體積。凡在“收集體積”內(nèi)產(chǎn)生的離子，其中的一種符號(hào)的離子將在電場(chǎng)作用下全部移向收集電極。為了消除使“收集體積”外產(chǎn)生的次級(jí)電子在“測(cè)量體積”內(nèi)電離電荷的貢獻(xiàn)，“收集體積”周圍空氣厚度必須大于次級(jí)電子的最大射程，從而使次級(jí)電子在電離室內(nèi)達(dá)到“電子平衡”。第15頁(yè)/共90頁(yè)收集電極用來(lái)收集電離室內(nèi)產(chǎn)生的某一種符號(hào)的離子，它被接到測(cè)量電荷的靜電計(jì)上。保護(hù)電極與收集電極相互隔開(kāi)，但具有相同的電位，用以使收集電極上的電場(chǎng)均勻，保證中間區(qū)域的電力線垂直于電極。自由空氣電離室一般為國(guó)家一級(jí)或二級(jí)劑量標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所配置，作為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的電離室型劑量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)，并不適合于在現(xiàn)場(chǎng)使用。第16頁(yè)/共90頁(yè)在電子平衡條件下，收集電極收集到的一切離子是由“測(cè)量體積”內(nèi)被X射線擊出的次級(jí)電子所形成的，設(shè)這些被收集的離子總電荷量為Q（庫(kù)侖）。“測(cè)量體積”內(nèi)空氣的質(zhì)量為m。m=ρ·V式中，ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃760毫米汞柱）的空氣密度。V為“測(cè)量體積”內(nèi)空氣的有效體積。X線的照射量為：

第17頁(yè)/共90頁(yè)測(cè)量體積的確定第18頁(yè)/共90頁(yè)一、自由空氣電離室第19頁(yè)/共90頁(yè)在發(fā)散的情況下，能量注量按離開(kāi)射線源距離的平方減少，而射線束的截面積則隨這一距離的平方而增大。因而在離開(kāi)射線源的不同距離上，射線束的截面積與該截面上的能量注量的乘積為常數(shù)，即第20頁(yè)/共90頁(yè)第21頁(yè)/共90頁(yè)但是必須注意，由于入射口至“測(cè)量體積”間空氣對(duì)X線的吸收、離子復(fù)合、散射光子形成的多余電子，阻止于電離室壁中的電子損失，以及由于溫度與氣壓偏離標(biāo)準(zhǔn)狀況而引起的空氣密度的變化等，很難完全達(dá)到電子平衡及空氣質(zhì)量的穩(wěn)定。因此，所測(cè)照射量往往偏離正確值，須進(jìn)行適當(dāng)校正。第22頁(yè)/共90頁(yè)Ki是儀器和測(cè)量過(guò)程中存在的許多缺陷所引進(jìn)的各種修正因子，其中包括入射線束從入口光欄到測(cè)量體積這一距離上的衰減引起的電荷補(bǔ)償不足，散射光子形成的多余電子產(chǎn)生的額外電離，阻止在電離室壁中的電子損失，離子收集過(guò)程中造成的復(fù)合損失，以及由于溫度和氣壓偏離標(biāo)準(zhǔn)狀況而引起的空氣電離密度的變化等。第23頁(yè)/共90頁(yè)二、實(shí)用型電離室標(biāo)準(zhǔn)型電離室體積龐大，應(yīng)用技術(shù)較為復(fù)雜，當(dāng)X、γ光子能量較高時(shí)，建立“電子平衡”的空氣厚度較大，因此它只能作為標(biāo)準(zhǔn)電離室放置在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)作為次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x使用，而不能作為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器。第24頁(yè)/共90頁(yè)如果我們將“收集體積”外的空氣進(jìn)行壓縮，則既能滿足“電子平衡”條件，同時(shí)又可以大大縮小電離室體積。壓縮的空氣壁可用空氣等效材料代替，從而可以制成實(shí)用型空氣等效電離室。電離室壁材料與空氣的有效原子序數(shù)愈接近，則實(shí)用型電離室與標(biāo)準(zhǔn)電離室的等效性愈好。第25頁(yè)/共90頁(yè)第26頁(yè)/共90頁(yè)圖（a）表示的電離室設(shè)想有圓形空氣外殼，中心為充有空氣的氣腔。假定空氣外殼的半徑等于電離輻射在空氣中產(chǎn)生的次級(jí)電子的最大射程，滿足進(jìn)入氣腔中的電子數(shù)與離開(kāi)的相等，電子平衡就存在。此條件下的電離室可認(rèn)為與自由空氣電離室具有相同的功能。（一）實(shí)用型電離室第27頁(yè)/共90頁(yè)如果將圖（a）中的空氣外殼壓縮，則可形成圖（b）所示的固態(tài)的空氣等效外殼。所謂空氣等效就是該種物質(zhì)的有效原子序數(shù)與空氣有效原子序數(shù)相等。由于固體空氣等效材料的密度遠(yuǎn)大于自由空氣密度，該種材料中達(dá)到電子平衡的厚度可遠(yuǎn)小于自由空氣厚度。例如，對(duì)100~250kV的X射線，其空氣等效壁的厚度約為1mm，就可達(dá)到電子平衡。（一）實(shí)用型電離室第28頁(yè)/共90頁(yè)（一）實(shí)用型電離室圖7-2c是一個(gè)典型的實(shí)用型柱形電離室示意圖。電離室室壁材料與中心電極的有效原子序數(shù)應(yīng)與自由空氣基本等效。這一前提可以保證電離室室壁內(nèi)釋放的次級(jí)電子的能譜與空氣相似。最常用的室壁材料有石墨、電木或塑料。實(shí)際上室壁材料的有效原子序數(shù)一般低于空氣的有效原子序數(shù)7.67，接近于石墨的有效原子序數(shù)6.0。第29頁(yè)/共90頁(yè)結(jié)果造成室壁電子在空氣腔內(nèi)產(chǎn)生的電離略小于在自由空氣電離室中產(chǎn)生的電離；但中心電極的原子序數(shù)通常比較大，用石墨或鋁制成的收集極，它的尺寸和它在電離室中的位置、幾何形狀可為上述損失提供補(bǔ)償。由于不同能量的X、γ射線產(chǎn)生的次級(jí)電子的射程不同，故應(yīng)選用不同厚度室壁的電離室。第30頁(yè)/共90頁(yè)在電離室的內(nèi)壁涂有一層導(dǎo)電材料，形成一個(gè)電極；另一個(gè)電極位于中心，是用較低原子序數(shù)材料（如石墨或鋁）制成的收集極。目前普遍使用的是Farmer型指形電離室，它是英國(guó)物理學(xué)家Farmer最初設(shè)計(jì)，后由Aird和Farmer改進(jìn)的，該電離室有很好的能量響應(yīng)特性（1%~4%）。第31頁(yè)/共90頁(yè)Farmer型電離室基本結(jié)構(gòu)第32頁(yè)/共90頁(yè)Farmer型電離室能量響應(yīng)曲線第33頁(yè)/共90頁(yè)電離室壁材料為純石墨(純度99.99％)，中心收集電極為純鋁材料(純度99.5％)，極間絕緣材料為聚三氯乙烯-氟乙烯化合物(PTCFE)，靈敏體積為0.61土0.01cm2。經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，中心收集極的直徑1.0mm，在靈敏體積中的長(zhǎng)度為20.5mm，使該種電離室有很好的能量響應(yīng)特性(1％一4％)。第34頁(yè)/共90頁(yè)目前，一般常用與空氣等效的材料做成不同厚度的平衡罩，當(dāng)測(cè)定較高能X、γ射線時(shí)，需在原來(lái)電離室室壁上套上適當(dāng)厚度的平衡罩。第35頁(yè)/共90頁(yè)但實(shí)用型電離室很難同時(shí)滿足上述條件。為此，在實(shí)際中，需要用自由空氣電離室來(lái)對(duì)實(shí)用型電離室做校準(zhǔn)刻度。通過(guò)使用兩種電離室同時(shí)測(cè)量已知強(qiáng)度的X、γ射線源，給出實(shí)用型電離室測(cè)量校準(zhǔn)因子，用于校正實(shí)用型電離室所測(cè)照射量值。第36頁(yè)/共90頁(yè)電離室在使用一段時(shí)間后仍需校準(zhǔn)，校對(duì)時(shí)室溫一般為20℃，氣壓為760毫米汞柱。但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往偏離校正時(shí)的氣溫和氣壓，造成測(cè)量誤差，故對(duì)所測(cè)的數(shù)值應(yīng)進(jìn)行溫度、氣壓校正。其校正系數(shù)KTP為：

其中，t為測(cè)量時(shí)氣溫（t℃）；P為測(cè)量時(shí)氣壓（毫米汞柱）。第37頁(yè)/共90頁(yè)

（三）、電離電荷測(cè)量電流由于X、γ射線在電離室中產(chǎn)生的電離電荷量非常小，所形成的電離電流在10-6-10-15A之間，因此測(cè)量如此微弱的電流信號(hào)就要求其測(cè)量電路要有較強(qiáng)的抗干擾性，有較高的輸入阻抗，有較大的放大倍數(shù)。一般情況下，我們不直接測(cè)量電離電流，而是通過(guò)一個(gè)積分放大器，將電離電流在一個(gè)積分電容上充電，通過(guò)測(cè)量積分電容兩端的積分電壓來(lái)推算積分電荷量。圖7-3為常用的電荷測(cè)量電路。根據(jù)運(yùn)算放大器工作原理：

第38頁(yè)/共90頁(yè)第39頁(yè)/共90頁(yè)（四）特殊電離室指形電離室不適合測(cè)量表面劑量，對(duì)于高能光子束，為了測(cè)量在建成區(qū)內(nèi)的劑量，探測(cè)器必須很薄以至于穿過(guò)靈敏體積時(shí)沒(méi)有劑量梯度；另外，電離室受照射野的影響不明顯。為了滿足上述要求，設(shè)計(jì)了一些特殊電離室如外推電離室和平行板電離室。第40頁(yè)/共90頁(yè)（四）特殊電離室外推電離室實(shí)際上是一個(gè)空腔體積可以改變的平行板電離室，原先是為測(cè)量X(γ)射線吸收劑量設(shè)計(jì)的，現(xiàn)在更多地用來(lái)測(cè)定電子束的吸收劑量。通過(guò)測(cè)量以電極間距離作為函數(shù)的單位體積內(nèi)的電流，然后利用外推空腔體積無(wú)限小時(shí)（電極間距離為零）來(lái)估計(jì)表面劑量。第41頁(yè)/共90頁(yè)（四）特殊電離室平行板電離室除電極間距離不能變化外，類似于外推電離室。平行板電離室電極間的距離很?。▇2mm），壁或窗非常?。?.01~0.03mm）。許多國(guó)家和國(guó)際學(xué)術(shù)組織都推薦使用平行板電離室用來(lái)校準(zhǔn)放射治療中的電子束。第42頁(yè)/共90頁(yè)第二節(jié)吸收劑量的測(cè)定對(duì)醫(yī)學(xué)和輻射防護(hù)學(xué)有意義的量是物質(zhì)中某點(diǎn)的吸收劑量。根據(jù)吸收劑量的定義，為了測(cè)定物質(zhì)中某點(diǎn)的吸收劑量，需要測(cè)量射線在介質(zhì)中該點(diǎn)沉積的能量的大小，然而直接測(cè)量射線在該點(diǎn)沉積的能量是很困難的，通常情況下要利用探頭取代該點(diǎn)為中心的一小塊物質(zhì)，用該探頭測(cè)量物質(zhì)中該點(diǎn)吸收射線能量后產(chǎn)生的理化變化，間接反映該點(diǎn)吸收的射線能量，經(jīng)過(guò)適當(dāng)校準(zhǔn)、刻度，從而給出該點(diǎn)吸收劑量大小。因此選用的探頭應(yīng)該足夠小，使它的引入并不顯著地干擾原來(lái)輻射場(chǎng)的分布。第43頁(yè)/共90頁(yè)一、吸收劑量的基本測(cè)量法任何一種物質(zhì)，當(dāng)其受到輻射照射后，其吸收的射線能量將以熱的形式表現(xiàn)出來(lái)，吸收的能量越大，則產(chǎn)生的熱量亦越高。將介質(zhì)吸收的能量與其釋放的熱量進(jìn)行已知的吸收能量與熱量的刻度，就可以定量給出吸收劑量的大小。量熱計(jì)正是基于這樣的原理制成的。第44頁(yè)/共90頁(yè)第45頁(yè)/共90頁(yè)在吸收介質(zhì)內(nèi)要測(cè)定吸收劑量的部位，放一小體積的吸收體，用它作為吸收劑量量熱計(jì)的敏感材料，它與周圍介質(zhì)必須達(dá)到熱絕緣。吸收體吸收了射線能量后，溫度升高，借助微型測(cè)溫器件（熱電偶或熱敏電阻）測(cè)出吸收體溫升，計(jì)算出吸收體吸收的能量，以求出小塊吸收體材料中的吸收量D：

dm為吸收體質(zhì)量；dε為射線授與該吸收物體平均能量；dE為以熱量形式出現(xiàn)的能量。第46頁(yè)/共90頁(yè)在實(shí)際測(cè)量中，以熱量形式出現(xiàn)的能量，并非是直接測(cè)量出來(lái)的，而是根據(jù)導(dǎo)熱系統(tǒng)計(jì)算出來(lái)的。其具體做法是：把已知的電能dEc，通過(guò)導(dǎo)線引入電加熱絲，對(duì)吸收體加熱，觀察其相應(yīng)的溫升dTc，這樣dEc/dTc便表示每單位溫升相應(yīng)的能量吸收。在射線照射過(guò)程中，若測(cè)得吸收體的溫升dT，并忽略其他因素的影響，則可利用下式求得吸收體的吸收劑量。第47頁(yè)/共90頁(yè)但是，射線照射物質(zhì)時(shí)所產(chǎn)生的熱量是非常微小。例如，水吸收1Gy的吸收劑量時(shí)，其溫升只有2.4×10-4℃，通常量熱計(jì)常用石墨做吸收體，石墨吸收1Gy的吸收劑量時(shí)，溫升約1.4×10-3℃。即使在X線治療中，組織吸收50Gy的吸收劑量時(shí)，溫度也不過(guò)上升0.012℃。第48頁(yè)/共90頁(yè)如此微小的溫度變化，通常很難進(jìn)行測(cè)量，必須借助非常靈敏的微型測(cè)溫儀器。因此，量熱法雖然是測(cè)定吸收劑量的標(biāo)準(zhǔn)方法，但是，因?yàn)橹圃旌褪褂脮r(shí)技術(shù)較為復(fù)雜，只能作為標(biāo)準(zhǔn)儀器使用，以校準(zhǔn)其他測(cè)定吸收劑量的儀器。第49頁(yè)/共90頁(yè)二、電離室測(cè)定法根據(jù)電離室的工作原理，可以看出它的作用是用來(lái)測(cè)量電離輻射在空氣中或在空氣等效壁中產(chǎn)生的次級(jí)粒子的電離電荷。而在空氣中每產(chǎn)生一正負(fù)離子對(duì)所消耗的電子動(dòng)能，對(duì)所有能量的電子來(lái)講，基本是一常數(shù)，即平均電離能為第50頁(yè)/共90頁(yè)二、電離室測(cè)定法顯然用電離室測(cè)量吸收劑量可分為兩步：首先測(cè)量由電離輻射產(chǎn)生的電離電荷，然后利用空氣的平均電離能計(jì)算并轉(zhuǎn)換成電離輻射所沉積的能量，即吸收劑量。由于電離室本身特性的限制，采用這種方法測(cè)量吸收劑量時(shí)，對(duì)不同能量的電離輻射，依據(jù)的基礎(chǔ)和計(jì)算方法有所不同。第51頁(yè)/共90頁(yè)Q為在空氣腔中釋放出的電離電荷，ρ為空腔中的空氣密度，V為空腔體積，A為傳輸系數(shù)，表示能量通過(guò)室壁的份額，其值略小于1。

1.中低能X（γ）射線吸收劑量的測(cè)量實(shí)用型電離室可直接用于照射量的測(cè)量。條件是：（1）它與空氣等效；（2）它的氣腔體積能夠準(zhǔn)確得知；（3）它的室壁厚度足以提供電子平衡。第52頁(yè)/共90頁(yè)第53頁(yè)/共90頁(yè)因此，在滿足電子平衡的前提下，1庫(kù)侖·千克的照射量，能使每千克標(biāo)準(zhǔn)空氣吸收射線的能量為：33.97戈瑞。若在空氣中已測(cè)知某點(diǎn)處X線的照射量為X，那么這一點(diǎn)空氣的吸收劑量為：

D空氣=33.97·X戈瑞對(duì)于X、γ射線，在空氣中最容易測(cè)得的是照射量（X），按上面的公式即可計(jì)算出空氣的吸收劑量。1.中低能X（γ）射線吸收劑量的測(cè)量第54頁(yè)/共90頁(yè)但在實(shí)際工作中，常常需要知道其他物質(zhì)的吸收劑量，尤其在對(duì)輻射效應(yīng)的研究中，在放射治療劑量計(jì)算時(shí)，需要知道生物組織中某點(diǎn)處的吸收劑量。直接測(cè)量組織的吸收劑量是有困難的，往往借助體模進(jìn)行測(cè)量。第55頁(yè)/共90頁(yè)設(shè)沒(méi)有體模存在時(shí)，射線在空間一點(diǎn)的能量注量為Ψa，根據(jù)吸收劑量與能量注量的關(guān)系，在電子平衡條件下，該點(diǎn)空氣吸收劑量為：當(dāng)體模存在時(shí)，在體模內(nèi)該點(diǎn)的吸收劑量為：第56頁(yè)/共90頁(yè)當(dāng)體模存在時(shí)，在體模內(nèi)該點(diǎn)的吸收劑量為：A為傳輸系數(shù)，數(shù)值上等于相同位置處的Ψm/Ψa

第57頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量用電離室測(cè)量照射量，然后轉(zhuǎn)換為吸收劑量的方法，其前提條件是必須建立電子平衡．而它只能在X(γ)射線的能量不高于2MVX射線或鉆-60γ射線的能量時(shí)才能達(dá)到。另外照射量的定義僅適用于X(γ)光子輻射，不能用于其他類型的電離輻射如電子和中子等。布喇格-戈瑞（Bragg－Gray）空腔理論不受這些限制，能直接用電離室在介質(zhì)中測(cè)量來(lái)計(jì)算吸收劑量。第58頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量布喇格-戈瑞空腔理論認(rèn)為，電離輻射在介質(zhì)中的沉積能量即介質(zhì)吸收劑量，可通過(guò)測(cè)量其放置在介質(zhì)中的小氣腔內(nèi)的電離電荷量轉(zhuǎn)換。第59頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量設(shè)在一均勻介質(zhì)中，有一充有空氣的氣腔，電離輻射如X（γ）射線，其在介質(zhì)中產(chǎn)生的次級(jí)電子穿過(guò)氣腔時(shí)會(huì)在其中產(chǎn)生電離，這種電離可以是X（γ）射線在氣腔空氣中產(chǎn)生的次級(jí)電子所致（稱為“氣體作用”）；也可以是在電離室空氣等效壁材料中產(chǎn)生的次級(jí)電子所致（稱為“室壁作用”）。第60頁(yè)/共90頁(yè)布喇格－戈瑞空腔理論示意圖第61頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量假定氣腔的直徑遠(yuǎn)小于次級(jí)電子的最大射程，則以下三個(gè)假設(shè)成立：①X（γ）射線在空腔中所產(chǎn)生的次級(jí)電子的電離可以忽略；②氣腔的引入并不影響次級(jí)電子的注量及能譜分布；③氣腔周圍的鄰近介質(zhì)中，X（γ）射線的輻射場(chǎng)是均勻的。第62頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量氣腔的引入并不改變次級(jí)電子的分布，則空腔位置上介質(zhì)的吸收劑量Dm與氣腔中所產(chǎn)生的電離量Ja有如下關(guān)系：（即為布喇格-戈瑞關(guān)系式）第63頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量質(zhì)量阻止本領(lǐng)定義為帶電粒子在密度為ρ的介質(zhì)中穿過(guò)路程dl時(shí)，一切形式的能量損失dE除以ρdl而得的商，用符號(hào)或表示。第64頁(yè)/共90頁(yè)2.高能電離輻射吸收劑量的測(cè)量綜合中低能X（γ）射線和高能輻射（包括電子、X（γ）射線等）的測(cè)量原理，應(yīng)注意：中低能X（γ）射線吸收劑量的測(cè)量，首先測(cè)量的是照射量，但電離室壁材料不僅要空氣等效，而且壁厚要滿足電子平衡條件。用布喇格-戈瑞空腔理論測(cè)量吸收劑量時(shí)，就不需要電子平衡條件，因?yàn)楦鶕?jù)空腔電離理論，氣腔中產(chǎn)生的電離電荷量只和介質(zhì)中實(shí)際吸收的能量有關(guān)。對(duì)中低能X（γ）射線測(cè)量時(shí)，只要電離室壁材料和空氣等效，對(duì)空腔的大小沒(méi)有特別的限制，如在空氣中測(cè)量低水平輻射，電離室體積往往較大。用空腔理論測(cè)量高能電離輻射的吸收劑量時(shí)，氣腔應(yīng)足夠小，一般應(yīng)小于次級(jí)電子的最大射程，但也不能過(guò)分小，以致造成有次級(jí)電離產(chǎn)生的電子大量跑出氣腔，而使布喇格-戈瑞關(guān)系式失效。第65頁(yè)/共90頁(yè)三、吸收劑量的其他測(cè)量方法除了利用電離室進(jìn)行吸收劑量測(cè)量以外，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于射線強(qiáng)度的差別及電離室體積的限制，為滿足不同的測(cè)量要求，還可以采用其他的測(cè)量方法測(cè)量吸收劑量。固體方法：熱釋光劑量?jī)x、膠片劑量?jī)x、半導(dǎo)體劑量?jī)x化學(xué)方法：硫酸亞鐵劑量計(jì)第66頁(yè)/共90頁(yè)化學(xué)劑量計(jì)法化學(xué)劑量計(jì)法指的是，物質(zhì)吸收電離輻射的能量而引起化學(xué)變化，如果這一變化可以被測(cè)定，即可使用它來(lái)測(cè)量吸收劑量。目前已有許多這種測(cè)量系統(tǒng)的報(bào)道，其中使用最普遍，測(cè)量精度最高的是硫酸亞鐵化學(xué)劑量計(jì)，或稱弗瑞克劑量計(jì)（frickedosimeter）。第67頁(yè)/共90頁(yè)化學(xué)劑量計(jì)法它的基本原理是，硫酸亞鐵水溶液經(jīng)電離輻射照射，溶液中的二價(jià)鐵離子Fe2+會(huì)被氧化成三價(jià)鐵離子Fe3+。Fe3+的濃度正比于硫酸亞鐵水溶液所吸收的輻射能量，用紫外分光光度計(jì)，在波長(zhǎng)為244nm和304nm處測(cè)量三價(jià)鐵離子的濃度，即可確定吸收劑量。第68頁(yè)/共90頁(yè)化學(xué)劑量計(jì)法化學(xué)劑量計(jì)所用的溶液主要成分為水，且能響較好（僅有微小變化），所以這種測(cè)量方法有較高的準(zhǔn)確性。據(jù)報(bào)道，硫酸亞鐵化學(xué)劑量計(jì)與Farmer電離室方法相比較，X（γ）射線能量從鈷-60γ射線能量到25MVX射線、電子束能量10～25MeV內(nèi)，其差別分別在0.013～0.001和0.025～0.001之間。第69頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光劑量?jī)x（Thermoluminescencedosimeter）根據(jù)固體能帶理論，具有晶體結(jié)構(gòu)的固體，因含有雜質(zhì)，造成晶格缺陷，從而形成帶電中心，稱為“陷阱”。晶格缺陷帶電中心，具有吸引、束縛異性電荷的本領(lǐng)。當(dāng)價(jià)帶上的電子獲得電離輻射的能量，躍遷到導(dǎo)帶，不穩(wěn)定而掉入陷阱。如對(duì)該物質(zhì)加熱，會(huì)使電子重新回到價(jià)帶上，并將電離輻射給予的能量，以可見(jiàn)光的形式輻射出去。發(fā)光強(qiáng)度與“陷阱”所釋放的電子數(shù)成正比，而電子數(shù)又與物質(zhì)吸收輻射能量有關(guān)。第70頁(yè)/共90頁(yè)熱致釋光原理圖第71頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光劑量?jī)x第72頁(yè)/共90頁(yè)氟化鋰鎂銅磷熱釋光探測(cè)器一、特點(diǎn)與用途氟化鋰鎂銅磷熱釋光探測(cè)器具有極高的信噪比，片狀探測(cè)器的探測(cè)閾僅10-7Gy（約10μrad）,線性范圍跨8個(gè)數(shù)量級(jí)，有效原子序數(shù)接近空氣和組織，是理想的環(huán)境和個(gè)人輻射探測(cè)器。在低本底輻射場(chǎng)下作劑量監(jiān)測(cè)，優(yōu)于其他探測(cè)器。二、性能1線性范圍：5*10-7Gy~10Gy（0.05mrad~1000rad）2相對(duì)靈敏度（TL/ms）:為TLD—100的20-30倍3探測(cè)閾：約10-7Gy（約10μrad）4能量響應(yīng)（對(duì)30KeV~3MeV的光子）：<20%5均勻性（1δ）：<5%6貯存信息的穩(wěn)定性：室溫下存放一個(gè)月無(wú)明顯衰退，在50oC下存放一個(gè)月衰退約3%7光照效應(yīng)：對(duì)室內(nèi)散射日光、白熾燈光、熒光燈無(wú)明顯響應(yīng)；對(duì)直射日光（紫外光）有響應(yīng)。8工作環(huán)境：T<50oCRH<20%三、使用條件1測(cè)量加熱程序：建議采用二階段程序升溫，第一階段恒溫溫度：140oC（5～15秒），第二階段恒溫溫度：２４０oC（１０～２０秒），升溫速率：６～２０oC2重復(fù)使用中退火條件：240±2oC（不得超過(guò)245oC）10分鐘（恒溫時(shí)間），迅速冷卻至室溫。四、注意事項(xiàng)1工作環(huán)境和用具要保持清潔，使用時(shí)必須用專用鑷子或者工具，嚴(yán)禁用手觸摸探測(cè)器。2避免紫外線和太陽(yáng)光直接照射。3測(cè)量時(shí)探測(cè)器和加熱盤應(yīng)接觸良好，放置位置重復(fù)，經(jīng)常清除加熱盤中灰塵，以保證測(cè)量精確度。4探測(cè)器每次使用前必須退火，消除前劑量和本底，退火條件和程序要嚴(yán)格控制，快速冷卻速度要一致。5遠(yuǎn)離輻射源，避光保存，防止有害氣體污染。第73頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光元件的品種很多，但以氟化鋰（LiF）材料最為常見(jiàn)。LiF的有效原子序數(shù)為8.2，接近空氣和生物組織的有效原子序數(shù)，用來(lái)做測(cè)量元件比較合適。由于熱釋光劑量片可以制成各種形狀，各種大小，因此常常用來(lái)作為放射線工作人員個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)。熱釋光劑量?jī)x第74頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光劑量?jī)x熱釋光材料的劑量響應(yīng)與其受輻照和加熱歷史有關(guān)，在使用前必須退火。如LiF在照射前要經(jīng)過(guò)1小時(shí)400℃高溫和24小時(shí)80℃低溫退火。它的劑量響應(yīng)，一般在10Gy以前呈線性變化，大于10Gy則出現(xiàn)超線性現(xiàn)象。第75頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光劑量?jī)x其靈敏度基本不依賴于X（γ）射線光子的能量，但對(duì)于低于10MeV的電子束，靈敏度下降5％~10％。熱釋光材料的劑量響應(yīng)依賴于許多條件，因此校準(zhǔn)要在相同條件，如同一讀出器，近似相同的輻射質(zhì)和劑量水平下進(jìn)行，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校準(zhǔn)和對(duì)熱釋光材料的精心篩選，測(cè)量精度可達(dá)到95％～97％。第76頁(yè)/共90頁(yè)LiF元件的能量響應(yīng)曲線第77頁(yè)/共90頁(yè)熱釋光劑量元件經(jīng)加熱后，其貯存的能量信息會(huì)全部釋放，因此它不能重復(fù)讀數(shù)，但是熱釋光劑量元件可以重復(fù)使用，用高溫退火爐對(duì)元件加溫后，其因受到射線照射后進(jìn)入帶電中心陷井中的電子全部逸出，恢復(fù)輻射之前的狀態(tài)。熱釋光劑量計(jì)由于其靈敏度高，量程范圍寬、體積小、重量輕、攜帶方便、材料來(lái)源豐富，得以廣泛應(yīng)用于X、γ射線的個(gè)人劑量監(jiān)測(cè)以及輻射場(chǎng)所和環(huán)境監(jiān)測(cè)。熱釋光劑量?jī)x第78頁(yè)/共90頁(yè)（二）膠片劑量測(cè)定法當(dāng)射線穿過(guò)感光膠片時(shí)，膠片中的靈敏物質(zhì)如溴化銀便形成潛影，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理（顯影、定影）后，其光學(xué)密度發(fā)生變化，密度變化的程度與膠片吸收輻射能量的多少有關(guān)，這種關(guān)系在一定的劑量范圍內(nèi)呈線性。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇特定膠片，控制劑量水平在感光曲線的線性范圍內(nèi)，即可用光學(xué)密度曲線來(lái)表示相對(duì)的劑量曲線。第79頁(yè)/共90頁(yè)臨床放射治療中主要用膠片劑量?jī)x來(lái)獲得一組完整的劑量曲線或復(fù)雜照射技術(shù)的等劑量曲線。這種方法比較方便和快速，它已廣泛地應(yīng)用于高能光子和電子束的測(cè)量中。由于膠片在受到輻射照射后形成的潛影在顯影、定影過(guò)程中受環(huán)境因素影響較大，在實(shí)際應(yīng)用中，要注意膠片沖洗溫度及方法，最好采用自動(dòng)控制系統(tǒng)控制藥液溫度。第80頁(yè)/共90頁(yè)因?yàn)楦邷?、高濕環(huán)境會(huì)使?jié)撚坝泻艽蟮乃ネ?，而且這種沖洗變化還會(huì)影響密度值所對(duì)應(yīng)的劑量值。對(duì)于輻射質(zhì)不同，感光膠片密度與劑量值的響應(yīng)也不同，實(shí)際操作中，應(yīng)注意膠片與體模之間留有間隙，以免黑度曲線發(fā)生畸變。注意使用前，膠片應(yīng)用不透光的黑紙密封好。第81頁(yè)/共90頁(yè)（三）半導(dǎo)體劑量?jī)x根據(jù)半導(dǎo)體理論，在兩種導(dǎo)電類型半導(dǎo)體材料（P型和N型）結(jié)合在一起時(shí)，在其結(jié)合部（P-N結(jié)）會(huì)形成一個(gè)空間電荷區(qū)。它的作用猶如兩個(gè)電極之間絕緣層，當(dāng)射線照射到空間電荷區(qū)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電離，從而產(chǎn)生帶電粒子，帶電粒子在空間電場(chǎng)作用下，向兩極移動(dòng)在外電路形成電離電流。第82頁(yè)/共90頁(yè)半導(dǎo)體探測(cè)器的測(cè)量原理圖第83頁(yè)/共90頁(yè)電離電流的大小正比于入射