核物理基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

核物理基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)第1頁(yè)/共36頁(yè)放射性

原子核的衰變

電離輻射

放射性的度量

第2頁(yè)/共36頁(yè)原子核的衰變（一）

某些不穩(wěn)定的核素會(huì)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(guò)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α射線

、β射線、γ射線，還可能有正電子、質(zhì)子、中子等其他粒子。

第3頁(yè)/共36頁(yè)原子核的衰變（二）α衰變?cè)雍俗园l(fā)地放出α粒子（α射線）的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為α衰變。α粒子也就是氦原子核，它帶兩個(gè)正電核，質(zhì)量數(shù)為4。β衰變?cè)雍俗园l(fā)地放射出電子e-、正電子e+

或俘獲K軌道一個(gè)電子的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為β衰變；放射出電子e-稱為β-衰變，所發(fā)射出的電子稱為β-粒子或β-射線；放射出正電子e+稱為β+

衰變，所發(fā)射出的正電子稱為β+粒子或β+射線；俘獲K軌道電子的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱為K軌道電子俘獲。γ衰變和內(nèi)轉(zhuǎn)換α和β衰變后的子核很可能處于激發(fā)態(tài)，會(huì)以放射γ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γ射線過(guò)程稱為γ衰變。常用的鈷-60源、銫-137都是既有β放射性，又有γ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。

第4頁(yè)/共36頁(yè)電離輻射按輻射粒子的能量的大小的角度來(lái)區(qū)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(jiàn)光、無(wú)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(guò)程來(lái)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(guò)碰撞就能引起物質(zhì)電離的帶電粒子，如電子、β射線

、質(zhì)子和α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(duì)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。第5頁(yè)/共36頁(yè)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-λt

第6頁(yè)/共36頁(yè)放射性度量（二）

放射性活度的國(guó)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1Bq。衍生單位有MBq(106Bq),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：

1Ci=3.71010衰變

/秒

=3.71010Bq1Bq=1衰變

/秒

=2.70310-11Ci

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。第7頁(yè)/共36頁(yè)放射性度量（三）

放射性核素其原子核數(shù)目衰減到原來(lái)數(shù)目一半所需要的時(shí)間稱為該放射性核素的半衰期（T1/2

）.

T1/2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)（λ）（或半衰期T1/2

）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。第8頁(yè)/共36頁(yè)輻射防護(hù)中常用的輻射量和單位

照射量XX=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(hào)的離子總電荷的絕對(duì)值。照射量X的國(guó)際單位是庫(kù)侖每千克，用庫(kù)侖/千克（

c/kg）表示。過(guò)去使用單位是倫琴（R）簡(jiǎn)稱為倫。

1R=2.58·10-4c/kg=8.76·10–3J/kg

第9頁(yè)/共36頁(yè)吸收劑量(D)是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，用來(lái)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(guó)際單位是焦耳每千克

(J/kg)，單位的專用名稱是戈瑞,用Gy表示。以前使用的專用單位是拉德

rad。

1Gy=1J/kg=100rad

在電子平衡條件下，1倫琴X或γ射線傳遞給1千克干燥空氣中次級(jí)電子的總能量為8.76×10-3

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=8.76×10-3

·X(Gy)第10頁(yè)/共36頁(yè)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(lái)。當(dāng)量劑量用公式表示如下：

HT=D×WR----當(dāng)量劑量，國(guó)際單位為（J/kg），專用名稱為希沃特（Sv）。

1Sv=1J/kg以前使用的劑量當(dāng)量的專用單位為雷姆rem。

1Sv=100rem第11頁(yè)/共36頁(yè)

輻射的來(lái)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(lái)源。天然輻射對(duì)人造成的平均年當(dāng)量劑量約為

2mSv,其中內(nèi)照射約比外照射高1倍。其次是人類自身的社會(huì)活動(dòng)，包括經(jīng)濟(jì)、軍事、醫(yī)療等的活動(dòng)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(lái)源。

第12頁(yè)/共36頁(yè)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(guò)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(huì)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(duì)個(gè)人所受照射的限制.第13頁(yè)/共36頁(yè)劑量限制ICRP第60號(hào)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

20mSv·a-1

在規(guī)定的5年內(nèi)平均

1mSv·a-1眼晶體

150mSv15mSv皮膚

500mSv50mSv手與足

500mSv----第14頁(yè)/共36頁(yè)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)第15頁(yè)/共36頁(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

l．ICRP60號(hào)出版物

2．GB8703《輻射防護(hù)規(guī)定》3．GB4792《放射衛(wèi)生防護(hù)基本標(biāo)準(zhǔn)》4．YY0096的《鈷60遠(yuǎn)距離治療機(jī)》5．GB9706-17-1999《醫(yī)用電氣設(shè)備第2部分：γ射束治療設(shè)備專用安全要求》6.GB/16136-1995《γ遠(yuǎn)距治療室設(shè)計(jì)的放射防護(hù)要求》7.GB16362-1996《體外射束放射治療中患者的放射衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》

第16頁(yè)/共36頁(yè)窄束γ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ρ，那麼單能γ射線在此物質(zhì)穿過(guò)后，被測(cè)點(diǎn)加屏蔽層前后探測(cè)器所測(cè)到的射線計(jì)數(shù)率（照射量率）將符合下式：

N=N0e-μR

N0，N----分別為加屏蔽層前后探測(cè)器所測(cè)到的射線計(jì)數(shù)率（照射量率）；μ-----為該單能光子在密度為的物質(zhì)中的線衰減系數(shù)。

第17頁(yè)/共36頁(yè)寬束γ射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律

實(shí)際上，γ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(guò)屏蔽層到達(dá)被測(cè)點(diǎn)，這便是寬束情況。考慮到散射的影響，寬束γ射線在物質(zhì)中的衰減可用下式表示：

N=N0Be-μR

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?？梢允褂貌楸矸ā⑻├栈虿此山?jīng)驗(yàn)公式求得。第18頁(yè)/共36頁(yè)對(duì)γ點(diǎn)源的屏蔽計(jì)算

直接用公式N=N0Be-μR

計(jì)算

利用減弱倍數(shù)計(jì)算利用半減弱厚度計(jì)算

第19頁(yè)/共36頁(yè)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(cè)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(cè)劑量的偏差7、TPS規(guī)劃等劑量線與實(shí)測(cè)等劑量線的偏差第20頁(yè)/共36頁(yè)

一、機(jī)械等中心與輻射野中心的偏差

檢測(cè)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)第21頁(yè)/共36頁(yè)球模及其支架第22頁(yè)/共36頁(yè)測(cè)量采用的坐標(biāo)系第23頁(yè)/共36頁(yè)

檢測(cè)方法1、球模固定在治療床的定位處，通過(guò)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(dòng)，輻照膠片。滾筒靜止位置與膠片安置平面的對(duì)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(cè)偏差△x，△z△x，△z△y，△z△y，△z第24頁(yè)/共36頁(yè)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(dòng)角度振動(dòng)，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，輻照膠片。擺動(dòng)對(duì)稱法線角度與膠片安置平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

第25頁(yè)/共36頁(yè)振動(dòng)對(duì)稱法線角度與膠片安置平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

擺動(dòng)對(duì)稱法線0度90度180度270度膠片XOZXOYYOZXOZXOYYOZXOZXOYYOZXOZXOYYOZ所測(cè)偏差△x△z△x△y△y△z△x△z△x△y△y△z△x△z△x△y△y△z△x△z△x△y△y△z第26頁(yè)/共36頁(yè)6、沖洗膠片，處理數(shù)據(jù)，得出滾筒在各個(gè)方向振動(dòng)時(shí)的△r。第27頁(yè)/共36頁(yè)二、焦點(diǎn)劑量率檢測(cè)用具指型電離室劑量?jī)xΦ160球模體溫度計(jì)氣壓計(jì)第28頁(yè)/共36頁(yè)檢測(cè)方法

測(cè)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(dòng)到指定空間坐標(biāo)的位置，保證電離室的測(cè)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(zhǎng)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(cè)量。多次重復(fù)測(cè)量和記錄主機(jī)的讀數(shù)，測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度和大氣壓進(jìn)行修正。

第29頁(yè)/共36頁(yè)三、輻射野半高寬和半影寬度

檢測(cè)用具：●球?；蝮w?！衲z片●膠片處理系統(tǒng)

第30頁(yè)/共36頁(yè)檢測(cè)方法1、把膠片放入暗盒中，再把暗盒插入球模或體模中，使膠片位于XOZ平面；2、隨治療床將球模送入輻射野，確保球模或體模的中心定位于焦點(diǎn)處，令旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)軸線在Y軸方向，滾筒固定，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，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。第31頁(yè)/共36頁(yè)四、焦皮比測(cè)量檢測(cè)用具球?；蝮w模、膠片、膠片處理系統(tǒng)檢測(cè)方法1、球?；蝮w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，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K＝DF/DS。第32頁(yè)/共36頁(yè)五、陀螺峰測(cè)量檢測(cè)用具體模、膠片、膠片處理系統(tǒng)檢測(cè)方法