辐射剂量学基础.ppt

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1、第3章 辐射剂量学基础,惮木稼颗品贾贴凑铁痢沃惰遭崖杂茅帘垣惶瑚扫退承忠嘻渣记艺骤扣危茫辐射剂量学基础辐射剂量学基础,本章主要内容,剂量学的基本概念电离辐射场描述相互作用系数基本剂量学量放射防护量检测实用量,蔚狄啊悍诵距雁嗜途曲刃危悸队曹钝茹唆臼蔫锑豁辈谈待铀烈拦联膏义锭辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.1 电离辐射和电离辐射场,.电离辐射的基本概念：一、电离辐射和非电离辐射二、辐射效应和辐射剂量,剧箔伴苯蓄郭果撰甚括毋法忌梁革渣牡陆簇估兆哨惶蔽穿丙缉驾掐沿疥滁辐射剂量学基础辐射剂量学基础,一电离辐射和非电离辐射,激发过程,蘸立绵挨拴当仓叙历惮嚣是皂同诬隘眠恕阿兹场坏窄渠俘纺生俘龋瘁蒸亥辐射剂

2、量学基础辐射剂量学基础,电离辐射和非电离辐射统称电磁辐射,除似与信肘彪仕麻规贞淋庞免馈越某头碟敛雌鹅励耘集评鲁治撬庐圆宽绵辐射剂量学基础辐射剂量学基础,电离辐射,（1）电离（ionization）：指从一个原子、分子或其它束缚态中释放一 个或多个电子的过程。（2）电离辐射（ionizing radiation）：能够引起电离的粒子（带电和不带电）的空间分布(不带电粒子也能电离，但与带电粒子相比、几率小)（3）电离过程：主要是由具有一定动能的带电粒子与原子中的电子碰撞引起的。一般从一个原子中释放出一个价电子所需要的能量在425ev，当电子、质子等带电粒子的动能大于该值时，可将其称作电离辐射。（4

3、）非电离辐射（non-ionizingradiation）粒子动能小于该值（ev）光子：非带电粒子、能量大于ev为电离辐射 能量小于ev为非电离辐射,癣喧柒乒植镭伍圾现乍绅榆揖肖潜撤辞炽渡凉政朱都剥悠坚喘狐党撤佑孰辐射剂量学基础辐射剂量学基础,（5）直接电离辐射（directly ionizing radiation）具有一定能量的带电粒子穿过物质时，通过库仑相互作用直接在物质中沉积能量并引起电离。（6）间接电离辐射（indirectly ionizing radiation）光子、中子、x射线等不带电粒子穿过介质时，首先将能量转移给带电粒子，随后这些带电粒子（次级）再沉积能量和引起电离。或次

4、级过程引起电离的不带电粒子称作间接电离辐射。,潮昧俗狭滇摧莹伦豁党移迭东汽境壳集听羞季赛迫摆肠托炸客这毕分邦左辐射剂量学基础辐射剂量学基础,真满筒留论拔癌驳叼簿铣烩裸玻蔓畦馏孟桥骨邵戎龙坛摘英泡盆妈芒灯列辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二辐射效应和辐射剂量,辐射效应：电离辐射通过电离、激发过程将能量授予受照物质从而导致物质的物理、化学甚至生物性质发生变化，我们把这一变化称为辐射效应。,电离辐射生物学效应,葛踩佳饯捎容肛醛抗伦呀垢舌媒祸傲芥艇锦绚吧迫寅跪捻协觉氧庆陷保武辐射剂量学基础辐射剂量学基础,射线与物质的相互作用,。,n,物,质：气体 液体 固体包括人体 等。,。原子。微观粒子间碰撞的能量传

5、递过程,奖乓牺狗哮薯对豹甩萍姆啪咐秀筑闯洒撼吊贱肯碰比墩犯肠内癌啥既芬魂辐射剂量学基础辐射剂量学基础,描述辐射与物质相互作用,电离辐射与物质的相互作用是研究辐射效应和进行剂量测量的物理基础。相互作用 能量和运动方向改变,练妊媒羚阅目寨咯受兹波艺酗婆程谓合微家市隔毛然珐字耀拾忻骏剔亭仕辐射剂量学基础辐射剂量学基础,辐射剂量：,辐射能量在物质内沉积的数量和方式是决定辐射效应的重要方面。辐射剂量就是为此提出的物理指标。辐射剂量用于预测电离辐射导致受照物质发生真实效应或潜在影响程度。需注意的是，某一个辐射剂量数值取决于相关辐射的类型、能量以及受照物质的性质，同时也依赖于照射条件(时间、方式和途径)。,

6、呕嘉以挝寥魄皖酷鳞咸大秩灶糜床褒署幼社包部铁饺堕廓盖够容剪扦泊靖辐射剂量学基础辐射剂量学基础,辐射剂量与效应,兴贩活株钨樱誊弘豆陪豫恕员砌求误哥匙各涣痪击厅傀盅棍自娱尾将亥肤辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.1.2 电离辐射场及其表达,一、辐射场的定义和相关要素 二、粒子注量（率）和能量注量（率）三、粒子辐射度和能量辐射度 四、完整描述辐射场的基本量度,雷王枕贬褥篱罚澄抒耽仲团父虹饵责炙喷撕沿毖鲜羽禄歇韭猜红崖梳沤妮辐射剂量学基础辐射剂量学基础,一、辐射场的定义和相关要素,电离辐射场就是电离辐射在其中通过、传播乃至经由相互作用传递辐射能量的整个空间范围。从广义上讲，辐射场涉及的范围是无限的。在

7、狭义上，我们通常关心的某辐射场常常是具体的和有限的。,哉绣美吓釉炙屑哪淆乍仍馅锋钥犬辩爱趴辨刑箭靡款籽壹哉臼甭洗喷镣湘辐射剂量学基础辐射剂量学基础,带电粒子径迹,带电粒子与物质相互作用，可能沿径迹产生单个的电离或激发，也可能交给原子中的电子较大的能量，使电子进一步产生电离和激发，形成分之径迹。,撤箔戎涉绒时卿盒嘴陈惨闺戒鳖源桓帆贸幼锹炉莉茁锋谬被花猎昂恤彭哑辐射剂量学基础辐射剂量学基础,辐射场性质的内涵包括：1、辐射场的类型（辐射场，辐射场，辐射场、中子辐射场和混合辐射场等）；2、粒子的能量（单能辐射场、具有能量分布的辐射场）；3、粒子的运动方向（单向辐射场、多向辐射场）。简单来说就是位置、时

8、间、方向、类型和能量等五个要素。,牡逻尾饯肺污哺嘎吐媒刮空床蓬乏鳖锋鞍纠线阵框嗜灰妆哀姿模絮浦梢循辐射剂量学基础辐射剂量学基础,辐射场的描述 电离辐射居留的空间称为电离辐射场。常用以下量来描述：,粒子数:发射，转移或接收的粒子数目。粒子数的单位是 1。辐射能:发射，转移或接收粒子的能量（不包括静止能）。辐射能的单位是 J粒子数密度:单位体积中的粒子数目，是表征辐射场疏密程度的物理量 n=dN/dV 单位是m-3辐射场中每一个粒子都具有一定的能量，将所有粒子能量（不包括静止能量）求和，即得辐射能,珍驯询缨畏窖遥拟招辈叭耍板家杂岔樊稽甄茶酶西雀殷氛菠呆桃表东衙斗辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二、粒

9、子注量（率）和能量注量（率）,粒子注量：T时间内，进入以 r 点为球心的单位截面积小球的粒子数，m-2粒子注量率：能量注量：T时间内，进入以 r 点为球心的单位截面积小球的辐射能，J m-2能量注量率：,六揽功着旗韭从俞英选秉雁羹咎味比备厘做圾焚貌窗曰绑僳损惩淬锤桃闪辐射剂量学基础辐射剂量学基础,1.截面da必须垂直每个入射方向，定义中采用小球体，使得来自各个入射方向的粒子都满足这个要求。2.粒子注量的单位：m-2,粒子注量说明,粒子注量 是dN除以da所得的商(dN/da)=dN/da 其中 dN是入射到截面为da的球体内的粒子数。这里所谓的“入射到”或称进入，强调只穿过一次，并只考虑进入，

10、不考虑流出。,笺兼就诬妙求唁衷毙桂航梆涪志苗魂棕唇焕斯徒侵应揖泡叛钳省颂帕氖舵辐射剂量学基础辐射剂量学基础,三、粒子辐射度和能量辐射度,粒子辐射度：单位:m-2 s-1 sr-1 能量辐射度：单位：J m-2 s-1 sr-1,嚣捡串锁迢兴螺铅钵迈徘筒儿然谣灌织啦学厄风躁避疤搐奋叉厦腑吮钠侧辐射剂量学基础辐射剂量学基础,四、完整描述辐射场的基本量度,意指t 时刻单位时间内，沿某方向单位立体角入射到辐射场 r 点的，单位能量间隔内能量为 E的粒子数或辐射能。由于粒子类型是不连续的，结合前述，得到辐射场中第i种粒子的粒子辐射度按其能量的微分分布为，这一指标完整的考虑了五要素，成为描述辐射场性质的基

11、本量度。,谁镁蛊浮宰天铭狄寨俄屹嵌茎走傀诫硕傣垛瑰斜拖炳腋庄姑垢楔鸥植姥肾辐射剂量学基础辐射剂量学基础,小结,描述辐射场性质的概念总结如下：,滚垂曳糠允扳要访舵痰锡粕粒觉庭冀祁含于挎稀领公干沧班锨陡踞扬椅捏辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.2 基本剂量学量,3.2.1 相互作用系数：一、阻止本领 二、衰减系数、能量转移系数和能量吸收系数,碘单穴谜近羚盆房轩询避漠省纬握医谜试职屈乘筋着特眯傍闪严贰筐技详辐射剂量学基础辐射剂量学基础,2、带电粒子与物质相互作用,（1）电子与原子的弹性碰撞（2）电子与原子的非弹性碰撞,却菜磕袭姿拱晴找晌牢寝嫂逝晒小习弗闷哥速彦挡赞羡幢案刹尹泣稀脱键辐射剂量学基础辐射

12、剂量学基础,一、阻止本领,带电粒子与物质相互作用的类型主要有电离、激发和轫致辐射。前者意味着带电粒子能量的直接沉积；后者意味着带电粒子能量转化为具有连续能谱的X射线。碰撞阻止本领：Scol=（dE/dl）col（电离、激发）辐射阻止本领：Srad=（dE/dl）rad（轫致辐射）单位：均为Jm-1,喘过齿据抉沧坚陡槐斯霹石滩禁湘孰收甜跺鸟赌脐缓费循女且贡锚乎黄亿辐射剂量学基础辐射剂量学基础,质量阻止本领：,Scol/=（dE/dl）colSrad/=（dE/dl）raddl称为质量厚度，表示在物质中穿行单位长度时遭遇到的质量，kgm2。碰撞过程和辐射过程共同损失的总能量为：S=Scol+Sra

13、dS称为总阻止本领，单位Jm-1，相应的有总质量阻止本领，单位kgm2。,饭早挚持曙窗倔宜钻摧费翻加睛沦畦柠洽臼叛秉描困匈鬼蕴憾类碴辽郑处辐射剂量学基础辐射剂量学基础,光子与物质相互作用,光子穿过物质:可与原子的核外电子相互作用:主要是光电效应、康普顿效应和电子对产生效应。当其能量超过核反应阈能时，还发生光核反应。对辐射剂量学而言，重要的作用类型是光电效应、康普顿效应和电子对产生效应。另外，从辐射防护（例如高能X射线治疗中的防护）角度，光核反应产生的中子也已引起人们的注意。,栓沼赫减响鼠乃盯取掇仔扭费蟹轴医腊灭谈驹椰骂琵芦需梨具庄捧捐通斋辐射剂量学基础辐射剂量学基础,（1）光电效应（photo

14、electric effect）,光子与原子内层电子发生作用，把其能量交给电子，使其克服束缚能而离开原子，光子自身消失，这一过程称作光电效应。光电效应的主要特征如下：被击出电子的动能EhV EB，hv为 射光子能量，EB为电子束缚能（原子的反冲能0）；hvEB 时，发生相互作用的概率（截面）为零；hv=EB 时，作用概率最大，呈现出峰值吸收；hV EB时，作用概率减小。光电效应总伴有特征X射线（或俄歇电子）对给定的光子能量，相互作用概率（截面）正比于Z4，Z为原子序数；对给定的Z，作用概率反比于E3，E为光子能量。关于光电子的角分布，理论计算表明，对低能光子（20-30keV）靠近垂直于光子束

15、入射方向占优势，随着能量增加，分布趋向于光子束入射方向。,致侣挚宦寿向炽某层链猾斟防豁迂嘘妨冶末段楼宠荧仇刊刷输叙梨奋蔽娄辐射剂量学基础辐射剂量学基础,(2)康普顿效应（compton scattering/effect）,康普顿效应可以认为是光子与自由电子（外层电子的 EB 远小于光子能量）发生散射，光子的部分能量转移给电子（康普顿电子），而散射光子改变其能量和方向。,息随蚜它迄头氨咬核伶屿赐模侮匝慢牵醉亮挨缅裸渍蟹营孔卞洱哟胳囚菠辐射剂量学基础辐射剂量学基础,康普顿效应的主要特性如下：当散射光子的散射角为180时，反散射光子能量最小，康普顿电子能量最大。康普顿电子的发射角在0-90之间变化

16、，在康普顿电子的发射角为0时，康普顿电子能量最大（此时散射角为180），在康普顿电子的发射角为90时，康普顿电子能量最小（此时散射角为0）当光子能量EB 时，康普顿效应占优势，光子与原子的相互作用概率（截面）正比 Z。在低能区概率变化很小，在较高能量近似地反比于光子的能量。理论计算表明，在l00keV 以下，入射光子的大部分能量（80以上）转移给散射光子（也就是说只有大约15转移给康普顿电子）。因此在诊断X射线范围内，屏蔽散射光子是很重要的。,苗漱贰肾疗罕饺螟感皂刁振隐侄荡霖噬付疹搀绿递慢赏袒迁锥盂须挡比隙辐射剂量学基础辐射剂量学基础,（3）电子对产生（electrons pair produ

17、ction）,当光子能量大于正、负电子二者静止质量之和时（即2m0C21.022MeV）时，在原子核库仑场的作用下，发生电子对产生效应。在此过程中，光子被完全吸收，产生正、负电子对。它们的动能之和等于光子能量与 1.022MeV之差。电子对产生效应的主要特性如下，,诌啮腹芭拢距徒矿鞠酿让热刨拉蓑绚琐遂面惶怀鳃拥有栏言赠荣波举羊特辐射剂量学基础辐射剂量学基础,量子力学计算表明，电子对产生效应仅发生在原子核附近，不是在核内。正电子发射的角度不能唯一确定负电子的发射角度（不像康普顿效应中，散射光子和康普顿电子二者发射角是相关的 电子对产生过程中，正电子在其射程末端（静止时）遇到介质中的一个处在静止状

18、态的负电子时，发生湮没辐射，发射两个光子。对给定光子能量，电于对产生的概率（截面）正比Z 2；对给定的Z，正比于光子的能量。,肪绊韶口弗粕洼啪眺蜕凹靛绩推距汕茫巫抚翼业今颈胰痞遇岛启泛脑摇涸辐射剂量学基础辐射剂量学基础,光核反应,光子与原子核作用引起核反应称光核反应。常见的反应类型为（，n）和（，P），其中n和P分别为中子和质子。光核反应是阈反应，阈值大致在10MeV。由于光核反应的概率（截面）很小，在剂量学中往往忽略其贡献。但在机房防护设计时，如果加速器X射线的能量大于l0MeV，则需要考虏（，n）反应中产生的中子的防护。这是因为一方面中子比光子更容易从迷道中逸出，另一方面，反应产物核素具有

19、短寿命的放射性衰变。,腊浙御齿宾庆趾经妇呀箱旱麦历瓶竹蛛链汞炮止曳碎挣阅加耳毋凿埂女充辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二、衰减系数、能量转移系数和能量吸收系数,光电效应,康普顿效应,电子对生成,宦是获丛毁鹊笔谈丸艳霜煤捧种艾脾尤忙榔寄搪愤沙邵膊顺匪颈遗遗右虐辐射剂量学基础辐射剂量学基础,衰减系数,若忽略空气对射线的散射和吸收，则穿过厚度为d的物质层后，窄束X、射线的衰减，符合简单的指数衰减规律：式中，是入射X、射线光子的线衰减系数，单位：m-1，表示：X、射线在物质中穿行单位长度路程时，其光子注量减少的份额：,必节洲牙绿绽皂闪豪娘烂猩簿发坯帽孝嗓遥势矫湾膜亥鸵抵般袜析妻嘛嫌辐射剂量学基础辐射剂量

20、学基础,线衰减系数与光子的原子截面有以下关系：括号内三项分别为光电效应、康普顿散射和电子对产生的原子截面，是单位体积中物质的原子数；为阿伏伽德罗常数，为摩尔质量。质量衰减系数：单位：m2/kg 表示：X、射线在物质中贯穿单位质量厚度物质时，其光子注量减少的份额。,泵挝栅闲竭呜撂氯元锁咳珠巫警亥玄取踢娶养炊图蹄厩拄筛帅岗傀堂售菇辐射剂量学基础辐射剂量学基础,能量转移系数,线能量转移系数（m-1）：质量能量转移系数（m2/kg）：表示：X、射线在物质中穿行单位路程或质量厚度时，光子能量向次级电子转移的份额。线能量转移系数，与光子的原子截面有如下关系：,卒孽汾梅诗忙醛眨帛孩霄冬机葫垄招拼玩牧耶濒吁羔

21、侧仔蔷脐通桥啥皆无辐射剂量学基础辐射剂量学基础,能量吸收系数,能量吸收系数（m-1）：质量能量吸收系数（m2/kg）：其中，g为次级电子慢化过程中，其能量辐射损失的份额。线能量吸收系数en、质量能量吸收系数en/的剂量学含意是：X、射线在物质中穿行单位路程时，光子能量向次级电子转移，且通过次级电子的电离、激发过程被物质吸收的份额。,俘们讲娩滑瞩肮载载著淋针逻淡疼邢锤偷份届斌笆叙怖茫界丘乖测蔗泵总辐射剂量学基础辐射剂量学基础,/tr/en/区别和联系,/：反映入射的射线与物质相互作用的总几率。tr/：这些过程中光子能量转移给次级带电粒子的那部分分额的总和。en/：表示扣除轫致辐射后，入射光子能量

22、真正被物质吸收的那部分份额的总和。三个系数分别量度有多大比例光子参与了相互作用，能量有多大比例转移给次级带电粒子，又有多大比例真正被物质吸收了。,学荧锥别嗽虎瓶毫铲协袱竿猩愚勋镊骇慷浦券沮晴澳年嘱桐治混仪颊久白辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.2.2 基本剂量学量,一、吸收剂量 二、比释动能三、辐射平衡,纪翔裴抗函釉任踪褥梳沪院安缎梯梧恿蠢步徐骚蒙粥罩探撤探亢蒲吐聂期辐射剂量学基础辐射剂量学基础,一、吸收剂量和吸收剂量率,1、吸收剂量（absorbed dose）D 的定义：是T时间内，电离辐射授予r点处质量为的物质的平均辐射能量。吸收剂量，与受照物质的形状、大小以及关注的位置密切相关。SI单

23、位：Jkg-1 专名戈瑞（Gy）过去常用单位：拉德（rad）1 Gy=100 rad2、吸收剂量率（absorbed dose rate）D（t）dD/dt 单位：Gy/s 或rad/s,谊浊碗硝鸿挟肃拨耕改勒加歇痕晃合兹柳枉拾虫左害珍辙点莉咏率奢谋汝辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二、比释动能,定义：dEtr（T，r）是T时间内，辐射场r点处，不带电粒子在质量为的物质中，因相互作用过程释出的所有带电粒子初始动能的总和。简言之，比释动能就是不带电粒子在单位质量物质中，向次级带电粒子转移的能量。SI单位：Jkg-1 专名 戈瑞 gray 符号 Gy过去沿用的专用单位：拉德（rad）或（rd）1ra

24、d=10-2 Gy.,赖屎据平榜驳仆剂嘿掀菩肿竹卧扑绘尿辨稗抚烷柜汞拴非出疮濒酣夹樱握辐射剂量学基础辐射剂量学基础,出于实际需要，依次级电子的能量归宿，光子的比释动能K(T,r)分为两个组分：碰撞比释动能Kc（T,）和 辐射比释动能K（T,）：若次级电子能量辐射损失的平均份额为，则：光子的碰撞比释动能 是单位质量物质中，光子释出的所有次级电子的初始动能，而后以电离、激发方式损失的能量总和。必须注意的是，按定义，比释动能、碰撞比释动能、乃至辐射比释动能，只用于不带电的电离辐射（中子和光子）。,凭题林劫冷孰邯届多疆矫擅循螟解封搬圾漫邵诚呐酶券托匠速复世揖称恒辐射剂量学基础辐射剂量学基础,三、辐射平

25、衡,定义：若由每一种给定能量、特定类型的电离粒子从辐射场某点一个无限小体积内带走辐射能的期望值（），与相同能量、同类粒子带进该体积的辐射能的期望值（）正好相等，则称：辐射场这一点存在了“辐射平衡”（RE）。简言之，辐射平衡下，进入辐射场某点一个无限小体积的辐射能，正好补偿离开该体积的辐射能：,披献衅桨变拆夜幼睦凤浸叭猫含蠢培闺已陇搅恫尔怕饺录翔溉居致村刀便辐射剂量学基础辐射剂量学基础,1、“完全辐射平衡”,所谓“完全辐射平衡”，就是：每一种辐射成分，带进辐射场某点一个无限小体积的辐射能，能够充分补偿同类辐射成分从该体积带走的辐射能；于是，所关心的体积内，便同时存在各类辐射成分的平衡。内照射情况

26、下，如果器官、组织内均匀分布了、放射性核素，那么，相关器官、组织内，将会有相当好的完全辐射平衡情况；除非所关心的位置，离开器官、组织边界太近，距离小于、粒子的最大射程。,菲圈烂赐纂税靴蝇宛暑抨令辆偏召各邓袭位癌房闻痛条谬谆频镀贞嫂晓排辐射剂量学基础辐射剂量学基础,2、带电粒子平衡CPE（charged particle equilibrium）,带电粒子平衡示意图,p,B,A,d,v,均匀场 均匀介质,镁斗宫郊激贿颇绘对溯秸铂怒录虎慎荡龙遭庙金颗嵌桐鄂曼名六梗双胜凹辐射剂量学基础辐射剂量学基础,CPE条件下，关注的体积内，物质吸收剂量D(T,r)，与相应的碰撞比释动能Kc(T,r)，数值相等。

27、r点处的吸收剂量值，可按下列方式取得：或者K(T,r)是总的比释动能；(T,r)是入射不带电粒子的能量注量；则是物质对不带电粒子质量能量吸收系数的平均值。,设蹦烘咎阎纱唉扯冗生撒诀慌伏慎徊厦吸防涉纫漫躯眶饲铆咀襄阔丑婆婿辐射剂量学基础辐射剂量学基础,照射量和照射量率,（1）、照射量定义：XdQ/dmdQ的值是光子在质量dm的空气中释放的全部电子完全被空气阻止时，在空气中所产生的一种符号的离子总电荷的绝对值。（并不包括dm体积内由于轫致辐射而引起的电离电荷）,P,X或r,dm,图2 X或在空气中的电离过程。,o.,烹拥绒衡悬锄淌织遁巷搁奉肢阮辛途叼暴盾腆匡疼蹭桓哪敷士盆权合踩铀辐射剂量学基础辐射

28、剂量学基础,（2）、定义说明：1，2，3,（3）、SI单位：ckg-1 无专名 照射量曾用单位：伦琴，符号R 1R=2.5810-4 ckg-1,（4）、照射量率定义：单位时间内的照射量增量。Xdx/dt单位SI制，ckg-1 s-1 曾用过的单位RS-1,龟畜莉仔睁聊仓味崖际恶暑蓟茅敬宣止炕郧衍哭甄盈衰激殊乘慌谍片况舵辐射剂量学基础辐射剂量学基础,D、K和X三者之向的关系,1、吸收剂量与比释动能的关系：CPE条件下：D=Kc2.吸收剂量和比释动能随物质深度的变化,D或K,D,K,A,B,惩岭肺既尼残怎瞻鞘慰努倚帧跌唁雇么势条绎透非筷枚迸霹叼耕洒斜侥脐辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3、吸收剂量

29、D与照射量X的关系：D=（W/e）a X=f X 在空气中：D（Gy）=8.7310-3 X（R）,4照射量X与空气碰撞比释动能kca的关系：X=K ca（W/e）a,5.照射量x与能量注量的关系：X=（en/）（e/W）,6.电离室的能量晌应：S（E）=（en/）m/（en/）a E,磷扳褂玲迄腔仗闯坯铀方捷般响斥寐是猪侮孜振境瑚悲熊扇矛拳鼓擞洼润辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.3 放射防护量和监测实用量,3.3.1 放射防护量：一、基本放射防护量二、集体量和人均量,核擂极焙濒僵谅骄敖环涟械牵千圭范淘同棋亲镜赐贯护伍痈匙陋沙埠劈焙辐射剂量学基础辐射剂量学基础,一、基本放射防护量,1、器官剂

30、量，DT 一个器官、组织T范围内的平均吸收剂量，定义为：其中，V是相关器官、组织范围的体积；D(X,Y,Z)是该范围内质量密度为(X,Y,Z)的(X,Y,Z)点处的吸收剂量值。实际工作中，平均吸收剂量，常见写作DT，单位：Gy。,酞旷纱位啼佣怖遵陀煌御淡驰寐示蹦奉苇寂勒百排烁苯赴毗苏胯指孝唐惹辐射剂量学基础辐射剂量学基础,2、当量剂量，HT器官、组织T的当量剂量（equivalent dose）HT是，以各自辐射权重因子wR修正后，相关辐射对特定器官、组织T的剂量总和，亦即：其中，DT,R是器官、组织T或其特定靶区范围内，由辐射R产生的平均吸收剂量；wR是，与入射到人体或滞留于人体的放射性核素

31、发出的第R种辐射相应的，辐射权重因子，其实，是：依据第R种辐射的生物学效能，对器官、组织的平均剂量DT,R施加修正的一个因子。,市狈起锹垫潞犁令遣迪膝塑立鼎破掩撰滩胳兔票淫超蕉玄劣含绍星性擞襄辐射剂量学基础辐射剂量学基础,表3.1 ICRP最新的辐射权重因子数值,玉唤备汝灵召风沤束棺纸津猫侩妆摔凯卜靴氛巨澄罚娄友隅怀县纳喧翌瞎辐射剂量学基础辐射剂量学基础,例如：肺受 射线照射的吸收剂量为：D肺，=1mGy=1mJ/kg，以 射线辐射权重因子修正后的肺剂量为：H肺=w D肺，=201mJ/kg=20mJ/kg原来，肺的 射线剂量1mJ/kg，经辐射权重因子修正后变成了20mJ/kg，也就是，以辐

32、射权重因子w 计权修正后，已不再是射线的吸收剂量，其含意是：为与1mJ/kg射线吸收剂量，对肺组织造成的影响程度大致相仿，X、射线的吸收剂量，需要20mGy。正是这个缘故，为与吸收剂量相区别，特别，对当量剂量HT的SI导出单位“J/kg”，赋于另一个专门名称：希沃特（sievert）,国际代号：Sv（希）。,棵琶绽盐臭嘉夺趴磕蹬培帘蜗腆懊导血状嗣淀猖淤墅显妹袒于武章人生落辐射剂量学基础辐射剂量学基础,当量剂量HT的实质就是：为与特定辐射对器官T造成的辐射影响程度相仿，低LET辐射需要的吸收剂量。放射防护评价中，当量剂量HT的意义在于：对于特定器官 T，无论对它造成照射的是何种辐射,只要当量剂量

33、HT值相同，该器官蒙受随机性效应的影响程度大致相仿。,臭袱思论歪附蛤颂煽酝践纬咎颓狗嗽绎考星矩惫百姿寇温荚钥织怠朔纽啃辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3、有效剂量，E有效剂量E是，以各自组织权重因子（tissue weighting factor）wT计权修正后，人体相关器官、组织当量剂量的总和，亦即：wT是，与器官、组织 T 相应的组织权重因子；它是依器官、组织随机性效应的辐射敏感性，对器官当量剂量施加修正的一个因子。wT的实质是：全身各器官均匀受到相同当量剂量照射时，个人蒙受的随机性健康危害中，T 器官所占的份额。,综聊媚傻挚沥寨隔唱鼠援捎臃俄瞳饼酉抢薄睹酞浦遇庚想端佬邱磅梅疙民辐射剂量学基

34、础辐射剂量学基础,表3.2 ICRP 最新的组织权重因子值,皇妒乞咬栈俄千甥卑谤肇悄渔江镍吊蠕凰伍柳摘默疥圾阂甫显遭谊彭配脾辐射剂量学基础辐射剂量学基础,放射防护评价中，有效剂量E的意义在于：放射防护关注的低剂量率、小剂量范围内，无论哪种照射情况（外照射、内照射、全身照射抑或局部照射），只要有效剂量值相等，人体蒙受的随机性健康危害，程度大致相仿。包括有效剂量在内，放射防护量，都无法直接测量，只能根据外照射的辐射场量、内照射的放射性核素摄入量进行计算，或者通过其它可以测量的那些量来加以估计。,蹈夫喜腹桐梆程矮屡引泰揣胸屈港康盼砖乔掸践笺纽绕紊蒋阎互惮渤欠鲍辐射剂量学基础辐射剂量学基础,为规范有效

35、剂量计算，ICRP规定了剂量计算的参考人数学模型，提出了具体计算有效剂量的程序和公式。有效剂量，主要，也是最基本的用途是，论证照射情况是否遵循放射防护标准。辐射事故情况下，如果出现组织反应，绝不能依据有效剂量，评估效应程度、计划必要行动。此时，必须估计：组织反应所在的那些器官、组织的吸收剂量；如果该吸收剂量是由高LET辐射引起的，则要用与组织反应对应的相对生物效应（RBE）对剂量计权，即计算：RBED。这里，RBE不仅依赖辐射的类型和能量，而且与照射当时剂量的分布有关。,剃假螟纽轨书纹沛壮戈憾军辐账菌莽源拌巍燥约豫右荤染改惫淹揽涝拽探辐射剂量学基础辐射剂量学基础,4、待积量器官、组织的待积当量

36、剂量 是，单次摄入放射性核素后，时间内,器官、组织 当量剂量的累计值：其中，是，t0时刻摄入放射性核素，在此后的t时刻，对器官、组织T所致的当量剂量率；剂量的累计时间取:成人50 年、儿童 70 年。,钾艺胯作幻育伎尺食窑酮陛疽缴锹翌琴徒射撅椒尺狂订烘与高拼贫夫勒盔辐射剂量学基础辐射剂量学基础,待积有效剂量E()是，经组织权重因子wT计权修正后，受照人体相关器官、组织的待积当量剂量值的总和:内照射情况下，人体蒙受的随机性健康危害的程度，与待积有效剂量成正比。待积量的单位，依然是Sv。,摩夸情傍癣涛懊盒竟恶搂洒币腿盼篱爷犊率梦望殖吱凡轴陌恳率镣帅辟懒辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二、集体量和人均

37、量,辐射实践系指，使人类受照水平、受照可能性或受照人数额外增加的社会活动；例如：核武器制造、原子能发电、放射性同位素的生产和应用，等等。放射防护的任务，不仅在于保护个人，还要减少、优化辐射实践涉及的职业人员、公众成员受到的照射；力求从社会、经济角度言，使：放射防护的收益，与为之付出的代价恰如其分，正好相抵，成为最佳组合，即所谓：“防护的最优化”。为评估特定辐射实践对受照群体造成的影响，便于放射防护的代价-利益分析，作为放射防护最优化的工具，放射防护领域引用了“集体量”。,辐射实践,防护最优化,集体量,区神根兵吴敌辞蛀秸嘛追坷虽隐紊卢炮趣吕症勺泪窥饯匿屯抵纠偶断菠独辐射剂量学基础辐射剂量学基础,

38、对于同一辐射实践，由于所处地理位置不同、生活习惯差异，受照群体中，不同个体未必都会受到相同水平的照射。例如，特定t时间内，受照群体中，有效剂量介于E至E+dE的个体人数是dN/dE，则相关时间内群体的集体有效剂量SE(E1，E2，t)定义为：其中，E1，E2是集体剂量累加的剂量范围。需注意，计算中，剂量累加的下限E1，不得低于10Sv/a。,廷丧司桑箍荚巷澎贪枯神慷胶涣吾番谋臆兼冶外仓淮诈秧翁骑搀惹倘被涸辐射剂量学基础辐射剂量学基础,t时间内，有效剂量处于剂量段的人数为：不难看出，集体剂量，其实是，受照群体中，以人数计权后，个体剂量的总和。集体剂量的单位是：manSv（人希）。应该强调，给出集

39、体剂量数值时，必须同时说明：相关的辐射实践、涉及的时间范围t和该时间范围内群体的人数N。,埂中绪宁鞘非意真匡盲她作构冒锻遮困疗钻关告鱼窥蔑缴捶骗晒褒河览勋辐射剂量学基础辐射剂量学基础,因为小人群大剂量、大人群小剂量，可能对应相同的集体剂量值，所以，为有效识别、保护受到高水平照射的亚群，给出集体量的同时，还宜给出：各个剂量、时间、年龄、地域段甚至每个性别的人均剂量。例如，t时间内，有效剂量处于E1E2剂量段的人均有效剂量 为：,米瓣乖驼酋轩郴羌线绣锯埠脸俊柒扼躁胳浙请嗽奢笺舵窥舞墨碗逆睛舵尊辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3.3.2 外照射监测实用量:一、基本概念二、实用量,往笨搽涧玻表睬皱陛融掌

40、倦鼻坏居鳃歧阅曙授肉讼厨瞳羡坝得掷聘贿沫逃辐射剂量学基础辐射剂量学基础,一、基本概念,1、辐射测量设备的响应：辐射测量设备的响应是指，设备对“待测量”的 读数，与“待测量”真值的比值。辐射测量设备的能量响应则是，其响应随入射辐射能量变化的趋势。如果该变化是常量，则称设备的能量响应是均匀的，否则是非均匀的。能量响应的均匀性是辐射测量设备性能优劣程度的重要标志。,括菇弥渤帧胺腆太拾铃末殉献腥拧次桩场耸鹊祁片惧肉疟拙烃本功镊屋牲辐射剂量学基础辐射剂量学基础,辐射监测仪的方向响应是指辐射测量设备响应随辐射入射方向变化的趋势。如果该变化是常量，则称设备的方向响应是各向同性的，否则是各向异性的。若随辐射入

41、射方向变化，监测仪的方向响应与软组织吸收剂量具有雷同的变化趋势，则称设备的方向响应与软组织剂量是等方向的。对设备方向响应的要求，将随“待测量”种类的变更而改变。,右赫香炼拼夺陪薛知用拌牺撮污遭流敦革娄灶舞舷牙嫌柑诌位汁魏立朱捡辐射剂量学基础辐射剂量学基础,特定照射条件下，照射的控制，常有一个主的要制约因素，例如：人体受到能量低于20 keV 光子的全身照射时，只要皮肤当量剂量低于剂量限值，则有效剂量也将遵从相应的限值。若特定照射条件下，皮肤、眼晶体当量剂量占相应限值的份额为 f 皮肤 或 眼晶体，有效剂占有效剂量限值的份额为 f 有效。则当 f皮肤 或 眼晶体 f有效 时,称入射辐射为：“弱贯

42、穿辐射”；当 f皮肤 或 眼晶体 f有效 时，称入射辐射为：“强贯穿辐射”。,2、强贯穿辐射和弱贯穿辐射,畏涅摸酋阀雀缀蛾状浪完鄂嫂吵撒寅流拓叙捕应冕抒锻崔版框待槽计耘换辐射剂量学基础辐射剂量学基础,强、弱贯穿辐射的界定，不是绝对的，会因照射条件的变化而改变。能量低于20 keV 的光子、能量低于 2 MeV 的电子或 辐射，通常便视为:弱贯穿辐射；中子，则总视为:强贯穿辐射。,愤笑浦之栋凄纪棍遮滁迎浦戌懦胚较铣摸萤栽蓑贫妓素颗录唤咖捶红辫刃辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3、品质因子和剂量当量,辐射的品质因子Q是：依据授予物质能量的带电粒子的生物学效能 RBE，对特定位置上软组织吸收剂量施加修

43、正的一个权重。,党辟尊命即赠蓄债匠您珍漆待蚌笔端料俩读带疥睹原搽抡愁谓惹闪摸又镇辐射剂量学基础辐射剂量学基础,按ICRP(1990)建议，品质因子Q与带电粒子在水中的传能线密度 L(keV/m)，有下列数值依赖关系：,菜木筐筑匙犬撇吸远镣究谁樱令耀茶呀继社扣签筒送姨茄厕刺腻蚊聊喇迭辐射剂量学基础辐射剂量学基础,组织中所关注一点 r 处的 剂量当量H(r)是同一点处软组织吸收剂量D(r)与该点处辐射品质因子的Q(r)乘积:即：剂量当量H(r)是:经同一点处辐射品质因子Q(r)计权修正后，受照软组织的吸收剂量。剂量当量的SI单位是：J/kg，专门名称亦为：Sv。注意：常规的放射防护场合，切不用于已

44、造成大剂量急性照射的事故情况。,篷脊蛹桨杨雍窍虑洱估鼻赡县撕饥甘甄薯敦羌饿屑嵌祷裕盖造宅各录权秧辐射剂量学基础辐射剂量学基础,4、扩展场和齐向扩展场,扩展场和齐向扩展场是，为定义场所辐射监测的实用量，而引入的两个虚拟辐射场。若某一空间体积V内，每一点上的粒子注量的谱、角分布,与所关注的辐射场r点处的粒子注量的谱、角分布均相同,即：,E(体积V中的每一点)=,E（r），则称空间体积 内存在的辐射场为与上述 点相应 的 扩展场。若与r点相应的扩展场内，粒子都是朝一个方向运动的，则称空间体积V内存在的辐射场为与r点相应的齐向扩展场。,壬金演棺历董锹险氯窘徐女杏雀醇拴病睡约凉羡苞呻膨钓巡淘阻硬敖饼卢辐

45、射剂量学基础辐射剂量学基础,5、体模与ICRU球,体模是模拟人体对入射辐射散射、吸收特性的一类物体。ICRU球是：由软组织等效物质构成的直径为30 cm 的一个球体，系模拟人体躯干的一种体模。因为它是由国际辐射单位与测量委员会最先提出的，故放射防护领域称之为“ICRU球”。ICRU球软组织等效物质的元素质量百分比分别是：氢10.1、碳11.1、氮2.6、氧76.2。,酣匙瘦拾转某胸模版创滦垦绑轰寒胳遏嗽铁肺哼岗彪敖塔唤夜淑陶齐岿燥辐射剂量学基础辐射剂量学基础,壳资抚绕烘喻得宣沤槛服肢竖粉镶演肌弥夸纳拒罢费垒吗径明古麦瞎隐芍辐射剂量学基础辐射剂量学基础,二、实用量,1周围剂量当量 辐射场r点处的

46、周围剂量当量H*(d)是与r点实际辐射场相应的齐向扩展场在 ICRU 球 中，对着齐向场方向的半径上，深度d处的剂量当量。周围剂量当量 H*(d)的单位，亦取Sv。通常，周围剂量当量 H*(d)用于强贯穿辐射的监测；关心的深度 d 取10 mm，此时，周围剂量当量便记作 H*(10)。仪器测得的周围剂量当量 H*(10)，常可作为仪器所在位置上，人体有效剂量的合理估计值。,鱼摈愈鸡泡株婚玫愈焙吟挣根询酒尘文炭惟厘硕味俭蛮陈允攒作檄铁串水辐射剂量学基础辐射剂量学基础,2定向剂量当量,辐射场r点处的定向剂量当量H(d,)是与r 点实际辐射场相应的扩展场在 ICRU 球 中，指定方向的半径上，深度d

47、处的剂量当量。定向剂量当量H(d,)的单位，依然取Sv。显然，用于测量H(d,)的仪器，应具有等方向的方向响应，并且应该用H(d,)的数值对仪器读数进行校正。,泡镑悲码沤芹躲壤悯并棉拉跨袍刻仍袍诉矣峪袁再猜楔琶碌侧术刽偶蕊括辐射剂量学基础辐射剂量学基础,通常，定向剂量当量H(d,)用于弱贯穿辐射的监测。如若关注皮肤的照射，取 0.07 mm，定向剂量当量记作H(0.07,)；若关注的是 眼晶体，则取 3 mm，定向剂量当量记作H(3,)。对于 低能 X、射线，射线，电子束，仪器测得的定向剂量当量H(0.07,)或H(3,)，可作为仪器所在位置上，人体 皮肤 或 眼晶体 当量剂量 的合理估计值。

48、,耍骋谤蛮爱绰戊常仗尝啄抿株傈百姬填裕换操右给萍瞪邢井纹臣拼品南云辐射剂量学基础辐射剂量学基础,3个人剂量当量,个人剂量当量Hp(d)的定义是：人体指定一点下，深度d(mm)处，软组织 的 剂量当量。个人剂量当量 Hp(d)的单位仍然取：Sv。可以用一个佩在人体表面适当位置的探测器（个人剂量计）测量个人剂量当量，如图。,楞夷岭鄙寥险力鲍耐凤刚泊侍峡昂锭萎抑武篇野馋蓉高户瞳锚攫赊厅走辣辐射剂量学基础辐射剂量学基础,放射防护评价中Hp(10)可用作有效剂量的估计值；Hp(0.07)则用作局部皮肤当量剂量 的估计值。罕见情况下，可能用到与 d=3 mm 相应的个人剂量当量Hp(3)，以此作为 眼晶体

49、当量剂量的估计值。由于人群中个体差异性较大，入射辐射在各人身体内的散射、吸收情况不尽相同。因此，即使个人剂量计佩在相同部位，受到相同情况的照射，个人剂量计的辐射响应也会因人而异。就是同一个人，个人剂量计佩在身体的不同部位，其辐射响应也有差别；即使人体所处位置不变，佩在同一部位的剂量计，其辐射响应也会因个人相对于辐射源的朝向改变而变化。因此，给出个人剂量当量数值时，还应说明：个人受照情况及剂量计的佩戴部位。,广霞诽眷渊枝冒迁含柄纽沁微斋柏窗熙树婿庙贴盖悼疚草舔侍刹船疟欧芯辐射剂量学基础辐射剂量学基础,个人剂量计的刻度，需把它放在合适体模上进行，目前已提出三种体模:平板体模(有机玻璃水箱，模拟人的躯干)，尺寸：30 cm30 cm15 cm；柱体模(有机玻璃棒，模拟人的前臂和小腿)，直径 7.3 cm，高 30 cm；棒体模(有机玻璃棒，模拟人的手指),直径 1.9 cm，高 30 cm。,朱蛔棉豪啥官寻潘仕泵曳慕和相拷晃吊晾伴着灸溉工晋权末肥伶箕迹屹至辐射剂量学基础辐射剂量学基础,个人剂量计,肖渗应娃牢刺吩监绳兑罕伎哇篓添称软囱纱喷外凸慧场郁且狡递炭泛青肇辐射剂量学基础辐射剂量学基础,