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1、辐射剂量学基础辐射剂量学基础 一、辐射剂量学中的量一、辐射剂量学中的量1 1、吸收剂量、吸收剂量 吸收剂量是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单吸收剂量是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量的受照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。严格定位质量的受照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。严格定义为：电离辐射沉积于某一无限小体积元义为：电离辐射沉积于某一无限小体积元(从宏观上来看很从宏观上来看很小但从微观上看很大，这样才具有可操作性小但从微观上看很大，这样才具有可操作性)中物质的平均中物质的平均授与能除以该体积元中物质的质量而得的商，即：授与能除以该体积元中物质的质量而得的商，即：dmdD
2、这里这里 ，是电离辐射授与质量为，是电离辐射授与质量为dm dm 的物质的平均能的物质的平均能量，即平均授与能。吸收剂量量，即平均授与能。吸收剂量D D，其，其SISI单位为焦耳每千克单位为焦耳每千克(J/kg)(J/kg)，法定单位的专门名称为戈瑞，用符号，法定单位的专门名称为戈瑞，用符号GyGy表示，非表示，非法定单位为拉德，用法定单位为拉德，用radrad表示。表示。1 1戈瑞戈瑞=1=1焦耳焦耳/千克千克=100=100拉德拉德(rad)(rad)。d2 2、吸收剂量率、吸收剂量率 吸收剂量率吸收剂量率 就是单位时间内物质的吸收剂量。若在就是单位时间内物质的吸收剂量。若在t t到到t+
3、dt+dt t时间内，吸收剂量为时间内，吸收剂量为dDdD，则称，则称DD dtdDD为该物质在为该物质在t t时刻的吸收剂量率。时刻的吸收剂量率。吸收剂量率吸收剂量率 的的SISI单位是焦耳每千克秒（单位是焦耳每千克秒（J/kgJ/kgs s），法定），法定单位的专门名称为戈瑞每秒单位的专门名称为戈瑞每秒Gy/s)Gy/s)，非法定单位为拉德每秒，非法定单位为拉德每秒(rad/s)(rad/s)。D3.3.软组织吸收剂量与空气吸收剂量的比值软组织吸收剂量与空气吸收剂量的比值软组织的吸收剂量将随沉积的代表软组织介质的确切组分有一小比例的变化。下面的值通常用在 80 kV 和2.5 mm Al:
4、软组织剂量=1.06 空气剂量（二）比释动能及其应用（二）比释动能及其应用 间接电离粒子在物质中的能量沉积过程分为两个步骤，第一，间接电离粒子把能量转移给带电粒子；第二，带电粒子通过电离、激发等把能量沉积在物质中。因此，量度间接电离辐射传递给物质的能量，需要量度它给与直接电离粒子的能量。比释动能就是描述间接电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传递给了直接电离粒子的物理量，而吸收剂量则表示了第二步骤的结果。1 1、比释动能、比释动能 比释动能是不带电电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电电离粒子的初始动能的总和。严格定义为：不带电电离粒子在无限小体积元(从宏观上来看很小，但从微观
5、上看很大这样才具有可操作性)内释出的所有带电电离粒子的初始动能之和的期望值 ，除以该体积元内物质的质量dm而得的商，即:trddmdKtr这里，这里，是电离辐射转移给质量为是电离辐射转移给质量为dmdm的物质的平均能量，即平均的物质的平均能量，即平均转移能。转移能。比释动能的比释动能的SISI单位和它的专用单位与吸收剂量相同。单位和它的专用单位与吸收剂量相同。trd 2 2、比释动能率、比释动能率 比释动能率就是单位时间内物质的比释动能。若在比释动能率就是单位时间内物质的比释动能。若在t t到到t+dtt+dt时间时间内，比释动能为内，比释动能为dKdK，则称，则称 为该物质在为该物质在t t
6、时刻的吸收剂量率。比释动能率的时刻的吸收剂量率。比释动能率的SISI单位和它的单位和它的专用单位与吸收剂量率单位相同。专用单位与吸收剂量率单位相同。dtdKK 在电子平衡在电子平衡(Charged Particle Equilibrium(Charged Particle EquilibriumCPE)CPE)条件下，吸收条件下，吸收剂量等于碰撞比释动能，若轫致辐射的能量损失可以忽略，吸收剂剂量等于碰撞比释动能，若轫致辐射的能量损失可以忽略，吸收剂量等于比释动能。量等于比释动能。ctrKgKgdmddmdD)1()1(式中，式中，g g为次级电子的能量转化为轫致辐射的份额。为次级电子的能量转化
7、为轫致辐射的份额。g g值与电子能量值与电子能量E(MeV)E(MeV)和原子序数和原子序数Z Z之间的关系，近似地为之间的关系，近似地为gEZ/(EZ+800)gEZ/(EZ+800)，此值一般在，此值一般在10-310-310-210-2之间，故可以忽略之间，故可以忽略。在辐射关心的能量范围，比释动能由电子平衡的仪器测量时，在辐射关心的能量范围，比释动能由电子平衡的仪器测量时，X X、或中子数值上均近似相等。或中子数值上均近似相等。（三）比释动能与吸收剂量的关系（三）比释动能与吸收剂量的关系（四）照射量（四）照射量X及其应用及其应用 1、照射量及其单位照射量及其单位 1)照射量的定义 一束
8、X或射线穿过空气时与空气发生相互作用而产生次级电子，这些次级电子在使空气电离而产生离子对的过程中，最后全部损失了本身的能量。照射量是表示X或射线在空气中产生电离大小的物理量。照射量X的定义：X或射线在单位质量的空气中击出的全部次级电子完全被阻停时，在空气中产生一种符号的带电粒子（电子或正离子）的总电荷量。dmdQX 2)2)照射量的单位照射量的单位 照射量照射量X X的的SISI单位为库仑每千克单位为库仑每千克(C/kg)(C/kg)，非法定单位为伦琴（，非法定单位为伦琴（R R）1 1伦琴（伦琴（R R）=2.58=2.581010-4-4C/kg 1 C kg-1=3876 RC/kg 1
9、 C kg-1=3876 R 伦琴的定义：在伦琴的定义：在1 1伦琴伦琴X X射线照射下，射线照射下，0.001293g0.001293g空气（标准状空气（标准状况下，况下，1 1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为总共产生电量各为1 1静电单位的正离子和负离子。静电单位的正离子和负离子。1 1静电单位电量静电单位电量 =3.33=3.331010-10-10C CkgCkgCg46101058.210293.11033.3001293.011静电单位电量伦琴 2 2、照射量率、照射量率 照射量率照射量率 就是单位
10、时间内的照射量。若在就是单位时间内的照射量。若在t t 到到t+dtt+dt时间内，时间内，照射量为照射量为dXdX，则称，则称 为该物质在为该物质在t t 时刻的照射量率。照射率的时刻的照射量率。照射率的SISI单位为单位为C/C/（kgkgs s）。）。dtdXX XX 3、照射量与吸收剂量的关系、照射量与吸收剂量的关系 在实际应用中，直接测生物体的吸收剂量是困难的，通常借助人体在实际应用中，直接测生物体的吸收剂量是困难的，通常借助人体模型进行测量。模型进行测量。D=fXD=fX换算系数换算系数 f f空气为空气为8.73mGy/R8.73mGy/R在小于在小于15%15%的数值差异可以忽
11、略时，以的数值差异可以忽略时，以R R为单位的照射量可在数值上为单位的照射量可在数值上看作以看作以radrad为单位的空气、水、软组织的吸收剂量。为单位的空气、水、软组织的吸收剂量。4.照射量与空气比释动能照射量与空气比释动能K=8.76X K=8.76X (10-1500kev均为8.76 mGy/R)。照射量通过合适的转换系数与空气 比释动能相联系例如，100 kV X 射线在一点上产生1 R 的照射量，将给予空气比释动能大约8.7 mGy(0.87 rad)5.照射量、比释动能和吸收剂量的区别照射量、比释动能和吸收剂量的区别辐射量 吸收剂量 D 比释动能K 照射量X适有类型 任何粒子 不
12、带电粒子 仅适用X 适用物质 任何物质 任何物质 仅限于空气介质剂量学含意 辐射授与物质 辐射在物质中释放 光子在空气中的 的平均能量 次级带电粒子初始动能 电离能力SI单位(专)J/kg(Gy)J/kg(Gy)C/kg(R旧)二、辐射防护中的量二、辐射防护中的量1.1.与个体相关的辐射量与个体相关的辐射量 1)当量剂量 虽然吸收剂量可用于各种类型的辐射来说明生物体受到辐射照射时吸收能量的多少，但它所反映的生物效应不同，而在辐射防护工作中，最关心的是受照后在机体中产生的生物效应，因而需对吸收剂量进行修正，而引入当量剂量的概念。在ICRP第60号出版物中把把某个器官或组织T受到R类型辐射的当量剂
13、量(equivalent dose)HT,R定义为:RRTRTwDH,式中，是辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量，WR是R类型辐射的辐射权重因子，它是无量刚的量。当吸收剂量的单位是J/kg，当量剂量的法定单位为希沃特（Sv），1Sv=1J/kg。RTD,当量剂量与吸收剂量相比它考虑了辐射权重因子，因此比吸收剂量描述有害生物学效应的几率更准确，必须强调上式的当量剂量公式只限于辐射防护所关心的，与长期小剂量慢性照射相应的那个剂量范围内使用(即限定了辐射剂量率)。当量剂量仅包括了影响辐射生物效应的物理因素。引入了当量剂量之后，则可知对于一个生物体当他在相同部位受到不同类型的辐射照射时，只要所受
14、到的当量剂量相同时，则引起的生物效应是基本相同的，而不论他受到的是何种类型的辐射照射。当辐射场是由具有不同WR 值的不同类型的辐射所组成时，其当量剂量为:RRTRTDwH,需要指出的是，当量剂量关心的是生物体中一个器官或组织整个受辐射照射后的整体行为，但有时也需要考虑器官或组织中某一个点的行为，因而还引入剂量当量（dose equivalent，H）概念，它的定义为:在组织中某点处的剂量当量H是D，Q和N的乘积，即:DQNH 式中，D为该点处的吸收剂量;Q为辐射的品质因数;N为其他修正因子的乘积。2)当量剂量率当量剂量率 当量剂量率就是单位时间内物质吸收的剂量当量。若在t到t+dt时间内，当量
15、剂量的为dH，则该物质在t时刻的当量剂量率为:dtdHH 当量剂量率的当量剂量率的SISI单单位是位是J/kgJ/kgs s，专用单位，专用单位名称，名称，Sv/sSv/s。当量剂量当量剂量:H:H当量剂量 H是吸收剂量乘以用以表征给定类型辐射生物效应的辐射权重因子 WR。为了避免与吸收剂量混淆，当量剂量的SI单位称为希沃特（Sv）。老单位是“rem”。1 Sv=100 rem辐射权重因子，辐射权重因子，W WR R 对医学上用的绝大多数辐射（X射线,e-)WR =1，所以吸收剂量和当量剂量在数字上是相等的。除外的是:粒子(WR=20)中子(WR=5-20).不同辐射类型和能量的辐射权重因子不
16、同辐射类型和能量的辐射权重因子W WR R种类种类能量范围能量范围辐射权重因数辐射权重因数wR光子所有能量1电子及介子所有能量1中子（随中子能量的连续函数）50 Mev质子和荷电的介子2 粒子，裂变碎片，重核 206/)ln(22.185.2nEe6/)2ln(20.170.5nEe6/)04.0ln(225.35.2nEe 3)有效剂量有效剂量 身体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个器官或组织，所有器官或组织也不一定受到相同当量剂量的均匀照射，设 为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量，是相应器官或组织的标称概率系数，于是与不均匀照射情况相应的随机性效应的发生总几率为:THHH,21T,21TTTTTTTTTTTHwHHHHHP2211不均匀辐射防护领域引进了有效剂量辐射防护领域引进了有效剂量E E:TTTHwE式中，式中，和和 分别是器官或组织分别是器官或组织T T的当量剂量和相应的组织权重因的当量剂量和相应的组织权重因子。由当量剂量的定义可以得到子。由当量剂量的定义可以得到:THTwTRRTRTTTTDwwHwE,有效剂量的单位与当量剂量相同。可以看出，有效剂量是身体各组织或器官
