輻射單位和劑量量201145PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1輻射單位和劑量量輻射單位和劑量量201145第1頁/共40頁1、吸收劑量 吸收劑量是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時，用來表示單位質(zhì)量的受照物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量。嚴(yán)格定義為：電離輻射沉積于某一無限小體積元(從宏觀上來看很小但從微觀上看很大，這樣才具有可操作性)中物質(zhì)的平均授與能除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量而得的商，即：dmdD 這里 ，是電離輻射授與質(zhì)量為dm 的物質(zhì)的平均能量，即平均授與能。吸收劑量D，其SI單位為焦耳每千克(J/kg)，法定單位的專門名稱為戈瑞，用符號Gy表示，非法定單位為拉德，用rad表示。 1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德(rad)。d第2頁/共40頁2、吸收

2、劑量率 吸收劑量率 就是單位時間內(nèi)物質(zhì)的吸收劑量。若在t到t+dt時間內(nèi)，吸收劑量為dD，則稱DD dtdDD為該物質(zhì)在t時刻的吸收劑量率。 吸收劑量率 的SI單位是焦耳每千克秒（J/kgs），法定單位的專門名稱為戈瑞每秒Gy/s)，非法定單位為拉德每秒(rad/s)。D第3頁/共40頁第4頁/共40頁（二）比釋動能及其應(yīng)用 間接電離粒子在物質(zhì)中的能量沉積過程分為兩個步驟，第一，間接電離粒子把能量轉(zhuǎn)移給帶電粒子；第二，帶電粒子通過電離、激發(fā)等把能量沉積在物質(zhì)中。因此，量度間接電離輻射傳遞給物質(zhì)的能量，需要量度它給與直接電離粒子的能量。比釋動能就是描述間接電離粒子與物質(zhì)相互作用時，把多少能量傳遞

3、給了直接電離粒子的物理量，而吸收劑量則表示了第二步驟的結(jié)果。 1、比釋動能 比釋動能是不帶電電離粒子與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量的物質(zhì)中產(chǎn)生的帶電電離粒子的初始動能的總和。嚴(yán)格定義為：不帶電電離粒子在無限小體積元(從宏觀上來看很小，但從微觀上看很大這樣才具有可操作性)內(nèi)釋出的所有帶電電離粒子的初始動能之和的期望值 ，除以該體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量dm而得的商，即:trd第5頁/共40頁dmdKtr這里， 是電離輻射轉(zhuǎn)移給質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量，即平均轉(zhuǎn)移能。 比釋動能的SI單位和它的專用單位與吸收劑量相同。trd 2、比釋動能率 比釋動能率就是單位時間內(nèi)物質(zhì)的比釋動能。若在t到t+dt時間內(nèi)，比

4、釋動能為dK，則稱 為該物質(zhì)在t時刻的吸收劑量率。比釋動能率的SI單位和它的專用單位與吸收劑量率單位相同。dtdKK第6頁/共40頁 在電子平衡(Charged Particle EquilibriumCPE)條件下，吸收劑量等于碰撞比釋動能，若軔致輻射的能量損失可以忽略，吸收劑量等于比釋動能。 ctrKgKgdmddmdD)1 ()1 (式中，g為次級電子的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射的份額。g值與電子能量E(MeV)和原子序數(shù)Z之間的關(guān)系，近似地為gEZ/(EZ+800)，此值一般在10-310-2之間，故可以忽略。在輻射關(guān)心的能量范圍，比釋動能由電子平衡的儀器測量時，X、 或中子數(shù)值上均近似相等。

5、（三）比釋動能與吸收劑量的關(guān)系第7頁/共40頁（四）照射量X及其應(yīng)用 1、照射量及其單位 1)照射量的定義 一束X或射線穿過空氣時與空氣發(fā)生相互作用而產(chǎn)生次級電子，這些次級電子在使空氣電離而產(chǎn)生離子對的過程中，最后全部損失了本身的能量。照射量是表示X或射線在空氣中產(chǎn)生電離大小的物理量。照射量X的定義：X或射線在單位質(zhì)量的空氣中擊出的全部次級電子完全被阻停時，在空氣中產(chǎn)生一種符號的帶電粒子（電子或正離子）的總電荷量。dmdQX 第8頁/共40頁 2) 照射量的單位 照射量X的SI單位為庫侖每千克(C/kg)，非法定單位為倫琴（R） 1倫琴（R）=2.5810-4C/kg 1 C kg-1 = 3

6、876 R 倫琴的定義：在1倫琴X射線照射下，0.001293g空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方厘米空氣的質(zhì)量）中釋放出來的次級電子，在空氣中總共產(chǎn)生電量各為1靜電單位的正離子和負(fù)離子。1靜電單位電量 =3.3310-10CkgCkgCg46101058. 210293. 11033. 3001293. 011靜電單位電量倫琴第9頁/共40頁 2、照射量率 照射量率 就是單位時間內(nèi)的照射量。若在t 到t+dt時間內(nèi)，照射量為dX，則稱 為該物質(zhì)在t 時刻的照射量率。照射率的SI單位為C/（kgs）。dtdXX XX第10頁/共40頁 3、照射量與吸收劑量的關(guān)系 在實際應(yīng)用中，直接測生物體的吸收劑量是困

7、難的，通常借助人體模型進行測量。 D=fX換算系數(shù) f空氣為8.73mGy/R在小于15%的數(shù)值差異可以忽略時，以R為單位的照射量可在數(shù)值上看作以rad為單位的空氣、水、軟組織的吸收劑量。 第11頁/共40頁第12頁/共40頁輻射量 吸收劑量 D 比釋動能K 照射量X適有類型 任何粒子 不帶電粒子 僅適用X 適用物質(zhì) 任何物質(zhì) 任何物質(zhì) 僅限于空氣介質(zhì)劑量學(xué)含意 輻射授與物質(zhì) 輻射在物質(zhì)中釋放 光子在空氣中的 的平均能量 次級帶電粒子初始動能 電離能力SI單位(專) J/kg(Gy) J/kg(Gy) C/kg(R舊) 第13頁/共40頁 二、輻射防護中的量第14頁/共40頁1.與個體相關(guān)的輻

8、射量 1) 當(dāng)量劑量 雖然吸收劑量可用于各種類型的輻射來說明生物體受到輻射照射時吸收能量的多少，但它所反映的生物效應(yīng)不同，而在輻射防護工作中，最關(guān)心的是受照后在機體中產(chǎn)生的生物效應(yīng)，因而需對吸收劑量進行修正，而引入當(dāng)量劑量的概念。在ICRP第60號出版物中把把某個器官或組織T受到R類型輻射的當(dāng)量劑量(equivalent dose) HT,R定義為:RRTRTwDH,式中， 是輻射R在器官或組織T內(nèi)產(chǎn)生的平均吸收劑量，WR是R類型輻射的輻射權(quán)重因子， 它是無量剛的量。當(dāng)吸收劑量的單位是J/kg，當(dāng)量劑量的法定單位為希沃特（Sv），1Sv=1J/kg。 RTD,第15頁/共40頁 當(dāng)量劑量與吸收

9、劑量相比它考慮了輻射權(quán)重因子，因此比吸收劑量描述有害生物學(xué)效應(yīng)的幾率更準(zhǔn)確，必須強調(diào)上式的當(dāng)量劑量公式只限于輻射防護所關(guān)心的，與長期小劑量慢性照射相應(yīng)的那個劑量范圍內(nèi)使用(即限定了輻射劑量率)。當(dāng)量劑量僅包括了影響輻射生物效應(yīng)的物理因素。 引入了當(dāng)量劑量之后，則可知對于一個生物體當(dāng)他在相同部位受到不同類型的輻射照射時，只要所受到的當(dāng)量劑量相同時，則引起的生物效應(yīng)是基本相同的，而不論他受到的是何種類型的輻射照射。當(dāng)輻射場是由具有不同WR 值的不同類型的輻射所組成時，其當(dāng)量劑量為: RRTRTDwH, 需要指出的是，當(dāng)量劑量關(guān)心的是生物體中一個器官或組織整個受輻射照射后的整體行為，但有時也需要考慮

10、器官或組織中某一個點的行為，因而還引入劑量當(dāng)量（dose equivalent，H）概念，它的定義為:在組織中某點處的劑量當(dāng)量H是D，Q和N的乘積，即:DQNH 式中，D為該點處的吸收劑量;Q為輻射的品質(zhì)因數(shù);N為其他修正因子的乘積。 第16頁/共40頁2) 當(dāng)量劑量率 當(dāng)量劑量率就是單位時間內(nèi)物質(zhì)吸收的劑量當(dāng)量。若在t到t+dt時間內(nèi)，當(dāng)量劑量的為dH，則該物質(zhì)在t時刻的當(dāng)量劑量率為: dtdHH 當(dāng)量劑量率的SI單位是J/kgs，專用單位名稱，Sv/s。第17頁/共40頁第18頁/共40頁第19頁/共40頁 不同輻射類型和能量的輻射權(quán)重因子WR種類種類能量范圍能量范圍輻射權(quán)重因數(shù)輻射權(quán)重因

11、數(shù)wR光子所有能量1電子及介子所有能量1中子（隨中子能量的連續(xù)函數(shù)） 50 Mev質(zhì)子和荷電的介子2 粒子，裂變碎片，重核 206/)ln(22 .185 . 2nEe6/)2ln(20 .170 . 5nEe6/)04. 0ln(225. 35 . 2nEe第20頁/共40頁 3)有效劑量 身體所受的任何照射，幾乎總是不止涉及一個器官或組織，所有器官或組織也不一定受到相同當(dāng)量劑量的均勻照射，設(shè) 為不均勻照射時器官或組織T的當(dāng)量劑量， 是相應(yīng)器官或組織的標(biāo)稱概率系數(shù)，于是與不均勻照射情況相應(yīng)的隨機性效應(yīng)的發(fā)生總幾率為:THHH,21T,21TTTTTTTTTTTHwHHHHHP2211不均勻輻

12、射防護領(lǐng)域引進了有效劑量E:TTTHwE式中， 和 分別是器官或組織T的當(dāng)量劑量和相應(yīng)的組織權(quán)重因子。由當(dāng)量劑量的定義可以得到:THTwTRRTRTTTTDwwHwE, 有效劑量的單位與當(dāng)量劑量相同?？梢钥闯觯行┝渴巧眢w各組織或器官受到不同類型輻射照射下，輻射權(quán)重因子和組織權(quán)重因子的雙重加權(quán)的吸收劑量之和。 第21頁/共40頁 為了進一步了解有效劑量的劑量學(xué)含意，考慮如下兩種照射情況:a)全身受到不均勻照射 此種情況下發(fā)生隨機性效應(yīng)的幾率為:b)全身所有器官或組織受到同一當(dāng)量劑量的均勻照射。 此種情況下發(fā)生隨機性效應(yīng)的幾率為:TTTTTHHHHP2211不均勻全身全身均勻HP 以上， 為不

13、均勻照射時器官或組織T的當(dāng)量劑量， 是相應(yīng)器官或組織的標(biāo)稱概率系數(shù);而 是全身均勻照射時的當(dāng)量劑量和相應(yīng)的標(biāo)稱概率系數(shù)。 假若由上述兩種情況誘發(fā)的隨機性效應(yīng)的幾率相等，我們看看計算出來的全身均勻照射的當(dāng)量劑量到底等于什么。則有:THHH,21T,21全身全身,HTTTTHHHHHHHH全身全身全身全身全身全身22112211第22頁/共40頁TTTTTHwHwHwHw2211 將上式與有效劑量的定義式 相比較，可以看出定義的有效劑量E，原來就是一個全身均勻照射的當(dāng)量劑量。由這一當(dāng)量劑量的全身均勻照射所致的隨機性效應(yīng)的幾率與由身體各個器官或組織所受到的不同當(dāng)量劑量 所致的隨機性效應(yīng)的誘發(fā)幾率相等

14、。換句話說，把全身各個器官或組織受到不同當(dāng)量劑量 的照射折算成總的隨機性效應(yīng)幾率一樣的全身均勻照射時的當(dāng)量劑量就是有效劑量。TTTHwETHHH,21THHH,21第23頁/共40頁 不同組織或器官的組織權(quán)重因子wT組織或器官組織或器官組織權(quán)重因數(shù)組織權(quán)重因數(shù)W WT T肝0.04食道0.04甲狀腺0.04膀胱0.04皮膚0.01唾液腺0.01腦0.01骨表面0.01組織或器官組織或器官組織權(quán)重因數(shù)組織權(quán)重因數(shù)W WT T紅骨髓0.12結(jié)腸0.12肺0.12胃0.12乳腺0.12其余組織或器官0.12性腺0.08第24頁/共40頁 4) 待積當(dāng)量劑量和待積有效劑量 當(dāng)放射性核素通過某種途徑被攝

15、入體內(nèi)后，可以在體內(nèi)產(chǎn)生照射，即內(nèi)照射。內(nèi)照射劑量率在時間上的分布，會根據(jù)放射性核素的種類、化學(xué)形態(tài)、攝入方式以及代射方式等變化。待積劑量是用來評價內(nèi)照射危害的量。 待積當(dāng)量劑量是人體單次攝入放射性物質(zhì)后，某一器官或組織在年內(nèi)將要受到的累積的當(dāng)量劑量即: 00)()(ttTTdttHH 式中，t0是攝入時刻; 是在t時刻器官或組織T受到的當(dāng)量劑量率。現(xiàn)在規(guī)定成年人計算50年，兒童為70年。 受到輻射危險的各個器官或組織的待積當(dāng)量劑量 經(jīng)組織權(quán)重因子wT加權(quán)處理后的總和稱待積有效劑量，即:)(tHT)(THTTTHwE)()(第25頁/共40頁 2.與群體相關(guān)的輻射量 與群體相關(guān)的輻射量有集體當(dāng)

16、量劑量和集體有效劑量。集體當(dāng)量劑量是受照群體每個成員的器官或組織的當(dāng)量劑量的總和: ,單位:人Sv iiTiTNHS 式中， 是受照射群體中第i人群組內(nèi)Ni個成員每人的器官或組織T所受的平均當(dāng)量劑量。 集體有效劑量是受照群體每個成員的有效劑量的總和即: ,單位:人SvTiHiiiNES 式中， 是受照射群體中第i人群組內(nèi)Ni個成員每人所受的平均有效劑量。 iE第26頁/共40頁 四、用于環(huán)境和個人監(jiān)測的ICRU量 第27頁/共40頁 輻射防護的基本任務(wù)之一是需確定人體內(nèi)最大當(dāng)量劑量，并將它與國標(biāo)中規(guī)定的劑量限值進行比較，借以判斷所受照射是否在可接受范圍。不過，人體受到外照射時，人體各部分的當(dāng)量

17、劑量是不相同的，也是不可直接測量的，為此ICRU建議用一個直徑為30cm的組織等效球(稱ICRU球) 作為人體軀干的模型，借此估計人體軀干中的最大當(dāng)量劑量。 強貫穿輻射：在均勻單向輻射場中，對某一給定的人體取向，如皮膚敏感層的任何小塊區(qū)域內(nèi)所接受的當(dāng)量劑量小于有效劑量的10倍，則此種輻射稱為強貫穿輻射。 弱貫穿輻射：在均勻單向輻射場中，對某一給定的人體取向，如皮膚敏感層的任何小塊區(qū)域內(nèi)所接受的當(dāng)量劑量大于有效劑量的10倍，則此種輻射稱為弱貫穿輻射。此處10倍對應(yīng)于ICRP建議的年皮膚當(dāng)量劑量限值和年有效劑量限值之比。第28頁/共40頁 擴展場：由實際的輻射場導(dǎo)出的一個假設(shè)的輻射場。在其中的整個

18、有關(guān)體積內(nèi)每一點，粒子注量及其角分布和能量分布與參考點x處實際輻射場相同。即:),(),(ExEV 則稱體積V中的輻射場 為空間x點處實際輻射場的擴展場。),(EV 擴展齊向場：由實際的輻射場導(dǎo)出的一個假設(shè)的輻射場。在其中的整個有關(guān)體積內(nèi)每一點，粒子注量及其能量分布與參考點x處實際輻射場相同，但光子注量是單向的。),(),(,ExEV第29頁/共40頁 則稱體積V中的輻射場 為空間x點處實際輻射場的擴展齊向場。式中 是實際輻射場，它只在這個立體角內(nèi)有粒子注量。),(,EV),(Ex 1、環(huán)境監(jiān)測 周圍劑量當(dāng)量 ：是用來表征強貫穿輻射的實用量，也是用于估計有效劑量E的量。就是相應(yīng)于測量點處的擴展

19、齊向場在ICRU球內(nèi)、逆擴展齊向場的半徑上深度d處產(chǎn)生的劑量當(dāng)量。如圖。對強貫穿輻射，推薦d=10mm，此時 記為 。單位:Jkg-1;專用名:Sv。)(*dH)(*dH)10(*H 周圍劑量當(dāng)量定義示意圖第30頁/共40頁 周圍劑量當(dāng)量是針對實際輻射場中一點定義的，其數(shù)值是由相應(yīng)的擴展齊向場決定的。在實際中，對于單向均勻的輻射場， 的意義是很明確的，它是該輻射場在ICRU球中對著注量方向的半徑上深度d(P點)處產(chǎn)生的劑量當(dāng)量。對于多向的均勻輻射場，可以設(shè)想先將輻射粒子的方向加以梳理，使其變?yōu)閱蜗虻??；蛘咴O(shè)想將輻射場的注量按其方向加以分解，讓ICRU球的任一指定半徑OA先對著某一方向的輻射接受

20、照射(探測器只對從這一半徑方向上的入射輻射有響應(yīng))。然后讓ICRU球繞P點旋轉(zhuǎn)，使半徑OA對著另一方向的輻射接受相同時間的照射。如此繼續(xù)下去，直到ICRU球的半徑OA對著所有方向的輻射接受了相同時間照射為止。這時OA半徑上深度d處P點接受的劑量當(dāng)量即為周圍劑量當(dāng)量 。)(*dH)(*dH第31頁/共40頁 周圍劑量當(dāng)量與測量點的注量及其能譜分布有關(guān)，而與注量的角分布無關(guān)。這正是“周圍”一詞的含義， 它表示是來自測量點周圍各方向的輻射以特定的方式(對輻射場梳理或讓ICRU球旋轉(zhuǎn))在ICRU球中產(chǎn)生劑量當(dāng)量，其數(shù)值等于相應(yīng)于測量點處的擴展齊向場在ICRU球內(nèi)、逆擴展齊向場的半徑上深度d處產(chǎn)生的劑量

21、當(dāng)量。其數(shù)值又等于擴展場中各方向上的輻射在正對著其入射方向的ICRU球上深度d處產(chǎn)生的劑量當(dāng)量之和(探測器只對正入射方向的輻射產(chǎn)生響應(yīng)，每一個方向上的受照時間都與在擴展齊向場中的受照時間相同)。周圍劑量當(dāng)量 是用于環(huán)境監(jiān)測的一個量，用它可以把外部輻射場與處于輻射場中的人體有效劑量聯(lián)系起來。 給出了人體在輻射場中的有效劑量估計值。)(*dH)(*dH)10(*H第32頁/共40頁 將輻射場加以梳理再讓ICRU球接受其照射，或者將輻射場按方向分解而后讓ICRU球在旋轉(zhuǎn)中接受不同方向的相同時間的照射，在事實上可能是無法實現(xiàn)的。但是如果一臺有各向同性響應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測儀器在適當(dāng)?shù)膯蜗蚓鶆蛏涫邪?刻度過后

22、，則在儀器線度范圍內(nèi)是均勻的任意方向分布的輻射場中，該儀器可以測量 ，而無需輻射場的梳理或測量儀器旋轉(zhuǎn)。因此只要輻射場在一定范圍內(nèi)是均勻的，測量儀器的響應(yīng)是各向同性的，就可能實現(xiàn)對周圍劑量當(dāng)量 的精確測量。)(*dH)(*dH)(*dH第33頁/共40頁 定向劑量當(dāng)量 ：是用來測量弱貫穿輻射的實用量，也是用于估計皮膚當(dāng)量劑量的量。相應(yīng)于測量點處的擴展場在ICRU球內(nèi)、指定方向的半徑深度d處產(chǎn)生的劑量當(dāng)量。對弱貫穿輻射，推薦d=0.07mm，此時 記為 。單位為Jkg-1，專用名:Sv。定向劑量當(dāng)量 就是用來表征弱貫穿輻射對皮膚照射的一個劑量學(xué)量，是一個用于環(huán)境監(jiān)測的劑量當(dāng)量。人體表面到0.07mm深度，代表角質(zhì)皮層(表皮層)，此層為死層，輻射對其產(chǎn)生的效應(yīng)無關(guān)緊要。),( dH),( dH),07. 0(H),07. 0(H第34頁/共40頁 當(dāng)ICRU球的指定半徑正對著平面平行射束的入射方向受照時，在相同受照深度時，定向劑量當(dāng)量和周圍劑量當(dāng)量相等。在其它情況下，或者因為傾斜照射，或者因為輻射場的角分布，定向劑量當(dāng)量總是小于周圍劑量當(dāng)量。于是有:),()(*dHdH第35頁/共40頁 2、個人監(jiān)測