高等電離輻射防護教程 夏益華 5第三章 電離輻射防護領域中常用量和單位

1、理學院 張慧娟電離輻射防護目標：在不過分限制有益的、產(chǎn)生輻射的實踐的前提下，為人們提供一個適宜的防護標準To provide an appropriate standard of protection for man without unduly limiting the beneficial practices giving rise to radiation exposure 主要內(nèi)容主要內(nèi)容描述輻射場的量基本的劑量量輔助的劑量量比釋動能照射量描述輻射場的量輻射場：電離輻射存在的空間。由輻射源產(chǎn)生。根據(jù)輻射源不同可分為：輻射場、輻射場、中子輻射場、混合場。常用作描述輻射場特性的物理量：粒子

2、注量、粒子注量率能注量、能注量率粒子注量ICRU定義：輻射場中某一點的注量，是進入以該點為球心，截面積為da的小球體內(nèi)的粒子數(shù)dN除以da的商，即)(m 2-dadN式中： dN進入小球體的粒子數(shù)。 da 小球體截面積，單位m2。 粒子注量，單位m-2。粒子注量粒子注量率注量率的時間積分等于注量)s(m 1 -2-2dadtNddtd式中： d 單位時間粒子注量的增量。 粒子注量率，單位m-2s-1。 能量注量進入單位截面積的球體內(nèi)的所有粒子能量之和（不包括靜止能量）式中： dEn 粒子能量之和，單位 J。 能量注量，單位 J/m2。)mJ ( 2-dadEn能量注量率式中： d 單位時間能量

3、注量的增量。 能量注量率，單位 Jm-2s-1。s)mJ ( 2-dtd能量注量與粒子注量的關系：對能量為E的粒子基本的劑量量劑量：醫(yī)學專用術語，指藥物治療時需要掌握的用藥量?！皠┝俊闭亲鳛閷⑽锢頊y量和輻射生物效應聯(lián)系起來的一個物理量而被引入的。 劑量量一般可以探測得出劑量量的本質(zhì)是用來描述輻射在物質(zhì)內(nèi)沉積能量及輻射在物質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生效應的量。重要的量：吸收劑量、當量劑量、有效劑量吸收劑量D授予能能量沉積是一個隨機的過程平均授予能定義：電離輻射授予某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商SI單位：戈瑞，1Gy1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，1rad0.01GydmdDQex

4、in0)(df吸收劑量1 戈瑞（1焦耳/千克）時的能量效應 1）水溫升高 （比熱 4.2103J/千克度） 1 kg水物質(zhì)吸收劑量 1 Gy 水溫度上升 1/（4.2103）= 2.410-4 C2）轉(zhuǎn)化為物體的動能 m D= (1/2)m v2 運動速度 v = 1.4 m/s3) 轉(zhuǎn)化為物體的勢能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m劑量實際上是單位物質(zhì)吸收電離輻射能大小的一種量度吸收劑量率定義：某一時間間隔內(nèi)吸收劑量的增量除以該時間間隔的商。注意：吸收劑量是指每單位質(zhì)量受照物質(zhì)吸收的輻射能量適用于任何類型、任何能量的電離輻射，且適用于任何受照物質(zhì)。(Gy/s) dtdDD

5、當量劑量HT輻射引起的某一生物效應的發(fā)生率，不僅與物質(zhì)的吸收劑量有關，而且與輻射的種類和能量及照射條件有關；全身照射條件下，當吸收劑量為1mGy時，能量為4.5MeV的快中子誘發(fā)某種生物效應的概率比能量為250keV的X射線誘發(fā)同樣生物效應的概率大10倍；根據(jù)放射生物學資料，根據(jù)外部輻射場的類型或體內(nèi)沉積的放射性核素發(fā)射的輻射的類型和能量， 確定一個輻射權重因子WR； 當量劑量HT器官或組織的當量劑量定義為WR與DT.R的乘積。其中，DT.R:輻射R在器官或組織T中產(chǎn)生的平均吸收劑量WR:輻射R的輻射權重因子HT.R的單位：J/Kg, sievert (Sv， 希沃特，與吸收劑量單位戈希沃特，

6、與吸收劑量單位戈瑞區(qū)別瑞區(qū)別)1J/kg=1Sv=100rem （雷姆）RTRRTDWH,當量劑量HT如果輻射場為混合輻射場，如中子和輻射場，內(nèi)照射的、和輻射場；這時的當量劑量為各輻射的當量劑量之和。當量劑量率SI單位：J/(Kg s )RTRRTDWH,dtdHTTH輻射權重因子（Radiation weighting factors）Type of radiationwR光子，所有能量1電子及介子，所有能量1中子,能量 20MeV51020105質(zhì)子，非反沖質(zhì)子,能量 2MeV5粒子，裂變碎片，重核20輻射權重因子（中子）例 題 In 1 year, a worker received a

7、 dose of 0.02 Gy, a thermal neutron (Ns) dose of 0.002 Gy, and a fast neutron dose (Nf) of 0.001 Gy. What is his total equivalent dose？(Take wR for fast neutrons as 20.)Equivalent dose=DT,R x WREquivalent dose, =0.02 x 1=0.02 SvEquivalent dose, Ns=0.002 x 5=0.01 SvEquivalent dose, Nf=0.001 x 20=0.02

8、 SvTotal equivalent dose =0.05 Sv有效劑量 E人體是一個統(tǒng)一的生命體，一個器官受照，影響人的整體，多個器官同時受照，將帶來更大危險；輻射所誘發(fā)的隨機性效應發(fā)生的概率，不僅與當量劑量有關，而且與受照的組織和器官有關；不同的組織或器官在相同的均勻照射條件下，即使受到相同的當量劑量的照射，所誘發(fā)的隨機性效應的發(fā)生率也不盡相同；為使單個器官或組織受照所致的隨機性效應的發(fā)生率與全身均勻照射所致的隨機性效應聯(lián)系起來，分別給各個器官或組織的當量劑量一個權重因子WT；所有組織的權重因子之和為1有效劑量人體所有組織的當量劑量的加權值人體所有組織的當量劑量的加權值HT: 組織或器官

9、的當量劑量（組織或器官的當量劑量（Equivalent dose in tissue or organ T）WT: 組織權重因子（組織權重因子（Weighting factor for tissue T）TTTwHE組織權重因子Tissue or organWTGonads （性腺）Bone marrow （紅骨髓）Colon （結(jié)腸）Lung （肺）Stomach （胃）Bladder （膀胱）Breast （乳腺）Liver （肝）Oesohagus （食道）Thyroid （甲狀腺）Skin （皮膚）Bone surface （骨表面）Remainder （其余組織或器官）0.200.1

10、20.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05待積當量劑量HT() 放射性核素進入人體后對組織或器官的照射劑量，將隨著放射性核素的衰變和時間的推移而逐步積累；針對單次攝入某種放射性核素對人體所產(chǎn)生的照射，采用待積當量劑量來描述待積當量劑量來描述；待積當量劑量是人體在單次攝入放射性物質(zhì)之后，某一特定組織接受的當量劑量率在時間內(nèi)的積分。待積當量劑量HT() 00.)()(ttTTdHH : 50 years for adults, From intake to 70 years for children Following an intake to th

11、e body of a radioactive material, there is a period during which the material gives rise to equivalent dose in the tissue of the body in varying rates.單次攝入放射性物質(zhì)后，產(chǎn)生的待積組織或器官當量劑量乘以相應的組織權重因子WT，然后求和，即為待積有效劑量；待積有效劑量用于評價單次攝入某一活度的放射性核素對組織或器官所造成的危害；待積有效劑量E()TTTHWE)()(積分時間積分時間 的單位為年的單位為年集體當量劑量 ST集體當量劑量用來評價某一

12、人群某指定的組織或器官所受到的總的照射情況；當評價某一輻射事件對特定人群所造成的危害以及進行輻射防護的最優(yōu)化設計時，使用集體當量劑量。 TTTTdHdHdNHS)(0間的人數(shù)到為接受當量劑量在式中TTTTTdHHHdHdHdN)( ,集體當量劑量iiiTTNHS,平均器官當量劑量平均器官當量劑量第第i組人群人數(shù)組人群人數(shù)單位：人單位：人希沃特希沃特 (man Sv)集體有效劑量用來評價某一人群所受到的輻射照射：集體有效劑量 S dEdEdNES)(0iiiNES第第i組人群接受的平均有效劑量組人群接受的平均有效劑量輻射劑量小結(jié)吸收劑量當量劑量有效劑量待積當量劑量待積有效劑量思考：當量劑量與劑量

13、當量的區(qū)別？劑量當量劑量當量是在組織中某一點的吸收劑量D、反映吸收劑量微觀分布的品質(zhì)因數(shù)Q、反映吸收劑量不均勻的空間和時間分布等因素的修正系數(shù)N的乘積。式中，品質(zhì)因數(shù)Q又稱線質(zhì)系數(shù)，它是在所關心的那一點，水中傳能線密度的函數(shù)。修正系數(shù)N，ICRP指定為1。傳能線密度：一個致電離粒子沿其徑跡的電離密度的一種量度：DQNH 定義：電離輻射授予某一體積元中物質(zhì)的平均能量除以該體積元中物質(zhì)的質(zhì)量的商SI單位：戈瑞，1Gy1J/kg；歷史上曾使用過的單位：拉德，1rad0.01GydmdD吸收劑量D比釋動能間接電離粒子能量沉積過程：比釋動能K定義：間接帶電粒子在體積元內(nèi)產(chǎn)生的所有帶電粒子的初始動能的和除

14、以物質(zhì)質(zhì)量的商。SI單位：戈瑞，Gy dmdEKtr間接電離粒子在特定物質(zhì)的體積元內(nèi)釋放出來的所有帶電粒子的初始動能的總和，所考慮的體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量比釋動能率定義：某一時間間隔內(nèi)比釋動能的增量除以該時間間隔的商。35SI單位：戈瑞/秒，Gy/s dtdKK質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)、質(zhì)能吸收系數(shù)電子、光子、中子在物質(zhì)內(nèi)的吸收均近似地遵從上述衰減規(guī)律。用來表示吸收系數(shù)，m=表示質(zhì)量吸收系數(shù)1. 質(zhì)量衰減系數(shù) / 光子在物質(zhì)中穿行單位距離時，平均發(fā)生總的相互作用的幾率。式中： 線衰減系數(shù)，cm-1；光電線衰減系數(shù)；e總康普頓線衰減系數(shù)； coh 相干散射線衰減系數(shù)；電子對線衰減系數(shù)；質(zhì)量衰減系數(shù)

15、 /：線衰減系數(shù) ：單位：cm-12. 質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù) tr / 線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)tr： 穿行單位距離，光子轉(zhuǎn)移為帶電粒子的動能占總能量的份額。質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù) tr /： 穿行過單位質(zhì)量厚度，射線把能量轉(zhuǎn)移給電子的份額3. 質(zhì)能吸收系數(shù) en / 光子轉(zhuǎn)移給帶電粒子的能量有一部分會由于韌致輻射損失掉。質(zhì)能吸收系數(shù) en /： 式中：g次級電子由于韌致輻射而損失的能量的份額比釋動能與注量的關系單能：連續(xù)譜：比釋動能因子：用于計算比釋動能與吸收劑量的關系帶電粒子平衡：每有一個帶電粒子從所考慮體積出來，就有一個相同類型、相同能量的帶電粒子從外面進入，要求一一對應。u帶電粒子平衡的條件：離介質(zhì)邊界有一定距離

16、，d Rmax；均勻照射條件；介質(zhì)均勻條件：介質(zhì)對次級帶電粒子的阻止本領，對初級輻射的質(zhì)能吸收系數(shù)不變?？偰芰科胶庾V分布平衡比釋動能與吸收劑量的關系帶電粒子平衡：每有一個帶電粒子從所考慮體積出來，就有一個相同類型、相同能量的帶電粒子從外面進入，要求一一對應。u帶電粒子平衡不成立：輻射源附近；兩種物質(zhì)的界面；高能輻射。總能量平衡譜分布平衡比釋動能與吸收劑量的關系：條件：帶電粒子平衡800EZEZg其中：對低能帶電粒子，韌致輻射可以忽略時，則DK一般在10-310-2之間比釋動能與吸收劑量在物質(zhì)中的變化：44比釋動能和吸收劑量概念的應用目的：實現(xiàn)對生物組織中吸收劑量的間接測量)1 (gEDtrgt

17、ren12121/enenDD射線：中子：ctrtrcDD/注意譜的問題，此外還需要進行組織厚度的劑量修正照射量46定義：X、射線，在空氣中，單位體積元內(nèi)產(chǎn)生的全部電子均被阻留在空氣中時，形成的總電荷除以該體積元空氣質(zhì)量。式中：dQ在一個體積元的空氣中，產(chǎn)生的一種符號的離子總電荷的絕對值；dm體積元內(nèi)空氣的質(zhì)量。(C/kg) dmdQX 照射量WeXen另一個定義式SI單位：C/Kg; 歷史上的專用單位：倫琴在1倫琴X射線照射下，0.001293克空氣（標準狀況下，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離子。1R2.5810-4C/kgSI單位：C / Kg .s , R/s 等照射量率照射量的特點照射量僅適用于X、射線和空氣介質(zhì)；測量時必須滿足電子平衡；有些文獻提到介質(zhì)的照射量時，是指在介質(zhì)中放置少