公共衛(wèi)生學(xué)院專業(yè)選修放射防護(hù)3rd

1、第三講常用核輻射量及其測量常見核輻射量名稱放射性物質(zhì)量：放射性活度、比活度外(內(nèi))照射量：通量（注量）、照射量、吸收劑量、比釋動(dòng)能、當(dāng)量劑量（當(dāng)量劑量指數(shù)）、有效劑量、集體劑量、劑量負(fù)擔(dān)、待積劑量、傳能線密度、相對生物效應(yīng)比、etc.國際制的基本和輔助量的名稱名稱符號長度米meterm質(zhì)量千克kilogramkg時(shí)間秒seconds電流ampereA熱力學(xué)溫度kelvinK物質(zhì)的量摩爾molemol發(fā)光強(qiáng)度candelacd平面角弧度radianrad角球面度steradiansr放射性衰變規(guī)律(T1/2)半衰期定義：一定量的某種放射性原子核衰變至原來的一半所需要的時(shí)間。經(jīng)過n個(gè)半衰期后，未發(fā)

2、生衰變的放射性原子核數(shù)目是原有的1/2n時(shí)間t (T1/2 )012345n放射性原子核數(shù)目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n半衰期放射性衰變基本規(guī)律指數(shù)衰減規(guī)律：N0e-tN=N0:（t=0）時(shí)放射性原子核的數(shù)目經(jīng)過t時(shí)間后未發(fā)生衰變的放射性原子核數(shù)目放射性原子核衰變常數(shù)，大小只與原子核本身性質(zhì)有關(guān)，與外界條件無關(guān);數(shù)值越大衰變越快。N:N = N0e-t放射性活度放射性活度(Activity):時(shí)間間隔(dt)內(nèi)發(fā)生自發(fā)放射性核素在核衰變的期望數(shù)(dN)。As-1,= dN/dt專名：Becquerel國際舊：(,Bq)= 3.71010換算：1Ci()Bq放射性

3、比活度(SpecificBq/kg; Bq/m3;.Activity)常用外照射輻射量-照射量照射量（exure dose; )：定義為dQ除以dm而得的商，其中dQ是當(dāng)光子(線或線)在質(zhì)量為dm的空氣中出所有正負(fù)電子被完全時(shí)，在空氣中形成同一種符號離子的總電荷量的絕對值。dQXdm千克-1(Ckg-1)國際制：)=2.5810-4Ckg-1舊換算：1R(* 1 R: 1cm3的空氣(0、1大氣壓；0.001293 g)中產(chǎn)生1個(gè)靜電的正或負(fù)的電氣量(3.37510-10 C)表征引起空氣電離的能力大小，通常只用在10keV3MeV.常用外照射輻射量-比釋動(dòng)能比釋動(dòng)能（Kinetic Ener

4、gy Releasedaterial; kerma)：質(zhì)量(dm)物質(zhì)中由間接電離離子定義為出的全部帶電粒子的初始能量的之和(dtr)。d K trdm：焦耳千克-1(Jkg-1);國際制專名：(Gy)舊換算：1Rad()=0.01Gydtrd（常伴有軔致輻射）；在“電子平衡”條件下，D= K(1-g)。常用外照射輻射量-能量注量能量注量（energy fluence)：對準(zhǔn)直輻射束而言，指通過垂直于粒面積da子前進(jìn)方向的有粒子在扣除平方厘米面積上所能量后的能量總和；對于非準(zhǔn)直輻射束，指進(jìn)入平方厘米截面面積的一個(gè)小球的所有粒子在扣除能量后的能量總和。：焦耳米-2 (Jm-2)國際制 en1 X

5、 8.(R) 373 10 air常用外照射輻射量-吸收劑量吸收劑量（absorbed dose; D):定義為d除以dm而得的商，d是由電離輻射授與質(zhì)量為dm的受照物質(zhì)的平均能量。 d dmD ：焦耳千克-1(Jkg-1);國際制專名：(Gy)舊換算：1Rad()=0.01Gy劑量學(xué)和輻射防護(hù)領(lǐng)域中最基本和重要的量；適用于任何類型電離輻射和任何物質(zhì)；不過，或其它物質(zhì)所吸收的能量還不易測定。吸收劑量1Gy（1J/kg）時(shí)的能量效應(yīng)1）水溫升高（比熱4.2103J/千克度）1kg水物質(zhì)吸收劑量1Gy水溫度上升1/（4.2103）=2.410-4C2）轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能D=(1/2)m v2;m運(yùn)動(dòng)

6、速度v= 1.4m/s3)轉(zhuǎn)化為物體的勢能mD=mgh;上升高度h=0.1m劑量實(shí)際上是物質(zhì)吸收電離輻射能大小的一種量度上述量的區(qū)別和用途1.照射量是基本的測定量。對軟組織而言，線的照射量與吸收劑量相同，所以至今經(jīng)常被使用；但對的其它組織，高或低能領(lǐng)域()線的吸收劑量和照射量相差很大。因此，人們才認(rèn)識到評價(jià)吸收劑量的重要性。另外，對于高能光子而言，次級電子引起韌致輻射；電子對生成放出的線等；對它們評價(jià)不能用照射量。2.吸收劑量和比釋動(dòng)能相同，易于。吸收劑量指的是著目部分的吸收能量，不去考慮次級電子產(chǎn)生的地方；評價(jià)射線對或物質(zhì)的影響時(shí)常用。比釋動(dòng)能是指次級電子飛出時(shí)的總能量，通常用于表征某一場所

7、的輻射強(qiáng)度。3.3MeV以上的()線或中子照射時(shí)，不能用照射量，也無法測量照射量。今后的趨勢用空氣比釋動(dòng)能或空氣吸收劑量。評價(jià)常用輻射量-當(dāng)量劑量當(dāng)量劑量（equivalentdose; HT,R):的平均吸收劑量(DT,R)與輻射權(quán)重因某一組織或 (WR)的乘積。H WRT , DR(舊)TRDQNH =國際制舊：焦耳千克-1(Jkg-1)；專名：(Sv)Jkg-1換算：1Rem()=0.01Sv=0.01吸收劑量相同產(chǎn)生的生物效應(yīng)并不一定相同；生物效應(yīng)受輻射類型、劑量與劑量率大小、生物種類、照射條件和生理差異等影響。輻射權(quán)重因子輻射類型能量范圍WR光子電子和介子質(zhì)子和帶電介子，裂變碎片，重

8、離子所有能量所有能量所有能量所有能量112202.5 18.2 exp( ln(E) 2 6)1MeVn5.0 17.0 exp( ln(2E ) 6)n1En50中子（連續(xù)函數(shù)）MeV22.5 3.25 exp( ln(0.04E )2 6)50MeVn當(dāng)量劑量的其他表述當(dāng)量劑量負(fù)擔(dān)（Hc)：某一特定群體由于某種實(shí)踐平均每人某一組織或所受到的當(dāng)量劑量率在無限長時(shí)間內(nèi)的積分。用于核爆的放射性沉降、核電廠排放廢物的劑量評價(jià).待積當(dāng)量劑量（H50)：單次攝入放射性物質(zhì)后某一組織或在此后50年內(nèi)將要累積的當(dāng)量劑量。單次攝入放射性核素而對產(chǎn)生的終生累積劑量.評價(jià)常用輻射量-有效劑量Dose, E)：有

9、效劑量(Effective各組織或的當(dāng)量劑量（HT）與相應(yīng)的組織權(quán)重因子（WT）的乘積的總和。TEW THT國際制：焦耳千克-1(Jkg-1)；專名：(Sv)Jkg-1舊換算：1Rem()=0.01Sv=0.01意義：定量評價(jià)隨機(jī)效應(yīng)的度組織權(quán)重因子e weighting factor，WT）（Ti組 織 或組織權(quán)重因子WT紅骨髓結(jié)腸 肺胃 乳腺肝 食道 甲狀腺皮膚 骨表面腦 唾液腺其余組織或0.120.120.120.120.120.080.040.040.040.040.010.010.010.010.12例：骨表面接受0.3Sv的當(dāng)量劑量，而另一個(gè)人骨表面受0.2Sv的照射，同時(shí)肝臟又受

10、到0.1Sv的照射，哪個(gè)人更大些？引入有效劑量的意義：可以制定所有受照組織或器官的總度為基礎(chǔ)的當(dāng)量劑量限值，包括：制定一個(gè)適于全身均勻照射的當(dāng)量劑量限值；用有效劑量限值來保證受非均勻照射時(shí)所有受照組織或的總度不超過全身均勻照射時(shí)的總度；任意單獨(dú)組織或所受的照射不得超過為防止確定性效應(yīng)的發(fā)生而規(guī)定的當(dāng)量劑量限值。個(gè)人劑量限值：限值個(gè)人的軀體效應(yīng)及其后裔的遺傳效應(yīng).劑量限值不包括醫(yī)療照射和天然輻射的正常水平的照射。放射性活度(A)吸收劑量(D)劑量當(dāng)量(H)有效劑量（E）任何物有機(jī)三者意義和區(qū)別劑量當(dāng)量(H) 有效劑量1= 1 焦耳/千克放射源活度(A)1=1次核衰變/秒吸收劑量(D)1= 1焦耳

11、/千克1 Gy= 1 J/kg相對生物效應(yīng)比Relative Biological Effectiveness (RBE)引起某一效應(yīng)所需的標(biāo)準(zhǔn)輻射的吸收劑量引起同一效應(yīng)所需的該種輻射的吸收劑量RBE =標(biāo)準(zhǔn)輻射通常有：200keV的線；60Co的線*射線種類和能量的不同、LET的不同、效應(yīng)現(xiàn)象和機(jī)理的復(fù)雜，為便于評價(jià)影響，導(dǎo)入了RBE的概念。*射線對生物的影響程度用RBE和吸收劑量的積作指標(biāo)。equivalent (Gy放射治療中RBE的：GyEq)*RBE難從試驗(yàn)中得到，常通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或流調(diào)得到.放射性測量基本原理放射性是人眼看不見、身體也感覺不到的，但用儀器可以直接測量。、射線同物質(zhì)作用

12、使原子電離，產(chǎn)生正離子和負(fù)電子。在電場作用下，電子和正離子分別向正極和負(fù)極方向運(yùn)動(dòng)，引起電生信號。放射性測量系統(tǒng)概要圖輻射探測器：把電離產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)化成可觀測的、可輸出的信號；如：電、光、熱、徑跡等。探測器放射源-+- -+ +放大與變換與射線種類及其測量原理 帶電粒子 射線種類 光子相互作用 射線能量次 級 電 子 質(zhì)子、粒子 探測器電離作用激發(fā)作用可測物理量其它作用信號處理直流信號計(jì)量器數(shù)值表示能譜計(jì)數(shù)值電流(壓)值分析甄別脈沖信號放大器光電倍增管光信號電流(壓)信號核 反 應(yīng)中子光子氣體電離特性電離室、正比計(jì)數(shù)管、蓋革計(jì)數(shù)管等氣體電離型探測器原理氣體電離室領(lǐng)域正比計(jì)數(shù)管領(lǐng)域GM計(jì)數(shù)管領(lǐng)域

13、擊穿領(lǐng)域電離室(Chamber)主要用于放射性氣體的測量：如：3H、222Rn、14CO2、85Kr特點(diǎn)：穩(wěn)定性較好，要求劑量較大。多用于空間射線的測量GM（蓋革-）計(jì)數(shù)管多用于環(huán)境輻射巡測，其特點(diǎn)是：容易得到脈沖波形波形中量信息死時(shí)間較長(100s)半導(dǎo)體探測器的測量原理硅晶體中的電離作用半導(dǎo)體能譜結(jié)構(gòu)Eg=1.115eV(Si)0.665eV(Ge)帶電粒子使晶體的原子電離，生成電子和正離子；電子和正離子將向各自方向移動(dòng)，產(chǎn)生電流。生成一對電子和正離子所需的平均能量：3.26 eV(Si); 2.96 (Ge,77K)。硅半導(dǎo)體粒子探測器金屬外殼常用于、等帶電粒子的測量，也用于低于20ke

14、V的光子測量。分辨率：B注入前置放大(5.3MeV):光子(5.9keV):1520keV0.150.20keVSiO2絕緣體P注入SiO2背面表面鍺半導(dǎo)體探測器的構(gòu)造鋁制外罩絕緣體高純鍺晶體低溫恒溫器前置放大器信號輸出、電源線等液氮注鉛室探測器外觀圖上下放置型閃爍體發(fā)光原理有機(jī)閃爍體發(fā)光原理射線能量被吸收后，分子躍遷到激發(fā)態(tài)(S1、S2、S3)；很快(ps)躍遷到S2、S3分子都將回到S1在ns時(shí)間內(nèi)，S1回到S0，放出可視光無機(jī)閃爍體發(fā)光原理吸收射線能量后，在電子價(jià)帶上生成電子和帶正電離子；帶正電離子與低能級電子結(jié)合形成中性原子；電子移向?qū)щ妿В粚?dǎo)電帶的活性原子捕獲；活性原子回到基態(tài)，放

15、出可視光。閃爍體的種類和特性種類密度g/cm3屈光率最大發(fā)光波長(nm)發(fā)光率(相對)衰減常數(shù)ns有機(jī)閃爍體蒽1.251.6244710030二苯乙烯1.161.63410504.51.031.58420552.5液體0.881.45420703.5無機(jī)閃爍體NaI(Tl)3.671.85410100230CsI(Na)4.511.8442085630CsI(Tl)4.511.80563451000LiI(Eu)4.081.96480351400ZnS(Ag)4.092.36450130200CaF2(Eu)3.191.4443550900Bi4Ge3O127.132.154808300CsF

16、4.111.483955光電倍增管光光電子電子倍增脈沖信號閃爍體收集靶光電陰極外殼倍增電極電磁層陽極加高壓碘化鈉探測器和液閃液閃計(jì)數(shù)儀原理：熒光體吸收帶電離子能量，生成的一部分電子被活性物質(zhì)捕 獲。捕獲中心在常溫時(shí)基本安定，被加熱后回基態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)出可見光。元件材料LiFLi2B4O7Mg2SiO4CaSO4活性物質(zhì)Mg、CuCuTbTm等效原子數(shù)8.207.2611.115.2劑量范圍nGynGy20Gy103Gy1Gy1Gy1GynGy能量響應(yīng)1.51.30.750.84.60.92.2 (keV)100500502003050100很少每天n%很少很少加熱溫度約250 約300約300約30

17、0退火溫度240400約400(時(shí)間)5分10分10分其它探測器種類原 理主 要 用 途熒光玻璃劑量計(jì)激發(fā)、發(fā)光個(gè)人劑量測定等膠片劑量計(jì)黑化作用個(gè)人劑量測定等核乳膠劑黑化作用射線徑跡測定X射線膠片黑化作用平面分布測定Imaging Plate激發(fā)、發(fā)光平面分布測定固體徑跡探測器放射損傷射線徑跡測定契光探測器契效應(yīng)高能射線測定電子管探測器電子產(chǎn)生個(gè)人劑量測定等化學(xué)劑量計(jì)氧化、還原大劑量測定丙胺酸劑量計(jì)基生成大劑量測定熱量劑量計(jì)發(fā)熱大劑量測定計(jì)數(shù)、探測效率和放射性活度探測效計(jì)數(shù)率n(s-1)放射性活度A(Bq)低本底測量系統(tǒng)本底的主要來源：探測器外的射線、宇宙射線、空氣中的氡及其子體。降低本低三要

18、素：宇宙射線小探頭 反符合回路譜儀測量系統(tǒng)樣品架分析能譜分析能量易損失必須抽真空232Th的射線能譜（例）譜儀測量系統(tǒng)放大器PulserMCA測量樣品主放大輸出前置放大60Co的射線能譜（例）60Co能譜相對效率能量分辨率ImagingPlate的應(yīng)用舉例實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)14C代謝竹葉中放射性分布DNA電泳形態(tài)花崗巖中放射性分布放射性測量的分布放射性衰變乃隨機(jī)事件，測量數(shù)據(jù)將有統(tǒng)計(jì)漲落。統(tǒng)計(jì)漲落符合泊松分布；當(dāng)計(jì)數(shù)大于10時(shí)，可近似看作分布。泊松分布點(diǎn)擬分布(m n)2 1G (n)exp2 22 c kk) GW(n() dnc k分布的積分kW(k)名稱0.67450.500幾率誤差1.0000.683標(biāo)準(zhǔn)偏差1.6450.90090%信賴度誤差1.9600.95095%信賴度誤差3.0000.99797%信賴度誤差誤差的計(jì)算F 2F 2 x F 2 z 函數(shù)F(x,y,z,)的誤差計(jì)算公式： 222 L2 y Fxyz種類式誤差公式 全計(jì)數(shù)值N N N計(jì)數(shù)率n=N/t n n tN t 2真值計(jì)數(shù)率ns-nb (ns t nB t )sB加法ax+by a 2 2 b 2 2xy減法ax-by a 2 2 b 2 2xy乘法x