輻射劑量單位與劑量計(jì)算培訓(xùn)課件

輻射劑量單位與劑量計(jì)算輻射劑量學(xué)中的量：吸收劑量比釋動(dòng)能照射量劑量當(dāng)量

2輻射劑量單位與劑量計(jì)算輻射劑量學(xué)中使用的量劑量學(xué)中的量是為了對(duì)輻射與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的真實(shí)效應(yīng)和潛在影響提供一種物理學(xué)上的量度。這些量的數(shù)值，既依賴與輻射場(chǎng)的性質(zhì)又依賴與輻射與物質(zhì)的相互作用的程度。3輻射劑量單位與劑量計(jì)算一吸收劑量授與能授與能ε是電離輻射以電離、激發(fā)的方式授與某一體積中物質(zhì)的能量。ε=RIN-ROUT+∑QRIN是進(jìn)入該體積的輻射能；ROUT是從該體積逸出的輻射能,∑Q是在該體積中發(fā)生的任何核變化時(shí)，所有原子核和基本粒子靜止質(zhì)量能變化的總和。授與能的單位是J。它是個(gè)隨機(jī)變量，但是它的數(shù)學(xué)期望值，即平均授與能是非隨機(jī)變量。4輻射劑量單位與劑量計(jì)算吸收劑量吸收劑量D是單位質(zhì)量受照物質(zhì)中所吸收的平均輻射能量。即D=d/dm式中d是電離輻射授與質(zhì)量為dm的物質(zhì)的平均能量。吸收劑量D的單位是J·kg-1，專門名稱是戈瑞(Gray)。1Gy=1J·kg-1。過去吸收劑量的專用單位是拉德（rad），1rad=10-2Gy。吸收劑量適用與任何類型的輻射和受照物質(zhì)，并且是個(gè)與一無限小體積相聯(lián)系的輻射量，即受照物質(zhì)中每一點(diǎn)都有特定的吸收劑量數(shù)值。因此在給出吸收劑量數(shù)值時(shí)，必須指明輻射類型、介質(zhì)種類和所在位置。5輻射劑量單位與劑量計(jì)算吸收劑量率吸收劑量率?是單位時(shí)間內(nèi)的吸收劑量，定義為dD除以Dt所得的商，即

?=dD/dt式中，dD是時(shí)間間隔dt內(nèi)吸收劑量的增量。吸收劑量率?的單位是J·kg-1·s-1，亦即Gy·s-1。6輻射劑量單位與劑量計(jì)算帶電粒子平衡設(shè)不帶電粒子通過體積為V的物質(zhì)，如圖所示。假設(shè)在體積V中任取一點(diǎn)O，并以O(shè)點(diǎn)為中心取一小體積元?V。不帶電粒子傳給小體積元?V的能量，等于它在?V內(nèi)所產(chǎn)生的次級(jí)帶電粒子動(dòng)能的總和，這些次級(jí)帶電粒子有的產(chǎn)生在?V內(nèi)，也有的產(chǎn)生在?V外的。若每一個(gè)帶電粒子離開以O(shè)點(diǎn)為中心的小體積元?V時(shí)，就有另一個(gè)同種類、同能量的帶電粒子進(jìn)入該體積元來補(bǔ)償，則稱點(diǎn)O存在帶電粒子平衡。如果涉及的帶電粒子特指電子。則稱為電子平衡。帶電粒子平衡總是同輻射場(chǎng)內(nèi)特定位置相聯(lián)系的。7輻射劑量單位與劑量計(jì)算在?V內(nèi)存在帶電粒子的平衡條件是：1.在以小體積元?V的邊界向各個(gè)方向伸展距離d至少大于初級(jí)入射粒子在該物質(zhì)中所產(chǎn)生的次級(jí)帶電粒子的最大射程Rmax，并在d≥Rmax的區(qū)域內(nèi)輻射場(chǎng)是恒定的，即入射的粒子注量和譜分布為恒定不變。2.在上述的d≥Rmax的區(qū)域內(nèi)，物質(zhì)對(duì)次級(jí)帶電粒子的阻止本領(lǐng)以及對(duì)初級(jí)入射粒子的質(zhì)量吸收系數(shù)也應(yīng)該是恒定不變的。顯然，上述條件是難以實(shí)現(xiàn)的，在某些情況下，能夠達(dá)到相當(dāng)好的近似。例如對(duì)于137Cs、60Co的γ射線，如果認(rèn)為入射的輻射1%左右的衰減可以忽略，那么在受照物質(zhì)（如水）中可能存在著很好的近似電子平衡。對(duì)于中子，由于建立帶電粒子平衡比較容易，因此，即使中子能量高達(dá)30MeV，在某些物質(zhì)（如水）中仍存在較好的近似帶電粒子平衡。8輻射劑量單位與劑量計(jì)算二比釋動(dòng)能轉(zhuǎn)移能轉(zhuǎn)移能εtr是不帶電粒子在某一體積元內(nèi)轉(zhuǎn)移給次級(jí)帶電粒子的初始動(dòng)能的總和，其中包括在該體積內(nèi)發(fā)生的次級(jí)過程所產(chǎn)生的任何帶電粒子能量。轉(zhuǎn)移能εtr單位是J，它同授與能ε一樣也是隨機(jī)量，其數(shù)學(xué)期望值，即平均轉(zhuǎn)移能是非隨機(jī)量。9輻射劑量單位與劑量計(jì)算比釋動(dòng)能率比釋動(dòng)能率?是dK除以dt所得的商，即?=dK/dt式中dK是在時(shí)間間隔dt內(nèi)比釋動(dòng)能的增量。比釋動(dòng)能率?的單位與吸收劑量率單位相同，即J·kg-1·s-1或Gy·s-1。11輻射劑量單位與劑量計(jì)算比釋動(dòng)能與吸收劑量的關(guān)系在帶電粒子平衡條件下，不帶電粒子在某一體積元的物質(zhì)中，轉(zhuǎn)移給帶電粒子的平均能量d就等于該體積元所吸收的平均能量d若該體積元物質(zhì)的質(zhì)量為dm，則K=（d/dm）=（d/dm）=D除了滿足帶電粒子平衡條件外，要使上式成立的另一條件是帶電粒子產(chǎn)生的韌致輻射可以忽略。對(duì)于低能的X或γ射線來說是成立的但對(duì)于高能的X或γ射線，由于次級(jí)帶電粒子是電子，有一部分能量在物質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)轫g致輻射而離開所關(guān)系的體積元，使得K≠D。D=(d/dm)=(d/dm)(1-g)=K(1-g)g是次級(jí)電子在慢化過程中，能量損失于韌致輻射的能量分額。高能電子在高原子序數(shù)物質(zhì)中，g值比較大，在低原子序數(shù)物質(zhì)中g(shù)值一般比較小，可以忽略。對(duì)于中子，當(dāng)能量底于30MeV時(shí)，D和K的數(shù)值差別完全可以忽略。12輻射劑量單位與劑量計(jì)算比釋動(dòng)能與吸收劑量在物質(zhì)中的變化如果只有不帶電粒子入射，則在物質(zhì)淺層處不存在帶電粒子平衡，因?yàn)椴粠щ娏Ｗ釉谠撎幠骋惑w積元內(nèi)釋放出的能量，并沒有全部沉積在該體積元內(nèi)。因此比釋動(dòng)能大于吸收劑量。隨著所考察的體積元不斷向深層移動(dòng)，起源于淺層的次級(jí)帶電粒子越來越多的進(jìn)入所考察的體積元，使得在該體積元中沉積的能量越來越接近于不帶電粒子在該體積元中釋放的能量，直到體積元深度等于等于次級(jí)帶電粒子的最大射程時(shí)，帶電粒子平衡條件得到滿足，這時(shí)K=D。如果忽略入射粒子在物質(zhì)中的衰減，那么在以后的深度中K、D都保持不變，并且在數(shù)值上K、D繼續(xù)相等。在輻射防護(hù)領(lǐng)域所關(guān)心的能量范圍內(nèi)，對(duì)于X、γ光子或中子都可以近似地認(rèn)為吸收劑量同比釋動(dòng)能在數(shù)值上是相等的，D≈K。在天然射線中可認(rèn)為D≈K。13輻射劑量單位與劑量計(jì)算三照射量照射量照射量是一個(gè)用來表示X或γ射線在空氣中產(chǎn)生電離能力大小的輻射量。照射量X定義為dQ除以dm所得商，即X=dQ/dm式中，dQ的值是X或γ射線在質(zhì)量為dm的空氣中，釋放出來的全部電子（正、負(fù)電子）完全被空氣阻止時(shí)，在空氣中產(chǎn)生一種符號(hào)的離子的總電荷的絕對(duì)值。定義中dQ不包括光子在空氣中釋放出來的次級(jí)電子產(chǎn)生的韌致輻射被吸收后產(chǎn)生的電離。不過，這僅在光子能量很高時(shí)才有意義。照射量的單位是C?kg-1。過去，照射量的單位是倫琴（R）。1R=2.58×10-4C?kg-1。只有在滿足電子平衡條件下，才能嚴(yán)格按照定義精確測(cè)量照射量?，F(xiàn)在能被精確測(cè)量照射量的光子能量限于10keV~3MeV，輻射防護(hù)中能量上限可擴(kuò)大到8MeV。14輻射劑量單位與劑量計(jì)算照射量率照射量率?是dX除以dt所得的商，即?=dX/dt式中，dX是時(shí)間間隔dt內(nèi)照射量的增量。照射量率的單位是C?kg-1?s-1。15輻射劑量單位與劑量計(jì)算照射量因子對(duì)于單能X或γ射線，空氣中某點(diǎn)的照射量X與同一點(diǎn)處的能量注量Ψ下述關(guān)系X=Ψ(ｕen/ρ)a?（e/Wa）式中(ｕen/ρ)a空氣對(duì)給定的單能X或γ射線的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，單位是m2?kg-1；e是電子的電量，值為1.602×10-19C；Wa是電子在干燥空氣中每形成一對(duì)離子所消耗的平均能量，其值為33.85eV。將單能光子的能量注量與注量的關(guān)系Ψ=EΦ帶入上式，得X=fxΦfx=E(ｕen/ρ)a?（e/Wa）稱為照射量因子，它表示與單位光子注量相對(duì)應(yīng)的照射量，其單位為C?kg-1?m2對(duì)于具有譜分布的X或γ射線，則X=∫ΦEfx（E）dEΦE是光子注量按光子能量的微分分布；fx（E）是光子能量為E的照射量因子。16輻射劑量單位與劑量計(jì)算照射量與吸收劑量的關(guān)系在帶電粒子平衡條件下，單能X或γ射線在某物質(zhì)中吸收劑量D和能量注量Ψ的關(guān)系為D=Ψ(ｕen/ρ)式中ｕen/ρ是單能X或γ射線對(duì)某物質(zhì)的質(zhì)量能量吸收系數(shù)，單位是m2?kg-1。當(dāng)能量注量Ψ確定不變時(shí)，吸收劑量D與物質(zhì)的質(zhì)量能量吸收系數(shù)ｕen/ρ成正比。即D1/D2=(ｕen/ρ)1/(ｕen/ρ)2---------（1）空氣中照射量和吸收劑量的關(guān)系為Da=（Wa/e）X-------------------（2）Da是在空氣中同一點(diǎn)處的吸收劑量。

17輻射劑量單位與劑量計(jì)算將（2）帶入（1）得Dm=33.85[(ｕen/ρ)m/(ｕen/ρ)a]X=fm?X------------（3）Dm是處于空氣中同一點(diǎn)所求物質(zhì)中的吸收劑量，單位為Gy；X是照射量，單位是C?kg-1。fm=33.85[(ｕen/ρ)m/(ｕen/ρ)a]為換算因子其單位為J?C-1。只有當(dāng)忽略軔致輻射和次級(jí)電離過程再產(chǎn)生的帶電粒子，而且滿足電子平衡條件時(shí)，照射量與吸收劑量數(shù)值上才有（2）和（3）所表示的關(guān)系。18輻射劑量單位與劑量計(jì)算吸收劑量、比釋動(dòng)能和照射量的區(qū)別輻射量吸收劑量D比釋動(dòng)能K照射量X適用范圍適用于任何帶電粒子及不帶電粒子和任何物質(zhì)適用于不帶電粒子如X、γ光子、中子等任何物質(zhì)僅適用于X或γ射線并僅限于空氣介質(zhì)劑量學(xué)的含義表示輻射在所關(guān)心體積V內(nèi)沉積的能量，這些能量可來自V內(nèi)或V外表示不帶電粒子在所關(guān)心的體積V內(nèi)交給帶電粒子的能量，不必注意這些能量在何處，以何種方式損失的表示X或γ射線并僅限于X或γ射線在所關(guān)心的空氣體積V內(nèi)交給次級(jí)電子用于電離、激發(fā)的那部分能量19輻射劑量單位與劑量計(jì)算劑量當(dāng)量相同的吸收劑量未必產(chǎn)生同等程度的生物效應(yīng)，因?yàn)樯镄?yīng)受到輻射類型、劑量與劑量率大小、照射條件及個(gè)人差異等因素影響。為了用同一尺度表示不同類型的輻射照射對(duì)人體造成的生物效應(yīng)的嚴(yán)重程度或發(fā)生幾率的大小，輻射防護(hù)上采用可劑量當(dāng)量這個(gè)輻射量。劑量當(dāng)量H是組織內(nèi)被考察的某一點(diǎn)處的D、Q和N的乘積，即H=DQN式中D是假定輻射誘發(fā)損傷的位置上的吸收劑量；Q與該位置相對(duì)應(yīng)的品質(zhì)因數(shù)。N是考慮由于照射條件的改變而引起的所有其他修正因數(shù)的乘積。N的取值ICPR（國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)）推薦為1，不再作為劑量當(dāng)量定義中的一部分。品質(zhì)因數(shù)Q是輻射防護(hù)領(lǐng)域中為了以同一尺度衡量各種輻射引起的有害效應(yīng)程度而引進(jìn)的一個(gè)系數(shù)。20輻射劑量單位與劑量計(jì)算無論是內(nèi)照射還是外照射，不同型輻射相應(yīng)的平均品質(zhì)因數(shù)Q可參照下表：射線種類Q近似值能量超過30KeV的光子（X或γ射線）能量超過30KeV的電子氚β射線中子質(zhì)子和離子α粒子11225252521輻射劑量單位與劑量計(jì)算如果器官或組織同時(shí)受到幾種輻射照射，則可用下式計(jì)算H=∑DiQii表示輻