輻射劑量單位與劑量計算培訓課件

輻射劑量單位與劑量計算輻射劑量學中的量：吸收劑量比釋動能照射量劑量當量

2輻射劑量單位與劑量計算輻射劑量學中使用的量劑量學中的量是為了對輻射與物質相互作用產生的真實效應和潛在影響提供一種物理學上的量度。這些量的數(shù)值，既依賴與輻射場的性質又依賴與輻射與物質的相互作用的程度。3輻射劑量單位與劑量計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的能量。ε=RIN-ROUT+∑QRIN是進入該體積的輻射能；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，所有原子核和基本粒子靜止質量能變化的總和。授與能的單位是J。它是個隨機變量，但是它的數(shù)學期望值，即平均授與能是非隨機變量。4輻射劑量單位與劑量計算吸收劑量吸收劑量D是單位質量受照物質中所吸收的平均輻射能量。即D=d/dm式中d是電離輻射授與質量為dm的物質的平均能量。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，并且是個與一無限小體積相聯(lián)系的輻射量，即受照物質中每一點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，必須指明輻射類型、介質種類和所在位置。5輻射劑量單位與劑量計算吸收劑量率吸收劑量率?是單位時間內的吸收劑量，定義為dD除以Dt所得的商，即

?=dD/dt式中，dD是時間間隔dt內吸收劑量的增量。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算帶電粒子平衡設不帶電粒子通過體積為V的物質，如圖所示。假設在體積V中任取一點O，并以O點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內所產生的次級帶電粒子動能的總和，這些次級帶電粒子有的產生在?V內，也有的產生在?V外的。若每一個帶電粒子離開以O點為中心的小體積元?V時，就有另一個同種類、同能量的帶電粒子進入該體積元來補償，則稱點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內特定位置相聯(lián)系的。7輻射劑量單位與劑量計算在?V內存在帶電粒子的平衡條件是：1.在以小體積元?V的邊界向各個方向伸展距離d至少大于初級入射粒子在該物質中所產生的次級帶電粒子的最大射程Rmax，并在d≥Rmax的區(qū)域內輻射場是恒定的，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，物質對次級帶電粒子的阻止本領以及對初級入射粒子的質量吸收系數(shù)也應該是恒定不變的。顯然，上述條件是難以實現(xiàn)的，在某些情況下，能夠達到相當好的近似。例如對于137Cs、60Co的γ射線，如果認為入射的輻射1%左右的衰減可以忽略，那么在受照物質（如水）中可能存在著很好的近似電子平衡。對于中子，由于建立帶電粒子平衡比較容易，因此，即使中子能量高達30MeV，在某些物質（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算二比釋動能轉移能轉移能εtr是不帶電粒子在某一體積元內轉移給次級帶電粒子的初始動能的總和，其中包括在該體積內發(fā)生的次級過程所產生的任何帶電粒子能量。轉移能εtr單位是J，它同授與能ε一樣也是隨機量，其數(shù)學期望值，即平均轉移能是非隨機量。9輻射劑量單位與劑量計算比釋動能率比釋動能率?是dK除以dt所得的商，即?=dK/dt式中dK是在時間間隔dt內比釋動能的增量。比釋動能率?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算比釋動能與吸收劑量的關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中，轉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若該體積元物質的質量為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生的韌致輻射可以忽略。對于低能的X或γ射線來說是成立的但對于高能的X或γ射線，由于次級帶電粒子是電子，有一部分能量在物質中轉變?yōu)轫g致輻射而離開所關系的體積元，使得K≠D。D=(d/dm)=(d/dm)(1-g)=K(1-g)g是次級電子在慢化過程中，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)物質中，g值比較大，在低原子序數(shù)物質中g值一般比較小，可以忽略。對于中子，當能量底于30MeV時，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算比釋動能與吸收劑量在物質中的變化如果只有不帶電粒子入射，則在物質淺層處不存在帶電粒子平衡，因為不帶電粒子在該處某一體積元內釋放出的能量，并沒有全部沉積在該體積元內。因此比釋動能大于吸收劑量。隨著所考察的體積元不斷向深層移動，起源于淺層的次級帶電粒子越來越多的進入所考察的體積元，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帶電粒子的最大射程時，帶電粒子平衡條件得到滿足，這時K=D。如果忽略入射粒子在物質中的衰減，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。在輻射防護領域所關心的能量范圍內，對于X、γ光子或中子都可以近似地認為吸收劑量同比釋動能在數(shù)值上是相等的，D≈K。在天然射線中可認為D≈K。13輻射劑量單位與劑量計算三照射量照射量照射量是一個用來表示X或γ射線在空氣中產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射線在質量為dm的空氣中，釋放出來的全部電子（正、負電子）完全被空氣阻止時，在空氣中產生一種符號的離子的總電荷的絕對值。定義中dQ不包括光子在空氣中釋放出來的次級電子產生的韌致輻射被吸收后產生的電離。不過，這僅在光子能量很高時才有意義。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，才能嚴格按照定義精確測量照射量?，F(xiàn)在能被精確測量照射量的光子能量限于10keV~3MeV，輻射防護中能量上限可擴大到8MeV。14輻射劑量單位與劑量計算照射量率照射量率?是dX除以dt所得的商，即?=dX/dt式中，dX是時間間隔dt內照射量的增量。照射量率的單位是C?kg-1?s-1。15輻射劑量單位與劑量計算照射量因子對于單能X或γ射線，空氣中某點的照射量X與同一點處的能量注量Ψ下述關系X=Ψ(ｕen/ρ)a?（e/Wa）式中(ｕen/ρ)a空氣對給定的單能X或γ射線的質量能量吸收系數(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應的照射量，其單位為C?kg-1?m2對于具有譜分布的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算照射量與吸收劑量的關系在帶電粒子平衡條件下，單能X或γ射線在某物質中吸收劑量D和能量注量Ψ的關系為D=Ψ(ｕen/ρ)式中ｕen/ρ是單能X或γ射線對某物質的質量能量吸收系數(shù)，單位是m2?kg-1。當能量注量Ψ確定不變時，吸收劑量D與物質的質量能量吸收系數(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系為Da=（Wa/e）X-------------------（2）Da是在空氣中同一點處的吸收劑量。

17輻射劑量單位與劑量計算將（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所求物質中的吸收劑量，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。只有當忽略軔致輻射和次級電離過程再產生的帶電粒子，而且滿足電子平衡條件時，照射量與吸收劑量數(shù)值上才有（2）和（3）所表示的關系。18輻射劑量單位與劑量計算吸收劑量、比釋動能和照射量的區(qū)別輻射量吸收劑量D比釋動能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適用于不帶電粒子如X、γ光子、中子等任何物質僅適用于X或γ射線并僅限于空氣介質劑量學的含義表示輻射在所關心體積V內沉積的能量，這些能量可來自V內或V外表示不帶電粒子在所關心的體積V內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射線在所關心的空氣體積V內交給次級電子用于電離、激發(fā)的那部分能量19輻射劑量單位與劑量計算劑量當量相同的吸收劑量未必產生同等程度的生物效應，因為生物效應受到輻射類型、劑量與劑量率大小、照射條件及個人差異等因素影響。為了用同一尺度表示不同類型的輻射照射對人體造成的生物效應的嚴重程度或發(fā)生幾率的大小，輻射防護上采用可劑量當量這個輻射量。劑量當量H是組織內被考察的某一點處的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與該位置相對應的品質因數(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（國際輻射防護委員會）推薦為1，不再作為劑量當量定義中的一部分。品質因數(shù)Q是輻射防護領域中為了以同一尺度衡量各種輻射引起的有害效應程度而引進的一個系數(shù)。20輻射劑量單位與劑量計算無論是內照射還是外照射，不同型輻射相應的平均品質因數(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射線中子質子和離子α粒子11225252521輻射劑量單位與劑量計算如果器官或組織同時受到幾種輻射照射，則可用下式計算H=∑DiQii表示輻