常用的辐射量和单位资料

放射物理与防护 王鹏程侯立霞泰山医学院 第六章常用的辐射量和单位 学习目标 1 掌握 描述辐射场强度的常用辐射量 照射量 吸收剂量 当量剂量及有效剂量的关系 2 了解 辐射辐射测量的意义 电离辐射存在的空间称为辐射场 它是由辐射源产生的 按辐射的种类 辐射源可分为X射线源 射线源 中子射线源 射线源等 与它们相应的辐射场称为X射线场 射线场 中子射线场 射线场等 在射线的应用过程中我们需要定量了解 分析射线在辐射场中的分布 这种分布即可以用粒子注量 能量注量等描述辐射场性质的量来直接表征 也可以用照射量来间接表示 常用的辐射量和单位 粒子注量 particlefluence 能量注量 energyfluence 照射量 exposure 比释动能 kerma 吸收剂量 absorbeddose 各辐射量的关系与区别 描述辐射场性质的量 da h4 h5 粒子注量 定义 进入具有单位截面积小球的粒子数 m 2 da h4 h5 粒子注量 实际辐射场中 每个粒子具有不同的能量 即Emax 0各种可能值 粒子注量计算公式为 E为粒子能量 是同一位置粒子注量的微分能量分布 它等于进入小球的能量介于E和E dE之间的粒子数与该球体的截面积的比值 辐射防护中 常用粒子注量率表示单位时间内进入单位截面积的球体内的粒子数 m 2s 1 粒子注量 能量注量是进入辐射场内单位截面积的小球体内所有粒子的能量 不包括静止能量 即 能量注量 能量注量率可定义为单位时间内进入单位截面积小球内的所有粒子能量总和 能量注量 能量注量与粒子注量都是描述辐射场性质的辐射量 前者是通过辐射场中某点的粒子能量 后者是通过辐射场中某点的粒子数 显然如能知道每个粒子的能量E 即可将能量注量和粒子注量联系起来 能量注量和粒子注量的关系 如辐射场不是单能的 且粒子能量具有谱分布时 则辐射场某点的能量注量为 E为粒子能量 为 E同一位置粒子注量的微分能量分布 能量注量和粒子注量的关系 X或 射线与空气发生相互作用时产生次级电子 这些次级电子会进一步与空气作用导致空气电离 从而产生大量正 负离子 次级电子在电离空气的过程中 最后全部损失了本身的能量 照射量X 照射量是根据其对空气电离本领的大小来度量X或 射线的一个物理量 也是X线沿用最久的辐射量 是直接量度X或 光子对空气电离能力的量 可间接反映X射线或 射线辐射场的强弱 是测量辐射场的一种物理量 照射量X 定义 X或 光子在单位质量的空气中 与原子相互作用释放出来的次级电子完全被空气阻止时 意味着无剩余能量 在导致空气电离的过程中 所产生的同种符号离子的总电荷量的绝对值 C kg 或 R伦琴 SI单位 专用单位 照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说明X或 射线在空气中的辐射场性质的量 它不能用于其他类型的辐射 如中子或电子束等 也不能用于其他的物质 如组织等 由于照射量的基准测量中存在着某些目前无法克服的困难 它只适用于射线能量在10keV到3MeV范围内的X或 射线 照射量X 照射量X 照射量率 例题 若空气体积为0 3厘米3 标准状态下其中包含的空气质量是0 388毫克 若被X线照射5分钟 在其中产生的次级电子在空气中形成的正离子 或负离子 的总电荷量为10 10 9库仑 此时 被照空气处的X线照射量和照射量率各是多少 解 根据题意已知 dm 0 388毫克 3 88 10 7千克dQ 10 10 9库仑dt 5分钟所以照射量X及照射量率分别为 照射量与能量注量的关系 对于单能X 射线 在空气中某点的照射量X与同一点上的能量注量之间有以下关系 en 是给定的单能X 射线在空气中的质能吸收系数 e是电子的电荷 是电子在空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量 比释动能 X或 射线与物质相互作用时 能量转换分两个阶段进行 第一 X E 带电粒子 K 第二 带电粒子 电离 激发 物质吸收 D X或 光子传能给带电粒子 K 轫致辐射 不被物质吸收 电离 激发 被物质吸收D 定义 在单位质量物质中由间接致辐射所产生的全部带电粒子的初始动能之总和 J kg 或 戈端Gy 1Gy 1J kg 1 1Gy 103mGy 106 Gy 比释动能 比释动能率 Gy s 比释动能是度量不带电电离粒子 光子或中子 与物质相互作用时 在单位质量物质中转移给次级带电粒子初始动能之和多少的一个物理量 它只适用于间接致电离辐射 但适用于任何物质 比释动能 吸收剂量 J kg 或 Gy 专用单位 rad 定义 辐射所授予单位质量介质的平均能量 dEen为平均授予能 它表示进入介质dm的全部带电粒子和不带电粒子能量的总和 与离开该体积的全部带电粒子和不带电粒子能量总和之差 再减去在该体积内发生任何核反应所增加的静止质量的等效能量 吸收剂量 授予某一体积内物质的能量越多 则吸收剂量越大 吸收剂量它适用于任何类型的电离辐射和受到照射的任何物质 不同物质吸收辐射能量的本领是不同的 在论及吸收剂量时 应明确辐射类型 介质种类和特定的位置 吸收剂量率 Gy s 讨论 X或 能量除转换成电子初动能外 还有核与电子间束缚能及散射光子能量等 电子初动能还有一部分转换成轫致辐射等能量 吸收剂量 例题1 质量为0 2g的物质 10s内吸收电离辐射的平均能量为100尔格 求该物质的吸收剂量和吸收剂量率 解 dm 0 2g 2 10 4kg dEen 100erg 10 5J dt 10s 吸收剂量 D K和X之间的关系 带电粒子平衡比释动能和吸收剂量随物质深度的变化照射量 吸收剂量与比释动能的相互关系 带电粒子平衡 在某空气层 入射次级电子等于射出数目 最大射程 电离电量开始趋于恒定的现象 在进行照射量测量时 应选择平衡电离层 D K和X之间的关系 当带电粒子平衡时 带电粒子平衡 比释动能与吸收剂量随物质深度的变化 D K和X之间的关系 X 光子入射到以均匀介质入水中 在浅表位置 X 光子在其作用点周围的小体积元内释放的部分能量并未全部沉积在该体积元内 未建立电子平衡 即比释动能大于吸收剂量 如果X 光子在水中的衰减可以忽略 当深度等于次级电子的最大射程时 电子平衡条件满足 吸收剂量和比释动能相等 并随深度的增加数值保持不变 如图虚线部分 实际上 随着深度的增加 一方面由于入射光子的强度逐渐减弱 比释动能下降 另一方面沿X 光子入射方向产生的次级电子数目在达到其电子射程之前逐渐增加 造成吸收剂量增加 当深度增加所增加的次级电子数目与因入射光子衰减而使释出的次级电子减少的数目相等时 吸收剂量达到最大值 完成其剂量建成 随着深度的继续增加 比释动能与吸收剂量同时变小 由于次级电子在某一点沉积的能量主要起源于它前面某点产生的次级电子 因此位于电子平衡点以后的各点 比释动能小于同一位置的吸收剂量 照射量与比释动能的关系 在电子平衡的条件下 单能辐射场中同一点当X 光子辐射的能量低于1 25MeV以下时 g很小 约为0 003 可忽略不计 照射量与比释动能的关系 公式适用条件 a 带电粒子平衡 b 次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略 c 物质的原子序数和辐射光子能量均较低 吸收剂量与比释动能的关系 D K和X之间的区别 辐射防护中使用的辐射量 随着科学技术的发展 不同种类的射线在医学中的应用更加广泛 我们不但可以利用X射线进行医学影像学的检查 同时 高能X 射线及电子线在肿瘤放射治疗上的应用亦成为肿瘤治疗的常规手段 放射线的广泛使用 不可避免地带来了被检者和工作人员的防护问题 定量测量 表述被照个人及受检群体实际受到的或可能受到的辐射照射 成为辐射防护中一个重要的问题 辐射防护中使用的辐射量 由于不同生物组织 不同种群 不同的器官对射线的反应灵敏性不同 使用X K D不足以表达射线对生物组织的损伤 为此 在辐射防护中使用的辐射量必须同时考虑不同种类的射线在不同组织中所产生的生物效应的影响 辐射防护中使用的辐射量 当量剂量 equivalentdose 有效剂量 effectivedose 集体当量剂量和集体有效剂量待积当量剂量和待积有效剂量 当量剂量 当量剂量HT等于某一组织或器官T所接受的平均吸收剂量DT R 经辐射质为R的辐射权重因子wR加权处理的吸收剂量 即专用名为希沃特 Sv 1Sv 1J kg 1 辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照射时诱发随机性效应的相对生物效应的数值 wR与辐射类型和能量有关 当量剂量 当量剂量率 Sv s 当量剂量 当量剂量 例题 某人全身同时受到X线和能量在10 100keV的中子照射 其中X线的吸收剂量为10mGy 中子的吸收剂量为3mGy 计算他所吸收的当量剂量 解 当量剂量是不同辐射类型对组织或器官形成辐射危害的度量 但是两种不同组织或器官即使当量剂量相同 由于它们对辐射的敏感程度不同 其产生的生物学效应也可能完全不同 有效剂量E人体所有组织和器官加权后的当量剂量之和 即 有效剂量 有效剂量的SI单位为J kg 1 专用名为希沃特 Sv 式中wT为组织或器官T的权重因子 它定义为组织T接受1Sv时的危险度与全身均匀受照1Sv时的危险度之比 有效剂量 所谓危险度 是指器官或组织接受每单位当量剂量所诱发的效应发生率 辐射危险度取决于组织受到照射后招致严重遗传性缺陷或致死性恶性病变的几率 对于不同器官或组织 辐射效应的危险度是不同的 辐射致癌的危险度是用死亡率来表示的 辐射致遗传损害的危险度是用严重遗传疾患的发生率来表示的 人体器官或组织的危险度 例题 某次胸部检查 胸片或胸透 病人各组织器官受到的当量剂量 mSv 见下表 试比较病人接受的有效剂量 解 利用公式计算有效量为 E胸片 0 01 0 25 0 06 0 15 0 25 0 12 0 05 0 12 0 08 0 03 0 08 0 03 0 11 0 30mSv 0 085mSvE胸透 0 15 0 25 1 30 0 15 4 1 0 12 2 3 0 12 0 16 0 03 2 6 0 03 0 85 0 30mSv 1 338mSv此次胸透病人接受的有效剂量相当于16次胸片的有效剂量 由于辐射的随机性效应 仅以一定的几率发生在某些个体身上 并非受到照射的每个人都会发生 因而在评价某个群体所受的辐射危害时 应采用集体当量剂量或集体有效剂量 集体当量剂量ST 集体当量剂量和集体有效剂量 式中 HTi为受照射群体中第i组内Ni个成员平均每人在全身或任一特定器官或组织内的当量剂量 ST单位名称为人 希沃特 若群体中所有N个个体受到同类辐射的照射 每个个体受到的平均当量剂量均为H时 则群体的集体当量剂量ST为 集体当量剂量和集体有效剂量 集体有效剂量 受照群体中每一个成员的有效剂量之和 即 式中 Ni为该群体中全身或任一器官受到平均有效剂量为Ei的人员的人数