辐射防护量和单位

辐射防护量和单位第1页，共62页，2023年，2月20日，星期四《辐射防护基础》李星洪第一节描述辐射场的物理量和单位（粒子注量，能量注量）第二节吸收剂量及其单位第三节比释动能及其应用第四节照射量第五节辐射防护中专用的量和单位（剂量当量，外照射次级限值用吸收剂量指数和剂量当量指数）第2页，共62页，2023年，2月20日，星期四《辐射剂量学》田志恒辐射计量学量（radiometricquantities）粒子数和辐射能，通量、注量和注量率，角分布和辐射度，能谱分布，辐射矢量和平面注量等。剂量学量（dosimetricquantities）比释动能，照射量，吸收剂量和监测用剂量当量辐射防护量（radiationprotectionquantities）剂量当量(当量剂量)，待积剂量当量(当量剂量)等。第3页，共62页，2023年，2月20日，星期四ICRP60号出版物

附件A放射防护中使用的量吸收剂量，器官剂量，传能线密度，线能量，品质因数，Q-L关系，辐射权重因子，器官或组织中的当量剂量，组织权重因子和有效剂量，待积器官或组织当量剂量，待积有效剂量，活度，用于环境监测和个人监测的ICRU量，集体当量剂量，集体有效剂量。剂量负担第4页，共62页，2023年，2月20日，星期四ICRUREPORT51

QuantitiesandUnitsinRadiationProtectionDosimetry第一部分：辐射防护测量和计算中使用的量：辐射计量量：注量剂量学量：吸收剂量（授予能，L，y，DL）剂量当量量：品质因子，实用量第二部分：限值量：器官剂量；剂量当量——当量剂量；有效剂量当量——有效剂量第5页，共62页，2023年，2月20日，星期四《辐射防护导论》方杰描述辐射场的量：粒子注量，能量注量辐射剂量学中使用的量：吸收剂量，比释动能，照射量辐射防护中使用的量：与个体相关的辐射量；与群体相关的辐射量；描述周围辐射水平的指数量个人监测和环境监测中使用的剂量当量。第6页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中常用的

辐射量和单位描述辐射场的量（粒子注量，能量注量）辐射剂量学中使用的量（吸收剂量，比释动能，照射量）辐射防护常用的量限值量（当量剂量，有效剂量等）实用量（剂量当量等）第7页，共62页，2023年，2月20日，星期四

描述辐射场的物理量和单位电离辐射存在的空间称为辐射场，辐射场是由辐射源产生的；存在两种或者两种以上的电离辐射场，称为混合辐射场，例如中子-γ混合场，β-γ混合场等。在辐射防护中常用粒子注量、注量率、能注量与能注量率等物理量来描述辐射场的特性。第8页，共62页，2023年，2月20日，星期四核素、同位素及放射性活度

同位素是指原子核内具有相同的质子数和不同的中子数的那些核素，它们在元素周期表上处于同一位置。例如：氢包括了核素放射性核素，例如：90Sr为放射性核素稳定核素，例如：12C为稳定核素第9页，共62页，2023年，2月20日，星期四放射性活度在指定时刻处于特定能态下的一定量的放射性核素的放射性活度A，是dN除以dt所得的商，A—放射性活度，SI单位为每秒，单位的专用名称为贝可勒尔，简称贝克（Bq）,1Bq=1S-1。dN—在时间间隔dt内，处于特定能态的一定量核素，发生自发核转变数的期望值。第10页，共62页，2023年，2月20日，星期四应当指出的是：放射性活度所指的是放射性核素的核转变数，而不是指某种放射性核素所包含的原子核的数量或某一定量的放射性核素所发射出来的粒子数。定义中所说的“特定能态”，若没有别的说明，都是指放射性核素的基态。1居里=3.7×1010贝可第11页，共62页，2023年，2月20日，星期四粒子数和辐射能粒子数：是发射、转移或者接受的粒子数目单位为1。辐射能：将辐射场中所有粒子能量（不包括静止能量）求和。第12页，共62页，2023年，2月20日，星期四通量粒子数和辐射能随时间的变化率称作粒子通量和能量通量.第13页，共62页，2023年，2月20日，星期四ICRU引入了注量的一般概念：辐射场中某一点的注量，是进入以该点为球心，截面积为da的小球体内的粒子数dN除以da的商，da—小球的截面积，m2dN—进入小球体的粒子数（不包括从小球体内流出的粒子数）Φ—粒子注量。SI的单位是m-2第14页，共62页，2023年，2月20日，星期四粒子注量Φ（particlefluence）粒子注量分定向辐射场与非定向辐射场两种情况来讨论。第15页，共62页，2023年，2月20日，星期四粒子注量率单位时间内，进入单位截面积的球体内的粒子数，即dΦ—在时间间隔dt内，进入单位截面积的小球体内的粒子数，即在时间间隔dt内注量的增量

—注量率，单位为m-2·s-1第16页，共62页，2023年，2月20日，星期四能注量在进行比释动能及吸收剂量的计算时，最终要通过粒子注量和能量来计算电离辐射授与每单位质量受照射物质的能量。为此，引入能注量概念。进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静止质量）称为能注量，SI单位为焦耳每平方米（J/m2），即第17页，共62页，2023年，2月20日，星期四能注量与注量Φ的关系当粒子能量具有谱分布时，能量在E到E+dE的粒子的微分能注量，由公式（2.4）推导出公式(2.9)第18页，共62页，2023年，2月20日，星期四能注量率单位时间内进入单位截面积球体内所有粒子能量之和，即能注量与注量率的关系第19页，共62页，2023年，2月20日，星期四角分布和辐射度注量率的角分布称作辐射度.第20页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射剂量学中使用的量吸收剂量比释动能照射量第21页，共62页，2023年，2月20日，星期四吸收剂量和单位一、随机量和非随机量随机量是描述致电粒子与物质相互作用时所发生的随机过程的物理量。如：观察像细胞核那样线度的空间内（几微米或更小）的能量沉积事件时，发现致电粒子击中这个小体积内的物质是随机的，在其中能量沉积的数值是服从统计涨落的，因此描述这种能量沉积的量是随机量。非随机量不服从统计分布，对于给定的条件，原则上可以算出它的值。一般地说，它是时间和空间的连续可微函数，其值可以用相应的随机量的平均观测值进行估算。如：吸收剂量、粒子注量等物理量是非随机量。第22页，共62页，2023年，2月20日，星期四吸收剂量和吸收剂量率

吸收剂量是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量，即：

—平均授予能，它是随机量授予能的期望值

—吸收剂量，SI单位为J/Kg，单位的专门名称为戈瑞第23页，共62页，2023年，2月20日，星期四随机量授予能和平均授予能授予能E就是电离辐射授予一定体积中的物质的能量，而且这些能量全部被该体积内的物质所吸收，其表示式为

—进入这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量（不包括静止能量）的总和

—离开这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量（不包括静止能量）的总和

—在这一体积中发生的任何核变化和基本粒子变化所释放出来的总能量，减去引起这种变化而消耗的总能量第24页，共62页，2023年，2月20日，星期四

—授与能，SI单位为焦耳（J）（三）吸收剂量率SI单位为焦耳每千克秒，单位的专门名称为戈每秒（Gy/s）第25页，共62页，2023年，2月20日，星期四比释动能与吸收剂量的关系（一）带电粒子平衡第26页，共62页，2023年，2月20日，星期四物质中的一点P，在电离辐射的照射下，如果满足下列条件，此点存在着带电粒子平衡：（1）由小体积△V向各个方向伸展的距离d，至少大于由初级辐射所产生的次级带电粒子的最大射程Rmax。在d≥Rmax的区域内辐射的强度和能谱恒定不变；（2）同上述同样的区域内，介质对次级带电粒子的阻止本领对初级辐射的质能吸收系数恒定不变。第27页，共62页，2023年，2月20日，星期四需要注意的是，在下述情况下并不存在着带电粒子平衡：（1）辐射源附近。这里辐射场极不均匀，随着离源距离的增加而急剧变化。（2）两种物质相邻的界面附近。这里不但辐射场不均匀，而且两种物质对初级辐射的质能吸收系数及对次级带电粒子的阻止本领不同，且d《Rmax。（3）高能辐射。这种辐射产生次级带电粒子的动能很大，当初级辐射穿过等于次级带电粒子的平均射程的物质厚度时有明显的减弱。第28页，共62页，2023年，2月20日，星期四比释动能及其应用比释动能（Kineticenergyreleasedinmatter,kerma)比释动能是间接电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子的初始动能的总和，即－间接电离粒子在特定物质的体积元内，释放出来的所有带电粒子的初始动能总和。SI单位为戈（Gy）第29页，共62页，2023年，2月20日，星期四比释动能率在单位时间内单位质量的特定物质，由间接电离粒子释放出来的所有带电粒子初始动能的总和称为比释动能率，SI单位为戈或戈/秒、戈/小时、毫戈/小时等。三、比释动能与注量的关系对于一定能量的单能辐射，能注量和比释动能有如下关系：第30页，共62页，2023年，2月20日，星期四（二）比释动能与吸收剂量的关系在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以忽略时，则高能直接电离粒子与高原子序数的物质相互作用时，实际上有一部分能量在物质中转变为轫致辐射而离开体积元，则g—直接电离粒子的能量转化为轫致辐射的份额第31页，共62页，2023年，2月20日，星期四E(MeV)1-g0.6621.251.52.03.05.010.00.99840.99680.9960.9950.9910.9840.964第32页，共62页，2023年，2月20日，星期四比释动能和吸收剂量随物质深度的变化第33页，共62页，2023年，2月20日，星期四比释动能概念的应用

在辐射防护中，常用比释动能的概念计算辐射场量，推断生物组织中某点的吸收剂量，描述中子源的输出额等。（一）γ射线的吸收剂量在带电粒子平衡条件下，当Φ和E确定不变时，第34页，共62页，2023年，2月20日，星期四源Eavg(keV)C(shallow)C(eye)C(deep)X射线(mmAl,Cu,Sn)M30(0.5,0,0)M60(1.5,0,0)M100(5.0,0,0)M150(5.0,0.25,0)H150(4.0,4.0,1.5)单能光源10202530507090120150300500Cs-1371000Co-60200020355373118102025305070901201503005006621000125020001.021.211.491.641.600.9491.0401.1241.2281.6571.8211.7981.7021.6161.4051.2991.2101.2051.1801.1400.2510.9101.0711.2211.7371.9131.8791.7661.6701.4311.3121.2101.2091.1801.1490.421.001.521.781.710.0100.6160.8861.1151.8032.0261.9901.8521.7311.4591.3251.2101.2081.1701.140第35页，共62页，2023年，2月20日，星期四中子的吸收剂量如果中子具有谱分布，则必须采用对中子能谱进行平均的质能转移系数，用下面公式分别计算出在两种介质中的平均质能转移系数，才能用上式计算。第36页，共62页，2023年，2月20日，星期四照射量X（一）、照射量及其单位dQ—在质量为dm的一个体积元的空气中，当光子产生的全部电子（正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。必须注意的是：⑴定义中的dQ

并不包括在所考察的体积元的空气中释放出来的次级电子产生的轫致辐射被吸收后的电离。⑵按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件。第37页，共62页，2023年，2月20日，星期四照射量还有另外一种表示方式：当光子具有谱分布时，第38页，共62页，2023年，2月20日，星期四照射量X的SI单位为库仑每千克（C/Kg）1伦琴=2.58×10-4库仑/千克

1伦琴=8.6９×10-3焦耳/千克

1伦琴=103毫伦照射量仅适用于X或γ辐射和空气介质，不能用于其他类型的辐射和介质。第39页，共62页，2023年，2月20日，星期四在辐射剂量概念中不再包含照射量第40页，共62页，2023年，2月20日，星期四四、照射量与吸收剂量的关系第41页，共62页，2023年，2月20日，星期四吸收剂量、比释动能和照射量的区别辐射量吸收剂量比释动能照射量适用范围任何带电和不带电粒子，任何物质不带电粒子，任何物质X、γ，仅限于空气剂量学含义辐射在所关心的体积V内沉积的能量，这些能量可能来自V内或V外不带电粒子在所关心的体积V内交给带电粒子的能量，不必注意这些能量在何处以何种方式损失X、γ射线在所关心的空气体积V交给次级电子用于电力、激发的那部分的能量第42页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量吸收剂量（absorbeddose）D。它是单位质量内吸收的能量。其单位为焦耳每千克（J·kg-1），具有专用名称戈瑞(Gy)。吸收剂量按其定义的措词来说，可以在一个点上表示出来，但在辐射防护中除另有说明的以外，均指一组织或器官内的平均剂量。即mT是组织或器官质量，可小于10g到70kg。1Gy=100rad第43页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量第44页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量当量剂量在放射防护中感兴趣的是某一组织或器官的吸收剂量的平均值（而不是某一点上的剂量），并按辐射的质加权。这个加权后的吸收剂量是在严格意义上的一个剂量。因而委员会决定恢复早期的名称——在一组织或器官中的当量剂量(equivalentdose)*，所用符号为HT。名称的改变也反映由品质因数到辐射权重因子的改变。第45页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量第46页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射权重因子种类与能量范围辐射权重因子光子，所有能量1电子及介子，所有能量1中子，能量<10keV510keV—100keV10>100keV—2MeV20>2MeV—20MeV10>20MeV5质子，不是反冲质子，能量>2MeV5α粒子，裂变碎片，重核20第47页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量随机性效应概率与当量剂量的关系还与受照组织或器官有关。所以要再规定一个由当量剂量导出的量，以指示几个不同的组织受到的不同剂量的组合，使之大概能较好地与总的随机性效应对应。对组织或器官T的当量剂量加权的因子称为组织权重因子ωT(tissueweightingfactor)，它反映在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。加权当量剂量（双加权的吸收剂量）以前称为有效剂量当量，但这个名词过于冗长，特别是在更复杂的组合如集体待积有效剂量当量之类的名词中。委员会现决定采用较简的名称——有效剂量（effectivedose）E，采用有效剂量这一术语伴随着改用当量剂量。第48页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射防护中使用的量第49页，共62页，2023年，2月20日，星期四组织权重因子组织或器官组织权重因子ωR性腺0.20红骨髓0.12结肠0.12肺0.12胃0.12膀胱0.05乳腺0.05肝0.05食道0.05甲状腺0.05皮肤0.01骨表面0.01其余组织或器官0.05该因数是为了考虑不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。第50页，共62页，2023年，2月20日，星期四

集体有效剂量

Collectiveeffectivedose第51页，共62页，2023年，2月20日，星期四待积有效剂量

Committedeffectivedose第52页，共62页，2023年，2月20日，星期四剂量Dose某一对象所接受或“吸收”的辐射的一种量度。根据上下文,它可以指吸收剂量、器官剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量或待积有效剂量等。第53页，共62页，2023年，2月20日，星期四辐射危害发现就辐射防护来说，需要关心两种类型的效应：第一种是辐射的非随机性效应，现在称之为确定性效应。包括主要因细胞丢失导致的组织或器官的功能丧失（如：红班、坏死），这些效应由大剂量照射引起，并且对它们来说存在有阈剂量，其效应的严重程度随剂量大小而异。第二种是在照后很久才显现出来的各种随机性效应，包括癌症危险的增加以及由动物实验研究结果所推论的遗传疾患的增加。这些随机性效应看来没有阈剂量存在，并且可能于小辐射剂量照射（1Gy的很小一部分）之后发生而且