高等电离辐射防护教程 夏益华 5第三章 电离辐射防护领域中常用量和单位

1、理学院 张慧娟电离辐射防护目标：在不过分限制有益的、产生辐射的实践的前提下，为人们提供一个适宜的防护标准To provide an appropriate standard of protection for man without unduly limiting the beneficial practices giving rise to radiation exposure 主要内容主要内容描述辐射场的量基本的剂量量辅助的剂量量比释动能照射量描述辐射场的量辐射场：电离辐射存在的空间。由辐射源产生。根据辐射源不同可分为：辐射场、辐射场、中子辐射场、混合场。常用作描述辐射场特性的物理量：粒子

2、注量、粒子注量率能注量、能注量率粒子注量ICRU定义：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，即)(m 2-dadN式中： dN进入小球体的粒子数。 da 小球体截面积，单位m2。 粒子注量，单位m-2。粒子注量粒子注量率注量率的时间积分等于注量)s(m 1 -2-2dadtNddtd式中： d 单位时间粒子注量的增量。 粒子注量率，单位m-2s-1。 能量注量进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静止能量）式中： dEn 粒子能量之和，单位 J。 能量注量，单位 J/m2。)mJ ( 2-dadEn能量注量率式中： d 单位时间能量

3、注量的增量。 能量注量率，单位 Jm-2s-1。s)mJ ( 2-dtd能量注量与粒子注量的关系：对能量为E的粒子基本的剂量量剂量：医学专用术语，指药物治疗时需要掌握的用药量。“剂量”正是作为将物理测量和辐射生物效应联系起来的一个物理量而被引入的。 剂量量一般可以探测得出剂量量的本质是用来描述辐射在物质内沉积能量及辐射在物质内所产生效应的量。重要的量：吸收剂量、当量剂量、有效剂量吸收剂量D授予能能量沉积是一个随机的过程平均授予能定义：电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商SI单位：戈瑞，1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，1rad0.01GydmdDQex

4、in0)(df吸收剂量1 戈瑞（1焦耳/千克）时的能量效应 1）水温升高 （比热 4.2103J/千克度） 1 kg水物质吸收剂量 1 Gy 水温度上升 1/（4.2103）= 2.410-4 C2）转化为物体的动能 m D= (1/2)m v2 运动速度 v = 1.4 m/s3) 转化为物体的势能 m D = m g h 上升高度 h = 0.1 m剂量实际上是单位物质吸收电离辐射能大小的一种量度吸收剂量率定义：某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。注意：吸收剂量是指每单位质量受照物质吸收的辐射能量适用于任何类型、任何能量的电离辐射，且适用于任何受照物质。(Gy/s) dtdDD

5、当量剂量HT辐射引起的某一生物效应的发生率，不仅与物质的吸收剂量有关，而且与辐射的种类和能量及照射条件有关；全身照射条件下，当吸收剂量为1mGy时，能量为4.5MeV的快中子诱发某种生物效应的概率比能量为250keV的X射线诱发同样生物效应的概率大10倍；根据放射生物学资料，根据外部辐射场的类型或体内沉积的放射性核素发射的辐射的类型和能量， 确定一个辐射权重因子WR； 当量剂量HT器官或组织的当量剂量定义为WR与DT.R的乘积。其中，DT.R:辐射R在器官或组织T中产生的平均吸收剂量WR:辐射R的辐射权重因子HT.R的单位：J/Kg, sievert (Sv， 希沃特，与吸收剂量单位戈希沃特，

6、与吸收剂量单位戈瑞区别瑞区别)1J/kg=1Sv=100rem （雷姆）RTRRTDWH,当量剂量HT如果辐射场为混合辐射场，如中子和辐射场，内照射的、和辐射场；这时的当量剂量为各辐射的当量剂量之和。当量剂量率SI单位：J/(Kg s )RTRRTDWH,dtdHTTH辐射权重因子（Radiation weighting factors）Type of radiationwR光子，所有能量1电子及介子，所有能量1中子,能量 20MeV51020105质子，非反冲质子,能量 2MeV5粒子，裂变碎片，重核20辐射权重因子（中子）例 题 In 1 year, a worker received a

7、 dose of 0.02 Gy, a thermal neutron (Ns) dose of 0.002 Gy, and a fast neutron dose (Nf) of 0.001 Gy. What is his total equivalent dose？(Take wR for fast neutrons as 20.)Equivalent dose=DT,R x WREquivalent dose, =0.02 x 1=0.02 SvEquivalent dose, Ns=0.002 x 5=0.01 SvEquivalent dose, Nf=0.001 x 20=0.02

8、 SvTotal equivalent dose =0.05 Sv有效剂量 E人体是一个统一的生命体，一个器官受照，影响人的整体，多个器官同时受照，将带来更大危险；辐射所诱发的随机性效应发生的概率，不仅与当量剂量有关，而且与受照的组织和器官有关；不同的组织或器官在相同的均匀照射条件下，即使受到相同的当量剂量的照射，所诱发的随机性效应的发生率也不尽相同；为使单个器官或组织受照所致的随机性效应的发生率与全身均匀照射所致的随机性效应联系起来，分别给各个器官或组织的当量剂量一个权重因子WT；所有组织的权重因子之和为1有效剂量人体所有组织的当量剂量的加权值人体所有组织的当量剂量的加权值HT: 组织或器官

9、的当量剂量（组织或器官的当量剂量（Equivalent dose in tissue or organ T）WT: 组织权重因子（组织权重因子（Weighting factor for tissue T）TTTwHE组织权重因子Tissue or organWTGonads （性腺）Bone marrow （红骨髓）Colon （结肠）Lung （肺）Stomach （胃）Bladder （膀胱）Breast （乳腺）Liver （肝）Oesohagus （食道）Thyroid （甲状腺）Skin （皮肤）Bone surface （骨表面）Remainder （其余组织或器官）0.200.1

10、20.120.120.120.050.050.050.050.050.010.010.05待积当量剂量HT() 放射性核素进入人体后对组织或器官的照射剂量，将随着放射性核素的衰变和时间的推移而逐步积累；针对单次摄入某种放射性核素对人体所产生的照射，采用待积当量剂量来描述待积当量剂量来描述；待积当量剂量是人体在单次摄入放射性物质之后，某一特定组织接受的当量剂量率在时间内的积分。待积当量剂量HT() 00.)()(ttTTdHH : 50 years for adults, From intake to 70 years for children Following an intake to th

11、e body of a radioactive material, there is a period during which the material gives rise to equivalent dose in the tissue of the body in varying rates.单次摄入放射性物质后，产生的待积组织或器官当量剂量乘以相应的组织权重因子WT，然后求和，即为待积有效剂量；待积有效剂量用于评价单次摄入某一活度的放射性核素对组织或器官所造成的危害；待积有效剂量E()TTTHWE)()(积分时间积分时间 的单位为年的单位为年集体当量剂量 ST集体当量剂量用来评价某一

12、人群某指定的组织或器官所受到的总的照射情况；当评价某一辐射事件对特定人群所造成的危害以及进行辐射防护的最优化设计时，使用集体当量剂量。 TTTTdHdHdNHS)(0间的人数到为接受当量剂量在式中TTTTTdHHHdHdHdN)( ,集体当量剂量iiiTTNHS,平均器官当量剂量平均器官当量剂量第第i组人群人数组人群人数单位：人单位：人希沃特希沃特 (man Sv)集体有效剂量用来评价某一人群所受到的辐射照射：集体有效剂量 S dEdEdNES)(0iiiNES第第i组人群接受的平均有效剂量组人群接受的平均有效剂量辐射剂量小结吸收剂量当量剂量有效剂量待积当量剂量待积有效剂量思考：当量剂量与剂量

13、当量的区别？剂量当量剂量当量是在组织中某一点的吸收剂量D、反映吸收剂量微观分布的品质因数Q、反映吸收剂量不均匀的空间和时间分布等因素的修正系数N的乘积。式中，品质因数Q又称线质系数，它是在所关心的那一点，水中传能线密度的函数。修正系数N，ICRP指定为1。传能线密度：一个致电离粒子沿其径迹的电离密度的一种量度：DQNH 定义：电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商SI单位：戈瑞，1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，1rad0.01GydmdD吸收剂量D比释动能间接电离粒子能量沉积过程：比释动能K定义：间接带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能的和除

14、以物质质量的商。SI单位：戈瑞，Gy dmdEKtr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的总和，所考虑的体积元内物质的质量比释动能率定义：某一时间间隔内比释动能的增量除以该时间间隔的商。35SI单位：戈瑞/秒，Gy/s dtdKK质量衰减系数、质能转移系数、质能吸收系数电子、光子、中子在物质内的吸收均近似地遵从上述衰减规律。用来表示吸收系数，m=表示质量吸收系数1. 质量衰减系数 / 光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。式中： 线衰减系数，cm-1；光电线衰减系数；e总康普顿线衰减系数； coh 相干散射线衰减系数；电子对线衰减系数；质量衰减系数

15、 /：线衰减系数 ：单位：cm-12. 质能转移系数 tr / 线能量转移系数tr： 穿行单位距离，光子转移为带电粒子的动能占总能量的份额。质能转移系数 tr /： 穿行过单位质量厚度，射线把能量转移给电子的份额3. 质能吸收系数 en / 光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致辐射损失掉。质能吸收系数 en /： 式中：g次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额比释动能与注量的关系单能：连续谱：比释动能因子：用于计算比释动能与吸收剂量的关系带电粒子平衡：每有一个带电粒子从所考虑体积出来，就有一个相同类型、相同能量的带电粒子从外面进入，要求一一对应。u带电粒子平衡的条件：离介质边界有一定距离

16、，d Rmax；均匀照射条件；介质均匀条件：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不变。总能量平衡谱分布平衡比释动能与吸收剂量的关系带电粒子平衡：每有一个带电粒子从所考虑体积出来，就有一个相同类型、相同能量的带电粒子从外面进入，要求一一对应。u带电粒子平衡不成立：辐射源附近；两种物质的界面；高能辐射。总能量平衡谱分布平衡比释动能与吸收剂量的关系：条件：带电粒子平衡800EZEZg其中：对低能带电粒子，韧致辐射可以忽略时，则DK一般在10-310-2之间比释动能与吸收剂量在物质中的变化：44比释动能和吸收剂量概念的应用目的：实现对生物组织中吸收剂量的间接测量)1 (gEDtrgt

17、ren12121/enenDD射线：中子：ctrtrcDD/注意谱的问题，此外还需要进行组织厚度的剂量修正照射量46定义：X、射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。式中：dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。(C/kg) dmdQX 照射量WeXen另一个定义式SI单位：C/Kg; 历史上的专用单位：伦琴在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。1R2.5810-4C/kgSI单位：C / Kg .s , R/s 等照射量率照射量的特点照射量仅适用于X、射线和空气介质；测量时必须满足电子平衡；有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少