《放射物理与防护》第六章

1、曲靖医学高等专科学校教 案 2017 至 2018 学年 第一 学期系 部 医学技术系 教研室（实验室） 医学影像教研室 课程名称 放射物理与防护 授课班级 影像技术班 授课教师 崔蕊 职 称 助教 使用教材 放射物理与防护 教案编写日期 2017.6 曲靖医学高等专科学校教务处制教 案首页授课时间 年 月 日 星期 节学时数授课章节第六章 常用的辐射量和单位授课方式理论课 讨论课 实践课 习题课 其它教学目的（目标）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。 了解：辐射辐射测量的意义。教学重点难点1、教学重点：电离辐射的常用辐射量和单位 。 2、教学难点：

2、电离辐射的常用辐射量和单位。教学方法多媒体示教+理论讲解教材参考文献高等医药院校教材（供医学影像专业用） 第三版的放射物理与防护（主编：王鹏程，李迅茹），人民卫生出版社；教 学 内 容时间分配板书或旁注 第一节 描述电离辐射的常用辐射量和单位一、描述辐射场性质的量二、照射量三、比释动能四、吸收剂量五、吸收剂量、比释动能及照射量之间的关系和区别一、描述辐射场性质的量（一）粒子注量（用粒子的数量来描述辐射场性质） 就是进入单位截面积的小球的粒子数 在单向平行辐射场的特殊情况下，粒子的注量等于通过与辐射进行方向垂直的单位面积的粒子注量。粒子注量的国际单位SI是米2(m2) 射线粒子具有各种可能能量：

3、从Emax到 0 粒子注量率: 单位时间进入单位截面积的辐射粒子数（二）能量注量能量注量（用粒子的能量来表征辐射场的性质） 即进入单位截面积小球的所有粒子能量的总和单位：焦耳米2( Jm2)能量注量率: 单位时间进入单位截面积辐射粒子的能量总和（三）能量注量和粒子注量的关系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。若每个粒子是单能的，则若辐射场不是单能的，且粒子能量具有谱分布时，则 E为粒子能量，为E同一位置粒子注量的微分能量分布。二、照射量X或射线与空气发生相

4、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。（一）照射量X及其单位 1.照射量的定义：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。 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

5、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。2.照射量的单位 照射量的SI单位为库伦千克1( Ckg1) ，没有专用名称。仍在沿用的照射量的专用单位为伦琴，用符号R表示 案例若空气体积为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

6、.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：三、比释动能（一）比释动能K及单位 不带电辐射粒子在物质中损失能量的过程分为两个阶段：第一阶段 不带电粒子把能量转移给带电粒子；第二阶段 次级带电粒子把转移来的能量大部分消耗在介质中。1、比释动能K 不带电粒子与物质相互作用时，在单位质量物质中由不带电粒子所产生的转移能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。2、比释动能的单位 比释动能的SI单位是

7、焦耳千克1( Jkg1) ，又名：“戈瑞”(Gy)，简称“戈”毫戈瑞(mGy)、微戈瑞(mGy)等二、比释动能率K及其单位 间接致电离辐射单位时间在介质中产生的比释动能称为比释动能率，用字母L表示，即 单位：戈瑞 秒1(Gys1)、 毫戈瑞 小时1(mGyh1) 四、吸收剂量比释动能所描述的是间接致电离辐射在介质中转移给次级带电粒子的能量，次级带电粒子的能量一部分用于电离、激发，另一部分转化为轫致辐射。射线所引起的各种效应只与其在介质中用于电离和激发的能量有关。 辐射剂量学以“吸收剂量”来衡量物质吸收辐射能量的多少，并以此研究能量吸收与辐射效应的关系（一）、吸收剂量D及其单位1、吸收剂量定义：

8、辐射所授予单位质量介质dm中的平均能量dEendEen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。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。2、吸收剂量的单位 单位与比释动能的相同：焦耳千克1( Jkg1) 即“戈瑞”(Gy)， “厘戈瑞”(cGy)，1Gy = 100cGy沿用单位：拉德(rad)， 1rad

9、 = 102Gy （二）、吸收剂量率D及其单位 2、吸收剂量率 单位时间内的吸收剂量(吸收剂量的速率) 单位：焦耳·千克1 · 秒1 (J·kg1 ·s1)专名：戈瑞秒1 (Gys1)、 毫戈瑞小时1 (mGyh1) 等等五、吸收剂量、比释动能及照射量之间的关系和区别(一)、带电粒子平衡带电粒子在指定体积内辐射能谱分布处处相等，则该体积内存在带电粒子平衡以“电子平衡”为例 (1) X或 g 射线进入空气其体积分成1、2、3若干等份(2)产生的次级电子射程长度为3等份空气层(3)每层产生6个电离粒子带电粒子的平衡的条件a.介质元周围辐射场均匀b.介质厚度大

10、于等于带电粒子在介质中的最大射程（二）、比释动能和吸收剂量随物质深度的变化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

11、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。 （三）、照射量、吸收剂量与比释动能的相互关系 1、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 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。2、吸收剂量与比释动能的关系前已知：电离粒子平衡时 则 但带电粒子的一部分能量有可能转变为轫致辐射而离开质量元dm，

12、此时虽存在带电粒子平衡，但吸收剂量不等于比释动能第二节 辐射防护中使用的辐射量和单位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。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

13、生物效应的影响。一、当量剂量 （一）、当量剂量HT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 (1) wR无量纲，故当量剂量与吸收剂量单位相同：焦耳千克1( Jkg1) 即“希沃特”(Sv)(2) 若具有不同能量或不同类型的辐射存在，组织或器官T的总当量剂量（二）当量剂量率及单位当量剂量率是指单位时间内组织或器官T所接受的当量剂量单位：希沃特秒1( Svs1) 二、有效剂量 吸收当量剂量相同的两不同组织或器官，对辐射的敏感程度不同，其产生的生物学效应也有可能完全不同。 故引入能反映辐射对生物体损害程度大小的量 （一）辐射效

14、应的危险度 危险度即器官或组织接受单位当量剂量（ 1Sv ）照射引起随机性损害效应的几率 对于不同的器官和组织，辐射效应的危险度是不同的，为了表征不同器官和组织在受到相同当量剂量的情况下，对人体导致有害效应的严重程度的差异，引进了一个表征相对危险度的权重因子 （二）有效剂量E 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 HT为组织T受到的当量剂量；WT为组织T的权重因子，无量纲。有效剂量的SI单位为J.kg-1；专用名为希沃特（Sv）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&#

15、215;0.25+0.06×0.15+0.25×0.12+0.05×0.12+0.08×0.03+0.08×0.03+0.11×0.30 mSv =0.085 mSvE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+0.85×0.30 mSv=1.338 mSv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。三、集体当量剂量和集体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

16、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。 （一）集体当量剂量ST 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： （二）集体有效剂量 SE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。集体有效剂量的单位与集体当量剂量的单位相同。若群体中的所有个体受到同类的辐射照射，每个个体所受的平均有效剂量均为E时，则该群体集体有效剂量SE为：四、待积当量剂量和待积有效剂量 （一）待积当量剂量 人体单次摄入放射性物质后，某一特定器官或组织T中接受的当量剂量率在时间内的积分即为待积当量剂量，有t0 表示摄入放射性核素的时刻；t 为放射性核素对器官或组织T照射的时间期限(以年为单位)。（二）待积有效剂量 如果将单次摄入放射性核素后各器官或组织的当量剂量乘以组织权重因子然后求和，就得到待积有效剂量：