常用的辐射量与单位

1、放射物理与防护放射物理与防护放射物理与防护放射物理与防护 王鹏程王鹏程 侯立霞侯立霞 泰山医学院泰山医学院第六章第六章 常用的辐射量和单位常用的辐射量和单位学习目标学习目标1. .掌握：掌握：描述辐射场强度的常用辐射量，描述辐射场强度的常用辐射量，照射量、吸收剂量、当量剂量及有效剂照射量、吸收剂量、当量剂量及有效剂量的关系。量的关系。2. .了解：了解：辐射辐射测量的意义。辐射辐射测量的意义。v电离辐射存在的空间称为辐射场，它是由辐射源产电离辐射存在的空间称为辐射场，它是由辐射源产生的。生的。v按辐射的种类，辐射源可分为按辐射的种类，辐射源可分为X X射线源、射线源、射线源射线源、中子射线源、

2、中子射线源、射线源等，与它们相应的辐射场射线源等，与它们相应的辐射场称为称为X X射线场、射线场、射线场、射线场、 中子射线场、中子射线场、射线场射线场等。等。v在射线的应用过程中我们需要定量了解、分析射线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，这种分布即可以用在辐射场中的分布，这种分布即可以用粒子注量、粒子注量、能量注量能量注量等描述辐射场性质的量来直接表征，也可等描述辐射场性质的量来直接表征，也可以用以用照射量照射量来间接表示。来间接表示。常用的辐射量和单位常用的辐射量和单位v粒子注量（粒子注量（particle fluenceparticle fluence）v能量

3、注量（能量注量（energy fluenceenergy fluence）v照射量（照射量（exposureexposure）v比释动能（比释动能（kermakerma）v吸收剂量（吸收剂量（absorbed doseabsorbed dose）v各辐射量的关系与区别各辐射量的关系与区别描述辐射场性质的量daPh1h2h3h4h5粒子注量粒子注量 定义定义: 进入具有单位截进入具有单位截面积小球的粒子数。面积小球的粒子数。dadN (m-2)，daPh1h2h3h4h5粒子注量粒子注量 实际辐射场中，每个粒子具有实际辐射场中，每个粒子具有不同的能量，即不同的能量，即Emax 0各种可各种可能值

4、，粒子注量计算公式为能值，粒子注量计算公式为:max0EEEd，EE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位截面积的球体内的粒子数: :dtd(m-2s-1)粒子注量粒子注量 v 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），即的能量（不包括静止能量），即2mJdadEfl能量注量能量注量v 能量注量率可定义为单位时间内

5、进入单位截面积小球内的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。所有粒子能量总和。 能量注量能量注量dtd12smJ 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。E能量注量和粒子注量的关系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。max0EEEdE能量注量和粒子注量的关系能量注量和粒子注量的关系vX X或或射线与空气发生相互作用时产生次

6、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、负离用导致空气电离，从而产生大量正、负离子。子。v次级电子在电离空气的过程中，最后全部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。损失了本身的能量。照射量照射量 X Xv照射量是根据其对空气电离本领的大小来度量照射量是根据其对空气电离本领的大小来度量X X或或射线的一个物理量。射线的一个物理量。v也是也是X X线沿用最久的辐射量。线沿用最久的辐射量。v是直接量度是直接量度X X或或光子对空气电离能力的量，可间光子对空气电离能力的量，可间接反映接反映X

7、X射线或射线或射线辐射场的强弱，是测量辐射射线辐射场的强弱，是测量辐射场的一种物理量。场的一种物理量。照射量照射量 X定义定义: X或或光子在单位质量的空气中，与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原子相互作用释放出来的次级电子完全被空气阻止时空气阻止时, ,（意味着无剩余能量意味着无剩余能量）（）（在导在导致空气电离的过程中致空气电离的过程中）所产生的同种符号）所产生的同种符号离子的总电荷量的绝对值。离子的总电荷量的绝对值。dmdQX (C/kg)或或(R伦琴伦琴)C/kg1058. 2R14 SI单位单位 专用单位专用单位v照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说

8、明照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说明X X或或射线射线在在空气中空气中的辐射场性质的量，它不能的辐射场性质的量，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）。不能用于其他的物质（如组织等）。v由于照射量的基准测量中存在着某些目前无法克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服的困难，它只适用于射线能量在10keV10keV到到3MeV3MeV范围内的范围内的X X或或射线。射线。照射量照射量 X照射量照射量 XdtdXX 照射量率照射量率1-1kgCs例题v 若空气体积为若空气体

9、积为0.30.3厘米厘米3 3，标准状态下其中包含的空气质量是，标准状态下其中包含的空气质量是0.3880.388毫克，若被毫克，若被X X线照射线照射5 5分钟，在其中产生的次级电子在空气中形成的分钟，在其中产生的次级电子在空气中形成的正离子（或负离子）的总电荷量为正离子（或负离子）的总电荷量为10101010-9-9库仑。此时，被照空气库仑。此时，被照空气处的处的X X线照射量和照射量率各是多少？线照射量和照射量率各是多少？v 解：根据题意已知：解：根据题意已知：dm=0.388dm=0.388毫克毫克=3.88=3.881010-7-7千克千克v dQ=10dQ=101010-9-9库仑

10、库仑dt=5dt=5分钟分钟v 所以照射量所以照射量X X及照射量率分别为：及照射量率分别为：12791058. 21088. 31010千克库仑dmdQX11321016. 551058. 2分千克库仑dtdXX照射量与能量注量的关系v对于单能对于单能X(X() )射线，在空气中某点的照射量射线，在空气中某点的照射量X X与同与同一点上的能量注量之间有以下关系：一点上的能量注量之间有以下关系：venen/ /是给定的单能是给定的单能X(X() )射线在空气中的质能吸射线在空气中的质能吸收系数；收系数；e e是电子的电荷；是电子的电荷；v 是电子在空气中每形成一个离子对所消是电子在空气中每形成

11、一个离子对所消耗的平均能量。耗的平均能量。 WeenXW比释动能比释动能 X或或射线与物质相互作用时，能量转换分射线与物质相互作用时，能量转换分两个阶段进行：两个阶段进行：第一：第一：X()E 带电粒子带电粒子 (K)第二：带电粒子第二：带电粒子 电离、激发电离、激发物质吸收物质吸收 (D)X或或光子传能光子传能给带电粒子给带电粒子(K)轫致辐射轫致辐射 （不被物质吸收）（不被物质吸收）电离、激发（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。生的全部带电粒子的初始动能之总和。 dmdEKtr

12、 (J/kg)或或(戈端戈端Gy)1Gy=1Jkg-11Gy=103mGy=106Gy比释动能比释动能比释动能率比释动能率dtdKK (Gy/s)比释动能是度量不带电电离粒子（光子或中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，它只个物理量，它只适用于间接致电离辐射适用于间接致电离辐射，但，但适用于任何物质适用于任何物质。比释动能比释动能吸收剂量吸收剂量 dmdEDen (J/kg)或或(Gy)专用单位专用单位(rad) 定义定义:辐射所授

13、予单位质量介质的平均能量辐射所授予单位质量介质的平均能量 。radcGycGyGy111001和dEen为平均授予能。它表示进入介质为平均授予能。它表示进入介质dm的全部带电粒子和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。反应所增加的静止质量的等效能量。吸收剂量吸收剂量v授予某一体积内物质的能量越多，则吸收剂量越授予某一体积内物质的能量越多，则吸收剂量越大。大。v吸收剂量它适用于任何类型的电

14、离辐射和受到照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。射的任何物质。v不同物质吸收辐射能量的本领是不同的，在论及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、介质种类和特定吸收剂量时，应明确辐射类型、介质种类和特定的位置。的位置。吸收剂量率吸收剂量率dtdDD (Gy/s)讨论讨论:dmdEKX X或或能量除转换成电子初动能量除转换成电子初动能外能外,还有核与电子间束缚能还有核与电子间束缚能及散射光子能量等。及散射光子能量等。KD 电子初动能还有一部分转电子初动能还有一部分转换成轫致辐射等能量。换成轫致辐射等能量。吸收剂量吸收剂量Gy05. 010210

15、45 dmdEDen-1smGy5 dtdDD例题例题1: 质量为质量为0.2g的物质的物质,10s内吸收电离辐射的内吸收电离辐射的平均能量为平均能量为100尔格尔格,求该物质的吸收剂求该物质的吸收剂量和吸收剂量率量和吸收剂量率.解解:dm = 0.2g = 210-4kg; dEen= 100 erg =10-5J; dt = 10s吸收剂量吸收剂量D、K和X之间的关系v带电粒子平衡带电粒子平衡v比释动能和吸收剂量随物质深度的变化比释动能和吸收剂量随物质深度的变化v照射量、吸收剂量与比释动能的相互关系照射量、吸收剂量与比释动能的相互关系带电粒子平衡带电粒子平衡 在某空气层在某空气层,入射次级

16、入射次级电子等于射出数目电子等于射出数目, （最大射程）电离电（最大射程）电离电量开始趋于恒定的现量开始趋于恒定的现象象.在进行照射量测量时，在进行照射量测量时，应选择平衡电离层应选择平衡电离层.D、K和X之间的关系带电粒子的带电粒子的平衡的条件平衡的条件: :a.介质元周围辐射场均匀介质元周围辐射场均匀b.介质厚度大于等于带电介质厚度大于等于带电粒子在介质中的最大射程粒子在介质中的最大射程当带电粒子平衡时当带电粒子平衡时: :trendEdE 带电粒子平衡带电粒子平衡比释动能与吸收剂量随物质深度的变化比释动能与吸收剂量随物质深度的变化D、K和和X之间的关系之间的关系vX X（）光子入射到以均

17、匀介质入水中。在浅表位）光子入射到以均匀介质入水中。在浅表位置，置，X X（ ）光子在其作用点周围的小体积元内）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。建立电子平衡，即比释动能大于吸收剂量。v如果如果X X（ ）光子在水中的衰减可以忽略，当深）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。数值保持不变，如图

18、虚线部分。v实际上，随着深度的增加，一方面由于入射光子实际上，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；的强度逐渐减弱，比释动能下降；v另一方面沿另一方面沿X X（ ）光子入射方向产生的次级电）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，完成其剂量建目相等时，吸收剂量达到最大值，完成其剂量建成。成。v随着深度的继续

19、增加，比释动能与吸收剂量同时变随着深度的继续增加，比释动能与吸收剂量同时变小。小。v由于次级电子在某一点沉积的能量主要起源于它前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，因此位于面某点产生的次级电子，因此位于电子平衡点以后电子平衡点以后的各点的各点，比释动能小于同一位置的吸收剂量。，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v在电子平衡的条件下，单能辐射场中同一点在电子平衡的条件下，单能辐射场中同一点v当当X X（ ）光子辐射的能量低于）光子辐射的能量低于1.25MeV1.25MeV以下以下时，时，g g很小，约为很小，约为0.0030.003，可忽略不计

20、。，可忽略不计。 WeXen)/()/(trK照射量与比释动能的关系v公式适用条件公式适用条件: :va.a.带电粒子平衡带电粒子平衡, ,vb.b.次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略, , vc.c.物质的原子序数和辐射光子能量均较低。物质的原子序数和辐射光子能量均较低。)(eWXK 吸收剂量与比释动能的关系)1 ()/(gKDenKdmdEdmdEDtrenD、K和和X之间的区别之间的区别辐射量照射量X比释动能K吸收剂量D剂量学含义适用介质适用辐射类型表征X,线在考察的体积内用于电离空气的能量空 气X、射线表征非带电粒子在考察的体积内交给带电粒子的能量任何

21、介质非带电粒子辐射表征任何辐射在考察的体积内被物质吸收的能量任何介质任何辐射辐射防护中使用的辐射量v 随着科学技术的发展，不同种类的射线在医学中的应用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。我们不但可以利用更加广泛。我们不但可以利用X X射线进行医学影像学的射线进行医学影像学的检查，同时，高能检查，同时，高能X X、射线及电子线在肿瘤放射治疗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。上的应用亦成为肿瘤治疗的常规手段。v 放射线的广泛使用，不可避免地带来了被检者和工作人放射线的广泛使用，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

22、体实员的防护问题，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。重要的问题。辐射防护中使用的辐射量v由于由于不同生物组织，不同种群、不同的器官对不同生物组织，不同种群、不同的器官对射线的反应灵敏性不同射线的反应灵敏性不同，使用，使用X X、K K、D D不足以表不足以表达射线对生物组织的损伤。达射线对生物组织的损伤。v为此，在辐射防护中使用的辐射量必须同时考为此，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。效应的影响。

23、 辐射防护中使用的辐射量v当量剂量当量剂量(equivalent dose)(equivalent dose)v有效剂量有效剂量(effective dose)(effective dose)v集体当量剂量和集体有效剂量集体当量剂量和集体有效剂量v待积当量剂量和待积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v当量剂量当量剂量H HT T等于某一组织或器官等于某一组织或器官T T所接受的平均吸所接受的平均吸收剂量收剂量D DT T，R R，经辐射质为，经辐射质为R R的辐射权重因子的辐射权重因子w wR R加权加权处理的吸收剂量，即处理的吸收剂量，即v专用名为希沃特（专用名为希沃特（Sv

24、Sv），），1Sv=1J1Sv=1J.kgkg-1-1。 v辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照射时诱发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，随机性效应的相对生物效应的数值， w wR R与辐射类与辐射类型和能量有关型和能量有关 。RTRTDwH,SvkgJ专名1辐射类型能量范围权重因子WR光 子电子和介子中 子质 子所有能量所有能量20MeV2MeV11510201055当量剂量当量剂量当量剂量率当量剂量率dtdHHTT Sv/s当量剂量当量剂量当量剂量当量剂量 例题例题: 某人全身同时受到某人全身同时受到X线和能量在线和能量在10-100keV的中子照射，

25、其中的中子照射，其中X线的吸收剂量线的吸收剂量为为10 mGy， 中子的吸收剂量为中子的吸收剂量为3 mGy。 计算他所吸收的当量剂量。计算他所吸收的当量剂量。解解:mSv 40310101 nnXXTRRRDwDwDWHv当量剂量是当量剂量是不同辐射类型不同辐射类型对组织或器官形成辐射危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生物学效应也可能完全不同 。v有效剂量有效剂量E E人体所有组织和器官加权后的当量剂量之

26、人体所有组织和器官加权后的当量剂量之和，即和，即TTTHwE 有效剂量有效剂量v有效剂量的有效剂量的SISI单位为单位为J J.kgkg-1-1；专用名为希沃；专用名为希沃特（特（SvSv）。）。v式中式中 w wT T为组织或器官为组织或器官T T的权重因子，它定的权重因子，它定义为组织义为组织T T接受接受1Sv1Sv时的危险度与全身均匀时的危险度与全身均匀受照受照1Sv1Sv时的危险度之比。时的危险度之比。 有效剂量有效剂量v所谓所谓危险度危险度，是指器官或组织接受每单位当量剂，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。量所诱发的效应发生率。v辐射危险度取决于组织受到照射后招致

27、严重遗传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。或组织，辐射效应的危险度是不同的。v辐射致癌的危险度是用死亡率来表示的辐射致癌的危险度是用死亡率来表示的. .v辐射致遗传损害的危险度是用严重遗传疾患的发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生率来表示的. . 人体器官或组织的危险度v 例题例题 某次胸部检查（胸片或胸透）病人各某次胸部检查（胸片或胸透）病人各组织器官受到的当量剂量（组织器官受到的当量剂量（mSvmSv）见下表，试比）见下表，试比较病人接受的有效

28、剂量。较病人接受的有效剂量。v 解：利用公式解：利用公式 计算有效量为：计算有效量为：E E胸片胸片=0.01=0.010.25+0.060.25+0.060.15+0.250.15+0.250.12+0.050.12+0.050.120.12+0.08+0.080.03+0.080.03+0.080.03+0.110.03+0.110.30 mSv 0.30 mSv =0.085 mSv=0.085 mSvE E胸透胸透=0.15=0.150.25+1.300.25+1.300.15+4.10.15+4.10.12+2.30.12+2.30.120.12 +0.16+0.160.03+2.60.03+2.60.03+0.850.03+0.850.30 mSv0.30 mSv=1.338 mSv=1.338 mSvv 此次胸透病人接受的有效剂量相当于此次胸透病人接受的有效剂量相当于1616次胸片的有效剂次胸片的有效剂量。量。TTTHWEv由于辐射的随机性效应，仅以一定的几率发生由于辐射的随机性效应，仅以一定的几率发生在某些个体