公共卫生学院专业选修放射防护3rd

1、第三讲常用核辐射量及其测量常见核辐射量名称放射性物质量：放射性活度、比活度外(内)照射量：通量（注量）、照射量、吸收剂量、比释动能、当量剂量（当量剂量指数）、有效剂量、集体剂量、剂量负担、待积剂量、传能线密度、相对生物效应比、etc.国际制的基本和辅助量的名称名称符号长度米meterm质量千克kilogramkg时间秒seconds电流ampereA热力学温度kelvinK物质的量摩尔molemol发光强度candelacd平面角弧度radianrad角球面度steradiansr放射性衰变规律(T1/2)半衰期定义：一定量的某种放射性原子核衰变至原来的一半所需要的时间。经过n个半衰期后，未发

2、生衰变的放射性原子核数目是原有的1/2n时间t (T1/2 )012345n放射性原子核数目N0N0/2N0/4N0/16N0/32N0/64N0/2n半衰期放射性衰变基本规律指数衰减规律：N0e-tN=N0:（t=0）时放射性原子核的数目经过t时间后未发生衰变的放射性原子核数目放射性原子核衰变常数，大小只与原子核本身性质有关，与外界条件无关;数值越大衰变越快。N:N = N0e-t放射性活度放射性活度(Activity):时间间隔(dt)内发生自发放射性核素在核衰变的期望数(dN)。As-1,= dN/dt专名：Becquerel国际旧：(,Bq)= 3.71010换算：1Ci()Bq放射性

3、比活度(SpecificBq/kg; Bq/m3;.Activity)常用外照射辐射量-照射量照射量（exure dose; )：定义为dQ除以dm而得的商，其中dQ是当光子(线或线)在质量为dm的空气中出所有正负电子被完全时，在空气中形成同一种符号离子的总电荷量的绝对值。dQXdm千克-1(Ckg-1)国际制：)=2.5810-4Ckg-1旧换算：1R(* 1 R: 1cm3的空气(0、1大气压；0.001293 g)中产生1个静电的正或负的电气量(3.37510-10 C)表征引起空气电离的能力大小，通常只用在10keV3MeV.常用外照射辐射量-比释动能比释动能（Kinetic Ener

4、gy Releasedaterial; kerma)：质量(dm)物质中由间接电离离子定义为出的全部带电粒子的初始能量的之和(dtr)。d K trdm：焦耳千克-1(Jkg-1);国际制专名：(Gy)旧换算：1Rad()=0.01Gydtrd（常伴有轫致辐射）；在“电子平衡”条件下，D= K(1-g)。常用外照射辐射量-能量注量能量注量（energy fluence)：对准直辐射束而言，指通过垂直于粒面积da子前进方向的有粒子在扣除平方厘米面积上所能量后的能量总和；对于非准直辐射束，指进入平方厘米截面面积的一个小球的所有粒子在扣除能量后的能量总和。：焦耳米-2 (Jm-2)国际制 en1 X

5、 8.(R) 373 10 air常用外照射辐射量-吸收剂量吸收剂量（absorbed dose; D):定义为d除以dm而得的商，d是由电离辐射授与质量为dm的受照物质的平均能量。 d dmD ：焦耳千克-1(Jkg-1);国际制专名：(Gy)旧换算：1Rad()=0.01Gy剂量学和辐射防护领域中最基本和重要的量；适用于任何类型电离辐射和任何物质；不过，或其它物质所吸收的能量还不易测定。吸收剂量1Gy（1J/kg）时的能量效应1）水温升高（比热4.2103J/千克度）1kg水物质吸收剂量1Gy水温度上升1/（4.2103）=2.410-4C2）转化为物体的动能D=(1/2)m v2;m运动

6、速度v= 1.4m/s3)转化为物体的势能mD=mgh;上升高度h=0.1m剂量实际上是物质吸收电离辐射能大小的一种量度上述量的区别和用途1.照射量是基本的测定量。对软组织而言，线的照射量与吸收剂量相同，所以至今经常被使用；但对的其它组织，高或低能领域()线的吸收剂量和照射量相差很大。因此，人们才认识到评价吸收剂量的重要性。另外，对于高能光子而言，次级电子引起韧致辐射；电子对生成放出的线等；对它们评价不能用照射量。2.吸收剂量和比释动能相同，易于。吸收剂量指的是着目部分的吸收能量，不去考虑次级电子产生的地方；评价射线对或物质的影响时常用。比释动能是指次级电子飞出时的总能量，通常用于表征某一场所

7、的辐射强度。3.3MeV以上的()线或中子照射时，不能用照射量，也无法测量照射量。今后的趋势用空气比释动能或空气吸收剂量。评价常用辐射量-当量剂量当量剂量（equivalentdose; HT,R):的平均吸收剂量(DT,R)与辐射权重因某一组织或 (WR)的乘积。H WRT , DR(旧)TRDQNH =国际制旧：焦耳千克-1(Jkg-1)；专名：(Sv)Jkg-1换算：1Rem()=0.01Sv=0.01吸收剂量相同产生的生物效应并不一定相同；生物效应受辐射类型、剂量与剂量率大小、生物种类、照射条件和生理差异等影响。辐射权重因子辐射类型能量范围WR光子电子和介子质子和带电介子，裂变碎片，重

8、离子所有能量所有能量所有能量所有能量112202.5 18.2 exp( ln(E) 2 6)1MeVn5.0 17.0 exp( ln(2E ) 6)n1En50中子（连续函数）MeV22.5 3.25 exp( ln(0.04E )2 6)50MeVn当量剂量的其他表述当量剂量负担（Hc)：某一特定群体由于某种实践平均每人某一组织或所受到的当量剂量率在无限长时间内的积分。用于核爆的放射性沉降、核电厂排放废物的剂量评价.待积当量剂量（H50)：单次摄入放射性物质后某一组织或在此后50年内将要累积的当量剂量。单次摄入放射性核素而对产生的终生累积剂量.评价常用辐射量-有效剂量Dose, E)：有

9、效剂量(Effective各组织或的当量剂量（HT）与相应的组织权重因子（WT）的乘积的总和。TEW THT国际制：焦耳千克-1(Jkg-1)；专名：(Sv)Jkg-1旧换算：1Rem()=0.01Sv=0.01意义：定量评价随机效应的度组织权重因子e weighting factor，WT）（Ti组 织 或组织权重因子WT红骨髓结肠 肺胃 乳腺肝 食道 甲状腺皮肤 骨表面脑 唾液腺其余组织或0.120.120.120.120.120.080.040.040.040.040.010.010.010.010.12例：骨表面接受0.3Sv的当量剂量，而另一个人骨表面受0.2Sv的照射，同时肝脏又受

10、到0.1Sv的照射，哪个人更大些？引入有效剂量的意义：可以制定所有受照组织或器官的总度为基础的当量剂量限值，包括：制定一个适于全身均匀照射的当量剂量限值；用有效剂量限值来保证受非均匀照射时所有受照组织或的总度不超过全身均匀照射时的总度；任意单独组织或所受的照射不得超过为防止确定性效应的发生而规定的当量剂量限值。个人剂量限值：限值个人的躯体效应及其后裔的遗传效应.剂量限值不包括医疗照射和天然辐射的正常水平的照射。放射性活度(A)吸收剂量(D)剂量当量(H)有效剂量（E）任何物有机三者意义和区别剂量当量(H) 有效剂量1= 1 焦耳/千克放射源活度(A)1=1次核衰变/秒吸收剂量(D)1= 1焦耳

11、/千克1 Gy= 1 J/kg相对生物效应比Relative Biological Effectiveness (RBE)引起某一效应所需的标准辐射的吸收剂量引起同一效应所需的该种辐射的吸收剂量RBE =标准辐射通常有：200keV的线；60Co的线*射线种类和能量的不同、LET的不同、效应现象和机理的复杂，为便于评价影响，导入了RBE的概念。*射线对生物的影响程度用RBE和吸收剂量的积作指标。equivalent (Gy放射治疗中RBE的：GyEq)*RBE难从试验中得到，常通过动物实验或流调得到.放射性测量基本原理放射性是人眼看不见、身体也感觉不到的，但用仪器可以直接测量。、射线同物质作用

12、使原子电离，产生正离子和负电子。在电场作用下，电子和正离子分别向正极和负极方向运动，引起电生信号。放射性测量系统概要图辐射探测器：把电离产生的信息转化成可观测的、可输出的信号；如：电、光、热、径迹等。探测器放射源-+- -+ +放大与变换与射线种类及其测量原理 带电粒子 射线种类 光子相互作用 射线能量次 级 电 子 质子、粒子 探测器电离作用激发作用可测物理量其它作用信号处理直流信号计量器数值表示能谱计数值电流(压)值分析甄别脉冲信号放大器光电倍增管光信号电流(压)信号核 反 应中子光子气体电离特性电离室、正比计数管、盖革计数管等气体电离型探测器原理气体电离室领域正比计数管领域GM计数管领域

13、击穿领域电离室(Chamber)主要用于放射性气体的测量：如：3H、222Rn、14CO2、85Kr特点：稳定性较好，要求剂量较大。多用于空间射线的测量GM（盖革-）计数管多用于环境辐射巡测，其特点是：容易得到脉冲波形波形中量信息死时间较长(100s)半导体探测器的测量原理硅晶体中的电离作用半导体能谱结构Eg=1.115eV(Si)0.665eV(Ge)带电粒子使晶体的原子电离，生成电子和正离子；电子和正离子将向各自方向移动，产生电流。生成一对电子和正离子所需的平均能量：3.26 eV(Si); 2.96 (Ge,77K)。硅半导体粒子探测器金属外壳常用于、等带电粒子的测量，也用于低于20ke

14、V的光子测量。分辨率：B注入前置放大(5.3MeV):光子(5.9keV):1520keV0.150.20keVSiO2绝缘体P注入SiO2背面表面锗半导体探测器的构造铝制外罩绝缘体高纯锗晶体低温恒温器前置放大器信号输出、电源线等液氮注铅室探测器外观图上下放置型闪烁体发光原理有机闪烁体发光原理射线能量被吸收后，分子跃迁到激发态(S1、S2、S3)；很快(ps)跃迁到S2、S3分子都将回到S1在ns时间内，S1回到S0，放出可视光无机闪烁体发光原理吸收射线能量后，在电子价带上生成电子和带正电离子；带正电离子与低能级电子结合形成中性原子；电子移向导电带，被导电带的活性原子捕获；活性原子回到基态，放

15、出可视光。闪烁体的种类和特性种类密度g/cm3屈光率最大发光波长(nm)发光率(相对)衰减常数ns有机闪烁体蒽1.251.6244710030二苯乙烯1.161.63410504.51.031.58420552.5液体0.881.45420703.5无机闪烁体NaI(Tl)3.671.85410100230CsI(Na)4.511.8442085630CsI(Tl)4.511.80563451000LiI(Eu)4.081.96480351400ZnS(Ag)4.092.36450130200CaF2(Eu)3.191.4443550900Bi4Ge3O127.132.154808300CsF

16、4.111.483955光电倍增管光光电子电子倍增脉冲信号闪烁体收集靶光电阴极外壳倍增电极电磁层阳极加高压碘化钠探测器和液闪液闪计数仪原理：荧光体吸收带电离子能量，生成的一部分电子被活性物质捕 获。捕获中心在常温时基本安定，被加热后回基态时会发出可见光。元件材料LiFLi2B4O7Mg2SiO4CaSO4活性物质Mg、CuCuTbTm等效原子数8.207.2611.115.2剂量范围nGynGy20Gy103Gy1Gy1Gy1GynGy能量响应1.51.30.750.84.60.92.2 (keV)100500502003050100很少每天n%很少很少加热温度约250 约300约300约30

17、0退火温度240400约400(时间)5分10分10分其它探测器种类原 理主 要 用 途荧光玻璃剂量计激发、发光个人剂量测定等胶片剂量计黑化作用个人剂量测定等核乳胶剂黑化作用射线径迹测定X射线胶片黑化作用平面分布测定Imaging Plate激发、发光平面分布测定固体径迹探测器放射损伤射线径迹测定契光探测器契效应高能射线测定电子管探测器电子产生个人剂量测定等化学剂量计氧化、还原大剂量测定丙胺酸剂量计基生成大剂量测定热量剂量计发热大剂量测定计数、探测效率和放射性活度探测效计数率n(s-1)放射性活度A(Bq)低本底测量系统本底的主要来源：探测器外的射线、宇宙射线、空气中的氡及其子体。降低本低三要

18、素：宇宙射线小探头 反符合回路谱仪测量系统样品架分析能谱分析能量易损失必须抽真空232Th的射线能谱（例）谱仪测量系统放大器PulserMCA测量样品主放大输出前置放大60Co的射线能谱（例）60Co能谱相对效率能量分辨率ImagingPlate的应用举例实验鼠体内14C代谢竹叶中放射性分布DNA电泳形态花岗岩中放射性分布放射性测量的分布放射性衰变乃随机事件，测量数据将有统计涨落。统计涨落符合泊松分布；当计数大于10时，可近似看作分布。泊松分布点拟分布(m n)2 1G (n)exp2 22 c kk) GW(n() dnc k分布的积分kW(k)名称0.67450.500几率误差1.0000.683标准偏差1.6450.90090%信赖度误差1.9600.95095%信赖度误差3.0000.99797%信赖度误差误差的计算F 2F 2 x F 2 z 函数F(x,y,z,)的误差计算公式： 222 L2 y Fxyz种类式误差公式 全计数值N N N计数率n=N/t n n tN t 2真值计数率ns-nb (ns t nB t )sB加法ax+by a 2 2 b 2 2xy减法ax-by a 2 2 b 2 2xy乘法x