常用的辐射量和单位

关于常用的辐射量和单位1第一页，共七十九页，2022年，8月28日2常用的辐射量和单位辐射效应的研究和辐射的应用，离不开对辐射的计量，需要各种辐射量和单位，描述辐射场的性质，度量辐射与物质相互作用时能量的传递及受照物体内部的变化程度和规律。在放射诊断和治疗的早期，人们对电离辐射及其与物质相互作用的机制缺乏深刻的了解，在对其度量时，只能肤浅地运用观察到的一些辐射效应，如胶片受照射后黑度的变化，患者受照射部位皮肤颜色的改变，来描述其大小和强弱。第二页，共七十九页，2022年，8月28日3常用的辐射量和单位显然这种对辐射剂量的估算极为不准确，并很容易产生误导。如放射治疗中曾经使用过的皮肤红斑剂量(skinerythemadose)，就是以皮肤受照射后，皮肤颜色变深的程度来判断剂量。事实上，辐射量并非是使皮肤颜色改变的唯一条件，用现代辐射剂量学的原理解释，皮肤颜色改变还受到辐射质、皮肤类型以及分次剂量模式等诸多因素的影响。第三页，共七十九页，2022年，8月28日4常用的辐射量和单位X线发现后首先应用于医学，便沿用医药学中“剂量”一词来描述，于是电离辐射的计量也称辐射剂量。几十年来，各种射线在医学上的应用愈加广泛，辐射剂量学有了很大发展（成了一专门的学科－－辐射剂量学）。随着人们对电离辐射与物质相互作用机制的深入研究和逐步了解，辐射量及其单位的概念经历了不少演变，不断确立了更为科学的度量原则和方法。第四页，共七十九页，2022年，8月28日5常用的辐射量和单位

国际上选择和定义辐射量及单位的权威组织是“国际辐射单位和测量委员会”(InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements,ICRU)和“国际放射防护委员会”—（ICRP）。临床放射学放射生物学辐射剂量学辐射防护学第五页，共七十九页，2022年，8月28日61.描述辐射源的量:

放射性活度

A(核)2.描述辐射场的量:粒子注量

Φ(粒子辐射)照射量

X比释动能

K(电磁辐射)3.描述辐射被吸收的量:

吸收剂量

D(任何辐射)4.描述辐射对人体危害作用:

当量剂量

H(防护专用)有效剂量

E(防护专用)常用的辐射量和单位第六页，共七十九页，2022年，8月28日7常用的辐射量和单位1.放射性活度A

某放射源中处于特定状态的放射性核素在单位时间内发生自发衰变的期望值（平均值）。(S-1)(Bq)(Ci)物理单位放射学单位SI常用单位第七页，共七十九页，2022年，8月28日8常用的辐射量和单位描述辐射场性质的辐射量辐射防护中使用的辐射量第八页，共七十九页，2022年，8月28日9Havearest!!!第九页，共七十九页，2022年，8月28日10电离辐射存在的空间称为辐射场，它是由辐射源产生的。按辐射的种类，辐射源可分为X射线源、β射线源、中子射线源、γ射线源等，与它们相应的辐射场称为X射线场、β射线场、中子射线场、γ射线场等。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，这种分布即可以用粒子注量、能量注量等描述辐射场性质的量来直接表示，也可以用照射量来间接表示。常用的辐射量和单位第十页，共七十九页，2022年，8月28日11描述辐射场性质的辐射量粒子注量（particlefluence）能量注量（energyfluence）照射量（exposure）比释动能（kerma）吸收剂量（absorbeddose）各辐射量的关系与区别第十一页，共七十九页，2022年，8月28日12daP•h1h2h3h4h5粒子注量Φ定义:进入具有单位截面积小球的粒子数。(m-2)，第十二页，共七十九页，2022年，8月28日13daP•h1h2h3h4h5粒子注量Φ实际辐射场中，每个粒子具有不同的能量，即Emax~0各种可能值，粒子注量计算公式为:，E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。第十三页，共七十九页，2022年，8月28日14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:(m-2s-1)粒子注量Φ第十四页，共七十九页，2022年，8月28日15能量注量除了用粒子数目，还可以通过辐射场中某点的粒子的能量来表征辐射场的性质。能量注量就是为此目的而引入的一个量，它对于计算间接致电离辐射在物质物质中发生的能量传递以及物质对辐射能量的吸收都是很有用的。第十五页，共七十九页，2022年，8月28日16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），即对于单能光子束，能量注量第十六页，共七十九页，2022年，8月28日17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。

能量注量第十七页，共七十九页，2022年，8月28日18

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。能量注量和粒子注量的关系第十八页，共七十九页，2022年，8月28日19

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ФE同一位置粒子注量的微分能量分布。能量注量和粒子注量的关系第十九页，共七十九页，2022年，8月28日20X或γ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。X或γ射线的能量愈高、数量愈大，对空气电离本领愈强，被电离的总电荷量也就愈多。因此可用次级电子在空气中产生的任何一种符号的离子（电子或正离子）的总电荷量，来反映X或γ射线对空气的电离本领，表征X或γ射线特性。照射量X第二十页，共七十九页，2022年，8月28日21照射量就是根据其对空气电离本领的大小来度量X或γ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γ光子对空气电离能力的量，可间接反映X射线或γ射线辐射场的强弱，是测量辐射场的一种物理量。第二十一页，共七十九页，2022年，8月28日22照射量X定义:X或γ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。(C/kg)或(R伦琴)SI单位专用单位第二十二页，共七十九页，2022年，8月28日23照射量X伦琴的定义:在X或γ射线照射下,0.001293g空气(相当于0ºC和101kPa大气压下1cm3干燥空气的质量)所产生的次级电子形成总电荷量为1静电单位的正离子或负离子，即第二十三页，共七十九页，2022年，8月28日24照射量X换算:

1个单价离子的电荷量是4.8×10-10静电单位,因此产生1静电单位电荷量的离子对为带电粒子在空气中形成一对离子所耗平均能量为33.85eV,因此1R照射量在0.00129g空气中交给次级电子的能量相当于2.083×109×33.85=7.05×1010eV第二十四页，共七十九页，2022年，8月28日25照射量X1RX射线或γ射线照射量的等值定义:a.在0.00129g空气中形成的1静电单位电荷量的正离子或负离子；b.在0.00129g空气中形成2.083×109对离子；c.在0.00129g空气中交给次级电子7.05×1010eV或11.3×10-9J的辐射能量；d.在1g空气中交给次级电子87.3×10-7J的辐射能量.第二十五页，共七十九页，2022年，8月28日26

照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说明X或γ射线在空气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）。dQ中不包括次级电子发生轫致辐射被吸收后产生的电离。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γ射线。第二十六页，共七十九页，2022年，8月28日27照射量X照射量率第二十七页，共七十九页，2022年，8月28日28例题若空气体积为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=0.388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：第二十八页，共七十九页，2022年，8月28日29照射量与能量注量的关系对于单能X(γ)射线，在空气中某点的照射量X与同一点上的能量注量之间有以下关系：

μen/ρ是给定的单能X(γ)射线在空气中的质能吸收系数；e是电子的电荷；是电子在空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量。第二十九页，共七十九页，2022年，8月28日30比释动能K(kineticenergyreleasedinmaterial)X或γ射线与物质相互作用时，能量转换分两个阶段进行：第一：X(γ)E

带电粒子(K)第二：带电粒子

电离、激发物质吸收(D)X或γ光子传能给带电粒子(K)轫致辐射（不被物质吸收）电离、激发（被物质吸收D）第三十页，共七十九页，2022年，8月28日31第三十一页，共七十九页，2022年，8月28日32比释动能K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。

数学表述:不带电射线使物质释放出来的全部带电粒子初始动能之和与物质质量之比。(J/kg)或(戈端Gy)1Gy=1J·kg-11Gy=103mGy=106μGy第三十二页，共七十九页，2022年，8月28日33比释动能K注意区别：照射量是以电离电量的形式间接反映射线在空气中辐射强度的量，不反映射线被物质吸收而使能量转移的过程。比释动能是描述不带电致电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传给了带电粒子的物理量。在辐射防护中，常用比释动能的概念推断生物组织中某点的吸收剂量或计算中子的吸收剂量等。第三十三页，共七十九页，2022年，8月28日34比释动能率(Gy/s)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。第三十四页，共七十九页，2022年，8月28日35吸收剂量D(J/kg)或(Gy)专用单位(rad)

定义:辐射所授予单位质量介质的平均能量。dEen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。第三十五页，共七十九页，2022年，8月28日36吸收剂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。第三十六页，共七十九页，2022年，8月28日37吸收剂量D吸收剂量率(Gy/s)讨论:X或γ能量除转换成电子初动能外,还有核与电子间束缚能及散射光子能量等。电子初动能还有一部分转换成轫致辐射等能量。第三十七页，共七十九页，2022年，8月28日38吸收剂量D例题1:

质量为0.2g的物质,10s内吸收电离辐射的平均能量为100尔格,求该物质的吸收剂量和吸收剂量率.解:dm=0.2g=2×10-4kg;dEen=100erg=10-5J;dt=10s第三十八页，共七十九页，2022年，8月28日39D、K和X之间的关系

(1)带电粒子平衡

在某空气层,入射次级电子等于射出数目,（最大射程）电离电量开始趋于恒定的现象.在进行照射量测量时，应选择平衡电离层.第三十九页，共七十九页，2022年，8月28日40D、K和X之间的关系带电粒子平衡照射量与比释动能的关系照射量和吸收剂量的关系比释动能和吸收剂量的关系第四十页，共七十九页，2022年，8月28日41带电粒子平衡第四十一页，共七十九页，2022年，8月28日42带电粒子的平衡的条件:a.介质元周围辐射场均匀b.介质厚度大于等于带电粒子在介质中的最大射程当带电粒子平衡时:带电粒子平衡第四十二页，共七十九页，2022年，8月28日43带电粒子平衡严格讲，上述条件难以实现，特别是靠近辐射源处，辐射强度随位置变化显著；另外，在两种介质交界处，为非均匀介质，都不可能满足电子平衡的必要条件。但在实践中，需要对某些条件作适当的近似处理，以便在一定的精度范围内，可认为电子平衡成立。当X（γ）射线能量较低[低于Co-60γ

射线能量（1.25MeV）]时，由于次级电子射程相对较短，X（γ）光子的衰减可以忽略，则在受照射的某些介质中，可认为近似存在电子平衡。第四十三页，共七十九页，2022年，8月28日44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当X（γ）光子辐射的能量低于1.25MeV以下时，g很小，约为0.003，可忽略不计。第四十四页，共七十九页，2022年，8月28日45照射量与比释动能的关系公式适用条件: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。第四十五页，共七十九页，2022年，8月28日46照射量与比释动能的关系实际上在低原子序数介质如空气、水、软组织中，电子的初始动能的大部分消耗于与介质电子发生非弹性碰撞，引起原子的电离或激发，仅有一小部分消耗于与原子核发生辐射效应（轫致辐射）。第四十六页，共七十九页，2022年，8月28日47照射量与吸收剂量的关系在电子平衡的条件下，单能辐射场中同一点在空气介质中，第四十七页，共七十九页，2022年，8月28日48照射量与吸收剂量的关系若W取33.97eV，则有第四十八页，共七十九页，2022年，8月28日49比释动能与吸收剂量的关系第四十九页，共七十九页，2022年，8月28日50比释动能与吸收剂量随物质深度的变化D、K和X之间的关系第五十页，共七十九页，2022年，8月28日51X（γ）光子入射到以均匀介质入水中。在浅表位置，X（γ）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（γ）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。第五十一页，共七十九页，2022年，8月28日52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（γ）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。第五十二页，共七十九页，2022年，8月28日53D、K和X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,γ线在考察的体积内用于电离空气的能量空气X、γ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第五十三页，共七十九页，2022年，8月28日54辐射防护中使用的辐射量随着科学技术的发展，不同种类的射线在医学中的应用愈加广泛。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、γ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。第五十四页，共七十九页，2022年，8月28日55辐射防护中使用的辐射量由于不同生物组织，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生物效应的影响。第五十五页，共七十九页，2022年，8月28日56辐射防护中使用的辐射量当量剂量(equivalentdose)有效剂量(effectivedose)集体当量剂量和集体有效剂量待积当量剂量和待积有效剂量第五十六页，共七十九页，2022年，8月28日57当量剂量H放射防护中，由于辐射类型和照射条件的不同，即使吸收剂量相同，（有害的）生物效应也大不相同。比如同样1rad的吸收剂量，β线和α线的生物效应相差悬殊。定义:比较辐射类型和照射条件对肌体的危害程度，将吸收剂量根据肌体组织的生物效应加权修正，所得到的剂量值称为当量剂量,用HTR表示。第五十七页，共七十九页，2022年，8月28日58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，即专用名为希沃特（Sv），1Sv=1J.kg-1。

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，

wR与辐射类型和能量有关。第五十八页，共七十九页，2022年，8月28日59当量剂量H或为品质因数—取决于辐射类型和能量大小修正因数—取决于照射条件辐射权重因子单位[J/kg]或[Sv]物理防护第五十九页，共七十九页，2022年，8月28日60当量剂量H辐射类型能量范围权重因子WR光子电子和介子中子质子α粒子,碎片,重核所有能量所有能量<10keV10-100keV100keV-2MeV2-20MeV>20MeV>2MeV1151020105520第六十页，共七十九页，2022年，8月28日61当量剂量H当量剂量率[Sv/s]第六十一页，共七十九页，2022年，8月28日62当量剂量H例题:

某人全身同时受到X线和能量在10-100keV的中子照射，其中X线的吸收剂量为10mGy，中子的吸收剂量为3mGy。计算他所吸收的当量剂量。解:第六十二页，共七十九页，2022年，8月28日63当量剂量是不同辐射类型对组织或器官形成辐射危害的度量，但是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，其产生的生物学效应也可能完全不同。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

有效剂量第六十三页，共七十九页，2022年，8月28日64有效剂量的SI单位为J.kg-1；专用名为希沃特（Sv）。式中

wT为组织或器官T的权重因子，它定义为组织T接受1Sv时的危险度与全身均匀受照1Sv时的危险度之比。

有效剂量第六十四页，共七十九页，2022年，8月28日65所谓危险度，是指每单位当量剂量所诱发的效应发生率。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。第六十五页，共七十九页，2022年，8月28日66人体器官或组织的危险度组织辐射效应危险度（×10-3）（Sv-1）性腺遗传效应4乳腺乳腺癌2.5红骨髓白血病2肺肺癌2甲状腺甲状腺癌0.5骨表面骨癌0.5其余组织癌5合计16.5第六十六页，共七十九页，2022年，8月28日67对于不同器官或组织，辐射效应的危险度是不同的。相对危险度的权重因子第六十七页，共七十九页，2022年，8月28日68第六十八页，共七十九页，2022年，8月28日69有效剂量是以辐射诱发的随机性效应的发生率为基础，表示当身体各部分受到不同程度照射时，对人体造成的总的随机性辐射损伤。第六十九页，共七十九页，2022年，8月28日70[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。第七十页，共七十九页，2022年，8月28日71解：利用公式计算有效量为：E胸=0.01×0.25+0.06×0.15+0.25×0.12+0.05×0.12