射线与人体作用及剂量计算

射线与人体作用及剂量计算第一页，共一百零五页，2022年，8月28日主要内容辐射分类与来源电离辐射对人体的危害剂量学物理量及计算第二页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射分类与来源第三页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射分类与来源作用于人类的放射性可分为天然放射性和人工放射性。天然电离辐射源是全世界公众集体剂量当量的主要来源。天然放射性已为人类所适应，并未造成什么危害。学习的重点在人工放射性的影响。

第四页，共一百零五页，2022年，8月28日环境中天然放射性的来源环境中天然辐射本底主要由宇宙射线、宇生放射性核素和原生放射性核素发射的辐射三部分组成从地球外射向地球的辐射叫宇宙射线宇生放射性核素:当高能初级宇宙射线与大气的原子核发生核反应时，反应产物除了次级宇宙射线粒子以外，还有许多放射性核素，称宇生放射性核素原生放射性核素：从地球形成开始，迄今为止还存在于地壳中的那些放射性核素。第五页，共一百零五页，2022年，8月28日宇宙射线宇宙射线有初级和次级之分。初级宇宙射线是指从外层空间射到地球大气层的高能辐射，主要由高能质子组成（≈87%），并伴有10%左右的氦核，其余为少量的重粒子、电子、光子和中微子。初级宇宙射线具有极大的动能，它们的贯穿能力极强。但由于大气层、电离层和磁层的存在，初级宇宙射线很难直接到达地面次级宇宙射线是高能初级宇宙射线与大气的作用产物。初级宇宙射线进入大气时，具有极大能量的粒子与大气中的原子核发生剧烈的碰撞，使原子核四分五裂，这类核反应一般称之为“散裂反应”或“碎裂反应”宇宙射线的注量率与高度有关，离地面20km处最大、随高度减小而逐渐降低第六页，共一百零五页，2022年，8月28日宇生放射性核素初级宇宙射线粒子在生成次级宇宙射线过程中，同时会生成3H、7Be、14C、22Na、24Na等放射性核素，称为宇生放射性核素宇生放射性核素的品种虽然不少，但在空气中的含量都是很低的，对环境辐射的实际贡献不大，特别是外照射第七页，共一百零五页，2022年，8月28日原生放射性核素一些半衰期特别长的放射性核素，如40K、238U和232Th，从地球形成时起就存在于地壳中。天然放射性核素品种很多，性质与状态也各不相同，它们在环境中的分布十分广泛。在岩石、土壤、空气、水、动植物、建筑材料、食品甚至人体内都有天然放射性核素的踪迹。地壳是天然放射性核素的重要贮存库，尤其是原生放射性核素。放射性物质主要为铀、钍系。第八页，共一百零五页，2022年，8月28日人类生产活动使天然本底照射增加人类的某些生产活动，其本身并非为了利用核辐射，但却导致天然本底照射的增加。例如：利用煤作燃料导致煤中的原生放射性核素从地壳深部向地表再分布。地热的利用，使存在于地热流体中的天然放射性核素（如222Rn）散布到大气中第九页，共一百零五页，2022年，8月28日天然放射性核素的分布天然放射性核素品种很多，性质与状态也各不相同，它们在环境中的分布十分广泛。在岩石、土壤、空气、水、动植物、建筑材料、食品甚至人体内都有天然放射性核素的踪迹。地壳中的放射性物质主要为铀、钍系和

空气中的天然放射性核素主要有地表释入大气中的

及其子体核素，动植物食品中的天然放射性核素大多数是

第十页，共一百零五页，2022年，8月28日天然放射性核素的分布土壤主要由岩石的浸蚀和风化作用而产生，其中的放射性是从岩石转移而来由于岩石的种类很多，受到自然条件的作用程度也不尽一致，可以预期土壤中天然放射性核素的浓度变化范围是很大的土壤的地理位置、地质来源、水文条件、气候以及农业历史等都是影响土壤中天然放射性核素含量的重要因素第十一页，共一百零五页，2022年，8月28日天然放射性核素的迁移存在于岩石和土壤中的放射性物质，由于地下水的浸滤作用而受损失，地下水中的天然放射性核素主要来源于此途径粘附于地表颗粒土壤上的放射性核素，在风力的作用下，可转变成尘埃或气溶胶，进而转入到大气圈并进一步迁移到植物或动物体内土壤中的某些可溶性放射性核素被植物根吸收后，继而输送到可食部分，接着再被食草动物采食，然后转移到食肉动物，最终成为食品中和人体中放射性核素的重要来源之一第十二页，共一百零五页，2022年，8月28日人工放射性的来源人工放射性是对环境造成放射性污染的主要来源核武器试验产生的放射性物质生产和使用放射性物质的企业排出的放射性废物放射性核素在医学上的应用

第十三页，共一百零五页，2022年，8月28日核试验是放射性污染的主要来源核武器主要指原子弹与氢弹核武器炸弹的特点：爆炸威力大，有强烈的冲击波，极高温度的热辐射。核爆炸的瞬间能产生穿透性很强的核辐射，主要由中子和射线所致，而且爆炸后留下很多继续发射射线的放射性污染物，通常称之为放射性沉降物，其中一部分在高层大气中长期漂流，随后缓慢地向地球扩散，造成对全球的大气、地面、海洋、动植物和人体的污染。

第十四页，共一百零五页，2022年，8月28日核能的利用也是核辐射源之一

核能的生产包括铀矿石开采、矿石的化学前处理、铀燃料生产、反应堆运行、燃料后处理、放射性废物最终浓集处理等一系列生产环节。在每一个环节可能会有少量放射性物质排放到环境中。随着核电生产能力的增长，相应造成的天然本底也会增长。到2100年，将会增长到相当于天然本底照射的1％水平第十五页，共一百零五页，2022年，8月28日核电站的辐射中子辐射：裂变中子（瞬发中子，缓发中子）活化中子，光激中子瞬发中子：燃料元素核裂变后10-17~10-14s射出来的中子缓发中子：在裂变后约零点几秒钟到几分钟之间由某些裂变碎片陆续发射出来的中子活化中子：光激中子：第十六页，共一百零五页，2022年，8月28日核电站的辐射γ辐射瞬发γ射线：通常是裂变后几十纳秒内放出的γ射线称为瞬发γ射线；缓发γ射线：由裂变产物衰变放出的γ射线称为缓发γ射线或裂变产物衰变γ射线。湮灭辐射：堆内结构材料活化后形成的58Co，65Zn等，是正电子发射体，正电子湮灭转化为两个γ光子，常称为湮灭辐射。第十七页，共一百零五页，2022年，8月28日核电站的辐射放射性气体：235U裂变后以气体状态出现的产物，主要是131I，135I*，85Kr，133Xe，135Xe等。放射性气溶胶：放射性物质的微小固体或液体粒子悬浮于空气中称为放射性气溶胶，其粒度范围为10-3~103μm。放射性微粒主要是14C，51Cr，56Mn，60Co和59Fe等第十八页，共一百零五页，2022年，8月28日电离辐射对人体的危害第十九页，共一百零五页，2022年，8月28日人体组织的基本特征人体的结构极为复杂，人体组织大体分为四种：即上皮组织、质缔组织、肌肉组织和神经组织。对于不同的组织有不同的化学成分和结构，而且随着人的不同还有一定的差异。人体组织成分百分之七十是氧，百分之十五是碳，百分之十是氢，还有少量的氮、钠、磷、硫、钙等。人体结构的基本单元是细胞，每个细胞均含百分之七十的水。对成年人来说，水约占其体重的百分之七十第二十页，共一百零五页，2022年，8月28日参考人(ReferenceMan)辐射防护、放射医学、营养与食品卫生等所有应用于人体的科研或产品设计都需要人体解剖、生理和代谢参数。为依据共同生物学基础处理问题，使群体间有可比性，通常用一系列典型化参数定义的参考人(ReferenceMan)。CRP在1974年通过的第23号出版物列出了一套参考人的解剖和生理参数，并用参考人取代早先的标准人（StandardMan)名称。参考人：在辐射防护中，为了在共同的生物学基础上计算放射性核素的年摄入量限制而规定的一种假想的成年人模型，能代表从事辐射工作的一般成年人。第二十一页，共一百零五页，2022年，8月28日参考人参考人的参数是制定辐射防护标准和进行剂量估算的基本资料。推荐参考人的身高为170厘米（男），全身质量为70公斤，全身总水量为42公斤，；每天食入量2.2kg（包括饮水和食物）；每周工作40小时、每年50周、每分钟吸入空气量为0.02m3、每年工作时间内吸入空气量2.4×103m3等。如果因某种需要对某个人较为准确地估计内照射剂量，应按该人具体条件，包括年龄、器官大小、性别和代谢参数进行估计第二十二页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射的分类机体受辐射作用时，根据照射剂量、照射方式以及效应表现的辐射生物效应主要分为：外照射和内照射局部照射和全身照射第二十三页，共一百零五页，2022年，8月28日外照射与内照射在体外的辐射源对人体的照射叫外照射，主要包括γ射线、X射线、中子和高能带电粒子进入人体的放射性核素对人体的照射叫内照射内照射的作用主要发生在放射性物质通过途径和沉积部位的组织器官，但其效应可波及全身。内照射的效应以射程短、电离强的α、β射线作用为主第二十四页，共一百零五页，2022年，8月28日局部照射和全身照射当外照射的射线照射身体某一部位，引起局部细胞的反应则称局部照射。局部照射时身体各部位的辐射敏感性依次为腹部＞胸部＞头部＞四肢。当全身均匀地或非均匀地受到照射而产生全身效应时称全身照射。如照射剂量较小者为小剂量效应，如照射剂量较大者（＞1Gy）则发展为急性放射病。大面积的胸腹部局部照射也可发生全身效应，甚至急性放射病。第二十五页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射损伤机理电离辐射能引起人体和动物身上许多病变。电离辐射对人体的危害主要是使机体受到损伤，其损伤程度取决于射线种类、能量和人体器官对辐射的敏感等因素。α或β射线通过机体时，能使机体的原子、分子激发和电离。γ射线或中子通过与机体作用，产生致电离粒子，使机体内的原子和分子产生电离和激发。第二十六页，共一百零五页，2022年，8月28日由于水约占成年人体重的百分之七十，当电离辐射作用于人体时，被电离的主要是水分子。电离和激发的产物都在改变着机体内正常的氧化还原作用，从而引起机体的正常新陈代谢过程发生变化。这些变化将造成各种生物效应、抑制细胞分裂、基因突变和染色体畸变等。第二十七页，共一百零五页，2022年，8月28日。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。原子。。。αβγn

物质：气体液体固体包括人体等微观粒子间碰撞有动量和能量的传递库仑作用1电离作用

2电离效应第二十八页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射生物效应的演变过程第二十九页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射损伤的因素辐射生物效应与受照剂量、剂量率、辐射敏感性、照射方式、机体的生理状态等因素有关。剂量率：小剂量分散照射比一次剂量的急性照射所造成的辐射损伤小得多。例如，一生（以50年计算）全身均匀照射的累积剂量为2戈瑞的话，并不会发生急性辐射损伤。如果一次急性照射的剂量为2戈瑞，则可能产生严重的躯体效应，即急性放射病。第三十页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射损伤的因素辐射敏感性是指细胞、组织、器官、机体或任何有生命的物质对辐射作用的相对敏感程度。在相同受照剂量和剂量率的条件下，不同部位的辐射敏感性高低依次排列为：腹部、盆腔、头部、胸部、四肢。要特别注意腹部的防护在相同受照剂量的照射下，受照面积愈大，产生的效应愈大。应避免大剂量的全身照射第三十一页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射损伤的因素进化程度越高的种系，机体的结构越复杂的种系，其对辐射的敏感性也越高。相同生物体，个体间的辐射敏感性也可能存在着明显差别。即使是同一个个体，在不同的发育阶段辐射敏感性也会各不相同。如动物的胚胎和胎儿对辐射特别敏感，幼年期的辐射敏感性要比成年时高。第三十二页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射损伤的因素照射方式又分为外照射和内照射各种不同的辐射按其对人体的危害作用大小排列如下：外照射n>γ

x>β>α

内照射α、n>β、γ、x第三十三页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射损伤作用的基本特点当放射性核素侵入人体后，其辐射作用和生物效主要有以下几个特点作用时间长：放射性核素侵入人体后即可产生持续照射，直到该核素自体内排出或衰变成稳定性核素为止潜伏期长，病程分期不明显：与外照射生物效应相比，积累在体内的放射性核素在衰变过程中不断发出电离辐射，作用于特定的组织、器官，因而引起内照射的损伤病程较长，分期不明显损伤部位有选择性：大多数放射性核素在体内分布是不均匀的，核素积累较多的组织、器官所受内照射剂量较其它组织、器官大，因而出现选择性损伤第三十四页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射生物效应的分类

第三十五页，共一百零五页，2022年，8月28日躯体效应(somaticeffect)躯体效应：受照射的个体本身诱发出的各种效应(包括癌症)，躯体效应是生物体的体细胞受到照射后产生的后果，因而不具有遗传性，受影响的只是受到照射的个体本身这类效应的产生与生物体个体受到辐射照射有着直接的联系，而且，显现出效应的时间相对较短(最长不会超过受照生物体的寿命)，使得人们有可能通过动物实验方法或者人类流行病学的调查的办法进行研究并能够得到明确的结论。放射生物学对这类效应研究较为透彻，了解得也较为深刻第三十六页，共一百零五页，2022年，8月28日遗传效应(Geneticeffect)辐射遗传效应：在受照个体的子代个体中出现的辐射生物学效应叫做辐射遗传效应遗传效应并不在受到照射的个体本身出现，而是出现在该个体所繁衍的某些后代身上，因而效应的产生与个体受照射情况的联系不易被发现从生物体受照到显现出遗传效应之间相隔的时间过长(超过了生物体寿命，有时甚至为寿命的数倍，即几个世代)遗传效应具有可遗传性，所以，从理论上讲，其影响可能极大第三十七页，共一百零五页，2022年，8月28日随机性效应和确定性效应

按照效应发生的随机性，辐射生物学效应可分为随机性效应和确定性效应第三十八页，共一百零五页，2022年，8月28日随机性效应(stochasticeffect)电离辐射的能量沉积是一种随机性过程，即使剂量很小，也完全可能在细胞内的关键体积中沉积足够的能量并导致细胞变异。由于单个细胞的细胞变异而产生的生物学效应(即遗传变化和细胞恶性转化)的发生，也是随机性事件。因此，将这类辐射生物学效应称为随机性效应。随机性效应的特征是：发生不具有阈值，即使在剂量很小的情况下也存在有一定的概率；这类效应发生的概率是随着剂量的增高而增加，效应的严重程度与剂量无关。随机性效应的这些特点都是由其发生机制所决定的。第三十九页，共一百零五页，2022年，8月28日确定性效应(deterministiceffect)另一种情况是全部组织或者部分组织受到照射，构成该组织的相当数量的细胞被杀死，而这些细胞又不能由存活下来的细胞的增殖来补偿，从而，使该种组织或者由该种组织构成器官功能受到影响并产生临床上可检查出的症状，通过这样的发生机制产生的效应被称为确定性效应确定性效应可能存在剂量的阈值，只有当受照剂量超过某一阈值时才会发生，即效应的严重程度与受照剂量的大小有关，如性细胞的损伤引起生育的损伤、眼晶体损伤引起白内障以及皮肤的良性损伤等第四十页，共一百零五页，2022年，8月28日小剂量外照射的生物效应小剂量外照射包括两个方面的含义：一次受到较小剂量的照射。它可以是一次或在数天内多次受到小剂量的照射。例如事故性照射或应急照射；长期受到低剂量率的慢性照射。这是指受到当量的剂量限值范围内的照射。例如放射工作者的职业性照射、医疗诊断照射及环境污染照射等目前国际上对小剂量的定义及其剂量范围尚无统一明确的规定大部分人员受照的剂量都低于1Gy，其中又以0.5Gy以下者占多数。同时，能引起轻度放射病的剂量通常为1Gy左右第四十一页，共一百零五页，2022年，8月28日小剂量一次照射效应近期效应是指机体在照后60天以内所发生的变化。人员受到一次小剂量照射后，近期主要出现几方面的变化早期临床症状

血液学变化

淋巴细胞染色体畸变

其它指标的变化

第四十二页，共一百零五页，2022年，8月28日早期临床症状早期临床症状多在受照后当天出现，持续时间较短，不经治疗一般数天后可自行消失。其表现以植物神经功能紊乱为主，如头昏、乏力、睡眠障碍、食欲减退、口渴、易出汗等。早期临床症状的发生除受剂量大小的影响外，与机体的精神状态、受照前健康状况以及劳累程度等因素有关。因而，在受到相同剂量照射的情况下，有的反应较重，有的却无异常感觉第四十三页，共一百零五页，2022年，8月28日血液学变化主要变化是外周血白细胞总数和淋巴细胞绝对值减少，受不同剂量照射后，血液学的主要变化如下：一次照射剂量低于0.1Gy，血象基本在正常范围内波动一次0.1～0.2Gy，白细胞总数变化不明显，淋巴细胞绝对数先略降后升高，以后逐渐恢复至原水平一次照射剂量0.25～0.5Gy，白细胞和淋巴细胞计数较正常值略减少，但白细胞总数不低于正常值的下限一次照射1Gy，早期即可出现白细胞总数下降，尤其淋巴细胞下降更明显，最低值可降至照前水平的50％，一般于一年后恢复至原先水平以上为受照射群体的一般变化规律，在个体间可出现较明显的差异。有的剂量虽然很小，但白细胞总数下降很明显。如果照射方式是分次照射或是在短时间内连续照射，由于机体的修复机能将在不同程度上发挥作用，故其变化与一次急性照射相比表现较轻第四十四页，共一百零五页，2022年，8月28日淋巴细胞染色体畸变及其他变化人类淋巴细胞染色体对辐射较敏感，仅为0.05Gy的剂量照射后，早期就可见到畸变增多，其畸变率随剂量增加而增高，而畸变可以长期存在。例如在一次钴源事故中受到0.05～0.1Gy小剂量照射者，照后10年作血细胞检查，仍见畸变率增高。其它指标的变化：生殖系统对辐射亦较敏感，表现为精子数量减少。受照射剂量愈大，减少愈明显，开始恢复的时间也愈慢，生化指标方面有报道受照后早期，尿中氨基酸排出增多和血中白蛋白减少而球蛋白增加等第四十五页，共一百零五页，2022年，8月28日小剂量一次照射医学随访结果国内学者对一些曾受到数百mGy剂量的事故受照者进行了为期3～10年的随访观察，主要结果如下一般健康状况良好，均能从事本职工作或体力劳动。临床检查未发现阳性体征血液学常规检查，包括白细胞总数、淋巴细胞绝对数、血小板计数以及血红蛋白含量等，均在正常范围内波动染色体畸变率在受照剂量偏大者仍高于正常值水平生育能力不受影响，所生子女生长发育正常，智力体力与正常儿童比较未见差异一次小剂量外照射对机体的影响是轻微的。临床的阳性体征一般在短期内可自行消失第四十六页，共一百零五页，2022年，8月28日小剂量慢性照射效应人员受到剂量当量限值范围内的长期照射，称为小剂量慢性照射或低水平照射。由于受照次数多，叠加时间长，因而机体既有损伤的表现，又有修复和适应的表现。当修复能力占优势时，在相当长的时期内可不出现明显的损伤反应，如果机体修复适应能力差或累积剂量达到一定程度时，就可能出现慢性损伤性效应第四十七页，共一百零五页，2022年，8月28日小剂量慢性照射效应临床症状：临床症状可在接触射线后几个月、数年或更长时间后才出现。主要有自觉乏力、头晕头痛、睡眠障碍、记忆力减退、食欲减退和性功能减退等。根据我国对2484名医用X线工作人员调查的临床资料分析，发现受照人群中，主要有神经衰弱、食欲减退、牙龈出血及脱发者，明显多于对照人群第四十八页，共一百零五页，2022年，8月28日微小剂量辐射的兴奋效应和适应性反应发现累积剂量在0.5Gy以下的单次或持续低剂量率的X线、γ线辐射，可以诱导产生与大剂量辐射明显不同的效应。可以刺激动物的生长发育、延长动物寿命、提高生育能力，还可以增强动物和人体的免疫功能，降低肿瘤发生率等。这些现象称为兴奋效应经微小剂量（如50～75mGy）辐射预处理的细胞、脏器或整体动物，当它相继接受较大剂量辐射时，能够对损伤产生抗性，尤其在增强DNA的修复能力和减轻染色体损伤等方面表现更为明显。这种现象称之为适应性反应（adaptiveresponse）第四十九页，共一百零五页，2022年，8月28日远期效应指受照后数年出现的效应。远期效应主要指辐射诱发的癌症、白血病及寿命缩短等电离辐射远期效应可以发生在：急性辐射损伤后已恢复的人员，如原子弹爆炸或核事故时受到中等或较大剂量照射的人员。其特点是受照者本身在照射后早期曾经历急性放射损伤的临床过程；长期接受小剂量慢性照射者，如职业受照者或医疗受照者。其特点是受照者可能不显示任何早期辐射损伤的病征，而是在若干年后显示出某些有害疾病的发生率较正常人群明显增高。电离辐射远期效应可以通过受照人群进行流行病学调查或进行动物实验研究。第五十页，共一百零五页，2022年，8月28日远期躯体效应致癌效应：辐射致癌效应为随机效应，是人类最严重的辐射远期效应。白血病：这是全身照射后诱发的最重要的远期效应甲状腺癌：这是电离辐射外照射和内照射在人体诱发的重要远期效应之一其它癌症：例如长期吸入含放射性尘埃或气溶胶的矿工可能诱发肺癌。多次胸部透视可能诱发乳腺癌。第五十一页，共一百零五页，2022年，8月28日白内障：对眼损伤主要表现为晶体混浊、形成白内障。多见于核事故的中、重度急性放射病恢复后以及头面部放疗的病人生长发育障碍：母体在从妊娠期受照射，对胎儿、新生儿的影响非常显著对生殖功能的影响：性腺对电离辐射很敏感，男性全身或睾丸局部受一定剂量照射后，影响生育能力；妇女则可引起月经不调甚至绝经。第五十二页，共一百零五页，2022年，8月28日

遗传效应亲代生殖细胞遗传物质因电离辐射所致突变而对胚胎或子代产生的影响，称遗传效应。如果辐射引起的是显性突变，则在下一代就会表现出来，如果是隐性突变，则必须与一个带有相同突变基因的配偶相结合，才能在后代表现出来，所以遗传效应是一种随机效应流行病学调查细胞遗传学观察尚无明确结论第五十三页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射生物效应作用的因素辐射能量的沉积被认为是一种不连续性事件，每一次事件中辐射所沉积的能量大约为50—100MeV。辐射的品质决定着由其引起的生物学效应。两种辐射如果其单位剂量所引起的生物学效应相同，则可以认为两者的品质相同。辐射品质：是由沉积的能量沿粒子径迹的微观分布，即传能线密度(LET：LinearEnergyTransfer)所决定第五十四页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射生物效应作用的因素1辐射因素辐射类型：高LET辐射在组织内能量分布密集，生物学效应相对较强。剂量和剂量率：照射剂量大小是决定辐射生物效应强弱的首要因素，剂量越大，效应越强。但有些生物学效应当剂量增大到一定程度后，效应不再增强。另外，在一定剂量范围内，同等剂量照射时，剂量率高者效应强照射方式：同等剂量照射，一次照射(singledose)比分次照射(fractionateddose)效应强；同样，全身照射比局部照射效应强第五十五页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射生物效应作用的因素2机体因素种系差异：生物进化程度愈高，辐射敏感性愈高。性别：育龄雌性个体的辐射耐受性稍大于雄性。这与体内性激素含量差异有关。年龄：幼年和老年的辐射敏感性高于壮年。生理状态：机体处于过热、过冷、过劳和饥饿等状态时，对辐射的耐受性亦降低。健康状况：身体虚弱和慢性病患者，或合并外伤时对辐射的耐受性亦降低第五十六页，共一百零五页，2022年，8月28日影响辐射生物效应作用的因素3介质因素细胞的培养体系中或机体体液中在照前含有辐射防护剂(radioprotectant)，如含SH基的化合物可减轻自由基反应，促进损伤生物分子修复，能减弱生物效应，反之，含有辐射增敏剂(radiosensitizer)，如亲电子和拟氧化合物能增强自由基化学反应，阻止损伤分子和细胞修复，能提高辐射效应。防护剂和增敏剂在临床放射治疗中都有应用，前者为保护正常组织，后者为提高放疗效果第五十七页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量学物理量及计算第五十八页，共一百零五页，2022年，8月28日粒子注量(particlefluence)粒子的注量是根据入射粒子数目来描述辐射场性质的一个辐射量在非定向辐射场中，粒子运动方向是杂乱无章的辐射场中某一点的注量定义为：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而得的商，即da：通过球心的截面积，单位m2dN：进入小球体的粒子数（不包括从小球体内流出的粒子数）Ф：粒子注量，SI单位为m-2第五十九页，共一百零五页，2022年，8月28日粒子注量实际遇到的辐射场，每个粒子不可能都具有相同的能量。即使最初从辐射源射出的能量为E0的单能粒子，进入物质后，由于相互作用，辐射场中任何一点都可能存在经E0到0各种能量的粒子。辐射场中粒子能量具有谱的分布，

分为积分谱分布Φ(E)和微分谱分布ΦE。微分谱分布ΦE是积分分布Φ(E)对E的导数，即表示单位能量间隔内的粒子注量第六十页，共一百零五页，2022年，8月28日粒子注量积分谱分布Φ（E）：表示能量在0和E之间的粒子所构成的那部分注量，它等于进入小球的能量在0和E之间粒子数除以该球体的截面积所得的商。将积分上限取作∞即得到各种能量粒子的总注量Φ：离散型谱的粒子注量即能量为E，I种粒子注量求和第六十一页，共一百零五页，2022年，8月28日粒子注量率(particlefluencerate)粒子注量率φ，它表示单位时间内，进入单位截面积的球体内的粒子数，定义为dФ除以dt而得的商，即dФ：在时间间隔dt内，进入单位截面积的小球体内的粒子数，即在时间间隔dt内注量的的增量；Φ：注量率，SI单位为m-2·s-1第六十二页，共一百零五页，2022年，8月28日能注量(energyfluence)能注量是用通过辐射场中某点的粒子的能量来表征辐射场的性质。把进入某点处单位面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静止能量）称为能注量。定义为dEfl除以da而得的商，即dEfl---进入截面积为da的球体内所有粒子的能量之和（扣除静止能量），单位为焦耳（J）Ψ---能注量，SI单位为J·m-2对于粒子束定向平行的辐射场，能注量定义为通过与粒子束方向垂直的单位面积的粒子能量之和第六十三页，共一百零五页，2022年，8月28日能注量率(energyfluencerate)单位时间内进入单位截面积球体内所有粒子能量之和，称为能注量率。定义为dΨ除以dt而得的商，即dΨ：在时间间隔dt内，进入截面积为da的球体内所有粒子能量之和，即在时间间隔dt内能注量的增量；ψ：能注量率，SI单位为J·m-2·s-1第六十四页，共一百零五页，2022年，8月28日能注量与粒子注量的关系能注量Ψ与粒子注量Ф都是描述辐射场性质的辐射量，只是前者着眼于通过辐射场中某点的粒子能量，而后者着眼于通过辐射场中某点的粒子数目。显然，如果知道每个粒子的能量，即可将两者联系起来。对于粒子能量为E的单能辐射场，则辐射场中某点的能注量Ψ就等于该点的粒子注量Ф与粒子能量E的乘积：第六十五页，共一百零五页，2022年，8月28日对于粒子能量具有谱分布的辐射场，能注量的积分分布Ψ（E）和微分分布ΨE之间，也存在着同注量的谱分布类似的关系式：离散型谱的能注量率为第六十六页，共一百零五页，2022年，8月28日照射量(exposure)照射量是根据x或γ射线与空气中的原子相互作用时，产生的次级电子对空气的电离本领大小来度量辐射场的一个物理量x或γ射线的光子在单位质量空气中释放出的所有次级电子，当它们完全被阻止在空气中时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷量。定义为dQ除以dm而得的商，即dQ为在质量为dm的体积元中的空气中，当光子产生的全部电子（正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成一种符号的离子总电荷的绝对值第六十七页，共一百零五页，2022年，8月28日照射量照射量X的SI单位为库仑每千克，用符号库仑/千克（C/Kg）表示。与它暂时并用的专用单位是伦琴（简称伦），用符号R表示。1伦琴=2.58×10-4库仑/千克

照射量只适用于x或γ射线；照射量只对空气一种介质；不关心次级电子在何处产生电离；不包括次级电子发射的韧致辐射被吸收后产生的电离第六十八页，共一百零五页，2022年，8月28日照射量率(exposurerate)照射量率是单位时间内的照射量照射量率的SI单位为库仑每千克秒，用符号库仑/千克·秒（C/Kg·s）表示第六十九页，共一百零五页，2022年，8月28日照射量与能注量的关系对于单能x或γ射线，空气中某点的照射量x与该点上的能注量Ψ有如下关系：μen/ρ：对于给定的单能x或γ射线，空气的质能吸收系数（米2·千克-1）；e：离子的电荷，e=1.6021×10-19库仑；

：带电粒子在空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量，33.85电子伏第七十页，共一百零五页，2022年，8月28日授与能(energyimparted)授与能就是电离辐射授与一定体积中的物质的能量，而且这些能量全部被该体积内的物质吸收，其表示式为Σεin：进入这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量(不包括静止能量)的总和；Σεout：离开这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量(不包括静止能量)的总和；ΣQ：在这一体积内发生的任何核和基本粒子变化所释放出来的总能量减去这种变化消耗的能量。第七十一页，共一百零五页，2022年，8月28日授与能实验证明，任何核变化，辐射的产生和发射，致电离粒子与物质的原子核或核外电子发生的相互作用是单个的，不连续的，随机的，在其中能量沉积的数值是服从统计涨落的。因此，描述这种能量沉积的量授与能量ε是随机量由于ε是一个随机量，必定有概率分布函数F(ε)，其概率密度为f(ε)=dF(ε)/dε。由统计学可知，平均授与能就是授与能的期望值，即第七十二页，共一百零五页，2022年，8月28日吸收剂量(absorbeddose)电离辐射与物质的相互作用，实际就是一种能量传递过程，结果是电离辐射的能量被物质吸收，引起受照射物质的性质发生某些物理、化学变化，或作用于生物体时，还产生某些生物效应。物质吸收的辐射能量越多，则由于辐射引起的各种效应越明显。第七十三页，共一百零五页，2022年，8月28日吸收剂量吸收剂量就是当电离辐射与物质相互作用时，描述单位质量的物质吸收电离辐射能量多少的物理量。用来描述单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量严格定义为：致电离辐射授与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dm而得的商，即第七十四页，共一百零五页，2022年，8月28日吸收剂量：平均授与能，它是随机量授与能ε的期望值；D：吸收剂量，SI单位为焦耳每千克(J/Kg)，专门名称为戈瑞，用符号Gy表示1戈瑞=1焦耳/千克(1Gy=1J/Kg)1戈瑞=103毫戈(mGy)=106微戈(μGy)曾经与SI单位并用的专用单位是拉德(rad)，1拉德=10-2戈瑞第七十五页，共一百零五页，2022年，8月28日吸收剂量吸收剂量适用于任何致电离辐射及受到照射的任何物质。均匀物质，在均匀辐射场下，介质中任意点的吸收剂量相等；在同样照射条件下，不同种类的物质其吸收辐射剂量的多寡是不同的对于低能光子，在相同的照射条件下，对于机体骨骼吸收剂量要比软组织高出3-4倍当说明吸收剂量时，必须指明某点、某物质的吸收剂量。第七十六页，共一百零五页，2022年，8月28日吸收剂量率(absorbeddoserate)吸收剂量率，一般地说是单位时间内的吸收剂量。严格的定义为：某一时间间隔dt内吸收剂量的增量dD，除以时间间隔dt而得的商，即吸收剂量率，SI单位为焦耳每千克秒，专门名称为戈每秒，用符号戈/秒(Gy/s)表示。1戈/秒=1焦耳/千克·秒(1Gy/s=1J/Kg·s)第七十七页，共一百零五页，2022年，8月28日比释动能(kerma)当间接致电离粒子(如x、γ或中子)与物质相互作用时，其能量在物质中的转移过程实际上是分两步进行的：第一步：间接致电离粒子将能量直接传递给直接致电离粒子；第二步：获得初始动能的直接致电离粒子，在物质中引起电离、激发，最后被物质所吸收。吸收剂量表示了第二步的结果，而比释动能则是描述第一步的，即间接致电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传递给了直接致电离粒子。第七十八页，共一百零五页，2022年，8月28日比释动能比释动能是间接致电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子初始动能的总和严格的定义为：比释动能K是dEtr除以dm而得的商，即dEtr：间接致电离粒子在特定物质的体积源内，释放出来的所有带电粒子初始动能的总和，单位为J；dm：所考虑的体积元内物质的质量，单位为Kg；K：比释动能，SI单位为Gy，专用单位为rad第七十九页，共一百零五页，2022年，8月28日比释动能率(kermarate)在单位时间内单位质量的特定物质中，由间接致电离粒子释放出来的所有带电粒子初始动能的总和称为比释动能率。定义为dK除以dt而得的商，即dK：比释动能在单位时间间隔dt内的增量；

：比释动能率，SI单位为戈瑞每秒(Gy/s)第八十页，共一百零五页，2022年，8月28日比释动能与注量的关系对于一种给定的单能间接致电离辐射，辐射场中某点的比释动能K与能注量Ψ之间有如下关系：比释动能K和能量为E的粒子注量的关系式E：入射粒子能量，单位为J(1MeV=1.6×10-13J)Φ：粒子注量(m-2)；

：特定物质对特定能量的间接致电离粒子的质能转移系数(m2/Kg)。第八十一页，共一百零五页，2022年，8月28日比释动能与吸收剂量的关系在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以忽略，那么间接致电离粒子在体积ΔV所包含的物质中传递给直接致电离粒子的dEtr，就等于该物质所吸收的能量

若体积ΔV中物质的质量为dm，可得出即在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以忽略，吸收剂量等于比释动能第八十二页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量当量(doseequivalent)辐射防护中，测量和计算的一个主要目的，就是为了定量地说明个人或群体实际受到或可能受到的辐射照射为了统一表示各种射线对机体的危害程度，在辐射防护中，使用了剂量当量概念第八十三页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量当量是用来说明生物物质所受照射的重要物理量，在未加说明的情况下，吸收剂量并不能用来预示辐射照射所产生的生物效应的有害程度。吸收剂量产生的生物效应与射线的种类、能量及照射条件有关。即使受到相同数量的吸收剂量的照射，因为射线种类和辐照条件不同，其所致的生物效应无论其严重程度还是其发生几率皆不相同。第八十四页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量当量定义：在组织内所关心的一点上的D，Q和N的乘积，用公式表示如下D：吸收计量(Gy)；Q：品质因数；N：所有其他修正因素的乘积。它反映了吸收剂量不均匀的空间和时间分布等因素。ICRP(国际辐射防护委员会)指定。N=1(不论是内照射还是外照射)第八十五页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量当量H：剂量当量，SI单位为焦耳每千克，单位的专门名称为西弗，用符号Sv表示。1西弗=1焦耳/千克(J·Kg-1)曾经与SI单位并用的专用单位为雷姆(rem)1西弗=102雷姆(rem)剂量当量是用适当的修正系数对吸收剂量进行加权，使得修正后的吸收剂量能更好的和辐射引起的有害效应联系起来第八十六页，共一百零五页，2022年，8月28日剂量当量率(doseequivalentrate)单位时间内剂量当量的增量，称之为剂量当量率

。如果dt时间内剂量当量的增量为dH，那么剂量当量率即第八十七页，共一百零五页，2022年，8月28日当量剂量(equivalentdose)当量剂量HT，R定义为：其中：DT，R—辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量；ωR—辐射R的辐射权重因数。当辐射场是由具有不同ωR值的不同类型的辐射所组成时，当量剂量为：

当量剂量的单位是J·kg-1，称为Sv。第八十八页，共一百零五页，2022年，8月28日辐射权重因数对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型辐射的相对危害效应（包括对健康的危害效应）辐射的类型及能量范围辐射权重因数ωR­光子，所有能量1电子及介子，所有能量1）1中子，能量<10keV10keV~100keV>100keV~2MeV>2MeV~20MeV>20MeV51020105质子（不包括反冲质子），能量>2MeV5α粒子、裂变碎片、重核201）不包括由原子核向DNA发射的俄歇电子，此种情况下需进行专门的微剂量测定考虑。第八十九页，共一百零五页，2022年，8月28日当量剂量与剂量当量剂量当量是以组织或器官中的一个点的吸收剂量乘以该点的辐射品质因数Q，而当量剂量是以器官或组织的平均吸收剂量乘以辐射权重因子ωR，ωR是以入射到身体的辐射种类和能量（外照射）或从辐射源放射的粒子的种类和能量（内照射）来选取的。计算剂量当量的辐射品质因数Q是按照辐射的传能线密度而定，计算当量剂量的权重因子ωR是根据辐射在低剂量率是诱发随机效应的相对生物效应值选取的。在相当多的情况下，二者在数值上是相差无几的第九十页，共一百零五页，2022年，8月28日使用剂量当量概念时的注意剂量当量概念只限于辐射防护中使用，而且专用于人体（高级动物），即必须是有生命的物质、动物。因为它是为了统一表示各种射线对机体的危害程度，而采用和定义的剂量当量概念在计算剂量当量时，必须指明射线种类、能量和照射条件。因为剂量当量可以表达不同种类射线，在不同能量及不同照射条件下，所引起的各种电离辐射的危害程度的差异第九十一页，共一百零五页，2022年，8月28日有效剂量(effectivedos)有效剂量E被定义为人体各组织或器官的当量剂量乘以相应的组织权重因数后的和：HT：组织或器官T所受的当量剂量；ωT­：组织或器官T的组织权重因数。由当量剂量的定义，可以得到：第九十二页，共一百零五页，2