輻射防護量和單位

1、輻射防護量和單位第1頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護基礎(chǔ)李星洪第一節(jié) 描述輻射場的物理量和單位（粒子注量，能量注量）第二節(jié) 吸收劑量及其單位第三節(jié) 比釋動能及其應(yīng)用第四節(jié) 照射量第五節(jié) 輻射防護中專用的量和單位（劑量當(dāng)量，外照射次級限值用吸收劑量指數(shù)和劑量當(dāng)量指數(shù)）第2頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射劑量學(xué)田志恒輻射計量學(xué)量（radiometric quantities）粒子數(shù)和輻射能，通量、注量和注量率，角分布和輻射度，能譜分布，輻射矢量和平面注量等。劑量學(xué)量（dosimetric quantities）比釋動能，照射量，吸收劑

2、量和監(jiān)測用劑量當(dāng)量輻射防護量（radiation protection quantities）劑量當(dāng)量(當(dāng)量劑量)，待積劑量當(dāng)量(當(dāng)量劑量)等。第3頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三ICRP 60 號出版物附件A 放射防護中使用的量吸收劑量，器官劑量，傳能線密度，線能量，品質(zhì)因數(shù)，Q-L關(guān)系，輻射權(quán)重因子，器官或組織中的當(dāng)量劑量，組織權(quán)重因子和有效劑量，待積器官或組織當(dāng)量劑量，待積有效劑量，活度，用于環(huán)境監(jiān)測和個人監(jiān)測的ICRU量，集體當(dāng)量劑量，集體有效劑量。劑量負(fù)擔(dān)第4頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三ICRU REPORT 51Quantit

3、ies and Units in Radiation Protection Dosimetry第一部分：輻射防護測量和計算中使用的量：輻射計量量：注量劑量學(xué)量：吸收劑量（授予能，L，y，DL）劑量當(dāng)量量：品質(zhì)因子，實用量第二部分：限值量：器官劑量；劑量當(dāng)量當(dāng)量劑量；有效劑量當(dāng)量有效劑量第5頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護導(dǎo)論方杰描述輻射場的量：粒子注量，能量注量輻射劑量學(xué)中使用的量：吸收劑量，比釋動能，照射量輻射防護中使用的量：與個體相關(guān)的輻射量；與群體相關(guān)的輻射量；描述周圍輻射水平的指數(shù)量個人監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測中使用的劑量當(dāng)量。第6頁，共62頁，2022年，5月

4、20日，18點13分，星期三輻射防護中常用的輻射量和單位描述輻射場的量（粒子注量，能量注量）輻射劑量學(xué)中使用的量（吸收劑量，比釋動能，照射量）輻射防護常用的量限值量（當(dāng)量劑量，有效劑量等）實用量（劑量當(dāng)量等）第7頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三 描述輻射場的物理量和單位電離輻射存在的空間稱為輻射場，輻射場是由輻射源產(chǎn)生的；存在兩種或者兩種以上的電離輻射場，稱為混合輻射場，例如中子-混合場，-混合場等。在輻射防護中常用粒子注量、注量率、能注量與能注量率等物理量來描述輻射場的特性。第8頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三核素、同位素及放射性活度 同位

5、素是指原子核內(nèi)具有相同的質(zhì)子數(shù)和不同的中子數(shù)的那些核素，它們在元素周期表上處于同一位置。例如：氫包括了核素放射性核素，例如：90Sr為放射性核素穩(wěn)定核素，例如：12C為穩(wěn)定核素第9頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三放射性活度在指定時刻處于特定能態(tài)下的一定量的放射性核素的放射性活度A，是dN除以dt所得的商，A放射性活度，SI單位為每秒，單位的專用名稱為貝可勒爾，簡稱貝克（Bq）,1 Bq=1S-1。dN在時間間隔dt內(nèi)，處于特定能態(tài)的一定量核素，發(fā)生自發(fā)核轉(zhuǎn)變數(shù)的期望值。第10頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三應(yīng)當(dāng)指出的是：放射性活度所指的是放射

6、性核素的核轉(zhuǎn)變數(shù)，而不是指某種放射性核素所包含的原子核的數(shù)量或某一定量的放射性核素所發(fā)射出來的粒子數(shù)。定義中所說的“特定能態(tài)”，若沒有別的說明，都是指放射性核素的基態(tài)。1居里=3.71010貝可第11頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三粒子數(shù)和輻射能粒子數(shù)：是發(fā)射、轉(zhuǎn)移或者接受的粒子數(shù)目單位為1。輻射能：將輻射場中所有粒子能量（不包括靜止能量）求和。第12頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三通量粒子數(shù)和輻射能隨時間的變化率稱作粒子通量和能量通量.第13頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三ICRU引入了注量的一般概念：輻射場中某一

7、點的注量，是進入以該點為球心，截面積為da的小球體內(nèi)的粒子數(shù)dN除以da的商，da小球的截面積，m2dN進入小球體的粒子數(shù)（不包括從小球體內(nèi)流出的粒子數(shù)）粒子注量。SI 的單位是m-2第14頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三粒子注量（particle fluence）粒子注量分定向輻射場與非定向輻射場兩種情況來討論。第15頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三粒子注量率單位時間內(nèi)，進入單位截面積的球體內(nèi)的粒子數(shù)，即d在時間間隔dt內(nèi)，進入單位截面積的小球體內(nèi)的粒子數(shù)，即在時間間隔dt內(nèi)注量的增量 注量率，單位為m-2s-1第16頁，共62頁，2022

8、年，5月20日，18點13分，星期三能注量 在進行比釋動能及吸收劑量的計算時，最終要通過粒子注量和能量來計算電離輻射授與每單位質(zhì)量受照射物質(zhì)的能量。為此，引入能注量概念。進入單位截面積的球體內(nèi)的所有粒子能量之和（不包括靜止質(zhì)量）稱為能注量，SI單位為焦耳每平方米（J/m2），即第17頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三能注量與注量的關(guān)系當(dāng)粒子能量具有譜分布時，能量在E到E+dE的粒子的微分能注量，由公式（2.4）推導(dǎo)出公式(2.9)第18頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三能注量率單位時間內(nèi)進入單位截面積球體內(nèi)所有粒子能量之和，即能注量與注量率 的關(guān)

9、系第19頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三角分布和輻射度注量率的角分布稱作輻射度.第20頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射劑量學(xué)中使用的量吸收劑量比釋動能照射量第21頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三 吸收劑量和單位一、隨機量和非隨機量 隨機量是描述致電粒子與物質(zhì)相互作用時所發(fā)生的隨機過程的物理量。如：觀察像細(xì)胞核那樣線度的空間內(nèi)（幾微米或更?。┑哪芰砍练e事件時，發(fā)現(xiàn)致電粒子擊中這個小體積內(nèi)的物質(zhì)是隨機的，在其中能量沉積的數(shù)值是服從統(tǒng)計漲落的，因此描述這種能量沉積的量是隨機量。 非隨機量不服從統(tǒng)計分布，對于給定的條件，

10、原則上可以算出它的值。一般地說，它是時間和空間的連續(xù)可微函數(shù)，其值可以用相應(yīng)的隨機量的平均觀測值進行估算。如：吸收劑量、粒子注量等物理量是非隨機量。第22頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三吸收劑量和吸收劑量率吸收劑量是當(dāng)電離輻射與物質(zhì)相互作用時，用來表示單位質(zhì)量的物質(zhì)吸收電離輻射能量大小的物理量，即： 平均授予能，它是隨機量授予能的期望值 吸收劑量，SI單位為J/Kg，單位的專門名稱為戈瑞第23頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三隨機量授予能 和平均授予能授予能E就是電離輻射授予一定體積中的物質(zhì)的能量，而且這些能量全部被該體積內(nèi)的物質(zhì)所吸收，其表示

11、式為 進入這一體積的所有直接和間接致電離粒子能量（不包括靜止能量）的總和 離開這一體積的所有直接和間接致電離粒子能量（不包括靜止能量）的總和 在這一體積中發(fā)生的任何核變化和基本粒子變化所釋放出來的總能量，減去引起這種變化而消耗的總能量第24頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三 授與能，SI單位為焦耳（J）（三）吸收劑量率SI單位為焦耳每千克秒，單位的專門名稱為戈每秒（Gy/s）第25頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三比釋動能與吸收劑量的關(guān)系（一）帶電粒子平衡第26頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三物質(zhì)中的一點P，在電離輻射的

12、照射下，如果滿足下列條件，此點存在著帶電粒子平衡：（1）由小體積V向各個方向伸展的距離d，至少大于由初級輻射所產(chǎn)生的次級帶電粒子的最大射程Rmax。在d Rmax的區(qū)域內(nèi)輻射的強度和能譜恒定不變；（2）同上述同樣的區(qū)域內(nèi)，介質(zhì)對次級帶電粒子的阻止本領(lǐng)對初級輻射的質(zhì)能吸收系數(shù)恒定不變。第27頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三需要注意的是，在下述情況下并不存在著帶電粒子平衡：（1）輻射源附近。這里輻射場極不均勻，隨著離源距離的增加而急劇變化。（2）兩種物質(zhì)相鄰的界面附近。這里不但輻射場不均勻，而且兩種物質(zhì)對初級輻射的質(zhì)能吸收系數(shù)及對次級帶電粒子的阻止本領(lǐng)不同，且d Rmax

13、。（3）高能輻射。這種輻射產(chǎn)生次級帶電粒子的 動能很大，當(dāng)初級輻射穿過等于次級帶電粒子的平均射程的物質(zhì)厚度時有明顯的減弱。第28頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三比釋動能及其應(yīng)用比釋動能（Kinetic energy released in matter, kerma)比釋動能是間接電離粒子與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量的物質(zhì)中產(chǎn)生的帶電粒子的初始動能的總和，即間接電離粒子在特定物質(zhì)的體積元內(nèi)，釋放出來的所有帶電粒子的初始動能總和。SI單位為戈（Gy）第29頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三比釋動能率在單位時間內(nèi)單位質(zhì)量的特定物質(zhì)，由間接電離粒子釋

14、放出來的所有帶電粒子初始動能的總和稱為比釋動能率，SI單位為戈或戈/秒、戈/小時、毫戈/小時等。三、比釋動能與注量的關(guān)系對于一定能量的單能輻射，能注量和比釋動能有如下關(guān)系：第30頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三（二）比釋動能與吸收劑量的關(guān)系在帶電粒子平衡條件下，若軔致輻射損失的能量可以忽略時，則高能直接電離粒子與高原子序數(shù)的物質(zhì)相互作用時，實際上有一部分能量在物質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)檐愔螺椛涠x開體積元 ，則g直接電離粒子的能量轉(zhuǎn)化為軔致輻射的份額第31頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三E(MeV)1-g0.6621.251.52.03.05.010.00

15、.99840.99680.9960.9950.9910.9840.964第32頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三比釋動能和吸收劑量隨物質(zhì)深度的變化第33頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三比釋動能概念的應(yīng)用在輻射防護中，常用比釋動能的概念計算輻射場量，推斷生物組織中某點的吸收劑量，描述中子源的輸出額等。 （一）射線的吸收劑量在帶電粒子平衡條件下，當(dāng)和E確定不變時，第34頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三源Eavg(keV)C(shallow)C(eye)C(deep)X射線(mmAl,Cu,Sn)M30(0.5,0,0)M6

16、0(1.5,0,0)M100(5.0,0,0)M150(5.0,0.25,0) H150(4.0,4.0,1.5)單能光源10202530507090120150300500Cs-1371000Co-60200020355373118102025305070901201503005006621000125020001.021.211.491.641.600.9491.0401.1241.2281.6571.8211.7981.7021.6161.4051.2991.2101.2051.1801.1400.2510.9101.0711.2211.7371.9131.8791.7661.6701.

17、4311.3121.2101.2091.1801.1490.421.001.521.781.710.0100.6160.8861.1151.8032.0261.9901.8521.7311.4591.3251.2101.2081.1701.140第35頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三中子的吸收劑量如果中子具有譜分布，則必須采用對中子能譜進行平均的質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)，用下面公式分別計算出在兩種介質(zhì)中的平均質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)，才能用上式計算。第36頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三 照射量X（一）、照射量及其單位dQ在質(zhì)量為dm的一個體積元的空氣中，當(dāng)光子產(chǎn)生

18、的全部電子（正、負(fù)電子）均被阻留于空氣中時，在空氣中所形成的一種符號的離子總電荷的絕對值。必須注意的是：定義中的dQ 并不包括在所考察的體積元的空氣中釋放出來的次級電子產(chǎn)生的軔致輻射被吸收后的電離。按照定義來測量照射量時，要求滿足電子平衡條件。第37頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三照射量還有另外一種表示方式：當(dāng)光子具有譜分布時，第38頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三照射量X的SI單位為庫侖每千克（C/Kg）1倫琴=2.5810-4庫侖/千克 1倫琴=8.610-3焦耳/千克 1倫琴=103毫倫照射量僅適用于X或輻射和空氣介質(zhì)，不能用于其他類型

19、的輻射和介質(zhì)。第39頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三在輻射劑量概念中不再包含照射量第40頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三四、照射量與吸收劑量的關(guān)系第41頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三吸收劑量、比釋動能和照射量的區(qū)別輻射量吸收劑量比釋動能照射量適用范圍任何帶電和不帶電粒子，任何物質(zhì)不帶電粒子，任何物質(zhì)X、，僅限于空氣劑量學(xué)含義輻射在所關(guān)心的體積V內(nèi)沉積的能量，這些能量可能來自V內(nèi)或V外不帶電粒子在所關(guān)心的體積V內(nèi)交給帶電粒子的能量，不必注意這些能量在何處以何種方式損失X、射線在所關(guān)心的空氣體積V交給次級電子用于電力、

20、激發(fā)的那部分的能量第42頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量吸收劑量（absorbed dose）D。 它是單位質(zhì)量內(nèi)吸收的能量。其單位為焦耳每千克（Jkg-1），具有專用名稱戈瑞(Gy)。吸收劑量按其定義的措詞來說，可以在一個點上表示出來，但在輻射防護中除另有說明的以外，均指一組織或器官內(nèi)的平均劑量。即 mT是組織或器官質(zhì)量，可小于10g到70kg。1Gy=100 rad第43頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量第44頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量當(dāng)量劑量在放射防護中

21、感興趣的是某一組織或器官的吸收劑量的平均值（而不是某一點上的劑量），并按輻射的質(zhì)加權(quán)。這個加權(quán)后的吸收劑量是在嚴(yán)格意義上的一個劑量。因而委員會決定恢復(fù)早期的名稱在一組織或器官中的當(dāng)量劑量(equivalent dose)*，所用符號為HT。名稱的改變也反映由品質(zhì)因數(shù)到輻射權(quán)重因子的改變。第45頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量第46頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射權(quán)重因子種類與能量范圍 輻射權(quán)重因子光子， 所有能量1電子及介子，所有能量1中子， 能量 100keV2MeV20 2MeV20MeV1020MeV5質(zhì)子，不是反

22、沖質(zhì)子，能量2MeV5粒子，裂變碎片，重核20第47頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量隨機性效應(yīng)概率與當(dāng)量劑量的關(guān)系還與受照組織或器官有關(guān)。所以要再規(guī)定一個由當(dāng)量劑量導(dǎo)出的量，以指示幾個不同的組織受到的不同劑量的組合，使之大概能較好地與總的隨機性效應(yīng)對應(yīng)。對組織或器官T的當(dāng)量劑量加權(quán)的因子稱為組織權(quán)重因子T(tissue weighting factor)，它反映在全身均勻受照下各該組織或器官對總危害的相對貢獻。加權(quán)當(dāng)量劑量（雙加權(quán)的吸收劑量）以前稱為有效劑量當(dāng)量，但這個名詞過于冗長，特別是在更復(fù)雜的組合如集體待積有效劑量當(dāng)量之類的名詞中。委員會現(xiàn)決定

23、采用較簡的名稱有效劑量（effective dose）E，采用有效劑量這一術(shù)語伴隨著改用當(dāng)量劑量。第48頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射防護中使用的量第49頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三組織權(quán)重因子組織或器官組織權(quán)重因子R性腺0.20紅骨髓0.12結(jié)腸0.12肺0.12胃0.12膀胱0.05乳腺0.05肝0.05食道0.05甲狀腺0.05皮膚0.01骨表面0.01其余組織或器官0.05該因數(shù)是為了考慮不同器官或組織對發(fā)生輻射隨機性效應(yīng)的不同敏感性。 第50頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三 集體有效劑量 Coll

24、ective effective dose第51頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三待積有效劑量 Committed effective dose第52頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三劑量 Dose某一對象所接受或“吸收”的輻射的一種量度。根據(jù)上下文, 它可以指吸收劑量、器官劑量、當(dāng)量劑量、有效劑量、待積當(dāng)量劑量或待積有效劑量等。第53頁，共62頁，2022年，5月20日，18點13分，星期三輻射危害發(fā)現(xiàn)就輻射防護來說，需要關(guān)心兩種類型的效應(yīng)：第一種是輻射的非隨機性效應(yīng)，現(xiàn)在稱之為確定性效應(yīng)。包括主要因細(xì)胞丟失導(dǎo)致的組織或器官的功能喪失（如：紅班、壞死），這些效應(yīng)由大劑量照射引起，并且對它們來說存在有閾劑量，其效應(yīng)的嚴(yán)重程度隨劑量大小而異。第二種是在照后很久才顯現(xiàn)出來的各種隨機性效應(yīng)，包括癌癥危險的增加以及由動物實驗研究結(jié)果所推論的遺傳疾患的增加。這些隨機性效應(yīng)看來沒有閾劑量存在，并且可能于小輻