常用的輻射量和單位

關(guān)于常用的輻射量和單位12常用的輻射量和單位輻射效應(yīng)的研究和輻射的應(yīng)用，離不開對輻射的計量，需要各種輻射量和單位，描述輻射場的性質(zhì)，度量輻射與物質(zhì)相互作用時能量的傳遞及受照物體內(nèi)部的變化程度和規(guī)律。在放射診斷和治療的早期，人們對電離輻射及其與物質(zhì)相互作用的機制缺乏深刻的了解，在對其度量時，只能膚淺地運用觀察到的一些輻射效應(yīng)，如膠片受照射后黑度的變化，患者受照射部位皮膚顏色的改變，來描述其大小和強弱。第2頁,共79頁，2024年2月25日，星期天3常用的輻射量和單位顯然這種對輻射劑量的估算極為不準確，并很容易產(chǎn)生誤導。如放射治療中曾經(jīng)使用過的皮膚紅斑劑量(skinerythemadose)，就是以皮膚受照射后，皮膚顏色變深的程度來判斷劑量。事實上，輻射量并非是使皮膚顏色改變的唯一條件，用現(xiàn)代輻射劑量學的原理解釋，皮膚顏色改變還受到輻射質(zhì)、皮膚類型以及分次劑量模式等諸多因素的影響。第3頁,共79頁，2024年2月25日，星期天4常用的輻射量和單位X線發(fā)現(xiàn)后首先應(yīng)用于醫(yī)學，便沿用醫(yī)藥學中“劑量”一詞來描述，于是電離輻射的計量也稱輻射劑量。幾十年來，各種射線在醫(yī)學上的應(yīng)用愈加廣泛，輻射劑量學有了很大發(fā)展（成了一專門的學科－－輻射劑量學）。隨著人們對電離輻射與物質(zhì)相互作用機制的深入研究和逐步了解，輻射量及其單位的概念經(jīng)歷了不少演變，不斷確立了更為科學的度量原則和方法。第4頁,共79頁，2024年2月25日，星期天5常用的輻射量和單位

國際上選擇和定義輻射量及單位的權(quán)威組織是“國際輻射單位和測量委員會”(InternationalCommissiononRadiationUnitsandMeasurements,ICRU)和“國際放射防護委員會”—（ICRP）。臨床放射學放射生物學輻射劑量學輻射防護學第5頁,共79頁，2024年2月25日，星期天61.描述輻射源的量:

放射性活度

A(核)2.描述輻射場的量:粒子注量

Φ(粒子輻射)照射量

X比釋動能

K(電磁輻射)3.描述輻射被吸收的量:

吸收劑量

D(任何輻射)4.描述輻射對人體危害作用:

當量劑量

H(防護專用)有效劑量

E(防護專用)常用的輻射量和單位第6頁,共79頁，2024年2月25日，星期天7常用的輻射量和單位1.放射性活度A

某放射源中處于特定狀態(tài)的放射性核素在單位時間內(nèi)發(fā)生自發(fā)衰變的期望值（平均值）。(S-1)(Bq)(Ci)物理單位放射學單位SI常用單位第7頁,共79頁，2024年2月25日，星期天8常用的輻射量和單位描述輻射場性質(zhì)的輻射量輻射防護中使用的輻射量第8頁,共79頁，2024年2月25日，星期天9Havearest!!!第9頁,共79頁，2024年2月25日，星期天10電離輻射存在的空間稱為輻射場，它是由輻射源產(chǎn)生的。按輻射的種類，輻射源可分為X射線源、β射線源、中子射線源、γ射線源等，與它們相應(yīng)的輻射場稱為X射線場、β射線場、中子射線場、γ射線場等。在射線的應(yīng)用過程中我們需要定量了解、分析射線在輻射場中的分布，這種分布即可以用粒子注量、能量注量等描述輻射場性質(zhì)的量來直接表示，也可以用照射量來間接表示。常用的輻射量和單位第10頁,共79頁，2024年2月25日，星期天11描述輻射場性質(zhì)的輻射量粒子注量（particlefluence）能量注量（energyfluence）照射量（exposure）比釋動能（kerma）吸收劑量（absorbeddose）各輻射量的關(guān)系與區(qū)別第11頁,共79頁，2024年2月25日，星期天12daP?h1h2h3h4h5粒子注量Φ定義:進入具有單位截面積小球的粒子數(shù)。(m-2)，第12頁,共79頁，2024年2月25日，星期天13daP?h1h2h3h4h5粒子注量Φ實際輻射場中，每個粒子具有不同的能量，即Emax~0各種可能值，粒子注量計算公式為:，E為粒子能量，是同一位置粒子注量的微分能量分布，它等于進入小球的能量介于E和E+dE之間的粒子數(shù)與該球體的截面積的比值。第13頁,共79頁，2024年2月25日，星期天14輻射防護中，常用粒子注量率表示單位時間內(nèi)進入單位截面積的球體內(nèi)的粒子數(shù):(m-2s-1)粒子注量Φ第14頁,共79頁，2024年2月25日，星期天15能量注量除了用粒子數(shù)目，還可以通過輻射場中某點的粒子的能量來表征輻射場的性質(zhì)。能量注量就是為此目的而引入的一個量，它對于計算間接致電離輻射在物質(zhì)物質(zhì)中發(fā)生的能量傳遞以及物質(zhì)對輻射能量的吸收都是很有用的。第15頁,共79頁，2024年2月25日，星期天16能量注量是進入輻射場內(nèi)單位截面積的小球體內(nèi)所有粒子的能量（不包括靜止能量），即對于單能光子束，能量注量第16頁,共79頁，2024年2月25日，星期天17能量注量率可定義為單位時間內(nèi)進入單位截面積小球內(nèi)的所有粒子能量總和。

能量注量第17頁,共79頁，2024年2月25日，星期天18

能量注量與粒子注量都是描述輻射場性質(zhì)的輻射量，前者是通過輻射場中某點的粒子能量，后者是通過輻射場中某點的粒子數(shù)，顯然如能知道每個粒子的能量E，即可將能量注量和粒子注量聯(lián)系起來。能量注量和粒子注量的關(guān)系第18頁,共79頁，2024年2月25日，星期天19

如輻射場不是單能的，且粒子能量具有譜分布時，則輻射場某點的能量注量為：E為粒子能量，為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關(guān)系第19頁,共79頁，2024年2月25日，星期天20X或γ射線與空氣發(fā)生相互作用時產(chǎn)生次級電子，這些次級電子會進一步與空氣作用導致空氣電離，從而產(chǎn)生大量正負離子。次級電子在電離空氣的過程中，最后全部損失了本身的能量。X或γ射線的能量愈高、數(shù)量愈大，對空氣電離本領(lǐng)愈強，被電離的總電荷量也就愈多。因此可用次級電子在空氣中產(chǎn)生的任何一種符號的離子（電子或正離子）的總電荷量，來反映X或γ射線對空氣的電離本領(lǐng)，表征X或γ射線特性。照射量X第20頁,共79頁，2024年2月25日，星期天21照射量就是根據(jù)其對空氣電離本領(lǐng)的大小來度量X或γ射線的一個物理量。也是X線沿用最久的輻射量。是直接量度X或γ光子對空氣電離能力的量，可間接反映X射線或γ射線輻射場的強弱，是測量輻射場的一種物理量。第21頁,共79頁，2024年2月25日，星期天22照射量X定義:X或γ光子在單位質(zhì)量的空氣中，與原子相互作用釋放出來的次級電子完全被空氣阻止時,（意味著無剩余能量）（在導致空氣電離的過程中）所產(chǎn)生的同種符號離子的總電荷量的絕對值。(C/kg)或(R倫琴)SI單位專用單位第22頁,共79頁，2024年2月25日，星期天23照射量X倫琴的定義:在X或γ射線照射下,0.001293g空氣(相當于0oC和101kPa大氣壓下1cm3干燥空氣的質(zhì)量)所產(chǎn)生的次級電子形成總電荷量為1靜電單位的正離子或負離子，即第23頁,共79頁，2024年2月25日，星期天24照射量X換算:

1個單價離子的電荷量是4.8×10-10靜電單位,因此產(chǎn)生1靜電單位電荷量的離子對為帶電粒子在空氣中形成一對離子所耗平均能量為33.85eV,因此1R照射量在0.00129g空氣中交給次級電子的能量相當于2.083×109×33.85=7.05×1010eV第24頁,共79頁，2024年2月25日，星期天25照射量X1RX射線或γ射線照射量的等值定義:a.在0.00129g空氣中形成的1靜電單位電荷量的正離子或負離子；b.在0.00129g空氣中形成2.083×109對離子；c.在0.00129g空氣中交給次級電子7.05×1010eV或11.3×10-9J的輻射能量；d.在1g空氣中交給次級電子87.3×10-7J的輻射能量.第25頁,共79頁，2024年2月25日，星期天26

照射量是一個從射線對空氣的電離本領(lǐng)角度說明X或γ射線在空氣中的輻射場性質(zhì)的量，它不能用于其他類型的輻射（如中子或電子束等），也不能用于其他的物質(zhì)（如組織等）。dQ中不包括次級電子發(fā)生軔致輻射被吸收后產(chǎn)生的電離。由于照射量的基準測量中存在著某些目前無法克服的困難，它只適用于射線能量在10kev到3Mev范圍內(nèi)的X或γ射線。第26頁,共79頁，2024年2月25日，星期天27照射量X照射量率第27頁,共79頁，2024年2月25日，星期天28例題若空氣體積為0.3厘米3，標準狀態(tài)下其中包含的空氣質(zhì)量是0.388毫克，若被X線照射5分鐘，在其中產(chǎn)生的次級電子在空氣中形成的正離子（或負離子）的總電荷量為10×10-9庫侖。此時，被照空氣處的X線照射量和照射量率各是多少？解：根據(jù)題意已知：dm=0.388毫克=3.88×10-7千克dQ=10×10-9庫侖dt=5分鐘所以照射量X及照射量率分別為：第28頁,共79頁，2024年2月25日，星期天29照射量與能量注量的關(guān)系對于單能X(γ)射線，在空氣中某點的照射量X與同一點上的能量注量之間有以下關(guān)系：

μen/ρ是給定的單能X(γ)射線在空氣中的質(zhì)能吸收系數(shù)；e是電子的電荷；是電子在空氣中每形成一個離子對所消耗的平均能量。第29頁,共79頁，2024年2月25日，星期天30比釋動能K(kineticenergyreleasedinmaterial)X或γ射線與物質(zhì)相互作用時，能量轉(zhuǎn)換分兩個階段進行：第一：X(γ)E

帶電粒子(K)第二：帶電粒子

電離、激發(fā)物質(zhì)吸收(D)X或γ光子傳能給帶電粒子(K)軔致輻射（不被物質(zhì)吸收）電離、激發(fā)（被物質(zhì)吸收D）第30頁,共79頁，2024年2月25日，星期天31第31頁,共79頁，2024年2月25日，星期天32比釋動能K定義：在單位質(zhì)量物質(zhì)中由間接致輻射所產(chǎn)生的全部帶電粒子的初始動能之總和。

數(shù)學表述:不帶電射線使物質(zhì)釋放出來的全部帶電粒子初始動能之和與物質(zhì)質(zhì)量之比。(J/kg)或(戈端Gy)1Gy=1J·kg-11Gy=103mGy=106μGy第32頁,共79頁，2024年2月25日，星期天33比釋動能K注意區(qū)別：照射量是以電離電量的形式間接反映射線在空氣中輻射強度的量，不反映射線被物質(zhì)吸收而使能量轉(zhuǎn)移的過程。比釋動能是描述不帶電致電離粒子與物質(zhì)相互作用時，把多少能量傳給了帶電粒子的物理量。在輻射防護中，常用比釋動能的概念推斷生物組織中某點的吸收劑量或計算中子的吸收劑量等。第33頁,共79頁，2024年2月25日，星期天34比釋動能率(Gy/s)比釋動能是度量不帶電電離粒子（光子或中子）與物質(zhì)相互作用時，在單位質(zhì)量物質(zhì)中轉(zhuǎn)移給次級帶電粒子初始動能之和多少的一個物理量，它只適用于間接致電離輻射，但適用于任何物質(zhì)。第34頁,共79頁，2024年2月25日，星期天35吸收劑量D(J/kg)或(Gy)專用單位(rad)

定義:輻射所授予單位質(zhì)量介質(zhì)的平均能量。dEen為平均授予能。它表示進入介質(zhì)dm的全部帶電粒子和不帶電粒子能量的總和，與離開該體積的全部帶電粒子和不帶電粒子能量總和之差，再減去在該體積內(nèi)發(fā)生任何核反應(yīng)所增加的靜止質(zhì)量的等效能量。第35頁,共79頁，2024年2月25日，星期天36吸收劑量授予某一體積內(nèi)物質(zhì)的能量越多，則吸收劑量越大。吸收劑量它適用于任何類型的電離輻射和受到照射的任何物質(zhì)。不同物質(zhì)吸收輻射能量的本領(lǐng)是不同的，在論及吸收劑量時，應(yīng)明確輻射類型、介質(zhì)種類和特定的位置。第36頁,共79頁，2024年2月25日，星期天37吸收劑量D吸收劑量率(Gy/s)討論:X或γ能量除轉(zhuǎn)換成電子初動能外,還有核與電子間束縛能及散射光子能量等。電子初動能還有一部分轉(zhuǎn)換成軔致輻射等能量。第37頁,共79頁，2024年2月25日，星期天38吸收劑量D例題1:

質(zhì)量為0.2g的物質(zhì),10s內(nèi)吸收電離輻射的平均能量為100爾格,求該物質(zhì)的吸收劑量和吸收劑量率.解:dm=0.2g=2×10-4kg;dEen=100erg=10-5J;dt=10s第38頁,共79頁，2024年2月25日，星期天39D、K和X之間的關(guān)系

(1)帶電粒子平衡

在某空氣層,入射次級電子等于射出數(shù)目,（最大射程）電離電量開始趨于恒定的現(xiàn)象.在進行照射量測量時，應(yīng)選擇平衡電離層.第39頁,共79頁，2024年2月25日，星期天40D、K和X之間的關(guān)系帶電粒子平衡照射量與比釋動能的關(guān)系照射量和吸收劑量的關(guān)系比釋動能和吸收劑量的關(guān)系第40頁,共79頁，2024年2月25日，星期天41帶電粒子平衡第41頁,共79頁，2024年2月25日，星期天42帶電粒子的平衡的條件:a.介質(zhì)元周圍輻射場均勻b.介質(zhì)厚度大于等于帶電粒子在介質(zhì)中的最大射程當帶電粒子平衡時:帶電粒子平衡第42頁,共79頁，2024年2月25日，星期天43帶電粒子平衡嚴格講，上述條件難以實現(xiàn)，特別是靠近輻射源處，輻射強度隨位置變化顯著；另外，在兩種介質(zhì)交界處，為非均勻介質(zhì)，都不可能滿足電子平衡的必要條件。但在實踐中，需要對某些條件作適當?shù)慕铺幚恚员阍谝欢ǖ木确秶鷥?nèi)，可認為電子平衡成立。當X（γ）射線能量較低[低于Co-60γ

射線能量（1.25MeV）]時，由于次級電子射程相對較短，X（γ）光子的衰減可以忽略，則在受照射的某些介質(zhì)中，可認為近似存在電子平衡。第43頁,共79頁，2024年2月25日，星期天44照射量與比釋動能的關(guān)系在電子平衡的條件下，單能輻射場中同一點當X（γ）光子輻射的能量低于1.25MeV以下時，g很小，約為0.003，可忽略不計。第44頁,共79頁，2024年2月25日，星期天45照射量與比釋動能的關(guān)系公式適用條件:a.帶電粒子平衡,b.次級粒子產(chǎn)生的軔致輻射能量可以忽略,c.物質(zhì)的原子序數(shù)和輻射光子能量均較低。第45頁,共79頁，2024年2月25日，星期天46照射量與比釋動能的關(guān)系實際上在低原子序數(shù)介質(zhì)如空氣、水、軟組織中，電子的初始動能的大部分消耗于與介質(zhì)電子發(fā)生非彈性碰撞，引起原子的電離或激發(fā)，僅有一小部分消耗于與原子核發(fā)生輻射效應(yīng)（軔致輻射）。第46頁,共79頁，2024年2月25日，星期天47照射量與吸收劑量的關(guān)系在電子平衡的條件下，單能輻射場中同一點在空氣介質(zhì)中，第47頁,共79頁，2024年2月25日，星期天48照射量與吸收劑量的關(guān)系若W取33.97eV，則有第48頁,共79頁，2024年2月25日，星期天49比釋動能與吸收劑量的關(guān)系第49頁,共79頁，2024年2月25日，星期天50比釋動能與吸收劑量隨物質(zhì)深度的變化D、K和X之間的關(guān)系第50頁,共79頁，2024年2月25日，星期天51X（γ）光子入射到以均勻介質(zhì)入水中。在淺表位置，X（γ）光子在其作用點周圍的小體積元內(nèi)釋放的部分能量并未全部沉積在該體積元內(nèi)，未建立電子平衡，即比釋動能大于吸收劑量。如果X（γ）光子在水中的衰減可以忽略，當深度等于次級電子的最大射程時，電子平衡條件滿足，吸收劑量和比釋動能相等，并隨深度的增加數(shù)值保持不變，如圖虛線部分。第51頁,共79頁，2024年2月25日，星期天52實際上，隨著深度的增加，一方面由于入射光子的強度逐漸減弱，比釋動能下降；另一方面沿X（γ）光子入射方向產(chǎn)生的次級電子數(shù)目在達到其電子射程之前逐漸增加，造成吸收劑量增加。當深度增加所增加的次級電子數(shù)目與因入射光子衰減而使釋出的次級電子減少的數(shù)目相等時，吸收劑量達到最大值，完成其劑量建成。隨著深度的繼續(xù)增加，比釋動能與吸收劑量同時變小。由于次級電子在某一點沉積的能量主要起源于它前面某點產(chǎn)生的次級電子，因此位于電子平衡點以后的各點，比釋動能小于同一位置的吸收劑量。第52頁,共79頁，2024年2月25日，星期天53D、K和X之間的區(qū)別輻射量照射量X比釋動能K吸收劑量D劑量學含義適用介質(zhì)適用輻射類型表征X,γ線在考察的體積內(nèi)用于電離空氣的能量空氣X、γ射線表征非帶電粒子在考察的體積內(nèi)交給帶電粒子的能量任何介質(zhì)非帶電粒子輻射表征任何輻射在考察的體積內(nèi)被物質(zhì)吸收的能量任何介質(zhì)任何輻射第53頁,共79頁，2024年2月25日，星期天54輻射防護中使用的輻射量隨著科學技術(shù)的發(fā)展，不同種類的射線在醫(yī)學中的應(yīng)用愈加廣泛。我們不但可以利用X射線進行醫(yī)學影像學的檢查，同時，高能X、γ射線及電子線在腫瘤放射治療上的應(yīng)用亦成為腫瘤治療的常規(guī)手段。放射線的廣泛使用，不可避免地帶來了被檢者和工作人員的防護問題，定量測量、表述被照個人及受檢群體實際受到的或可能受到的輻射照射，成為輻射防護中一個重要的問題。第54頁,共79頁，2024年2月25日，星期天55輻射防護中使用的輻射量由于不同生物組織，不同種群、不同的器官對射線的反應(yīng)靈敏性不同，使用X、K、D不足以表達射線對生物組織的損傷。為此，在輻射防護中使用的輻射量必須同時考慮不同種類的射線在不同組織中所產(chǎn)生的生物效應(yīng)的影響。第55頁,共79頁，2024年2月25日，星期天56輻射防護中使用的輻射量當量劑量(equivalentdose)有效劑量(effectivedose)集體當量劑量和集體有效劑量待積當量劑量和待積有效劑量第56頁,共79頁，2024年2月25日，星期天57當量劑量H放射防護中，由于輻射類型和照射條件的不同，即使吸收劑量相同，（有害的）生物效應(yīng)也大不相同。比如同樣1rad的吸收劑量，β線和α線的生物效應(yīng)相差懸殊。定義:比較輻射類型和照射條件對肌體的危害程度，將吸收劑量根據(jù)肌體組織的生物效應(yīng)加權(quán)修正，所得到的劑量值稱為當量劑量,用HTR表示。第57頁,共79頁，2024年2月25日，星期天58當量劑量HT等于某一組織或器官T所接受的平均吸收劑量DT，R，經(jīng)輻射質(zhì)為R的輻射權(quán)重因子wR加權(quán)處理的吸收劑量，即專用名為希沃特（Sv），1Sv=1J.kg-1。

輻射權(quán)重因子代表特定輻射在小劑量照射時誘發(fā)隨機性效應(yīng)的相對生物效應(yīng)的數(shù)值，

wR與輻射類型和能量有關(guān)。第58頁,共79頁，2024年2月25日，星期天59當量劑量H或為品質(zhì)因數(shù)—取決于輻射類型和能量大小修正因數(shù)—取決于照射條件輻射權(quán)重因子單位[J/kg]或[Sv]物理防護第59頁,共79頁，2024年2月25日，星期天60當量劑量H輻射類型能量范圍權(quán)重因子WR光子電子和介子中子質(zhì)子α粒子,碎片,重核所有能量所有能量<10keV10-100keV100keV-2MeV2-20MeV>20MeV>2MeV1151020105520第60頁,共79頁，2024年2月25日，星期天61當量劑量H當量劑量率[Sv/s]第61頁,共79頁，2024年2月25日，星期天62當量劑量H例題:

某人全身同時受到X線和能量在10-100keV的中子照射，其中X線的吸收劑量為10mGy，中子的吸收劑量為3mGy。計算他所吸收的當量劑量。解:第62頁,共79頁，2024年2月25日，星期天63當量劑量是不同輻射類型對組織或器官形成輻射危害的度量，但是不同組織或器官即使當量劑量相同，由于它們對輻射的敏感程度不同，其產(chǎn)生的生物學效應(yīng)也可能完全不同。有效劑量E人體所有組織和器官加權(quán)后的當量劑量之和，即

有效劑量第63頁,共79頁，2024年2月25日，星期天64有效劑量的SI單位為J.kg-1；專用名為希沃特（Sv）。式中

wT為組織或器官T的權(quán)重因子，它定義為組織T接受1Sv時的危險度與全身均勻受照1Sv時的危險度之比。

有效劑量第64頁,共79頁，2024年2月25日，星期天65所謂危險度，是指每單位當量劑量所誘發(fā)的效應(yīng)發(fā)生率。輻射危險度取決于組織受到照射后招致嚴重遺傳性缺陷或致死性惡性病變的幾率。第65頁,共79頁，2024年2月25日，星期天66人體器官或組織的危險度組織輻射效應(yīng)危險度（×10-3）（Sv-1）性腺遺傳效應(yīng)4乳腺乳腺癌2.5紅骨髓白血病2肺肺癌2甲狀腺甲狀腺癌0.5骨表面骨癌0.5其余組織癌5合計16.5第66頁,共79頁，2024年2月25日，星期天67對于不同器官或組織，輻射效應(yīng)的危險度是不同的。相對危險度的權(quán)重因子第67頁,共79頁，2024年2月25日，星期天68第68頁,共79頁，2024年2月25日，星期天69有效劑量是以輻射誘發(fā)的隨機性效應(yīng)的發(fā)生率為基礎(chǔ)，表示當身體各部分受到不同程度照射時，對人體造成的總的隨機性輻射損傷。第69頁,共79頁，2024年2月25日，星期天70[例題]某次胸部檢查（胸片或胸透）病人各組織器官受到的當量劑量（mSv）見下表，試比較病人接受的有效劑量。第70頁,共79頁，2024年2月25日，星期天71解：利用公式計算有效量為：E胸=0.01×0.25+0.06×0.15+0.25×0.12+0.05×0.12

+0.08×0.03