辐射剂量学基础

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一 研究内容、目的和意义

目的
辐射能对人体产生有害效应。辐射防护的 目的在于防止有害的确定性效应，把随机效应 的发生机率降到可以接受的水平。为此必须对 个人受到的照射进行评价和控制。而控制或评 价的基础就是工作人员已经或可能受到的剂量。
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一 研究内容、目的和意义

意义
不仅是辐射防护评价的基础，也是采取防 护措施的依据 为受到过量照射人员的医疗救治提供资料 辐射流行病学调查的基础资料 法律上的需要
辐射剂量学基础
张延生 中国辐射防护研究院
辐射剂量学(Dosimetry)亦称辐射剂量测定法.
一、辐射剂量学研究的内容、目的和意义 二、辐射量和单位(重点是剂量学中应用的一些辐 射量) 三、辐射剂量测定方法简介 四、辐射剂量估算方法简介
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一 研究内容、目的和意义

内容
研究如何测量或估算人体所受剂量的一 门科学 大体上包括两大部分：辐射剂量测量方法 和辐射剂量估算方法
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二 辐射量 辐射防护中应用的一些辐射量

描述辐射场的物理量 粒子数 Ｎ 辐射能 Ｒ 通量 N 能(量)通量 R dN 注量 da 能量注量 Ψ 注量率 能量辐射度
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相互作用系数及其相关的量 相互作用系数是用来描述电离辐射与物质相互 作用程度的物理量 截面 σ =P/Φ 质量减弱系数 质能转移系数 tr 质量阻止本领 S 传能线密度 LET n( x ) G ( x) 辐射化学产额 在气体中形成一个离子对消耗的平均能量
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三 辐射剂量测量方法（外照射）
固体径迹剂量计SSNTD （solid state nuclear track dosimeter) 原理：重带电粒子在固体绝缘材料中穿行的路径上产 生辐射损伤，经过蚀刻处理后能够形成可以观 察到的径迹，径迹的数目与入射重离子的注量 相关，通过测量径迹数目可确定剂量。 材料:云母,人造或天然玻璃，无机晶体均可做径迹探 测器，但比较灵敏的是有机聚合物。最常用的是 热固塑料CR-39.
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二 辐射量

辐射剂量学中所用的辐射量 a) 计算和测量的量 吸收剂量(Absorbed dose) D 比释动能 K (Kerma) 照射量X (Exposure) b) 辐射防护标准和评价中采用的量 剂量当量 ( dose equivalent ) H 当量剂量 ( equivalent dose ) H T R 有效剂量 ( effective dose ) E 待积有效剂量 ( committed effective dose )
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三 辐射剂量测量方法（外照射）

荧光玻璃剂量计RPL
原理：根据光致发光原理，荧光玻璃是在以碱金属或碱 土金属的磷酸盐为基体的玻璃中加入少量的偏磷酸银 制成的。在辐射作用下由电离产生的电子进入导带， 随后被一些陷阱所俘获，这种陷阱就是掺入玻璃的银 离子俘获电子后银离子变成亚稳态的银原子和二价的 银离子，形成所谓的发光中心。形成了发光中心的荧 光玻璃在365nm紫外光的照射下，俘获的电子跃迁到 某一激发态，然后还回基态放出荧光。发射的荧光强 度与玻璃所受到的剂量大小成正比，因此荧光的强弱 可用来度量玻璃所受的剂量。
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比释动能K, 吸收剂量D和照射量X之间的关系: dEtr d K D （电子平衡条件下） dm dm
D K (1 g )
g是轫致辐射损失的份额 比释动能率 dK
K dt
Dm f m X
Dm是处于空气中同一点处所求物质中的吸收剂量
f m 转换系数（查表）
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T R
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周围剂量当量（ambient dose equivalent） 辐射场中某一点处的 H * (d ) 是由相应的齐向扩展 场（expanded and aligned field）在ICRP球的逆 向齐向场方向半径深度为d处的剂量当量。 单位：J kg 1 ,专用名:Sv
深度d以mm表示，ICRU推荐d=10mm H * (d )可以写成 H * (10 ) 实用于强贯穿辐射，如γ、中子。
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三 辐射剂量测量方法（外照射）

荧光玻璃剂量计RPL(续)
10 4 ~ 3 10 3 Gy 特点：量程宽
可重复使用，不受环境影响，准确度 高，重现性好，但需防潮。
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三 辐射剂量测量方法（外照射）

热释光剂量计TLD 原理： 特点：易制作，体积小，便于操作，易实现自 动化测量，灵敏度高，可测剂量范围 宽，能量响应好。 应用：个人剂量测量、环境(CaSO .Dy)、考 古、事故剂量
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二 辐射量
c) 外照射监测用的实用辐射量 周围剂量当量 H * (d ) ( ambient dose equivalent ) 定向剂量当量 H ' (d ) ( directional dose equivalent ) 个人剂量当量 ( personal dose equivalent) H P (d )
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三 辐射剂量测量方法（外照射）

电离室法：测照射量（空气的比释动能） 空腔电离理论：把室壁的吸收剂量与空腔中的 电离量建立了联系，测出电离电流就可得到室 壁的吸收剂量。 标准， 次标准 自由空气电离室 次标准电离室 环境测量：高气压电离室 个人剂量测量：电容电离室
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三 辐射剂量测量方法（外照射）
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当量剂量 （equivalent dose） ICRP60建议的定义: 辐射R在组织T中产生的当量剂量
H T R wR DT R
DT R
----辐射在组织或器官T中产生的平均吸收剂
量 wR ----辐射权重因子 1 单位: J kg ,专用名希(沃特),Sv wR 见表 不能用于评价高水平事故照射效应。

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三 辐射剂量测量方法（外照射）

用于环境监测的周围剂量当量的测量
现有仪器大部分能用，但需要新校准（刻度） 测 H (d ) 要求辐射场在仪器的尺寸范围内是 均匀的，而仪器是各向同性的。
*
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三 辐射剂量测量方法（外照射）

定向剂量当量Ｈ’(Ω ,d)的测量 对弱贯穿辐射,如果能测定组织等效材料平板中 适当深度d处的剂量当量的仪器可以测定 Ｈ’(Ω ,d) ,这时要将平板表面垂直于Ω 。 外推电离室方法 薄塑料闪烁方法（平均电流和脉冲积分）
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β剂量测量法
外推室（绝对测量） 测 H’(0.07) 开窗剂量计 测 Hp(0.07)
Fra Baidu bibliotek30
四 辐射剂量的估算方法

γ点源照射量率计算 点源活度为A（Bq） γ点源在距离为r(m)处的照射量率
A / r 2 X
单位： C kg S Γ——照射量率常数（见表）
-1
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1
四 辐射剂量的估算方法

胶片 film 用于γ、x 射线的测量，也可用于中子 原理:辐射与乳胶中的溴化银颗粒作用，使其发生变化 并形成潜影。胶片显影后，潜影的溴化银颗粒被 还原成银原子，从而使乳胶片变黑，根据变黑的 程度（用黑度计测量）可判断受到照射剂量的大 小。 优点：处理过的胶片可以存档，需要时便于重新评价 和比较。 缺点：辐射形成的潜影,易受环境温度湿度的影响,高温 高湿，潜影会衰退以至造成不正确的结果。

不带电粒子授与物质能量的两个过程：能量转 移给次级带电粒子，次级带电粒子通过电离， 激发把从不带电粒子那里得来的能量授与物质。 吸收剂量表示第二个过程，比释动能表示第一 个过程。 dEtr 是非带电粒子在质量为dm中释放出全部 带电粒子的初始动能总和。
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dm
照射量（exposure) X 照射量率（exposure rate） X 历史悠久，变化较大，争论较多 照射量是一个用来表示Ｘ或γ射线在空气产生电 离能力大小的辐射量 (库仑/千克) X dQ dm dQ是Ｘ或γ射线在质量为dm的空气中释放出 来的全部电子（正、负电子）完全被空气阻止 时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的 绝对值 照射量率 X dX dt

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三 辐射剂量测量方法（外照射）

固体径迹剂量计SSNTD 径迹的蚀刻与测读： 化学蚀刻 点化学蚀刻 显微镜 火花计数 应用：中子吸收剂量测量 氡及子体的测量
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三 辐射剂量测量方法（外照射）
化学剂量计 硫酸亚铁溶液 测G值 原理：FeSO4, 在辐射作用下，溶液中的 Fe 2 离子氧化成三价离子 Fe 3 ，生成 Fe 3 的数量与 溶液吸收的辐射能量成正比，100eV的 辐射能量生成的 Fe 3 离子的平均数称为“辐射 60 Co γ辐射所致， 化学产额”，用G表示。 G 15.5 10 2 eV 1 。测 Fe 3 离子浓度用分光光度 计直接分析光密度的变化
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二 辐射量

吸收剂量 D: 单位质量受照物质所吸收的平均能量
D d dm
点剂量
单位 焦耳/千克 专名: Gray (Gy) 戈瑞 适用范围: 任何类型的辐射和受照物质。 给出Ｄ的数值必须说明辐射类型、 介质种类和所在位置
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J k g 1
二 辐射量

比释动能 Ｋ（Ｋerma)
K dEtr
剂量当量（dose equivalent） Ｈ 辐射防护所关心的是人受到一定量的辐射照 射后可能发生的效应．不同类型（品质）的 辐射照射剂量相同，可能产生严重程度不同 或发生概率不同的效应．引入剂量当量Ｈ就 是计及这种不等性．剂量当量是经过一些权 重因数修正之后的吸收剂量． H=QD
是组织中某一点处的Ｑ和Ｄ的乘积． Ｑ是该点处的品质因数（以前称线质系数） Ｈ的单位：J k g 1 ，专名：希（沃特） Sv 以前曾用:雷姆（rem）, １Sv=100rem

γ点源的空气吸收剂量率
Da 33 .85 X
空气中同一点处γ射线在物质m中吸收剂 量率
Dm f m X
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四 辐射剂量的估算方法

γ点源的空气比释动能率的计算 活度为A(Bq)的γ点源，距该源为r(m)处的 空气比释动能率 K a Ak / r 2
—比释动能率常数（见表） 同一点上某物质(m)的吸收剂量率 Dm 与 K a 的关系 ( en / ) m K D
k
m
( en / ) a
a
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四 辐射剂量的估算方法

非点源的照射量率、比释动能率的计算 线源 面源 体源 计算原则：把线源、面源、体源看成是可视为 点源的小块源组成，把所有小块源造成的照射 量率或比释动能率相加（即积分）即可得到。
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四 辐射剂量的估算方法

带电粒子的剂量计算 β粒子的剂量计算比γ复杂，迄今还没有一个满 意的计算β粒子剂量的理论公式，通常用经验 公式来作近似计算 最常用的有实验基础的是罗文格公式
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个人剂量当量(personal dose equivalent) H P (d ) H P (d ) 是指身体上指定点下面软组织中适当深度 d处剂量当量 1 单位: J kg ,专用名: Sv 对弱贯穿辐射：皮肤剂量当量 Hp(0.07) 眼晶体剂量当量 Hp(3) 对强贯穿辐射：Hp(10)
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有效剂量（effective dose）E 当辐射场由具有不同 wR 值的不同类型或不同 能量的辐射构成时，总的器官当量剂量 H T
H T wR DT R
R
DT R ----组织或器官T中受到R辐射照射产生的
平均吸收剂量。
有效剂量
E wT H T
是人体所有组织或器官加权后的当量剂量之和 wT ----组织权重因子(有表可查) E wT wR DT R 于是
H * (d )
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定向剂量当量(directional dose equivalent) 辐射场中某一点的定向剂量当量H’(Ω ,d)是相 应的扩展场中ICRU球某一指定方向Ω 的半径 上深度为d处的剂量当量。 单位: J kg 1 ,专用名: Sv 实用于弱贯穿辐射的测量，对皮肤d=0.07mm, 对眼晶体d=3mm,可分别写为H’(0.07)和H’(3)