电离辐射吸收剂量的测量

K dEtr / dm
K的单位为J.kg-1；专用名为Gy。 比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相 互作用时，在单位物质中转移给次级带电粒子初 始动能的总和的多少的一个量，因此与吸收剂量 不同，比释动能只适用于间接致电离辐射，但适 用于任何介质。
六、当量剂量（equivalent dose） 当量剂量HT等于某一组织或器官T所接受的平 均剂量DT，R，经辐射质为R的辐射权重因子 （radiation weight factor）wR加权处理后的 吸收剂量。
2
对脉冲式或脉冲扫描式辐射，不同的(V1/V2)有 不同的ai 值。
（五）电离室的极化效应（polarity effect） 对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电 荷会随收集极工作电压极性的变化而变化，这种 变化现象称为极化效应。 引起极化效应的主要原因是： （1）对指型电离室，因电离室结构造成空间电 荷分布依赖于电离室收集极的极性，又因正负离 子迁移率不同造成收集效率的差异，这种差异可 通过提高收集电压而减少，但不能完全消除。 （2）电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引 起电离室极化。 消除极化效应的影响可通过改变电离室工作电 压极性，取其测量平均值。极化效应应在0.5%。
图（a）：设想 空气外壳，中 心空气气腔。 外壳的半径等 于空气中次级 电子的最大射 程，满足电子 平衡。与自由 空气电离室具 有相同功能。
（二）指形电离室（thimble chamber）
图（b）：将图 （a）的空气外 壳压缩，而形 成固态的空气 等效外壳。该 种材料中达到 电子平衡的厚 度可远小于自 由空气的厚度。
HT wR DT , R
R
单位为J.kg-1，专用名为希沃特（Sievert），符 号为Sv，1Sv＝J.kg-1。 当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在 严格意义上的吸收剂量。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（RBE）的数值。
Radiation Weighting factors
Radiation Type and Energy Range Radiation Weighting Factor, WR
X and γ rays, all energies
Electrons, positrons and muons, all energies
1
1
Neutrons: < 10 keV
照射量和吸收剂量的转换关系式：
Da ( J / kg ) X (C / kg ).33.97( J / C) Da (cGy) X ( R).0.876(cGy / R)
（五）吸收剂量和比释动能 在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的 轫致辐射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量 和比释动能在数值上是相等的。 在电子平衡条件不满足时，引入一个电子平 衡系数qe。 电子平衡系数定义：表示X（γ）光子辐射在 一小体积单位内沉积的能量Edep与在同体积内电 离过程中释放的能量Ecol之比， 即 qe＝Edep/Ecol
单位为C.kg-1。 曾用单位为伦琴（R），1R＝2.58×10-4C. kg-1。
照射（量）率：单位时间内照射量的增量。
注意： 1 、照射量和照射量率只对空气而言，只是从电 离本领的角度说明X射线或γ射线在空气中的辐射 场性质，仅适用于X射线或γ射线 。 2、根据照射量的定义，dQ中不包括次级电子发 生轫致辐射被吸收后产生的电离，这在X（γ）射 线能量较高时会有明显意义。
20
10 5 2-5 20
[ICRU 60, 1991]
七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别 （一）间接致电离辐射的能量转移和吸收 在放射性治疗中主要指X（γ）辐射，其与介 质相互作用损失能量，可以分为两步：
（a）全部或部分能量转移，次级电子； （b）大部分次级电子以电离或激发的形式损 失能量；而少数次级电子与介质原子的原子核 作用，发生轫致辐射产生X射线。
照射量
Da X .
W e
Hale Waihona Puke Baidu
电子平衡
W KX e
吸收 剂量
次级电子的 韧致辐射可 以忽略
D＝ K 比释 动能
小结： 基本概念 照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位） 电子平衡及其成立的条件 照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别
§2 电离室测量吸收剂量的原理
确定吸收剂量的主要和常用方法：用剂量计测量
（二）指形电离室（thimble chamber）
图（c）：指形 电离室的剖面图。 壁材料一般选石 墨，内表面涂有 导电材料，形成 一个电极。中心 收集极由原子序 数较低的材料制 成。室壁与空气 外壳等效。
（二）指形电离室（thimble chamber）
Farmer型电离室
二、电离室的工作特性 实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特 性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正。
10 keV to 100 keV
5
10
> 100 keV to 2 MeV
> 2 MeV to 20 MeV > 20 MeV Protons, (other than recoil protons) and energy > 2 MeV, α particles, fission fragments, heavy nuclei
电离室的基本结构 高压极(K)：正高压或负高压；
收集极(C)：与测 量仪器相联的电 极，处于与地接 近的电位； 保护极(G)：又 称保护环，处于 与收集极相同的 电位； 负 载 电 阻 (RL) ： 电 流流过 时形成 电压信号。
自由空气电离室基本结构
（二）指形电离室（thimble chamber）
在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极 漂移在外电路形成电流。
在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该 为次级电子所产生的全部电离电荷量。根据这一 原理制成自由空气电离室。一般为国家一级或二 级剂量标准实验室所配置，作为标准，主要用于 对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适 合现场如医院使用。
（一）电离室的方向性 电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影 响。 正确的使用方法：平行板电离室应使其前表面垂 直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与 射线束中心轴的入射方向相垂直。
（二）电离室的饱和性 在电离室电压较低时因热运动导致带电离子 由密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收 集极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电 离效应和电离室信号之间对应关系。 电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增 加，复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再 随工作电压而变化。电离室工作在电离室的饱和 区。 电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖， 输出电流急剧上升，超出正常工作电压。
光子能量在（ a ）点 释放出次级电子的损 失，即光子的能量转 移，以比释动能来度 量；沿径迹（ b ）的 损失，即光子的能量 被介质吸收，以吸收 剂量来度量。 只有当次级电子的射程很短，能量很低时，此时 介质作用点（a）处体积元内所吸收的次级电子 能量，即吸收剂量，在数值上恰好等于入射光子 释放给作用点（a）处的比释动能。
（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动 能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。 “电子平衡”： 在O点处，所 有离开小体积 ΔV的次级电子 带走的能量， 恰好等于进入 小体积ΔV的次 级电子带入的 能量。
（三）照射量和比释动能 在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致 辐射可以忽略时，两者的关系为 ：
W KX e
实际上，在低原子序数介质如空气、水、软组织 中，比释动能可以分成两部分，即
K Kcol Krad
因此，空气介质中照射量和比释动能的关系实际为
K col W X e
（四）照射量和吸收剂量 当满足电子平衡条件时，在空气介质中，照射量 和吸收剂量数值上的关系
W Da X . e
吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐 射，以及适用于受到照射的任何物质。 数值上吸收剂量可表示为:
D (en / )
五、比释动能（kinetic energy released in material，kerma） 不带电电离粒子在质量为dm的介质中释放的全 部带电粒子的初始动能之和。
（四）电离室的复合效应 电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应， 可采取“双电压法”作校正。电离室分别在两个 电压V1和V2下，收集的电荷分别为Q1和Q2。V1 为正常工作电压，V1和V2的比值要大于3。利用 二次多项式计算复合校正因子PS。
Ps a0 a1 (Q1 / Q2 ) a2 (Q1 / Q2 )

在单能光子辐射场中，同一点上的照射量X与能 量注量Ψ之间的关系：
e X ( en / ). W
W=33.97eV
四、吸收剂量（absorbed dose）
D d / dm
d 为其吸收的辐射能。 dm为被照射物质的质量， 吸收剂量的国际单位（SI）为：J· kg-1。 国际单位专用名称是戈[瑞]（Gy）， 旧有专用单位为拉德（rad）,1Gy=100rad。
在介质内设一个充气空腔。如果知道空腔内的带
电粒子注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之 间的关系，就可以由空腔内的电离电荷来确定介
质中的吸收剂量。
利用电离电荷测量剂量的方法称为电离法。
一、电离室的工作机制 基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用 过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得 到吸收剂量。 （一）电离室的基 本原理 电离辐射在灵敏体 积内与空气介质相 互作用产生次级电 子。这些电子在其 运动径迹上使空气 原子电离，产生正、 负离子对。
第三章
X(γ),电子束
电离辐射吸收剂量 的测量
人体组织 沉积能量
电离辐射
吸收剂量
生物效应
§1 剂量学中的辐射量及其单位 §2 电离室测量吸收剂量的原理 §3 电离辐射质的确定 §4 吸收剂量的校准 §6 吸收剂量的其它测量方法
§1 剂量学中的辐射量及其单位
国际辐射单位与测量委员会(ICRU)第33号报告 （International Commission on Radiation Units and Measurements) 一、粒子注量（particle fluence) 辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该 截面da必须 小球的粒子数dN与其截面 da的比值 垂直于粒子的
满足电子平衡时
对几个区域的说明： ⊙ 在建成区域内某一体积单元， X()射线产生 次级电子的能量并未在此小体积中全部被沉积。 即： qe<1.0 ⊙ 当其深度等于次级电子的最大射程时，X()射 线在介质中的衰减可以忽略，满足电子平衡。 即：qe=1.0 ⊙ 随深度进一步增加， X()射线按指数衰减， 使其比释动能下降， X()射线产生的次级电子 主要沿入射方向，在某一点沉积能量的次级电 子产生于沉积点前面，因此，在平衡点之后 qe>1.0
OA段： 逐渐克服复合 与扩散的影响， 电流↑。 AB段： 复合与扩散消 除，电流基本 保持恒定。 BC段： 产生碰撞电离， 电流↑。
（三）电离室的杆效应 电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场 中，会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电 流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为杆效 应。电离室的杆效应一般较小（<1%），但也有 的电离室会高达10％，在实际应用中应尽量避免 并给予校正。
入射方向
dN / da
粒子注量率
单位: m-2
二、能量注量（energy fluence） 进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动 能，它等于dR除以da所得的商。
dR / da
能量注量率
单位J.m-2
粒子注量和能量注量之间的关系： 单能
E
Emax
E为粒子能量
E 为同一位置粒子
非单能 0
E EdE
注量的能谱分布
三、照射量（exposure） X（γ）辐射在质量为dm的空气中释放的全部次 级电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气 中形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不 包括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电 离）dQ与dm的比值，即
X dQ / dm