电离辐射吸收剂量的测量
吸收剂量的测量
湖 北 省 肿 瘤 医 院放疗科
示值非线性
仪表在不同量程范围内示值偏离线性的百分偏差。
电离室置于恒定辐射场内合适的剂量率点上，在被检量程内 选点5个以上，记录从0累积到不同示值的时间，以量程示值的中 点测量的时间归一，计算各点示值偏离线性的百分偏差：
HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT
参考源的意义 亦称监督源或检验源，用于对剂量仪的检验和校准。 同位素 锶-90（90Sr），半衰期=28.1年，释放β射线（最高能 量0.54MeV）。
应用
一般以120s为测量基准归一； 测量值应使用10%以上量程
参考源原则上只能在检定周期（一年）内应用
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应用电离室剂量仪的注意事项
上式中，f为光子在电离室气腔内发生作用的份额， μab/ρ为光子质能吸收系数，k为电离室扰动修正，脚标 med, wall, air 和a,b分别代表电离室外介质、壁材料、腔内 空气和气腔内径、平衡帽外径。
规 程 演 变 （AAPM）
1983年，美國物理与医学学会(AAPM)出版物TG21号 议定书； 1999年，AAPM颁布了新的议定书TG51. 将照射量转换系数Nx 气转换为气腔校正系数（Cavity Gas Calibration Factor) Ngas来修正电离室，即：
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人体模型（组织替代材料）
定 义：对射线的散射和吸收的特性与人体组织相同的材料
即为组织替代材料。
材料的选择
总线性（或总质量）衰减系数与被替代的组织相同； 质量密度（物理密度）近似相等；
辐照量单位与剂量测量
辐照量单位与剂量测量（一）放射性强度与放射性比度1、放射性强度又称放射性活度，是度量放射性强弱的物理量。
曾采用的单位有：（1）居里（Curie简写Ci）若放射性同位素每秒有3.7×1010次核衰变，则它的放射性强度为1居里（Ci）。
（2）贝可勒尔（Becqurel，简称贝可Bq）1贝可表示放射性同位素每秒有一个原子核衰变。
（3）克镭当量放射γ射线的放射性同位素（即γ辐射源）和1克镭（密封在0.5mm厚铂滤片内）在同样条件下所起的电离作用相等时，其放射性强度就称为1克镭当量。
2、放射性比度将一个化合物或元素中的放射性同位素的浓度称为"放射性比度"，也用以表示单位数量的物质的放射性强度。
（二）照射量照射量（Exposure）是用来度量X射线或γ射线在空气中电离能力的物理量。
使用的单位有：（1）伦琴（Roentgen，简写R）（2） SI库仑/千克（C·kg-1）（三）吸收剂量1、吸收剂量单位（1）吸收剂量被照射物质所吸收的射线的能量称为吸收剂量，其单位有：（1）拉德（rad））：每克物质吸收100尔格的能量（2）戈瑞（Gray，简称Gy）：每kg物质吸收1焦耳的能量。
换算关系：1 GY =100 rad1kGY = 0.1 mrad = 1 KW.S/kg（2）剂量率是指单位质量被照射物质在单位时间内所吸收的能量。
（3）剂量当量是用来度量不同类型的辐照所引起的不同的生物学效应，其单位为希（沃特）（Sv）。
（4）剂量当量率是指单位时间内的剂量当量，单位为Sv·s-1或Sv·h-1。
2、吸收剂量测量（1）国家基准--采用Frickle剂量计（硫酸亚铁剂量计）（2）国家传递标准剂量测量体系--丙氨酸/ESR剂量计（属自由基型固体剂量计），硫酸铈-亚铈剂量计，重铬酸钾（银）-高氯酸剂量计，重铬酸银剂量计等（3）常规剂量计--无色透明或红色有机玻璃片（聚甲基丙烯酸甲酯），三醋酸纤维素，基质为尼龙或PVC 的含有隐色染料的辐照显色薄膜等国内外食品辐照的进展（一）国外1896年--明克（Minck）经实验证实X-射线对原生虫有致死作用。
电离室测量吸收剂量原理
测量步骤
01
02
03
校准
在已知剂量率下对电离室 进行校准，确定其响应与 剂量率之间的关系。
测量
将电离室放置在待测位置， 记录其输出的电离电流。
计算
根据电离电流和校准数据， 计算出待测位置的吸收剂 量。
测量误差来源
吸收剂量和电离室的关系
吸收剂量
吸收剂量是描述电离辐射能量在物质中沉积的量，通常以戈瑞（Gy）为单位。
电离室与吸收剂量的关系
电离室通过测量电离辐射在其中的电离效应，可以间接测量吸收剂量。电离室内部充有惰性气体，当电离辐射进 入电离室时，会在气体中产生电子和离子对，这些电子和离子在电场作用下产生电流，通过测量这个电流即可推 算出吸收剂量。
提高测量精度和稳定性
优化电离室结构设计
通过改进电离室内部结构，减少测量过程中的误差，提高测量精 度。
引入先进技术
运用新型材料、传感器和信号处理技术，提高电离室的响应速度和 稳定性。
建立标准与校准
制定更严格的电离室标准，建立完善的校准体系，确保测量结果的 准确性和可靠性。
开发新型电 用的剂量，确保治疗剂量准确可靠， 避免对正常组织造成不必要的损伤。
电离室可用于测量放射治疗计划中剂 量分布情况，评估治疗效果和优化治 疗方案。
剂量验证与校准
电离室可用于测量放射治疗设备的输 出剂量，进行剂量验证和校准，确保 设备性能稳定可靠。
在放射诊断中的应用
放射成像质量评估
环境监测
扩大电离室在核设施周围环境监测、核应急响应等领域的应用。
核医学成像
开发适用于核医学成像的电离室，提高图像质量和诊断准确性。
电离辐射剂量学
结合物理学、化学、材料科学等学科，研究新型电离辐射剂量测量技术的物理机制和工程实现，提高测量技术的可靠 性和实用性。
环境科学
将电离辐射剂量学与环境科学相结合，研究环境中天然辐射和人工辐射的来源、分布和影响，为环境保 护和公共安全提供科学依据。
电离辐射剂量学在医学、工业和安全领域的应用前景
特性
电离辐射具有穿透性、能量沉积性和电离作用等特性，使其在医学、工 业、科研等领域具有广泛的应用。
电离辐射剂量学基本概念
吸收剂量 表示单位质量物质所吸收的电离 辐射能量，单位为焦耳每千克 （J/kg）。
剂量学参数 描述电离辐射剂量学特性的参数， 包括吸收剂量、照射量、剂量当 量等。
照射量 表示电离辐射在空气中产生的一 次电离的平均电荷量，单位为库 仑每千克（C/kg）。
总结词
热释光是一种通过测量热释发光信号来推算辐射剂量的方法，利用的是某些物质在受辐射照射后能够存储能量并 在加热时以光的形式释放出来。
详细描述
热释光剂量计通常由涂有发光材料的玻璃或塑料制成。当受到电离辐射照射时，发光材料会吸收能量并存储起来。 测量时通过加热使存储的能量以光的形式释放出来，通过光电倍增管转换为电信号并进行计数，从而推算出吸收 的剂量。
研究目的和意义
目的
探究电离辐射剂量与生物效应之 间的关系，为辐射防护和放射医 学提供科学依据。
意义
保护人类免受辐射危害，促进核 能技术的安全应用，推动相关领 域的发展。
02 电离辐射剂量学基础
电离辐射概述
01
电离辐射
是一种能够使物质原子或分子的电子被剥离，导致物质电离的辐射。
02 03
分类
根据来源，电离辐射可以分为天然辐射和人工辐射两类。天然辐射主要 来自地球上的放射性物质和宇宙射线，而人工辐射则主要来自核设施、 医疗设备等人为活动。
辐射空气吸收剂量率 正常值范围
辐射空气吸收剂量率正常值范围辐射空气吸收剂量率正常值范围一、引言辐射空气吸收剂量率，是指单位质量空气中由于电离辐射产生的电离损失与空气质量的比值。
它是评价辐射水平的重要指标之一。
正常范围内的辐射空气吸收剂量率有助于了解环境中的辐射水平是否安全，也对人体健康的影响具有重要意义。
二、辐射空气吸收剂量率的评估1. 辐射来源：辐射空气吸收剂量率的正常范围需结合辐射来源进行评估。
常见的辐射来源包括天然辐射和人工辐射两大类。
天然辐射主要来自地壳、宇宙射线和食物，而人工辐射则来自医疗、工业、生活中的放射性物质等。
2. 测量方法：测定辐射空气吸收剂量率需要依托专业的辐射检测设备，例如个人剂量仪、环境γ辐射监测仪等。
测量时要注意准确、可靠，并且需经过专业机构或单位的认证。
3. 正常范围：辐射空气吸收剂量率的正常范围一般是指特定环境下的辐射水平。
根据国际上的相关标准和规定，不同场所对辐射的限值也各有不同。
4. 影响因素：影响辐射空气吸收剂量率的因素有很多，包括地理位置、气候、海拔、环境中的放射性物质含量等。
在评估正常范围时，这些因素也需要进行考虑。
三、辐射空气吸收剂量率的重要性1. 环境监测：通过对辐射空气吸收剂量率的评估，可以及时了解环境中的辐射水平，及时发现和解决可能存在的辐射污染问题，保障人民的健康和生命安全。
2. 辐射防护：了解辐射水平的正常范围，有利于做好辐射防护工作，正确使用个人防护装备，减少辐射对人体的危害。
3. 健康风险评估：辐射空气吸收剂量率正常范围的评估还有助于对辐射对人体健康的影响进行科学合理的评估，从而采取相应的预防和控制措施。
四、个人观点和理解辐射空气吸收剂量率，是一个涉及生命安全的重要指标。
它的正常范围不仅关乎环境的安全，也直接影响到人类的生存健康。
在日常生活和工作中，对辐射空气吸收剂量率的评估和监测至关重要。
辐射空气吸收剂量率的正常范围是一个科学的标准，它可以帮助我们了解环境中的辐射水平是否安全，对人体健康的影响具有重要意义。
吸收剂量计算方法
吸收剂量计算方法摘要：一、吸收剂量概念介绍二、吸收剂量计算方法1.质量剂量计算2.能量剂量计算3.剂量当量计算三、吸收剂量在辐射防护中的应用四、吸收剂量与其他辐射指标的关系五、吸收剂量的测量与监测正文：一、吸收剂量概念介绍吸收剂量是指辐射在物质中传播时，单位质量的物质吸收的辐射能量。
它是一个衡量辐射对物质影响程度的物理量，单位为焦耳/千克（J/kg），常用符号D表示。
吸收剂量取决于辐射源的特性、辐射传播路径和受照物质的性质。
二、吸收剂量计算方法1.质量剂量计算质量剂量是指单位质量的物质吸收的辐射能量。
质量剂量的计算公式为：D = ∫dE/dm其中，D表示质量剂量，dE表示辐射能量微元，dm表示物质微元的质量。
2.能量剂量计算能量剂量是指辐射在物质中传播时，单位质量的物质吸收的辐射能量。
能量剂量的计算公式为：D = ∫dE其中，D表示能量剂量，dE表示辐射能量微元。
3.剂量当量计算剂量当量是指辐射对生物组织的危害程度，它取决于吸收剂量和组织的生物效应系数。
剂量当量的计算公式为：H = D × β其中，H表示剂量当量，D表示吸收剂量，β表示组织的生物效应系数。
三、吸收剂量在辐射防护中的应用吸收剂量在辐射防护领域具有重要意义。
通过测量和计算吸收剂量，可以评估辐射对环境和生物组织的危害程度，为辐射防护措施提供依据。
此外，吸收剂量还可用于辐射监测和辐射事故应急处理。
四、吸收剂量与其他辐射指标的关系1.吸收剂量与辐射剂量率的关系：辐射剂量率是指单位时间内接收到的辐射能量，与吸收剂量成正比。
2.吸收剂量与辐射强度的关系：辐射强度是指辐射源在某一方向上的辐射能量密度，与吸收剂量成正比。
3.吸收剂量与辐射半径的关系：辐射半径是指辐射源对周围环境的辐射影响范围，辐射半径越大，吸收剂量越小。
五、吸收剂量的测量与监测吸收剂量的测量与监测方法主要有以下几种：1.电离辐射探测器：电离辐射探测器是一种用于测量辐射剂量的设备，如盖革计数器、闪烁计数器等。
吸收剂量的测量课件
研发新型探测器
01
通过研发新型的、高灵敏度的探测器，提高对微弱信号的捕捉
能力，从而提高测量精度。
优化数据处理算法
02
通过改进和优化数据处理算法，减少误差和不确定性，提高测
量精度。
加强培训与操作规范
03
对测量人员进行专业培训，确保他们按照规范进行操作，减少人为误Βιβλιοθήκη 。THANKS感谢观看
吸收剂量的测量课件
目录
• 吸收剂量的基本概念 • 吸收剂量的测量方法 • 吸收剂量的影响因素 • 吸收剂量的应用 • 吸收剂量测量的未来发展
01
吸收剂量的基本概念
吸收剂量的定义
吸收剂量：表示单位质量物质所吸收 的电离辐射能量，是描述电离辐射与 物质相互作用的重要参数。
吸收剂量是描述电离辐射在物质中沉 积能量的物理量，其大小取决于电离 辐射的种类、能量、物质的性质以及 吸收剂的厚度和密度等因素。
吸收剂量的物理意义
吸收剂量可以用来评估电离辐射 对人体的潜在危害和损伤程度。
在放射治疗、放射诊断、辐射防 护等领域，吸收剂量被广泛用于 描述辐射对生物组织的损伤效应
和剂量估算。
了解吸收剂量的物理意义对于评 估辐射风险、制定安全标准和指
导辐射实践具有重要意义。
02
吸收剂量的测量方法
电离室法
总结词
在核安全领域的应用
核设施安全
吸收剂量的测量是核设施安全运行的重要参数之 一，有助于评估核设施的辐射水平和安全性。
核能发电厂
在核能发电厂中，吸收剂量的测量有助于确保核 反应堆的安全运行和发电效率。
核武器安全
在核武器研制和生产过程中，吸收剂量的测量有 助于确保核武器的安全性和可靠性。
电离辐射测量
电离辐射测量
电离辐射测量是指测量空间中存在的电离辐射的强度和剂量。
电离辐射是指能够使原子或分子电离的辐射，包括α粒子、β粒子和γ射线等。
电离辐射测量可以用于辐射防护、核能安全、医学诊断和治疗等领域。
常见的测量方法包括：
1. 剂量测量：用于测量辐射的剂量，即单位时间内辐射能量对物质造成的吸收剂量。
常见的剂量测量仪器包括电离室、比较室和电离室剂量仪等。
2. 个人剂量测量：用于测量个人接受的辐射剂量，以评估个人辐射安全。
常见的个人剂量测量仪器包括个人剂量仪、手环剂量仪和口服剂量仪等。
3. 辐射强度测量：用于测量辐射源的辐射强度，即辐射能量单位时间内通过单位面积的数量。
常见的辐射强度测量仪器包括辐射仪、γ射线探测器和β粒子探测器等。
4. 辐射监测：用于持续监测空间中的辐射水平，以及检测可能的辐射泄漏或事故。
常见的辐射监测设备包括辐射监测仪、环境辐射监测网络和核素监测仪等。
电离辐射测量可以帮助人们了解环境中的辐射水平，评估辐射对人体的危害程度，并制定相应的防护措施。
在核能行业、医疗领域和辐射防护中都起着重要的作用。
电离辐射剂量学
电离辐射剂量学：研究电离辐射能量在物质中的转移和沉积的规律，特别是转移和沉积的度量（量的定义、测量、计算等）的科学。
剂量计算或测量两种基本途径：（1）辐射场本身测量—辐射场粒子数、辐射的能谱分布、辐射能量沉积本领 （2）直接或间接测量沉积能量 第一部分回顾 1、辐射的分类i.电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，如α粒子、β粒子、质子、中子、X 射线和γ 射线等。
ii.非电离辐射：与物质作用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红外线等。
1、辐射的分类i.电离辐射：通过初级和次级过程引起物质电离，如α粒子、β粒子、质子、中子、X 射线和γ 射线等。
ii.非电离辐射：与物质作用不产生电离的辐射，如微波、无线电波、红外线等。
da ┴ = dacos θ定义： Φu =dN/ da ┴ 为单向辐射场的粒子注量。
一般情况：各向辐射场定义：Particle fluence (粒子注量)Φ： Φ=dN/da ，m-2da dN /=φEnergy fluence （能量注量）Ψ：Ψ=dR/da ，j.m-2按能谱分布： 能量注量： 能量注量与粒子注量的关系 3、相互作用系数A 、带电粒子（e 、α、重带电粒子） 总阻止本领: 总线阻止本领带电粒子通过物质时在单位路程上损失的能量。
－ dE 是dl 距离上损失能量的数学期望值。
总线阻止本领与带电粒子的性质（电荷、质量、能量）和物质的性质（原子序数、密度）有关。
去除物质密度的影响可得到总质量阻止本领公式：总质量阻止本领描述带电粒子在物质中穿过单位路程时，因各种相互作用而损失的能量。
它可分解为各种相互作用阻止本领之和。
质量碰撞阻止本领（包括电离和激发对能量损失的贡献）()/E d E dE Φ=Φ0()EE E dE Φ=Φ⎰da dE ft /=ψ⎰=max 0E E EdEφψdldE s =dldE s ρρ1/=/(/)(/)c r S S S ρρρ=+1(/)/c c S dE dlρρ=X 、γ射线与物质作用类型：⏹光电效应⏹康普顿效应⏹电子对生成5MeV γr=1mm 栅元0.2×1mm 25MeV n r=1mm 栅元0.2×1mm 2笔形束辐射在水模中的纵向能量沉积中子与物质相互作用类型:⏹ 弹性散射（Elastic-scattering ）：总动能守恒。
电离辐射吸收剂量的测量
第三章电离辐射吸收剂量的测量X（γ）射线和高能电子束等电离辐射进入人体组织后，通过和人体组织中的原子相互作用，而传递电离辐射的一部分或全部能量。
人体组织吸收电离辐射能量后，会发生系列的物理、化学、生物学变化，最后导致组织的生物学损伤，即生物效应。
生物效应的大小正比于组织中吸收的电离辐射的能量。
因此确切地了解组织中所吸收的电离辐射的能量，对于评估放射治疗的疗效和它的副作用是极其重要的。
单位质量的物质吸收电离辐射的平均能量称为吸收剂量，它的精确确定，是进行放射治疗最基本的物理学要素。
本章将介绍剂量学中所涉及的辐射量及其单位，重点阐述电离室法测量吸收剂量的原理、方法和步骤，并对其它测量方法的原理和应用作相应说明。
第一节剂量学中的辐射量及其单位本节主要根据国际辐射单位和测量委员（ICRU）会第33号报告的内容，重点介绍与放射治疗和辐射防护有关的辐射量及其单位。
一、粒子注量粒子注量Ф（particle fluence）是以入射粒子数目描述辐射场性质的一个量，它等于dN除以da 所得的商。
即辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该小球的粒子数dN与其截面da的比值/Φ=dN da单位m-2。
截面da必须垂直于每个粒子的入射方向，为使来自各个方向的入射粒子都能满足这个要求，采用小球来定义。
粒子注量率：单位时间内粒子注量的增量。
单位。
二、能量注量能量注量Ψ（energy fluence）是以进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能来描述辐射场性质的一个量，它等于dR除以da所得的商。
ψ=/dR da单位。
能量注量率：单位时间内能量注量的增量。
单位J. 。
粒子注量和能量注量都是描述辐射场性质的物理量，它们之间的关系单能 E ψ=Φ⋅非单能 max0E E EdE ψ=Φ⎰E 为粒子能量，E Φ为同一位置粒子注量的能谱分布。
三、照射量照射量X （exposure ）等于dQ 除以dm 所得的商。
即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 =X 的单位为。
肿瘤放射物理学-物理师资料-32 电离室测量吸收剂量的原理
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。
（六）温度气压效应
对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随环境的温度和气压 而变化。 对温度和气压的校正公式为：
K pt
273.2 t 273.2 T
1013 p
此处，t和p分别为测量现场的温度和气压，t的量纲为 0C，p的量纲 为 mbar(毫巴)，T为国家标准实验室校准该电离室时(包括静电计) 的温度，一般都转换为20 0C。
（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 )2
上通过，从而产生噪声，即绝缘子的漏电流。
电离室的形状、大小、室壁材料以及所充气体成分、压 强等都要根据入射粒子的性质、测量要求来确定。 例如，
测量α粒子能量时，要求电离室的容积和气压能使α粒 子的能量全部损失在灵敏区内；
测量γ射线强度时，宜采用高原子序数材料．以增加γ 射线的光电截面。
（二）指形电离室（thimble chamber）
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。 （一）电离室的方向性
第12讲 腔室理论
Jg，则：
W Di Dg ( ) g J g e
Dm Di ( S / )m ,i
W Dm ( S / )m , g ( ) g J g e
25
小结：
综合低能和高能电离辐射的测量原理，需注意以下几点: 1）中低能X(γ)射线吸收剂量的测量，首先测量的可以是照射 量，但电离室材料不仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡 条件。 2）用布拉格—格雷理论测量吸收剂量时，就不需要电子平衡 条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只和 介质中的实际吸收的能量有关。对中低能X(γ)射线时，只要电 离室壁材料和空气等效，对空腔的大小没有特别的限制。如在 空气中测量低水平辐射，电离室体积往往比较大。
30
30
10.3.2 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。
4
33
33
10.3.3 热释光剂量计TLD
34
10.3.4 固体径迹剂量计SSNTD
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.
物理实验技术中的测量电离辐射方法
物理实验技术中的测量电离辐射方法电离辐射是一种高能量的辐射形式，对人类和环境都具有一定的危害性。
因此，准确测量电离辐射的方法对于辐射防护和核能安全至关重要。
本文将介绍物理实验技术中常用的测量电离辐射的方法，包括电离室法、半导体探测器和闪烁体探测器。
一、电离室法电离室是一种常用于测量电离辐射的仪器。
它由金属壳和一个空气填充的腔体组成。
当电离辐射通过电离室时，会使得腔体内的空气分子电离产生正、负电离对。
这些电离对会在电场的作用下向正、负极板移动，产生电流。
通过测量电流的大小，就可以得到电离辐射的强度。
电离室法主要适用于测量α、β和γ等不同类型的电离辐射。
由于其原理简单，测量结果准确可靠，所以被广泛应用于核能安全和医学诊断中。
但是，电离室法对于辐射源的大小和形状有一定的要求，且需要辐射量比较大才能产生可观测的电流，因此在一些特定情况下可能不适用。
二、半导体探测器半导体探测器是一种利用半导体材料测量电离辐射的装置。
它由p-n结构的半导体材料构成，当电离辐射穿过半导体材料时，会生成电子空穴对。
这些电子空穴对会在半导体中产生电流，通过测量电流的大小就可以得到电离辐射的强度。
相比于电离室法，半导体探测器具有更高的灵敏度和更广的动态范围，且对辐射源的大小和形状要求较低。
因此，半导体探测器被广泛应用于辐射监测以及核物理实验中。
然而，半导体探测器在高温、高剂量率等极端环境下可能会出现性能衰减或损坏的问题。
三、闪烁体探测器闪烁体探测器是一种利用闪烁材料测量电离辐射的装置。
它由闪烁结构的晶体材料和光电倍增管等部件组成。
当电离辐射通过闪烁材料时，闪烁材料会发出光子。
这些光子被光电倍增管吸收后会产生电流，通过测量电流的大小就可以得到电离辐射的强度。
闪烁体探测器具有较高的灵敏度和较好的能量分辨率，在核物理实验中被广泛应用于测量γ射线和中子。
然而，闪烁体探测器的构造复杂，且对工作温度和湿度等环境条件有一定的要求。
同时，闪烁材料的选择和制备也对探测器的性能有直接影响。
射线的测量
第五章射线的测量射线的测量是放射治疗的基础工作，与放疗的质量、疗效密切相关。
电离辐射与物质相互作用产生的各种效应是测量各种电离辐射的基础。
广泛应用于剂量测量工作的电离室，依据的就是辐射的电离效应。
其它如辐射的热作用、化学作用以及使某些固体材料物理性质改变也都可以用于剂量测量。
其中电离室法是被国际权威性学术组织和国家技术监督部门确定的、用于放射治疗吸收剂量校准及日常监测的主要方法，本章将重点阐述电离室法测量射线的原理、方法和步骤，并对其它测量方法的原理和应用作介绍。
第一节电离室电离室是最早应用的电离辐射探测器，迄今已有近百年的历史，至今仍被广泛应用。
电离室测量吸收剂量的基本过程是，通过测量电离辐射在与物质（空气）相互作用过程中产生的电离电荷量，计算得出吸收剂量。
一、电离室基本原理如图5-1所示，在空气中入射的X或γ射线通过光电、康普顿效应或电子对过程中将部分或全部能量转换给原子内的电子，这些高速电子沿其轨迹又产生电离。
在离子收集电极的电场的作用下，正电荷向负极板运动，负电荷向正极板运动，所形成的电流可用静电计测量。
根据照射量的定义，光子在特定体积内(图中阴影区)所产的电子必需在极板离子收集区内的空气中通过电离把它们全部的能量消耗掉，并且无遗漏地将全部正负电离电荷收集起来。
然而，实际上在给定体积内产生的电子中有的会把它们的能量沉积在离子收集区之外，因而未被记录测量；另一方面，在给定体积之外产生的电子亦可能进入离子收集区内，并在其中发生电离。
一旦前者的电离损失为后者的电离贡献所补偿时，即为达到了电子平衡状态，此时测量到的电离电荷，理论上应为次级电子所产生的全部电离电苘量。
图5-1 电离室工作原理示意图自由空气电离室或标准电离室是根据上述原理而设计用于测量照射量的仪器。
这种一级标准电离室通常仅安装在国家标准实验室内，主要用来校准次级标准剂量仪，后者再用于刻度现场使用的剂量仪。
图5-2是自由空气电离室的结构图。
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第三章 电离辐射吸收剂量的测量X(γ)射线与高能电子束等电离辐射进入人体组织后,通过与人体组织中的原子相互作用,而传递电离辐射的一部分或全部能量。
人体组织吸收电离辐射能量后,会发生系列的物理、化学、生物学变化,最后导致组织的生物学损伤,即生物效应。
生物效应的大小正比于组织中吸收的电离辐射的能量。
因此确切地了解组织中所吸收的电离辐射的能量,对于评估放射治疗的疗效与它的副作用就是极其重要的。
单位质量的物质吸收电离辐射的平均能量称为吸收剂量,它的精确确定,就是进行放射治疗最基本的物理学要素。
本章将介绍剂量学中所涉及的辐射量及其单位,重点阐述电离室法测量吸收剂量的原理、方法与步骤,并对其它测量方法的原理与应用作相应说明。
第一节 剂量学中的辐射量及其单位本节主要根据国际辐射单位与测量委员(ICRU)会第33号报告的内容,重点介绍与放射治疗与辐射防护有关的辐射量及其单位。
一、粒子注量粒子注量Ф(particle fluence)就是以入射粒子数目描述辐射场性质的一个量,它等于dN 除以da 所得的商。
即辐射场中以某一点为球心的一个小球,进入该小球的粒子数dN 与其截面da 的比值/dN da Φ=单位m -2。
截面da 必须垂直于每个粒子的入射方向,为使来自各个方向的入射粒子都能满足这个要求,采用小球来定义。
粒子注量率:单位时间内粒子注量的增量。
单位m -2、s -1。
二、能量注量能量注量Ψ(energy fluence)就是以进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能来描述辐射场性质的一个量,它等于dR 除以da 所得的商。
/dR da ψ=单位J 、m -2。
能量注量率:单位时间内能量注量的增量。
单位J 、 m -2、s -1。
粒子注量与能量注量都就是描述辐射场性质的物理量,它们之间的关系单能 E ψ=Φ⋅非单能 max0E E EdE ψ=Φ⎰E 为粒子能量,E Φ为同一位置粒子注量的能谱分布。
三、照射量照射量X(exposure)等于dQ 除以dm 所得的商。
即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 =X 的单位为C 、kg -1。
曾用单位为伦琴(R),1R ＝2、58×10-4C 、 kg -1。
照射量就是用以衡量X(γ)辐射致空气电离程度的一个量,不能用于其它类型辐射(如中子或电子束等)与其她物质(如组织等)。
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,这点在X(γ)射线能量较高时会有明显意义。
如果X(γ)射线能量不就是很高,次级电子发射的轫致辐射可以忽略,则空气中某点的照射量就就是X(γ)辐射在该点空气中比释动能K 空气的电离当量,即e X K W =空气在单能光子辐射场中,同一点上的照射量X 与能量注量ψ有如下关系 (/).en e X W μρ=ψ e 就是每一离子的电荷,W 就是在空气中每形成一个离子对消耗的平均能量,/en μρ就是空气对给定能量光子的质能吸收系数。
由于现有技术还不能对能量很低与很高的X(γ)射线的照射量做精确测量,因此照射量实际仅对光子能量介于几千电子伏至几兆电子伏范围内X(γ)射线适用。
照射(量)率:单位时间内照射量的增量。
单位C 、kg -1、s -1。
(曾用单位R 、 s -1)四、吸收剂量吸收剂量D(absorbed dose)等于d ε除以dm 所得的商,即电离辐射给予质量为dm 的介质的平均授予能d ε:/D d dm ε=单位为J 、kg -1;专用名戈瑞(Gray,符合表示Gy),1Gy ＝1 J 、kg -1。
曾用单位为拉德(rad),1Gy ＝100rad 。
吸收剂量就是度量单位质量受照物质吸收电离辐射能量多少的一个量,它在辐射效应研究中就是极为重要的。
因为辐射作用于物质引起的效应主要决定于该物质所吸收的辐射能量。
吸收剂量适用于任何类型与任何能量的电离辐射,以及适用于受到照射的任何物质。
由于在同样的照射条件下,不同物质,如骨与软组织等,吸收辐射能量的本领不一样,所以在论及吸收剂量时,应该明确辐射类型、介质种类与特定位置。
数值上吸收剂量可表示为(/)en D μρ=ψ单位时间内吸收剂量的增量,称为吸收剂量率,单位为Gy 、s -1。
五、比释动能比释动能K(kinetic energy released in material,kerma)等于dE tr 除以dm 所得的商。
即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与。
/tr K dE dm =K 的单位为J 、kg -1;专用名为Gy 。
按照比释动能的定义,dE tr 应包括带电电离粒子在轫致辐射中辐射的能量与发生在dm 介质中二次效应产生的所有带电电离粒子如俄歇电子的能量。
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与的多少的一个量,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。
在带电粒子平衡条件下,数值上比释动能等于(/)/(1)en K g μρ=ψ-g 为次级带电粒子以轫致辐射损失其能量的份额。
六、当量剂量当量剂量H T (equivalent dose)等于某一组织或器官T 所接受的平均剂量D T,R ,经辐射质为R 的辐射权重因子(radiation weight factor)w R 加权处理后的吸收剂量。
,T R T R RH w D =∑单位为J 、kg -1,专用名为希沃特(Sievert),符合为Sv,1Sv ＝J 、kg -1。
当量剂量就是辐射防护剂量学的基本的量,就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。
应该指出,当量剂量只限于在辐射防护所涉及的剂量范围内使用。
七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联与区别(一)间接致电离辐射的能量转移与吸收间接致电离辐射在放射性治疗中主要指X(γ)辐射,即放射性核素产生的γ射线以及各类X 射线治疗机与医用加速器产生的X 射线。
X(γ)光子进入介质,经与介质相互作用损失能量,可以分为两步:(a)入射光子将其全部或部分能量转移给介质而释放出次级电子;(b)获得光子转移能量的大部分次级电子再与介质原子的电子相互作用,以使原子电离或激发的形式损失能量,即被介质吸收;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。
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。
比释动能就是入射光子在作用点(a)处释放给次级电子的总动能;而吸收剂量就是次级电子沿其径迹(b)释放给介质的能量。
因此只有当次级电子的射程很短,能量很低时,次级电子一产生就将其获得的光子转移能量全部释放给作用点附近的介质,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)电子平衡由于比释动能的计算点,与次级电子的能量沉积点即吸收能量的测量点与计算点不在同一位置,利用比释动能计算吸收剂量必须附加条件,而电子平衡或广义的带电粒子平衡就就是其中最重要的条件之一。
电子平衡或带电粒子平衡就是剂量学的一个重要的概念。
如果所有离开小体积V ∆的次级电子带走的能量,恰好等于进入小体积V ∆的次级电子带入的能量,则称在O 点处存在“电子平衡”。
电子平衡成立的条件:(1)小体积V ∆周围的X(γ)辐射场必须均匀,以使V ∆周围X(γ)光子释放的次级电子的注量率保持不变。
这不仅要求V ∆周围的辐射强度与能谱不变,而且要求V ∆周围(图中虚线以内部分)的介质就是均匀的。
(2)小体积V ∆在各个方向离开介质边界的距离d 要足够大,至少要大于次级电子的最大射程。
严格将,上述条件难以实现,特别就是近辐射源处,辐射强度随位置变化显著;以及两种不同介质的交界处,为非均匀介质,都不可能满足电子平衡的条件。
但在实践中,需对某些条件作些处理,以使在一定的精度范围内,可认为电子平衡成立。
如当X(γ)射线能量较低时,由于次级电子射程相对较短,X(γ)光子的衰减可以忽略,则在某些受照射的介质中,可认为近似存在电子平衡。
(三)照射量与比释动能根据照射量的定义,在电子平衡条件下,它与X(γ)光子辐射在空气中的能量注量的关系为(/).en e X Wμρ=ψ 而当X(γ)光子辐射的能量限于60Coγ射线的能量1、25MeV 以下时,它在空气中产生的次级电子发生轫致辐射的份额很低,约0、003,如忽略不计,则(/)/(1)en K g μρ=ψ-可写成(/)en K μρ=ψ得到在空气介质中照射量与比释动能的关系W K X e= 实际上在低原子序数介质如空气、水、软组织中,电子的初始动能的大部分消耗于与介质电子发生非弹性碰撞,引起原子的电离或激发,仅有一小部分消耗于与原子核发生辐射效应(轫致辐射)。
这样,比释动能可以分成两部分,即col rad K K K =+因此,空气介质中照射量与比释动能的关系实际为col W K X e= (四)照射量与吸收剂量当满足电子平衡条件时,在空气介质中,照射量与吸收剂量数值上的关系.a W D X e= 照射量与吸收剂量的转换关系式(/)(/).33.97(/)a D J kg X C kg J C =()().0.876(/)a D cGy X R cGy R =(五)吸收剂量与比释动能当满足电子平衡条件,并且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时,吸收剂量与比释动能在数值上就是相等的。
当电子平衡条件不能建立时,为使两者之间进行数值转换,需引入一个电子平衡系数q e ,它表示X(γ)光子辐射在一小体积单位内沉积的能量E dep 与X(γ)光子辐射在同体积内电离过程中释放的能量E col 之比,即q e ＝E dep /E col 。
第二节 电离室测量吸收剂量原理一、电离室的工作机制电离室就是最早应用的电离辐射探测器,其测量吸收剂量的基本过程就是,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)电离室的基本原理两个互相平行的电极之间充满空气,称为电离室灵敏体积。
当电离辐射,如X 射线或γ射线射入电离室的灵敏体积内,与其中的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中的原子电离,产生一系列的正负离子对。
在灵敏体积内的电场作用下,电子、正离子分别向两极漂移,引起相应极板的感应电荷量发生变化,从而在外接电路中形成电离电流。