5第四五章剂量学及测量的基本概念

D K
例题1: 质量为0.2g的物质,10s内吸收电离辐射 的平均能量为100尔格,求该物质的吸收 剂量和吸收剂量率. 解: dm = 0.2g = 2×10-4kg; dEen= 100 erg =10-5J; dt = 10s
dEen 10 D 0.05Gy 4 dm 2 10 dD -1 D 5mGy s dt
二. 吸收剂量的测量
对医学和防护学有意义的量是 吸收剂量。吸收剂量一般通过间接 测量来获取，考察某点能量沉积产 生的理化变化，间接反映该点物质 吸收的射线能量。经过适当校准， 给出D的大小。

吸收剂量（Absorbed Dose） 吸收剂量是指电离辐射在单位质量的介质中沉积 （Imparted）的平均能量。 旧单位为拉德（rad ），SI 单位为戈瑞（Gy ）。 其单位（ Gy ）的定义是每千克（ kg ）物质吸收 1 焦耳 （J）能量时的吸收剂量。1rad=10-2J/kg=1cGy。 吸收剂量与照射量区别： （1）吸收剂量被广泛地应用于不同电离辐射的类 型、能量及各种介质。 （2）吸收剂量反映的是射束在介质中被吸收的情 况，而照射量则是指辐射在空气中电离量的大小。 在临床上，吸收剂量更重要，更被医生所关注， 它的量值是通过使用剂量计及电离室对照射量进行精 确的测算而确定的。
二. 吸收剂量的测量 1、基本测量——量热法
任何物质受照射后吸收的射线能量都 会以热的形式表现.能量—— 热量—— 温度.测量—— 热量计。 由于辐射使温度升高的值T只有10-2 10-3 °C,故测量技术要求很高,只能做标 准仪器校对其它测D的仪器.
二. 吸收剂量的测量 1、基本测量——量热法
一.照射量 X
是直接量度X或γ光子对空气电离能力的量， 可间接反映X射线或γ射线辐射场的强度大小 或光子数多少的一种物理量。 定义: X或γ光子在单位质量的空气中所产生的 总电荷量（或辐射强度或光子数）. 照射量仅适应于能量在 10KeV~3MeV范围内的X射线或γ射线
照射量 X
dQ (C/kg)或(R伦琴) X dm 1R 2.58 104 C/kg
吸收剂量率的单位：
-1. -1 -1. -1 . . 国际单位：焦耳 千克 秒 （J Kg S ） -1 . 专名：戈瑞每秒（Gy S ）
吸收剂量率
讨论:
dD D dt
(Gy/s)
dEX K dm
X或γ能量除转换成电子初始动 能外,还有核与电子间束缚能及散 射光子能量等. 电子初始动能还有一部分转换 成轫致辐射等能量.
比释动能与吸收剂量的关系
两者单位相同，概念有区别； 不带电粒子与物质相互作用，产生带电粒子和其 它次级不带电电离粒子而损失能量，是第一步； 带电粒子把能量授予物质,是第二步。 比释动能表示第一步结果； 吸收剂量则表示第二步结果。 因此，只有满足次级电子平衡条件和韧致辐 射忽略不计时，比释动能才等于吸收剂量。
2、实用空气电离室 电离室 的校准 测量条件: 方法
(1) 室壁与空气等效 (2) 准确得知空气腔体积 (3) 室壁厚度满足电子平衡条件

用两种电离室同时测量已知强度的X、 γ线源,得出实用空气电离室的校准因子.
定期校准
(20°C,760mmHg)
273.2 t 760 K tp 293.2 P
放射性活度与照射量率的关系
.
放射性活度（A）和照射量率（X）的关系如下：
A X= ———— R2
。
式中：X--照射量率，库伦/千克.秒；伦/秒；伦/小时， A--源的放射性活度，贝可；居里， --照射量率常数，库伦.米2/千克；库伦.米2/小时.居里， 1居里的点源在1米处1小时内所产生的照射量率， R--观察点到源的距离，米。 对60CO，=2.56x10-18库伦.米2/千克=1.32伦.米2/小时.居里 对192Ir， =4.72伦.厘米2/小时.毫居里
吸收剂量与照射量：
这两个物理量间，在相同的条件下又存在着一定 的关系。关系如下： D=f.X =0.876(cGY/R).X (R)
式中：f= 0.876(cGY/R)为空气中照射量-吸收 剂量转换系数又叫伦琴拉德转换因子
放射性活度（A） (RADIOACTIVE ACTIVITY)
是指一定量的放射性核素在一个很短的时间间隔dt内发生的核衰变数dN
吸收剂量与照射量的关系



照射量X与吸收剂量D是两个意义完全不同的辐射 量。 照射量只能作为X或γ射线辐射场的量度，描述电 离辐射在空气中的电离本领； 而吸收剂量则可以用于任何类型的电离辐射，反 映被照介质吸收辐射能量的程度,必须注意的是， 在应用此量度时，要指明具体涉及的受照物质， 诸如空气、肌肉或者其他特定材料。 但是，在两个不同量之间，在一定条件下相互可 以换算。对于同种类、同能量的射线和同一种被 照物质来说，吸收剂量是与照射量成正比的。
照射量率:指单位时间内照射量变化率
dX X dt
C kg s
-1 1
二.比释动能 K
比释动能是描述不带电致电离粒子与物质 相互作用时，把多少能量传给了带电粒子的 物理量。在辐射防护中，常用比释动能的概 念推断生物组织中某点的吸收剂量或计算中 子的吸收剂量等。 注意区别： 照射量是以电离电量的形式间接反映射线 在空气中辐射强度的量，不反映射线被物质 吸收而使能量转移的过程。


虽然SED后来被弃之不用，而采用了更加精确 的测量单位，如伦琴等，但皮肤红斑却被物 理学家用作评估放射治疗反应的近似指标。 这在kV级X线照射中是很有意义的，因为皮肤 往往是提高肿瘤致死剂量的受限器官。 当兆伏级X线成为放射治疗的主要手段时，由 于剂量建成效应使皮肤剂量大为降低，所以 才放弃用皮肤反应作为评估的依据。
伦琴的定义: 在X或γ射线照下,0.001293g空 气(相当于0º C和101kPa大气压下1cm3干燥空 气的质量)所产生的次级电子形成总电荷量为 1静电单位的正离子或负离子.即
1静电单位电荷 3.336 10 C 4 1R 2 . 58 10 C/kg 6 0.001293g 1.293 10 kg
1、自由空气电离室
步骤
(1) 设法隔离已知质量的空气 (2) 测量该空气中X、γ线使物质放 出的次级粒子电离产生的同种离子 总电量。
Q X V
造成空 气室非 稳定态 的因素
空气对X线的吸收和散射 离子的复合 入口对X线吸收产生多余次级电子 电离室壁的阻止使电子损失的能量 温度气压变化引起的空气密度改变
介质
热电偶
dE dE dT D dm dT dm
5.能量注量

定义：进入单位截面积小球所有粒子能量的 总和
dEL Ψ = ———
dα
Si单位焦耳米-2或 Jm-2

能量注量率：单位时间内进入单位截面 积小球所有粒子能量的总和
dΨ ψ = ———
dt Si单位焦耳· 米-2秒-1或 J· m-2S-1
粒子注量与能量注量的关系

两者都是描述辐射场强度的辐射量，前者是 粒子数，后者是粒子能量，如果知道每一个 粒子的能量E, 就可知道能量注量。 Ψ=ΦE Emax Ψ=∫0 单能
比释动能率 X或γ光子传能 给带电粒子(K)
(J/kg)或(Gy)
dK K dt
(Gy/s)
电离、激发（被物质吸收 D） 轫致辐射 （不被物质吸收）
三. 吸收剂量D：物质吸收辐射能量的多少 X或γ射线与物质相互作用时，能量转换 分两个阶段进行： 第一：X(γ)
E
带电粒子 (K)
第二：带电粒子
dN A= ------- =N=N0e-t=A0e-t dt
式中：dN--时间间隔dt内放射性核素的核衰变数， ---衰变常数，表示单位时间内每个原子核衰变的 概率， A0-初始时刻该放射性核素的放射性活度。
国际单位：贝可勒尔（Bq） ，MBq，GBq，TBq 专用单位 ：居里（Ci），毫居里（mCi） 1Ci=3.7x1010Bq=3.7x104MBq =3.7x10GBq =3.7x10-2TBq
比释动能 K 定义： X或γ光子等非电离辐射粒子在与物 质相互作用时，物质中原子核外电子 接受能量形成次级粒子射线，在单位 质量的物质中，不带电粒子转移给带 电粒子的全部初始动能之和叫作比释 动能。
数学表述: 不带电射线使物质释放出来的全 部带电粒子初始动能之和与物质质量之比.
dE tr K dm
第四章 辐射剂量学的基本概念
在X射线用于诊断和治疗的年代，曾试图 依据它们与其它物质的化学和生物学反应来测 定电离辐射。例如胶片乳胶对辐射的感光、某 些化学化合物的颜色改变和人体皮肤的潮红反 应等都与吸收的辐射量有关，这只能对辐射剂 量作出粗略估计。 在放射治疗中，所谓皮肤红斑剂量(Skin Erythema Dose，SED)是指刚好使人体皮肤出现 潮红反应的辐射剂量。
5
4.粒子注量 Φ
定义: 进入单位截面 积球体内的粒子数.
h3
da h5 P• h4
h1
dN da
(m-2)
h2
实际辐射场中.每个粒子具有 不同的能量,即Emax~ 0各种可 能值, 粒子能量计算公式为:

Ema x
E
E
0
dE
粒子注量率:
d dt
(m-2s-1)
所以必须进行校正, 统一标准. 国家级的叫 基本标准,对省市(次级标准)统一校正.自由空 气电离室很大,约20m2,成本高,技术复杂,不能 作现场仪器,只能作标准.
2、实用空气电离室 特点
(1)空气压缩,减 小电离室体积 (2) 压缩空气可 用等效材料替 (Z接近),如石墨, 有机玻璃,石蜡
(3)体积小,可现 场携带测量.
ΦEdE
照射量和比释动能之间的区别
辐射量 照射量X 比释动能K 吸收剂量D