5第四五章剂量学及测量的基本概念

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
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。
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。
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
定义: 单位质 量的物质, 对任 意种辐射能量均 值的吸收量.
电离、激发
物质吸收 (D)
(J/kg)或(Gy) 旧单位(rad) 1Gy=100rad
dEen D dm
吸收剂量的单位 ：
-1 -1 . . 国际单位：焦耳 千克 （J Kg ）
专名
：戈瑞（Gy),毫戈瑞（mGy）， 微戈瑞 (Gy） -1 1 Gy=100cGy=1 J.Kg 1rad=10-2Gy=1cGy
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。
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
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。
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
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,wenku.baidu.com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)
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。
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
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
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


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。
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
介质
热电偶
dE dE dT D dm dT dm
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
10
换算: 1个单价离子的电荷量是4.8×10-10静 电单位,因此产生1静电单位电荷量的离子对 为
1 9 2.083 10 离子对 10 4.8 10
带电粒子在空气中形成一对离子所耗平均 能量为33.85eV,因此1R 照射量在0.00129g空 气中交给次级电子的能量相当于 2.083×109×33.85 = 7.05 ×1010 eV
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
第五章. 放射线的测量
一. 照射量的测量
利用空气电离室测量.根据照射量的定义 设计,分若干种类.最准确的叫自由空气电离 室 又叫标准电离室.
1、自由空气电离室
1、自由空气电离室
电子平衡
自由空气电离室又叫标准型电离室 (Free· AirIonization Chanlber)


有两个光栏（入射和出口）， 工作气体就是空气,有两个极性 相反的平行电极。阴影部分为 测量体积V 当光子束穿过充满空气的两个 互相平行的电极板之间时，经 与空气介质相互作用，形成次 级电子。这些电子使空气原子 电离产生的正负离子在极间电 场的作用下 ，分别被两个电极 所收集。当入射光子能量较低， 达到电子平衡，测量到的电离 电荷，即为次级电子所产生的 全部电离量。椐这一原理，可 制成“自由空气电离室”（见 图）。
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
1R X射线或γ射线照射量的等值定义: a.在0.00129g空气中形成的1静电单位电 荷量的正离子或负离子； b.在0.00129g空气中形成2.083×109对离 子； c.在0.00129g空气中交给次级电子7.05 ×1010 eV或11.3 ×10-9J的辐射能量； d.在1g空气中交给次级电子87.3 ×10-7J 的辐射能量.
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
剂量学含义 表征X,γ射 线在空气中 辐射强度大 小的物理量
表征非带电 粒子在关心 体积内交给 带电粒子损 失的能量
表征任何辐 射在关心体 积内被物质 吸收的能量
适用介质
适用辐射类 型
空气
X,γ射线
任何介质
任何介质
电子中子光 任何辐射 子等
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.
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