电离辐射剂量学基础课件——第六章 外辐射剂量学

·深度剂量分布：体模中D沿参考轴的分布（参考轴为源的 几何中心与光栏中心的直线）
·水等效厚度：如果平行射束垂直照射水体模时深度Zw处 的吸收剂量，与照射介质m组成的体模时深度Zm处的吸 收剂量相等，则称Zw为介质层Zm的水等效厚度。
定义：标度因子（Scaling factor）
SFw,m
Zw Zm
·体模的形状、材料和尺寸 形状：可根据模拟对象做成任意形状
矩形 正 球方 形形 椭球形 似人的
材料： 组织等效指的是材料对不带电粒子的衰减系数、 能量转移系数和能量吸收系数以及对带电粒子的碰撞 阻止本领、辐射阻止本领和散射本领等均与组织的接 近，因而对电离辐射的吸收，衰减和散射作用与组织 的近似。 例如：对于光子和电子，水具有较好的组织等效性；
其中Di (z) Dw (z)
4.当Q点在介质层内时CF的计算
介质层h对初级辐射的衰 减校正与3讨论的相同。但介 质层对辐射的吸收作用与水不 同。故在计算吸收剂量校正因 子时，还应该考虑对能量吸收 的修正，即
CFi
CFC(F(eLn
) i,w 初级辐射为不带电粒子 ) i,w 初级辐射为带电粒子
方法测量。
•参考点D的精确测量是体模中D测量的关键
2.测量参考点D的方法的要求及选择 方法选择要求：所选择的剂量计必须是经过国
家标准实验室刻度或由国家标准传递的剂量计。
（1）电离室法
·特点：应用普及、操作简便、精密度高； ·Dst Dg,u rst,g Pu ，其中rst,g为由空腔气体的平均Dg,u 到组织等效材料（体模）中Dst的转换因子；Pu为干扰 修正因子。
对于不带电粒子射束：
SFw,m
m w
(
) m,w
对于电子束：SFw,m
来自百度文库
m w
row rom
若对非平行射束： Dw ( f Z m )2
Dm
f Zw
二、射束特性
1、电子束的特性参数 •能量参数
电子谱的最大能量Em、最可几能量Ep、 注量谱的平均能量E、能量峰值半高度的全 宽度Γ
•射程参数
R’85、R85、R50、Rq、Rp
讨论：
*在已知 Da , Ka或粒子注量 的参考射束中，利用转换系数对
环境监测仪按
H *或 进H行刻度时，监测仪可直接放在射
束中进行；
*对于佩带在人身上的个人计，H p (0) H (10、) Hs (0.07) H (0.07)
，故剂量计按 H p (10)或H s (0.07)的刻度可应用H′的转换因子 在ICRU球上进行；
·特点：
* H*(d)值由参考点的辐射场唯一确定 ; * H*(d)可用各向同 性响应的测量仪器精确测 量; *可用H*(d)表征有效剂量（有效剂量概念的实 质是各器官和组织随机危险的叠加性），且可以给 出有效剂量的偏安全的估计值（一般H*(d)略大于HE） （图7.35，7.36）
4.定向当量剂量 H (d)
第三讲 外辐射实用量
一、外辐射实用量的引入
1.辐射防护的目的
防止有害的确定性效应，并将随机性效应的发生几 率限制到被认为可以接受的水平。 •需要测量HT和E •要精确地计算或者测定人体器官的当量剂量或有效 剂量是极其困难甚至是不可能的。 •需要引入新的物理量：通过对这些量的测量来定量 地描 述个人或公众所接受的实际或潜在的照射，并 将所得结果与 主管当局所规定的防护限值进行比较，检查规范的执行情况 和防护设施的可靠性。
2、光子束的品质
γ射线：用放射性核素的原子序数和原子量表征
X射线： ·半价层厚度（Half-value thickness）是使X射线平行 窄束的照射量减小到原来的1/2时所需要的铝，铜或铅的 厚度。 ·NACP(Nordic Association of Clinical Physics)
J100 / J 200Wf 011000c0m100mm
*测量Hp和Hs的剂量计都是按佩带在人体表面设计的， 人体提供了反散射，但剂量计要覆盖适当厚度的衰减材 料，使之对不同方向的入射辐射获得正确的响应。
上述四个剂量学量满足了实用量应具备的特点。
三、实用量的测量
1.绝对测量：按的 H * (d )和H (d ) 定义测量
2.相对测量：测空气中的吸收剂量Da , Ka或粒子注量 ， 利用这些量到环境当量剂量的换算系数计算出射束中的。
P.209图7.17 描述光子在水体模中的百分深度剂量分布特点。
·用p(z)和Kc,a表示Dz
Dz Dm p(z)% fk Kc,abmezm p(z)%
离轴比（off-axis ratio, OAR）
·定义
g z (x) D(z, x) Dz
·gz(x)和p(z)可以给出体模中D的二维分布。
对于中子，组织等效塑料（A150）、聚甲基 丙烯酸甲脂（PMMA）。
尺寸： 未受照部分（射束周围）的宽度，测量点以 下的深度的大小须提供充分的反散射物质。
·典型的体模
ICRU球
d 30cm
1g.cm3
O : 76.2%;C :11.1%;H :10.1%; N : 2.6%
MIRD体模：见P.198.图7-1 中国人体模：四川大学林大全教授
第六章 外辐射剂量学（ ERD ）
ERD研究以人身为主的各种客体受体外辐射源 照射的剂量学问题 。
第一讲 体模、射束和体模中 吸收剂量的测量
一、体模（Phantom）
·体模 在辐射防护、放射治疗和辐射加工中， 为了模拟测量和计算受外部辐射源照射的人体、实 验动物或辐照产品中的吸收剂量分布，设计或制作 的一些具有约定尺寸和材料组成的模型。
*辐射场均匀，且身体上指定点的外法线方向与定义 H (d) 的指定方向重合，则 H p (d )或H s (d ) H (d ) ；
*在单向均匀辐射场中如果指定点外法线的方向与入射辐 射的方向反平行，则
H p (d)和Hs (d) H * (d)
一般< H * (d)
*戴在手臂上的个人剂量计，用ICRU球刻度会产生过高 的反散射，但β辐射除外；
齐向扩展场：注量及其能量分布在所关心的体积 中处处与实际辐射场中参考点的相同，而能量是单向 的衍生辐射场。
目的
更好地定义实用量
弱贯穿辐射与强贯穿辐射：
Hs
E
10为弱贯穿 〈10为强贯穿
3.周围剂量当量H*(d)
·用途：环境监测
·定义：辐射场中某点的周围当量剂量H*(d)是由相应 的齐向扩展场在ICRU球中对着齐向场方向的半径上 深度d处产生的当量剂量。
·定义
贯穿个人当量剂量Hp(d)：身体上指定点下适于 强贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量，d的建 议值为10mm。
浅层个人当量剂量Hs(d)：身体上指定点下适 于弱贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量, d的 建议值为0.07mm。
·讨论
*个人当量剂量是在人体组织中定义的，因而既不 能直接测量，也不可能从一种普通的刻度方法推 导出来；
解决可测量性
二、外辐射实用量（剂量学量）
1.分类
①环境测量（监测）用当量剂量H * (d) 、H (d )
②个人测量（监测）用当量剂量 H s (d ) 、H p (d )
2.衍生辐射场 衍生辐射场：由实际辐射场抽象出来的，具有某
些规定特性的辐射场。 扩展场：注量及其角分布和能量分布在所关心的
区域处处与实际辐射场中参考点的相同的辐射场。
z ) 2
(f
z)2
Dm 100
P( z ) (
f
z)2
(
f
z)2
CF
Di (z) Dw (z)
P(z) ( f P(z)
z ) 2
(f
z)2
⑶对 f z f z 且 Wz Wz （b,c情况）
物质衰减和距离衰减均相同，因此Q,Q’点的D相等。
CF
Di (z) Dw (z)
T (z, wz ) T (z, wz )
（2）量热计
·特点：①作为一次基准对其它剂量计进行刻度或给出各 种剂量计测定所必需的参数；
②量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器 刻度链的顶点。
·Dw Dgc (en )w,g Pu
Dgc C(Hr Tr )k pc
其中刻度因子 C IVTc mH c
（二）剂量分布的测量 （三）非均匀体模中D的测量 （四）射束监测 （五）辐射加工中的剂量测量
二、互易定理
1.定理：若有两个粒子数相等的点状射束a和b垂直照到无 限大均匀体模上，其间距为r，A和B是两射束轴上深度为 z处的点，则射束a在B点产生的吸收剂量与射束b在A点产 生的吸收剂量相同。
2.互易关系式
R
Dpp (z,0) 0 Dpm (z, r)2rdr
pp
N pm
3.实践意义
用宽大的探测器在细束中测量或用小探测器在宽束中 测量，均可得到宽束轴上的吸收剂量分布。
2.指数量Di和Hi 辐射场中某点的吸收剂量指数Di：是当ICRU球
心位于该点时，球内的最大吸收剂量。 辐射场中某点的当量剂量指数Hi：是当ICRU球
心位于该点时，球内的最大当量剂量。
浅层当量剂量指数 H i,s H m (0.07 10)
深部剂量当量指数 H i,d H m (10 15)
*对于环境水平的照射，H *和H 可给出居民外辐射有效
剂量的近似估计值，室内、室外应分别考虑；
*对于事故监测，方法多种多样。
（六）测量数据的归一化表示
1.百分深度剂量（PDD）和离轴比 百分深度剂量（Percentage depth dose ）：
·定义：体模中射束轴上某一深度z处的吸收剂量Dz与最大值点的 吸收剂量Dm以百分数表示的比值,用p(z)表示。
p(z) 100 Dz Dm
p(z) p(z, wm , f ,Q)
其中，J100为100mm深处的电离量；J200为200mm 深处的电离量。
3、核粒子束特性 Bragg峰
三、体模中吸收剂量的测量
（一）参考点吸收剂量的测量 1.为什么测参考点的D？ • 参考点附近的剂量剃度小，受散射辐射等干扰因
素 影响的程度也较小，容易实现D的准确测量； • 参考点的D测准后，体模中的D分布可以用相对
其中，h’为与h厚的物质块对平行初级射束的减弱作用相同的 水层厚度。
⑵校正因子CF
CF Di (z) Dw (z)
3.Q点在介质层下面水中时CF的计算
⑴物质衰减等效水层厚度z’
Z (Z h) h Z (CET 1)h
⑵对于f和Wm均相同的情况（b,a情况）
Di (z)
Dw (z)(
f
·目的和用途：①避免皮肤受过量的辐射照射而产生 确定性效应。
②环境监测。
·定义：辐射场中某点的定向剂量当量是由相应的扩 展场在ICRU球中指定方向的半径迹深度d处产生的 当量剂量。
·特点：*很强的方向性（P.230，图7.37） *用平行板探测器实现测量 * H (d ) H * (d )
5.个人当量剂量 H p (d )和H s (d )
2.组织-空气比（Tissue-air ratio, TAR） ·定义：体模中射束轴上给定点的Dz与空气中同一点处 小块体模材料达到电子平衡时D0之比。
T (z) Dz D0
•用Kc,a和T(z)表示Dz
Dz T (z)D0 f k K c,a, f zT (z)
第二讲 外辐射剂量计算
理论计算法
M C方法 : 随机采样的统计方法
分析法
:
求解玻尔兹曼传输方程
经验数据法：应用体模中的测量数据进行计算
一、经验数据法
1.先说明P.212.的例子
2.不均匀校正方法
定义：
⑴等效厚度系数 C ET
CET
h h
i
Stot ,i
w对不带电粒子辐射（为线衰减系数）
Stot ,w对带电粒子辐射（Stot为总线阻止本领）
限定指数量（狭义指数量，限定了区域）
非限定指数量或广义指数量
H i Max(H i,s , H i,d )
特点： ·指数是不满足叠加原理，不易实现测量； ·与关键器官和组织相联系，对保护关键器官有利。
3.外辐射适用量引入的必要性 应具备的特点：·对各类电离辐射的通用性； ·与辐射防护限值的相关性； ·由空间指定点辐射场所决定的唯一性； ·与人体或体模的相关性； ·对各种电离辐射的可叠加性。