电离辐射的剂量和单位

不带电粒子 （光子、中子等） 间接致电离粒子
与原子中的电子碰撞 产生电离
与壳层电子或原子核作用产 生次级粒子，导致原子 产生电离
直接电离
间接电离
电 离 辐
射
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带电粒子与物质的相互作用
◆作用方式 ◇与核外电子发生非弹性碰撞
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俄歇电子 光电子
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特征辐射
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X（γ）射线与物质的相互作用
◇康普顿效应
概念：光子同原
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子的外层电子相互作
用，光子损失一部分 能量，电子获得能量 而脱离原子。
反冲电子
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照射量(Exposure)
◆定义：电离辐射在单位质量空气中释放出来的所有
的次级电子 完全被空气阻止时在空气中形成的任何一 种符号离子的总电荷量的绝对值。
◆意义：是根据电离辐射对空气电离本领的大小来度
量X（γ）线的物理量。
◆定义: 对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与其截面积da的比值。
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◆意义：是以入射粒子数目来描述辐射场性质的物理
量。 dN ◆表达式： Φ = ── 单位：m-2 da ◆粒子注量率：单位时间内粒子注量的增量 单位 m-2 ·S-1
◇与原子核发生非弹性碰撞
◇与原子核发生弹性碰撞
◇与原子核发生核反应
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带电粒子与物质的相互作用
总质量阻止本领（total mass stopping power)
◆ 定义：带电粒子在某一密度的物质中穿过一定路
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径时的能量损失（电离损失和辐射损失）
中性原子（Neutrul Atom）获得正电荷或负电荷的过程
称为电离（Ionization）。 由直接致电离粒子或间接致电离粒子或二者混合组成
的辐射称为电离辐射。
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带电粒子 （电子、质子、α粒子等） 直接致电离粒子
★150-250keV：
骨吸收高于脂肪和肌肉； ★2-22MV： 单位质量的骨吸收略低于 脂肪和肌肉；但单位厚度的 骨吸收仍高于脂肪和肌肉； ★22-25MV： 骨吸收稍高于脂肪和肌肉；
0.2
0.1 0.01 0.1 1 10 100 光子能量(MeV) 人体骨、肌肉和脂肪相对于空气的质能吸收系数
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能量注量(energy fluence)
◆定义: 对辐射场中以某一点为球心的一个小球，进 入该小球的所有粒子的能量dR与其截面积da
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的比值。
◆意义：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物理量。 dR ◆表达式： Ψ = ── 单位：J ·m-2 da ◆能量注量率：单位时间内能量注量的增量 单位 J ·m-2 ·S-1
的方式损失能量。
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各种作用的相对重要性
三种主要作用形式与 光子能量和吸收物质的有效
吸收物质的原子序数
120 100 80 60 40 康普顿效用 占优势 光电效用 占优势
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原子序数相关，在10keV～ 100 MeV能量范围的低端 部分光电效应占优势，依次 是康普顿效应和电子对效应 占优势，对水，三种效应占 优势的能量范围依次是 10 ～ 30keV， 30 keV ～ 25MeV，25 ～100MeV。
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常用辐射量和单位历史演变简表
辐射量 照 射 量 (X) 吸 收 剂 量 (D) 剂 量 当 量 (H) 时间 1895 年 1928 年 1937 年 1956 年 1962 年 1977 年 1948 年 1953 年 1962 年 1971 年 1975 年 1948 年 1955 年 1962 年 1979 年 提出者 物理学家 国际放射学大会 国际放射学大会 ICRU ICRU ICRU 帕 克 ICRU ICRU ICRU 国际计量大会 帕 克 ICRU ICRU 国际计量大会 辐射量演变 红 斑 量 X 线辐射国际单位 X 线剂量国际单位 照射剂量 照射量 照射量(Dq/Dm) 物理伦琴当量 吸收剂量(D=ε /m) 吸收剂量(D=ε /m) 吸收剂量(D=ε /m) 吸收剂量(D=dε /dm) 人体剂量当量 剂 量 剂量当量(H=DQN) 剂量当量(H=DQN) 单位演变 红斑量 伦琴(R) 伦琴(R) 伦琴(R) 伦琴(R) C·Kg-1 Rep(=84 尔格·克-1) 拉德(rad) 拉德(rad) 拉德(rad) 戈瑞(Gy) 雷姆(rem=1rep×RBE*) 雷姆(rem) 雷姆(rem) 希沃特(Sv)
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◆表达式：
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X= d Q / d m
d Q — 在质量为dm的一个体积元的空气中，当光子产生的全部
电子均被阻止于空气中时，在空气中所形成的任一种符号的离子总电荷 量的绝对值。
◆与能量注量的关系：
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*RBE-相对生物效应
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
国际辐射单位和测量委员会

International Commission on Radiation
Units and Measurements （ICRU）

成立于1925年，国际X射线单位委员会

http：//www.icru.org/
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法定计量单位

法定计量单位是政府以法令形式明确规定的在全国范围
内使用的计量单位；

我国使用的法定计量单位是国际单位制（SI）为基础， 保留少数国内外习惯或通用的单位；
◇光子与物质的一次相互作用可以损失其能量的全 部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相 互作用逐渐损失其能量； ◇光子入射到物质后呈指数衰减，而带电粒子则有
确切的射程。
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X（γ）射线与物质的相互作用
◆作用方式 ◇光电效应
概念：是一种光子同
原子相互作用并从原子内层 发射出一个轨道电子的现象。 原子由激发态返回基态时发 出特征X线和俄歇电子。
◆ 要点： ◇射程与路径长度的概念不同 ◇重粒子的射程方向较直，而电子的射程方 向范围较宽 ◇外推射程
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电子束特性参数的定义
Dmax
Rq
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Dx：X线污染 Ds：表面剂量(表面 下0.5mm处吸收 剂量) Rp：电子射程
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电离辐射 常用的物理量和单位
湖北省肿瘤医院放疗科
徐 利 明
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电离辐射与物质的相互作用

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电离辐射的概念

直接致电离粒子：电子、质子、α粒子等带电粒子。 间接致电离粒子：光子、中子等不带电粒子。
光子的衰减
◆设定条件
◇单能窄束光子；
散射光子 探测器
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◇探测器与源保持固定
距离，但远离吸收 体； ◇只有原射线(Primary Beam）通过吸收
准直器 吸收体
散射光子
体；
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实验证明，就单能窄束而言， I（x）与x的函数在半 对数坐标系统内是一条直线，这表明单能光子束的衰减符 合指数吸收规律：
I（x）= I 0 ×exp（-μx）
引入半值层的概念：使束流强度减少到它的初始值的 一半所需要的吸收体的厚度（HVL）。 当 x = HVL 时 I/I0 = 1/2 则
电子对效用 占优势
20
0 0.01
0.1
1
10
光子能量(MeV)
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有效原子序数对质能吸收系数的影响
★60-150keV： 骨吸收远远高于脂肪和肌 肉；
10 5 相对质量吸收系数 2.5 1.0 0.5
骨 肌肉 脂肪
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辐射剂量学的发展

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沿用了医药学中的“剂量”一词来描述，称为
辐射剂量。

旧的概念和单位逐渐被淘汰。

逐渐全面采用国际（SI）单位制。

SI单位制是比较科学的计量单位制 国际统一，便于交流； 物理量的定义确定后，即可直接写出单位，无须记 住各种换算系数。
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X（γ）射线与物质的相互作用
◇电子对效应
概念：当光子从
原子核旁经过时，在原子
核库仑场的作用下形成一 对正负电子的过程。入射
正电子e+ 负电子e-
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产生电子对效应的能量必
须大于1.02MeV，获得动 能的电子通过电离或辐射
D90 Ds
G=Rp/(Rp-Rq)
D50
R90：90%剂量深度
R50：50%剂量深度
Dx
0.5mm R90 R50 Rp
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X（γ ）射线与物质的相互作用
◆作用特征
◇光子不能直接引起物质原子的电离或激发，而是
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首先把能量传递给带电粒子；
线性减弱系数（μ）
在上述条件下，光子数dN 的减少与初始入射光子 数N和吸收体厚度dx成正比：
dN∝N dx 或 dN=-μN dx
上式还可以用于表达光子强度的变化：
d I =μI dx
单能电离辐射与物质作用时，其强度与物质的性质和 厚度有关，线性减弱系数（μ）为辐射能量和物质种类的
函数，表示电离辐射穿过单位厚度的物质层时，其强度减 少的分数值。用吸收物质的密度ρ去除总的线性减弱系数μ， 便得到质量减弱系 数μ/ ρ。
HVL = 0.693/μ
μ- 线性衰减系数
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◆质能转移系数 （μ t r/ ρ） 电离辐射在物质中穿行质量厚度为 m 因相互作用，其能量转移给电子的份额。 ◆质量吸收系数（μen / ρ）
2
· kg
－1
时，
电离辐射在物质中穿行单位长度时，其能量真正被物 质吸收的份额。即 μen / ρ= μ t r / ρ（1－g） S I 单位： m2· kg －1

计量单位由主单位与倍数和分数单位构成，在国家法定
计量单位中，尽管一种物理量有大小若干单位，但有独 立定义的只有一个，即主单位。 使用倍数或分数单位时，禁止使用两个词头来表示，如 10-12m，只能记为pm，而不能记为μμm。

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粒子注量(particle fluence)
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电离辐射常用的物理量和单位
放射治疗的基础在于对辐射效应的研究和应用， 因此就离不开对电离辐射的计量，需要有各种辐射 量和单位，并具有如下功能： ◆能够用以表征辐射源的特性； ◆能够用于描述辐射场的性质； ◆能够度量电离辐射与物质相互作用时能量传 递及受照射物体内部的变化程度和规律。
◆ 要点： ◇不同能量或不同粒子的能量损失方式不同。 ◇电子能量较低时，电离损失占优势；能量较 高时，辐射损失份额增加。
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带电粒子与物质的相互作用
带电粒子的射程
◆ 定义：带电粒子进入物质后，沿入射方向至完全
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停止位置所经过的距离