常用的辐射量和单位
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放射物理与防护
放射物理与防护
放射物理与防护
第六章 常用的辐射量和单位
王鹏程 侯立霞 泰山医学院
学习目标
1.掌握：描述辐射场强度的常用辐射量， 照射量、吸收剂量、当量剂量及有效剂 量的关系。 2.了解：辐射辐射测量的意义。
常用的辐射量和单位
电离辐射存在的空间称为辐射场，它是由辐射源产 生的。 按辐射的种类，辐射源可分为X射线源、β射线源 、中子射线源、γ射线源等，与它们相应的辐射场 称为X射线场、β射线场、 中子射线场、γ射线场 等。 在射线的应用过程中我们需要定量了解、分析射线 在辐射场中的分布，这种分布即可以用粒子注量、 能量注量等描述辐射场性质的量来直接表征，也可 以用照射量来间接表示。
吸收剂量与比释动能的关系
D (en / ) K (1 g )
dE en dE tr D K dm dm
D、K和X之间的区别
辐射量
剂量学含wk.baidu.com义
照射量X
表征X,γ 线在 考察的体积内用 于电离空气的能 量 空 气 X、γ 射线
比释动能K
表征非带电粒 子在考察的体 积内交给带电 粒子的能量 任何介质 非带电粒子辐 射
dEen 10 D 0.05Gy 4 dm 2 10 dD -1 D 5mGy s dt
5
D、K和X之间的关系
带电粒子平衡
比释动能和吸收剂量随物质深度的变化
照射量、吸收剂量与比释动能的相互关系
D、K和X之间的关系
带电粒子平衡
在某空气层,入射次级 电子等于射出数目, （最大射程）电离电 量开始趋于恒定的现 象. 在进行照射量测量时， 应选择平衡电离层.
随着深度的继续增加，比释动能与吸收剂量同时变 小。
由于次级电子在某一点沉积的能量主要起源于它前 面某点产生的次级电子，因此位于电子平衡点以后 的各点，比释动能小于同一位置的吸收剂量。
照射量与比释动能的关系
在电子平衡的条件下，单能辐射场中同一点
e X ( en / ) W
，
da h1 P•
h4
h5
dN da
(m-2)
h2
粒子注量
h3 da
实际辐射场中，每个粒子具有 不同的能量，即Emax~ 0各种可 h1 能值，粒子注量计算公式为:
，
h5
P•
h4
E max
0 E为粒子能量， E 是同一位置粒子注量的微分能量分布， 它等于进入小球的能量介于E和E+dE之间的粒子数与该球体 的截面积的比值。
E max
0
E
EdE
E为粒子能量，为ФE同一位置粒子注量的微分能量分 布。
照射量
X
X或γ 射线与空气发生相互作用时产生次 级电子，这些次级电子会进一步与空气作 用导致空气电离，从而产生大量正、负离 子。
次级电子在电离空气的过程中，最后全部 损失了本身的能量。
照射量是根据其对空气电离本领的大小来度量X或 γ 射线的一个物理量。
μen e X Ψ ρ W
μ en/ρ 是给定的单能X(γ )射线在空气中的质能吸 收系数；e是电子的电荷； W 是电子在空气中每形成一个离子对所消 耗的平均能量。
比释动能
X或γ射线与物质相互作用时，能量转换分 两个阶段进行： E 第一：X(γ) 带电粒子 (K)
第二：带电粒子 X或γ光子传能 给带电粒子(K)
吸收剂量D
表征任何辐射在 考察的体积内被 物质吸收的能量
任何介质
任何辐射
适用介质 适用辐射 类型
辐射防护中使用的辐射量
随着科学技术的发展，不同种类的射线在医学中的应用 更加广泛。我们不但可以利用X射线进行医学影像学的 检查，同时，高能X、γ 射线及电子线在肿瘤放射治疗 上的应用亦成为肿瘤治疗的常规手段。 放射线的广泛使用，不可避免地带来了被检者和工作人 员的防护问题，定量测量、表述被照个人及受检群体实 际受到的或可能受到的辐射照射，成为辐射防护中一个 重要的问题。
dΨ ψ dt
J m
2
s
1
能量注量和粒子注量的关系
能量注量与粒子注量都是描述辐射场性质的辐射量， 前者是通过辐射场中某点的粒子能量，后者是通过 辐射场中某点的粒子数，显然如能知道每个粒子的 能量E，即可将能量注量和粒子注量联系起来。
E
能量注量和粒子注量的关系
如辐射场不是单能的，且粒子能量具有谱分布时， 则辐射场某点的能量注量为：
集体当量剂量和集体有效剂量
待积当量剂量和待积有效剂量
当量剂量
当量剂量HT等于某一组织或器官T所接受的平均吸 收剂量DT，R，经辐射质为R的辐射权重因子wR加权 处理的吸收剂量，即
HT wR DT ,R
J kg 专名Sv
1
专用名为希沃特（Sv），1Sv=1J.kg-1。 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的数值， wR与辐射类 型和能量有关 。
dQ 10109 2 1 X 2 . 58 10 库仑 千克 dm 3.88107
dX 2.58102 X 5.16103 库仑 千克1 分1 dt 5
照射量与能量注量的关系
对于单能X(γ )射线，在空气中某点的照射量X与同 一点上的能量注量之间有以下关系：
dQ X dm
(C/kg)或(R伦琴)
SI单位 专用单位
4
1R 2 .58 10 C/kg
照射量 X
照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说明
X或γ 射线在空气中的辐射场性质的量，它不能
用于其他类型的辐射（如中子或电子束等），也
不能用于其他的物质（如组织等）。
由于照射量的基准测量中存在着某些目前无法克 服的困难，它只适用于射线能量在10keV到3MeV 范围内的X或γ 射线。
辐射防护中使用的辐射量
由于不同生物组织，不同种群、不同的器官对 射线的反应灵敏性不同，使用X、K、D不足以表 达射线对生物组织的损伤。 为此，在辐射防护中使用的辐射量必须同时考 虑不同种类的射线在不同组织中所产生的生物 效应的影响。
辐射防护中使用的辐射量
当量剂量(equivalent dose) 有效剂量(effective dose)
带电粒子平衡
带电粒子的 平衡的条件:
a.介质元周围辐射场均匀
b.介质厚度大于等于带电 粒子在介质中的最大射程
当带电粒子平衡时:
dE en dE tr
D、K和X之间的关系
比释动能与吸收剂量随物质深度的变化
X（γ ）光子入射到以均匀介质入水中。在浅表位 置，X（ γ ）光子在其作用点周围的小体积元内 释放的部分能量并未全部沉积在该体积元内，未 建立电子平衡，即比释动能大于吸收剂量。 如果X（ γ ）光子在水中的衰减可以忽略，当深 度等于次级电子的最大射程时，电子平衡条件满 足，吸收剂量和比释动能相等，并随深度的增加 数值保持不变，如图虚线部分。
d E E
h2
粒子注量
辐射防护中，常用粒子注量率表示单位时间内进入单 位截面积的球体内的粒子数:
d dt
(m-2s-1)
能量注量
能量注量是进入辐射场内单位截面积的小球体内所有粒子 的能量（不包括静止能量），即
dE fl da
J m
2
能量注量
能量注量率可定义为单位时间内进入单位截面积小球内的 所有粒子能量总和。
比释动能率
dK K dt
(Gy/s)
吸收剂量
定义:辐射所授予单位质量介质的平均能量 。
dEen D dm
(J/kg)或(Gy) 专用单位(rad)
dEen为平均授予能。它表示进入介质dm的全部带电粒子 和不带电粒子能量的总和，与离开该体积的全部带电粒子 和不带电粒子能量总和之差，再减去在该体积内发生任何 核反应所增加的静止质量的等效能量。
dD D dt
(Gy/s)
dE X K dm
X或γ能量除转换成电子初动 能外,还有核与电子间束缚能 及散射光子能量等。 电子初动能还有一部分转 换成轫致辐射等能量。
DK
吸收剂量
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
实际上，随着深度的增加，一方面由于入射光子 的强度逐渐减弱，比释动能下降；
另一方面沿X（ γ ）光子入射方向产生的次级电 子数目在达到其电子射程之前逐渐增加，造成吸 收剂量增加。当深度增加所增加的次级电子数目 与因入射光子衰减而使释出的次级电子减少的数 目相等时，吸收剂量达到最大值，完成其剂量建 成。
当量剂量
辐射类型 光 子 电子和介子 中 子 能量范围 所有能量 所有能量 <10keV 10-100keV 100keV-2MeV 2-20MeV >20MeV >2MeV 权重因子WR 1 1 5 10 20 10 5 5
质
子
当量剂量
当量剂量率
dH T HT dt
[Sv/s]
当量剂量
例题:
某人全身同时受到X线和能量在10100keV的中子照射，其中X线的吸收剂量 为10 mGy， 中子的吸收剂量为3 mGy。 计算他所吸收的当量剂量。
解:
H W R DTR w X D X w n Dn
R
1 10 10 3 40 mSv
有效剂量
当量剂量是不同辐射类型对组织或器官形成辐射危 害的度量，但是两种不同组织或器官即使当量剂量 相同，由于它们对辐射的敏感程度不同，其产生的 生物学效应也可能完全不同 。 有效剂量E人体所有组织和器官加权后的当量剂量之 和，即
1Gy 100cGy和1cGy 1rad
吸收剂量
授予某一体积内物质的能量越多，则吸收剂量越 大。 吸收剂量它适用于任何类型的电离辐射和受到照 射的任何物质。 不同物质吸收辐射能量的本领是不同的，在论及 吸收剂量时，应明确辐射类型、介质种类和特定 的位置。
吸收剂量
吸收剂量率 讨论:
也是X线沿用最久的辐射量。
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 射线辐射场的强弱，是测量辐射 场的一种物理量。
照射量 X
定义: X或γ光子在单位质量的空气中，与 原子相互作用释放出来的次级电子完全被 空气阻止时,（意味着无剩余能量）（在导 致空气电离的过程中）所产生的同种符号 离子的总电荷量的绝对值。
描述辐射场性质的量
粒子注量（particle fluence） 能量注量（energy fluence） 照射量（exposure） 比释动能（kerma） 吸收剂量（absorbed dose） 各辐射量的关系与区别
粒子注量
h3
定义: 进入具有单位截 面积小球的粒子数。
照射量 X
照射量率
dX X dt
C kg
-1
s
1
例题
若空气体积为0.3厘米3，标准状态下其中包含的空气质量是0.388 毫克，若被X线照射5分钟，在其中产生的次级电子在空气中形成的 正离子（或负离子）的总电荷量为10×10-9库仑。此时，被照空气 处的X线照射量和照射量率各是多少？ 解：根据题意已知：dm=0.388毫克=3.88×10-7千克 dQ=10×10-9库仑 dt=5分钟 所以照射量X及照射量率分别为：
K (tr / )
当X（ γ ）光子辐射的能量低于1.25MeV以下 时，g很小，约为0.003，可忽略不计。
照射量与比释动能的关系
W K X( ) e
公式适用条件: a.带电粒子平衡, b.次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略, c.物质的原子序数和辐射光子能量均较低。
电离、激发
物质吸收 (D)
电离、激发（被物质吸收 D） 轫致辐射 （不被物质吸收）
比释动能
•定义：在单位质量物质中由间接致辐射所产 生的全部带电粒子的初始动能之总和。
dE tr K dm
1Gy=1J· kg-1
(J/kg)或(戈端Gy)
1Gy=103mGy=106μGy
比释动能
比释动能是度量不带电电离粒子（光子或中 子）与物质相互作用时，在单位质量物质中 转移给次级带电粒子初始动能之和多少的一 个物理量，它只适用于间接致电离辐射，但 适用于任何物质。
放射物理与防护
放射物理与防护
第六章 常用的辐射量和单位
王鹏程 侯立霞 泰山医学院
学习目标
1.掌握：描述辐射场强度的常用辐射量， 照射量、吸收剂量、当量剂量及有效剂 量的关系。 2.了解：辐射辐射测量的意义。
常用的辐射量和单位
电离辐射存在的空间称为辐射场，它是由辐射源产 生的。 按辐射的种类，辐射源可分为X射线源、β射线源 、中子射线源、γ射线源等，与它们相应的辐射场 称为X射线场、β射线场、 中子射线场、γ射线场 等。 在射线的应用过程中我们需要定量了解、分析射线 在辐射场中的分布，这种分布即可以用粒子注量、 能量注量等描述辐射场性质的量来直接表征，也可 以用照射量来间接表示。
吸收剂量与比释动能的关系
D (en / ) K (1 g )
dE en dE tr D K dm dm
D、K和X之间的区别
辐射量
剂量学含wk.baidu.com义
照射量X
表征X,γ 线在 考察的体积内用 于电离空气的能 量 空 气 X、γ 射线
比释动能K
表征非带电粒 子在考察的体 积内交给带电 粒子的能量 任何介质 非带电粒子辐 射
dEen 10 D 0.05Gy 4 dm 2 10 dD -1 D 5mGy s dt
5
D、K和X之间的关系
带电粒子平衡
比释动能和吸收剂量随物质深度的变化
照射量、吸收剂量与比释动能的相互关系
D、K和X之间的关系
带电粒子平衡
在某空气层,入射次级 电子等于射出数目, （最大射程）电离电 量开始趋于恒定的现 象. 在进行照射量测量时， 应选择平衡电离层.
随着深度的继续增加，比释动能与吸收剂量同时变 小。
由于次级电子在某一点沉积的能量主要起源于它前 面某点产生的次级电子，因此位于电子平衡点以后 的各点，比释动能小于同一位置的吸收剂量。
照射量与比释动能的关系
在电子平衡的条件下，单能辐射场中同一点
e X ( en / ) W
，
da h1 P•
h4
h5
dN da
(m-2)
h2
粒子注量
h3 da
实际辐射场中，每个粒子具有 不同的能量，即Emax~ 0各种可 h1 能值，粒子注量计算公式为:
，
h5
P•
h4
E max
0 E为粒子能量， E 是同一位置粒子注量的微分能量分布， 它等于进入小球的能量介于E和E+dE之间的粒子数与该球体 的截面积的比值。
E max
0
E
EdE
E为粒子能量，为ФE同一位置粒子注量的微分能量分 布。
照射量
X
X或γ 射线与空气发生相互作用时产生次 级电子，这些次级电子会进一步与空气作 用导致空气电离，从而产生大量正、负离 子。
次级电子在电离空气的过程中，最后全部 损失了本身的能量。
照射量是根据其对空气电离本领的大小来度量X或 γ 射线的一个物理量。
μen e X Ψ ρ W
μ en/ρ 是给定的单能X(γ )射线在空气中的质能吸 收系数；e是电子的电荷； W 是电子在空气中每形成一个离子对所消 耗的平均能量。
比释动能
X或γ射线与物质相互作用时，能量转换分 两个阶段进行： E 第一：X(γ) 带电粒子 (K)
第二：带电粒子 X或γ光子传能 给带电粒子(K)
吸收剂量D
表征任何辐射在 考察的体积内被 物质吸收的能量
任何介质
任何辐射
适用介质 适用辐射 类型
辐射防护中使用的辐射量
随着科学技术的发展，不同种类的射线在医学中的应用 更加广泛。我们不但可以利用X射线进行医学影像学的 检查，同时，高能X、γ 射线及电子线在肿瘤放射治疗 上的应用亦成为肿瘤治疗的常规手段。 放射线的广泛使用，不可避免地带来了被检者和工作人 员的防护问题，定量测量、表述被照个人及受检群体实 际受到的或可能受到的辐射照射，成为辐射防护中一个 重要的问题。
dΨ ψ dt
J m
2
s
1
能量注量和粒子注量的关系
能量注量与粒子注量都是描述辐射场性质的辐射量， 前者是通过辐射场中某点的粒子能量，后者是通过 辐射场中某点的粒子数，显然如能知道每个粒子的 能量E，即可将能量注量和粒子注量联系起来。
E
能量注量和粒子注量的关系
如辐射场不是单能的，且粒子能量具有谱分布时， 则辐射场某点的能量注量为：
集体当量剂量和集体有效剂量
待积当量剂量和待积有效剂量
当量剂量
当量剂量HT等于某一组织或器官T所接受的平均吸 收剂量DT，R，经辐射质为R的辐射权重因子wR加权 处理的吸收剂量，即
HT wR DT ,R
J kg 专名Sv
1
专用名为希沃特（Sv），1Sv=1J.kg-1。 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的数值， wR与辐射类 型和能量有关 。
dQ 10109 2 1 X 2 . 58 10 库仑 千克 dm 3.88107
dX 2.58102 X 5.16103 库仑 千克1 分1 dt 5
照射量与能量注量的关系
对于单能X(γ )射线，在空气中某点的照射量X与同 一点上的能量注量之间有以下关系：
dQ X dm
(C/kg)或(R伦琴)
SI单位 专用单位
4
1R 2 .58 10 C/kg
照射量 X
照射量是一个从射线对空气的电离本领角度说明
X或γ 射线在空气中的辐射场性质的量，它不能
用于其他类型的辐射（如中子或电子束等），也
不能用于其他的物质（如组织等）。
由于照射量的基准测量中存在着某些目前无法克 服的困难，它只适用于射线能量在10keV到3MeV 范围内的X或γ 射线。
辐射防护中使用的辐射量
由于不同生物组织，不同种群、不同的器官对 射线的反应灵敏性不同，使用X、K、D不足以表 达射线对生物组织的损伤。 为此，在辐射防护中使用的辐射量必须同时考 虑不同种类的射线在不同组织中所产生的生物 效应的影响。
辐射防护中使用的辐射量
当量剂量(equivalent dose) 有效剂量(effective dose)
带电粒子平衡
带电粒子的 平衡的条件:
a.介质元周围辐射场均匀
b.介质厚度大于等于带电 粒子在介质中的最大射程
当带电粒子平衡时:
dE en dE tr
D、K和X之间的关系
比释动能与吸收剂量随物质深度的变化
X（γ ）光子入射到以均匀介质入水中。在浅表位 置，X（ γ ）光子在其作用点周围的小体积元内 释放的部分能量并未全部沉积在该体积元内，未 建立电子平衡，即比释动能大于吸收剂量。 如果X（ γ ）光子在水中的衰减可以忽略，当深 度等于次级电子的最大射程时，电子平衡条件满 足，吸收剂量和比释动能相等，并随深度的增加 数值保持不变，如图虚线部分。
d E E
h2
粒子注量
辐射防护中，常用粒子注量率表示单位时间内进入单 位截面积的球体内的粒子数:
d dt
(m-2s-1)
能量注量
能量注量是进入辐射场内单位截面积的小球体内所有粒子 的能量（不包括静止能量），即
dE fl da
J m
2
能量注量
能量注量率可定义为单位时间内进入单位截面积小球内的 所有粒子能量总和。
比释动能率
dK K dt
(Gy/s)
吸收剂量
定义:辐射所授予单位质量介质的平均能量 。
dEen D dm
(J/kg)或(Gy) 专用单位(rad)
dEen为平均授予能。它表示进入介质dm的全部带电粒子 和不带电粒子能量的总和，与离开该体积的全部带电粒子 和不带电粒子能量总和之差，再减去在该体积内发生任何 核反应所增加的静止质量的等效能量。
dD D dt
(Gy/s)
dE X K dm
X或γ能量除转换成电子初动 能外,还有核与电子间束缚能 及散射光子能量等。 电子初动能还有一部分转 换成轫致辐射等能量。
DK
吸收剂量
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
实际上，随着深度的增加，一方面由于入射光子 的强度逐渐减弱，比释动能下降；
另一方面沿X（ γ ）光子入射方向产生的次级电 子数目在达到其电子射程之前逐渐增加，造成吸 收剂量增加。当深度增加所增加的次级电子数目 与因入射光子衰减而使释出的次级电子减少的数 目相等时，吸收剂量达到最大值，完成其剂量建 成。
当量剂量
辐射类型 光 子 电子和介子 中 子 能量范围 所有能量 所有能量 <10keV 10-100keV 100keV-2MeV 2-20MeV >20MeV >2MeV 权重因子WR 1 1 5 10 20 10 5 5
质
子
当量剂量
当量剂量率
dH T HT dt
[Sv/s]
当量剂量
例题:
某人全身同时受到X线和能量在10100keV的中子照射，其中X线的吸收剂量 为10 mGy， 中子的吸收剂量为3 mGy。 计算他所吸收的当量剂量。
解:
H W R DTR w X D X w n Dn
R
1 10 10 3 40 mSv
有效剂量
当量剂量是不同辐射类型对组织或器官形成辐射危 害的度量，但是两种不同组织或器官即使当量剂量 相同，由于它们对辐射的敏感程度不同，其产生的 生物学效应也可能完全不同 。 有效剂量E人体所有组织和器官加权后的当量剂量之 和，即
1Gy 100cGy和1cGy 1rad
吸收剂量
授予某一体积内物质的能量越多，则吸收剂量越 大。 吸收剂量它适用于任何类型的电离辐射和受到照 射的任何物质。 不同物质吸收辐射能量的本领是不同的，在论及 吸收剂量时，应明确辐射类型、介质种类和特定 的位置。
吸收剂量
吸收剂量率 讨论:
也是X线沿用最久的辐射量。
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 射线辐射场的强弱，是测量辐射 场的一种物理量。
照射量 X
定义: X或γ光子在单位质量的空气中，与 原子相互作用释放出来的次级电子完全被 空气阻止时,（意味着无剩余能量）（在导 致空气电离的过程中）所产生的同种符号 离子的总电荷量的绝对值。
描述辐射场性质的量
粒子注量（particle fluence） 能量注量（energy fluence） 照射量（exposure） 比释动能（kerma） 吸收剂量（absorbed dose） 各辐射量的关系与区别
粒子注量
h3
定义: 进入具有单位截 面积小球的粒子数。
照射量 X
照射量率
dX X dt
C kg
-1
s
1
例题
若空气体积为0.3厘米3，标准状态下其中包含的空气质量是0.388 毫克，若被X线照射5分钟，在其中产生的次级电子在空气中形成的 正离子（或负离子）的总电荷量为10×10-9库仑。此时，被照空气 处的X线照射量和照射量率各是多少？ 解：根据题意已知：dm=0.388毫克=3.88×10-7千克 dQ=10×10-9库仑 dt=5分钟 所以照射量X及照射量率分别为：
K (tr / )
当X（ γ ）光子辐射的能量低于1.25MeV以下 时，g很小，约为0.003，可忽略不计。
照射量与比释动能的关系
W K X( ) e
公式适用条件: a.带电粒子平衡, b.次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略, c.物质的原子序数和辐射光子能量均较低。
电离、激发
物质吸收 (D)
电离、激发（被物质吸收 D） 轫致辐射 （不被物质吸收）
比释动能
•定义：在单位质量物质中由间接致辐射所产 生的全部带电粒子的初始动能之总和。
dE tr K dm
1Gy=1J· kg-1
(J/kg)或(戈端Gy)
1Gy=103mGy=106μGy
比释动能
比释动能是度量不带电电离粒子（光子或中 子）与物质相互作用时，在单位质量物质中 转移给次级带电粒子初始动能之和多少的一 个物理量，它只适用于间接致电离辐射，但 适用于任何物质。