5第四五章剂量学及测量的基本概念

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(SkinErythemaDose，SED)是指刚好使人体皮肤出现潮红反应的辐射剂量。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。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XdmdQX(C/kg)或(R伦琴)C/kg1058.2R14伦琴的定义:在X或γ射线照下,0.001293g空气(相当于0ºC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C/kg...g.R461010582102931103363001293011kgC静电单位电荷离子对91010083210841..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=7.05×1010eV1RX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7.05×1010eV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.dtdXX照射量率:指单位时间内照射量变化率1-1kgCs二.比释动能K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。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。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。dmdEKtr(J/kg)或(Gy)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.比释动能率dtdKK(Gy/s)X或γ光子传能给带电粒子(K)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dmdEDen(J/kg)或(Gy)旧单位(rad)1Gy=100radX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：带电粒子电离、激发物质吸收(D)定义:单位质量的物质,对任意种辐射能量均值的吸收量.吸收剂量的单位：国际单位：焦耳.千克-1（J.Kg-1）专名：戈瑞（Gy),毫戈瑞（mGy），微戈瑞(Gy）1Gy=100cGy=1J.Kg-11rad=10-2Gy=1cGy吸收剂量率的单位：国际单位：焦耳.千克-1.秒-1（J.Kg-1.S-1）专名：戈瑞每秒（Gy.S-1）吸收剂量率dtdDD(Gy/s)讨论:dmdEKX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.KD电子初始动能还有一部分转换成轫致辐射等能量.Gy05.01021045dmdEDen-1smGy5dtdDD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=100erg=10-5J;dt=10sP•dah1h2h3h4h54.粒子注量Φ定义:进入单位截面积球体内的粒子数.dadN(m-2)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:dEEEEmax0粒子注量率:dtd(m-2s-1)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dELΨ=———dαSi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dΨψ=———dtSi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单能EmaxΨ=∫0ΦEdE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空气任何介质任何介质适用辐射类型X,γ射线电子中子光子等任何辐射照射量和比释动能之间的区别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。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。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）(RADIOACTIVEACTIVITY)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dNdNA=-------=N=N0e-t=A0e-tdt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.毫居里第五章.放射线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.一.照射量的测量1、自由空气电离室电子平衡1、自由空气电离室自由空气电离室又叫标准型电离室(Free·AirIonizationChanlber)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）。VQX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。1、自由空气电离室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.2、实用空气电离室电离室的校准测量条件:(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方法定期校准(20°C,760mmHg)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.PtKtp7602.2932.273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。二.吸收剂量的测量吸收剂量（AbsorbedDose）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dmdTdTdEdmdED1、基本测量——量热法介质热电偶吸收体现场大多通过照射量的测量换算成吸收剂量.电离室测量法ω为电离一对离子所需平均电离能=33.97eV对任意物质XeDkq(Gy)XDkq97.33(Gy)fXXDDkqenwzenkqkqenwzenwz97.33)/()/()/()/(2、电离室测量法二.吸收剂量的测量光子能量水骨骼肌肉光子能量水骨骼肌肉0.010MeV35.35137.2135.850.020MeV34.15163.9535.500.030MeV33.68170.1635.270.040MeV34.03160.4735.620.050MeV34.57138.7635.890.060MeV35.08112.7936.010.080MeV36.1274.0336.400.100MeV36.7456.2036.740.200MeV37.7137.9537.330.300MeV37.4436.3637.090.400MeV37.4435.9736.980.500MeV37.4435.8537.090.600MeV37.4