辐射防护量和单位 (2)精选文档.ppt

辐射防护量和单位本讲稿第一页，共六十二页辐射防护基础李星洪n第一节 描述辐射场的物理量和单位n（粒子注量，能量注量）n第二节 吸收剂量及其单位n第三节 比释动能及其应用n第四节 照射量n第五节 辐射防护中专用的量和单位n（剂量当量，外照射次级限值用吸收剂量指数和剂量当量指数）本讲稿第二页，共六十二页辐射剂量学田志恒n辐射计量学量（radiometric quantities）n粒子数和辐射能，通量、注量和注量率，角分布和辐射度，能谱分布，辐射矢量和平面注量等。n剂量学量（dosimetric quantities）n比释动能，照射量，吸收剂量和监测用剂量当量n辐射防护量（radiation protection quantities）n剂量当量(当量剂量)，待积剂量当量(当量剂量)等。本讲稿第三页，共六十二页ICRP 60 号出版物附件A 放射防护中使用的量n吸收剂量，器官剂量，传能线密度，线能量，品质因数，Q-L关系，辐射权重因子，器官或组织中的当量剂量，组织权重因子和有效剂量，待积器官或组织当量剂量，待积有效剂量，活度，用于环境监测和个人监测的ICRU量，集体当量剂量，集体有效剂量。n剂量负担本讲稿第四页，共六十二页ICRU REPORT 51Quantities and Units in Radiation Protection Dosimetryn第一部分：辐射防护测量和计算中使用的量：n辐射计量量：注量n剂量学量：吸收剂量（授予能，L，y，DL）n剂量当量量：品质因子，实用量n第二部分：限值量：n器官剂量；剂量当量当量剂量；有效剂量当量有效剂量本讲稿第五页，共六十二页辐射防护导论方杰n描述辐射场的量：n粒子注量，能量注量n辐射剂量学中使用的量：n吸收剂量，比释动能，照射量n辐射防护中使用的量：n与个体相关的辐射量；n与群体相关的辐射量；n描述周围辐射水平的指数量n个人监测和环境监测中使用的剂量当量。本讲稿第六页，共六十二页辐射防护中常用的辐射防护中常用的辐射量和单位辐射量和单位描述辐射场的量描述辐射场的量（粒子注量，能量注量）（粒子注量，能量注量）辐射剂量学中使用的量辐射剂量学中使用的量（吸收剂量，比释动能，（吸收剂量，比释动能，照射量）照射量）辐射防护常用的量辐射防护常用的量限值量限值量（当量剂量，有效剂量等）（当量剂量，有效剂量等）实用量实用量（剂量当量等）（剂量当量等）本讲稿第七页，共六十二页 描述辐射场的物理量和单位n电离辐射存在的空间称为辐射场，辐射场是由辐射源产生的；存在两种或者两种以上的电离辐射场，称为混合辐射场，例如中子-混合场，-混合场等。n在辐射防护中常用粒子注量、注量率、能注量与能注量率等物理量来描述辐射场的特性。本讲稿第八页，共六十二页核素、同位素及放射性活度n n同位素是指原子核内具有相同的质子数和不同的中子数的那些核素，它们在元素周期表上处于同一位置。例如：氢包括了核素放射性核素，例如：90Sr为放射性核素稳定核素，例如：12C为稳定核素本讲稿第九页，共六十二页放射性活度n在指定时刻处于特定能态下的一定量的放射性核素的放射性活度A，是dN除以dt所得的商，nA放射性活度，SI单位为每秒，单位的专用名称为贝可勒尔，简称贝克（Bq）,1 Bq=1S-1。ndN在时间间隔dt内，处于特定能态的一定量核素，发生自发核转变数的期望值。本讲稿第十页，共六十二页n应当指出的是：放射性活度所指的是放射性核素的核转变数，而不是指某种放射性核素所包含的原子核的数量或某一定量的放射性核素所发射出来的粒子数。n定义中所说的“特定能态”，若没有别的说明，都是指放射性核素的基态。n1居里=3.71010贝可本讲稿第十一页，共六十二页粒子数和辐射能n粒子数：是发射、转移或者接受的粒子数目n单位为1。n辐射能：将辐射场中所有粒子能量（不包括静止能量）求和。本讲稿第十二页，共六十二页通量n粒子数和辐射能随时间的变化率称作粒子通量和能量通量.本讲稿第十三页，共六十二页nICRU引入了注量的一般概念：辐射场中某一点的注量，是进入以该点为球心，截面积为da的小球体内的粒子数dN除以da的商，nda小球的截面积，m2ndN进入小球体的粒子数（不包括从小球体内流出的粒子数）n粒子注量。SI 的单位是m-2本讲稿第十四页，共六十二页粒子注量（particle fluence）n粒子注量分定向辐射场与非定向辐射场两种情况来讨论。本讲稿第十五页，共六十二页粒子注量率n单位时间内，进入单位截面积的球体内的粒子数，即nd在时间间隔dt内，进入单位截面积的小球体内的粒子数，即在时间间隔dt内注量的增量n 注量率，单位为m-2s-1本讲稿第十六页，共六十二页能注量 在进行比释动能及吸收剂量的计算时，最终要通过粒子注量和能量来计算电离辐射授与每单位质量受照射物质的能量。为此，引入能注量概念。进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静止质量）称为能注量，SI单位为焦耳每平方米（J/m2），即本讲稿第十七页，共六十二页能注量与注量的关系当粒子能量具有谱分布时，能量在E到E+dE的粒子的微分能注量，由公式（2.4）推导出公式(2.9)本讲稿第十八页，共六十二页能注量率n单位时间内进入单位截面积球体内所有粒子能量之和，即n能注量与注量率 的关系本讲稿第十九页，共六十二页角分布和辐射度n注量率的角分布称作辐射度.本讲稿第二十页，共六十二页辐射剂量学中使用的量n吸收剂量n比释动能n照射量本讲稿第二十一页，共六十二页 吸收剂量和单位一、随机量和非随机量 随机量是描述致电粒子与物质相互作用时所发生的随机过程的物理量。如：观察像细胞核那样线度的空间内（几微米或更小）的能量沉积事件时，发现致电粒子击中这个小体积内的物质是随机的，在其中能量沉积的数值是服从统计涨落的，因此描述这种能量沉积的量是随机量。非随机量不服从统计分布，对于给定的条件，原则上可以算出它的值。一般地说，它是时间和空间的连续可微函数，其值可以用相应的随机量的平均观测值进行估算。如：吸收剂量、粒子注量等物理量是非随机量。本讲稿第二十二页，共六十二页吸收剂量和吸收剂量率n吸收剂量是当电离辐射与物质相互作用时，用来表示单位质量的物质吸收电离辐射能量大小的物理量，即：n 平均授予能，它是随机量授予能的期望值n 吸收剂量，SI单位为J/Kg，单位的专门名称为戈瑞本讲稿第二十三页，共六十二页随机量授予能 和平均授予能n授予能E就是电离辐射授予一定体积中的物质的能量，而且这些能量全部被该体积内的物质所吸收，其表示式为n 进入这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量（不包括静止能量）的总和n 离开这一体积的所有直接和间接致电离粒子能量（不包括静止能量）的总和n 在这一体积中发生的任何核变化和基本粒子变化所释放出来的总能量，减去引起这种变化而消耗的总能量本讲稿第二十四页，共六十二页n 授与能，SI单位为焦耳（J）n（三）吸收剂量率nSI单位为焦耳每千克秒，单位的专门名称为戈每秒（Gy/s）本讲稿第二十五页，共六十二页比释动能与吸收剂量的关系n（一）带电粒子平衡本讲稿第二十六页，共六十二页n物质中的一点P，在电离辐射的照射下，如果满足下列条件，此点存在着带电粒子平衡：n（1）由小体积V向各个方向伸展的距离d，至少大于由初级辐射所产生的次级带电粒子的最大射程Rmax。在d Rmax的区域内辐射的强度和能谱恒定不变；n（2）同上述同样的区域内，介质对次级带电粒子的阻止本领对初级辐射的质能吸收系数恒定不变。本讲稿第二十七页，共六十二页需要注意的是，在下述情况下并不存在着带电粒子平衡：（1）辐射源附近。这里辐射场极不均匀，随着离源距离的增加而急剧变化。（2）两种物质相邻的界面附近。这里不但辐射场不均匀，而且两种物质对初级辐射的质能吸收系数及对次级带电粒子的阻止本领不同，且d Rmax。（3）高能辐射。这种辐射产生次级带电粒子的 动能很大，当初级辐射穿过等于次级带电粒子的平均射程的物质厚度时有明显的减弱。本讲稿第二十八页，共六十二页比释动能及其应用比释动能（Kinetic energy released in matter,kerma)比释动能是间接电离粒子与物质相互作用时，在单位质量的物质中产生的带电粒子的初始动能的总和，即n间接电离粒子在特定物质的体积元内，释放出来的所有带电粒子的初始动能总和。nSI单位为戈（Gy）本讲稿第二十九页，共六十二页比释动能率n在单位时间内单位质量的特定物质，由间接电离粒子释放出来的所有带电粒子初始动能的总和称为比释动能率，SI单位为戈或戈/秒、戈/小时、毫戈/小时等。n三、比释动能与注量的关系n对于一定能量的单能辐射，能注量和比释动能有如下关系：本讲稿第三十页，共六十二页（二）比释动能与吸收剂量的关系n在带电粒子平衡条件下，若轫致辐射损失的能量可以忽略时，则n高能直接电离粒子与高原子序数的物质相互作用时，实际上有一部分能量在物质中转变为轫致辐射而离开体积元 ，则ng直接电离粒子的能量转化为轫致辐射的份额本讲稿第三十一页，共六十二页E(MeV)1-g0.6621.251.52.03.05.010.00.99840.99680.9960.9950.9910.9840.964本讲稿第三十二页，共六十二页比释动能和吸收剂量随物质深度的变化本讲稿第三十三页，共六十二页比释动能概念的应用n在辐射防护中，常用比释动能的概念计算辐射场量，推断生物组织中某点的吸收剂量，描述中子源的输出额等。（一）射线的吸收剂量n在带电粒子平衡条件下，n当和E确定不变时，本讲稿第三十四页，共六十二页源Eavg(keV)C(shallow)C(eye)C(deep)X射线(mmAl,Cu,Sn)M30(0.5,0,0)M60(1.5,0,0)M100(5.0,0,0)M150(5.0,0.25,0)H150(4.0,4.0,1.5)单能光源10202530507090120150300500Cs-1371000Co-60200020355373118102025305070901201503005006621000125020001.021.211.491.641.600.9491.0401.1241.2281.6571.8211.7981.7021.6161.4051.2991.2101.2051.1801.1400.2510.9101.0711.2211.7371.9131.8791.7661.6701.4311.3121.2101.2091.1801.1490.421.001.521.781.710.0100.6160.8861.1151.8032.0261.9901.8521.7311.4591.3251.2101.2081.1701.140本讲稿第三十五页，共六十二页中子的吸收剂量n如果中子具有谱分布，则必须采用对中子能谱进行平均的质能转移系数，用下面公式分别计算出在两种介质中的平均质能转移系数，才能用上式计算。本讲稿第三十六页，共六十二页 照射量X（一）、照射量及其单位dQ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（正、负电子）均被阻留于空气中时，在空气中所形成的一种符号的离子总电荷的绝对值。必须注意的是：定义中的dQ 并不包括在所考察的体积元的空气中释放出来的次级电子产生的轫致辐射被吸收后的电离。按照定义来测量照射量时，要求满足电子平衡条件。本讲稿第三十七页，共六十二页照射量还有另外一种表示方式：当光子具有谱分布时，本讲稿第三十八页，共六十二页n照射量X的SI单位为库仑每千克（C/Kg）1伦琴=2.5810-4库仑/千克 1伦琴=8.610-3焦耳/千克 1伦琴=103毫伦n照射量仅适用于X或辐射和空气介质，不能用于其他类型的辐射和介质。本讲稿第三十九页，共六十二页在辐射剂量概念中不再包含照射量本讲稿第四十页，共六十二页四、照射量与吸收剂量的关系本讲稿第四十一页，共六十二页吸收剂量、比释动能和照射量的区别辐射量辐射量吸收剂量吸收剂量比释动能比释动能照射量照射量适用范围适用范围任何带电和不带电粒子，任何带电和不带电粒子，任何物质任何物质不带电粒子，任何物质不带电粒子，任何物质X、，仅限于空气限于空气剂量学含义剂量学含义辐射在所关心的体积辐射在所关心的体积V内内沉积的能量，这些能量可沉积的能量，这些能量可能来自能来自V内或内或V外外不带电粒子在所关心的体不带电粒子在所关心的体积积V内交给带电粒子的能内交给带电粒子的能量，不必注意这些能量在量，不必注意这些能量在何处以何种方式损失何处以何种方式损失X、射射线在所关心的空气在所关心的空气体积体积V交给次级电子用于交给次级电子用于电力、激发的那部分的能电力、激发的那部分的能量量本讲稿第四十二页，共六十二页辐射防护中使用的量n吸收剂量吸收剂量（absorbed dose）D。n 它是单位质量内吸收的能量。其单位为焦耳每千克（Jkg-1），具有专用名称戈瑞(Gy)。吸收剂量按其定义的措词来说，可以在一个点上表示出来，但在辐射防护中除另有说明的以外，均指一组织或器官内的平均剂量。即 mT是组织或器官质量，可小于10g到70kg。n1Gy=100 rad本讲稿第四十三页，共六十二页辐射防护中使用的量本讲稿第四十四页，共六十二页辐射防护中使用的量n当量剂量当量剂量n在放射防护中感兴趣的是某一组织或器官的吸收剂量的平均值（而不是某一点上的剂量），并按辐射的质加权。这个加权后的吸收剂量是在严格意义上的一个剂量。因而委员会决定恢复早期的名称在一组织或器官中的当量剂量当量剂量(equivalent dose)*，所用符号为HT。名称的改变也反映由品质因数到辐射权重因子的改变。本讲稿第四十五页，共六十二页辐射防护中使用的量本讲稿第四十六页，共六十二页辐辐射射权权重因子重因子种种类类与能量范与能量范围围 辐辐射射权权重因子重因子光子，光子，所有能量所有能量1电电子及介子，所有能量子及介子，所有能量1中子，中子，能量能量 100keV2MeV20 2MeV20MeV1020MeV5质质子，不是反冲子，不是反冲质质子，能量子，能量2MeV5粒子，裂粒子，裂变变碎片，重核碎片，重核20本讲稿第四十七页，共六十二页辐射防护中使用的量n随机性效应概率与当量剂量的关系还与受照组织或器官有关。所以要再随机性效应概率与当量剂量的关系还与受照组织或器官有关。所以要再规定一个由当量剂量导出的量，以指示几个不同的组织受到的不同剂量规定一个由当量剂量导出的量，以指示几个不同的组织受到的不同剂量的组合，使之大概能较好地与总的随机性效应对应。对组织或器官的组合，使之大概能较好地与总的随机性效应对应。对组织或器官T的当的当量剂量加权的因子称为组织权重因子量剂量加权的因子称为组织权重因子T(tissue weighting factor)，它反，它反映在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。加权当量剂映在全身均匀受照下各该组织或器官对总危害的相对贡献。加权当量剂量（双加权的吸收剂量）以前称为有效剂量当量，但这个名词过于冗长，量（双加权的吸收剂量）以前称为有效剂量当量，但这个名词过于冗长，特别是在更复杂的组合如集体待积有效剂量当量之类的名词中。委员会特别是在更复杂的组合如集体待积有效剂量当量之类的名词中。委员会现决定采用较简的名称现决定采用较简的名称有效剂量（有效剂量（effective dose）E，采用有效剂，采用有效剂量这一术语伴随着改用当量剂量。量这一术语伴随着改用当量剂量。本讲稿第四十八页，共六十二页辐射防护中使用的量本讲稿第四十九页，共六十二页组织权重因子组织或器官组织权重因子R性腺0.20红骨髓0.12结肠0.12肺0.12胃0.12膀胱0.05乳腺0.05肝0.05食道0.05甲状腺0.05皮肤0.01骨表面0.01其余组织或器官0.05该因数是为了考虑不该因数是为了考虑不同器官或组织同器官或组织对发生辐射随机性效对发生辐射随机性效应的不同敏感性应的不同敏感性。本讲稿第五十页，共六十二页 集体有效剂量集体有效剂量 Collective effective dose本讲稿第五十一页，共六十二页待积有效剂量待积有效剂量 Committed effective dose本讲稿第五十二页，共六十二页剂量 Dosen某一对象所接受或“吸收”的辐射的一种量度。根据上下文,它可以指吸收剂量、器官剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量或待积有效剂量等。本讲稿第五十三页，共六十二页辐射危害n发现就辐射防护来说，需要关心两种类型的效应：第一种是辐射的非随机性效应，现在称之为确定性效应。包括主要因细胞丢失导致的组织或器官的功能丧失（如：红班、坏死），这些效应由大剂量照射引起，并且对它们来说存在有阈剂量，其效应的严重程度随剂量大小而异。第二种是在照后很久才显现出来的各种随机性效应，包括癌症危险的增加以及由动物实验研究结果所推论的遗传疾患的增加。这些随机性效应看来没有阈剂量存在，并且可能于小辐射剂量照射（1Gy的很小一部分）之后发生而且其发生几率与受照剂量的大小有关。n辐射效应出现在受照者本人身上的叫躯体效应，如放射病、诱发癌症等。出现在受照者后代身上的被为遗传效应，如：先天性畸形、弱智等。本讲稿第五十四页，共六十二页剂量 Dosen某一对象所接受或“吸收”的辐射的一种量度。根据上下文,它可以指吸收剂量、器官剂量、当量剂量、有效剂量、待积当量剂量或待积有效剂量等。本讲稿第五十五页，共六十二页实用量n（1）扩展场）扩展场 若在研究的整个体积若在研究的整个体积V内，其中粒子的注量及其按粒子运动方向的角内，其中粒子的注量及其按粒子运动方向的角分布和粒子的能量分布分布和粒子的能量分布（V,EV,E,），），同实际辐射场中同实际辐射场中x x点处点处粒粒子注量的谱、角分布子注量的谱、角分布（x x,E,E,）相一致，即相一致，即 （V,EV,E,）=（x x,E,E,）则称体积则称体积V V中存在的辐射场中存在的辐射场（V,EV,E,）为空间）为空间x x点处实际辐射点处实际辐射场的场的扩展场。扩展场。本讲稿第五十六页，共六十二页实用量n（2）齐向扩展场）齐向扩展场 若体积若体积V内粒子的注量及其按能量分布内粒子的注量及其按能量分布，（V,EV,E），），与实际辐射与实际辐射场中场中x x点的相同，但粒子都是沿着点的相同，但粒子都是沿着，方向运动的，即方向运动的，即 ，（V,EV,E）=（x x,E,E,）则辐射场则辐射场，（V,EV,E）称为空间称为空间x x点处实际辐射场的点处实际辐射场的齐向扩展场。齐向扩展场。本讲稿第五十七页，共六十二页实用量本讲稿第五十八页，共六十二页实用量本讲稿第五十九页，共六十二页实用量本讲稿第六十页，共六十二页实用量本讲稿第六十一页，共六十二页n除了极高能量和低能情况外，个人监测和环境监测中测得的Hp(10),Hp(0.07),H*(10),H(0.07)分别可作为相应照射条件下人体有效剂量和皮肤当量剂量偏安全的估计值。本讲稿第六十二页，共六十二页