第1章-电离辐射领域中常用的量和单位-大学课程《辐射与防护概论》课件.ppt

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1、1第一章第一章 2国际单位制基本单位？基本单位基本单位、导出单位和辅助单位、导出单位和辅助单位3长度，米，m质量，千克(公斤)，kg时间，秒，s电流，安培，A热力学温度，开尔文，K物质的量摩，尔，Mol光强度坎，德拉，cd国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位4国际单位制的辅助单位国际单位制的辅助单位平面角，弧度，rad立体，角球面度，sr6一、核素、同位素及放射性活度核素：放射性核素，如：60Co、239Pu稳定核素，如：12C、16O质子数相同，中子数不同，如：氢的同位素包括了1H、2H、3H同位素：第一节 辐射场的量和单位7放射性活度A（activity）：放射性核素的核转变率，（不是

2、原子核数或发出的粒子数）式中：式中：A A 放射性活度，放射性活度，SISI单位：贝克勒尔（单位：贝克勒尔（BqBq）。）。1 Bq1 Bq1s1s1 1 dN dN dt dt 时间内发生的核转变数。时间内发生的核转变数。历史上曾使用过的单位：居里（历史上曾使用过的单位：居里（CiCi）1 Ci=3.71 Ci=3.7 10101010BqBq第一节 辐射场的量和单位8二、粒 子 注 量第一节 辐射场的量和单位102.粒子注量率（particle fluence rate）式中：d 单位时间粒子注量的增量。粒子注量率，单位m-2s-1。第一节 辐射场的量和单位11三、能量注量1.能量注量（e

3、nergy fluence)进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静止能量）式中：dEf1 粒子能量之和，单位 J。能量注量，单位 J/m2。第一节 辐射场的量和单位133.能量注量与粒子注量的关系：第一节 辐射场的量和单位15第二节 带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子的种类和物理性质二、带电粒子与物质相互作用的主要过程三、带电粒子在物质中的射程四、比电离16一、带电粒子的种类和物理性质带电粒子种类：带电粒子电子：核外电子射线：原子核发出的高速电子质子粒子第二节 带电粒子与物质的相互作用181.电离、激发和碰撞阻止本领带电粒子轨道电子库仑相互作用电离激发第二节 带电粒子与物质的相互

4、作用19碰撞阻止本领碰撞阻止本领线碰撞阻止本领：带电粒子在介质中每单带电粒子在介质中每单位路径长度上电离损失的平均能量。位路径长度上电离损失的平均能量。质量碰撞阻止本领：线线碰碰撞撞阻阻止止本本领领除除以密度，消除密度的影响。以密度，消除密度的影响。第二节 带电粒子与物质的相互作用20重带电粒子质量碰撞阻止本领公式：21分析：（1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比；库仑作用力（2）电离损失与重带电粒子的能量（速度的平方）成反 比；作用时间（3）电离损失与物质的电子密度成正比；作用概率电子密度：第二节 带电粒子与物质的相互作用22电子质量碰撞阻止本领公式：（1）电离损失与电子的能量（速度）成

5、反比；作用时间（2）电离损失与物质的电子密度成正比；作用概率24第二节 带电粒子与物质的相互作用25辐射损失Zz2/m2其中：Z物质的原子序数；z带电粒子的电荷数；m 带电粒子的质量。在同一物质中，粒子能量的辐射损失比能量相同的电子约小107倍。第二节 带电粒子与物质的相互作用26电子能量转变为韧致辐射的份额单能电子束入射厚靶：F5.810-4Z E射线入射厚靶：F3.3310-4Z Emax屏蔽计算中，对韧致辐射谱 常取E(平均)1/3 Emax第二节 带电粒子与物质的相互作用283.总质量阻止本领（1）E1时，90o，散射光子能量约为0.511MeV；180o，散射光子能量约为0.25Me

6、V第三节 X、射线与物质的相互作用49反冲电子：能量关系：角度关系：第三节 X、射线与物质的相互作用50康普顿效应的总截面：KleinNishina公式：单位：cm2/电子第三节 X、射线与物质的相互作用（每个电子）51总截面、散射截面、吸收截面随能量变化第三节 X、射线与物质的相互作用523.电子对效应原子核场：能量大于1.02MeV，发生几率大；电子场：能量大于2.04MeV，发生几率很小。第三节 X、射线与物质的相互作用53电子对效应截面：电子对效应截面：贝特公式：式中：（1）电子对效应截面与Z2成正比；（2）与光子能量的对数成正比；（3）正、负电子的角分布随光子能量的增加趋向前方。第三

7、节 X、射线与物质的相互作用（每个原子）54第三节 X、射线与物质的相互作用55三、三、X X、射线与物质的相互作用的其他过程射线与物质的相互作用的其他过程1.相干散射光子作为电磁波具有波粒二象性；干涉现象的条件：相干光源劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象，在0.00050.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。第三节 X、射线与物质的相互作用截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；低能时不可忽略，小角度散射。562.光核反应光核反应：光子与原子核发生反应，有阈能。常见的光

8、核反应：（，n）、（，p）、（，2n）及（，pn）等典型的光核反应阈能（MeV）第三节 X、射线与物质的相互作用57光核反应的特点：（1）存在阈能；（2）光核反应截面存在巨共振峰；（3）光子能量达2030MeV时，可能发生（，2n）、（，pn）、（，）反应，但截面极小；（4）所有光核反应的截面的最大值不超过康普顿效应和电子对效应截面的5；（5）光核反应会产生中子，还可能会产生放射性核素。例如：第三节 X、射线与物质的相互作用58X、射线穿透物质的特点59四、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数1.质量衰减系数/光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。式中：线衰减系数，cm-

9、1；光电线衰减系数；e总康普顿线衰减系数；coh相干散射线衰减系数；电子对线衰减系数；质量衰减系数/：线衰减系数：第三节 X、射线与物质的相互作用单位：cm-16061622.质能转移系数tr/线能量转移系数tr：穿行单位距离，光子转移为带电粒子的动能占总能量的份额。质能转移系数tr/：cm-1cm2/g第三节 X、射线与物质的相互作用633.质能吸收系数 en/光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致辐射损失掉。质能吸收系数en/：式中：g次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额第三节 X、射线与物质的相互作用644.混合物和化合物的质量衰减系数和质能吸收系数式中：i元素i的重量百分比。第三

10、节 X、射线与物质的相互作用65第四节 中子与物质的相互作用一、弹性散射二、非弹性散射三、辐射俘获四、其他核反应66中子几乎不与电子相互作用，只能与原子核相互作用中子散射散射弹性散射 如：快中子与轻介质非弹性散射 如：快中子与重介质吸收 辐射俘获第四节 中子与物质的相互作用67第四节 中子与物质的相互作用68一、弹性散射一、弹性散射在质心坐标系中单次碰撞后能量比：散射角c可取0间的任何值多次碰撞后，平均能量损失份额：对氢核的例子第四节 中子与物质的相互作用69快中子能量从快中子能量从E1降到降到En，所需的平均碰撞次数：，所需的平均碰撞次数：第四节 中子与物质的相互作用70二、非弹性散射非弹性

11、散射过程：（1）直接相互作用（10-22-10-21）；（2）形成复合核（10-20-10-15）；（3）靶核发出动能较低的中子；（4）靶核处于激发态；（5）靶核释放若干光子退激。靶核的内能发生了改变靶核的内能发生了改变第四节 中子与物质的相互作用71非弹性散射的特点：（1）要克服最低的激发能级，所以存在阈能；（2）阈能以上，中子能量越高，非弹性散射截面越大；（3）第一激发能越低，越容易发生非弹性散射重核的第一激发能约100千电子伏轻核的第一激发能约几兆电子伏（4）伴随射线例屏蔽层加入重金属与减速剂交替屏蔽（中子减速、射线）第四节 中子与物质的相互作用72三、辐射俘获三、辐射俘获辐射俘获：（n

12、，）反应第四节 中子与物质的相互作用73（1）反应截面与中子能量有关，低能区除共振峰外，一般服从规律；（2）反应形成的核素一般是放射性的，也有稳定核；（3）不同核素的热中子俘获截面变化很大，氙：2.65106靶，镉：19910靶，氧18只有104靶。特点：第四节 中子与物质的相互作用74四、其它核反应1.发射带电粒子的核反应10Bn中子防护中常用镉、硼、锂作吸收剂氮16半衰期7.3秒，放、射线4.289(66.2%)、10.418(28.0%)第四节 中子与物质的相互作用752.裂变反应裂变反应：（n，f）反应易裂变同位素：233U，235U，239Pu，241Pu可裂变同位素：232Th，2

13、38U，240Pu放出约200MeV的能量第四节 中子与物质的相互作用763.多粒子发射中子能量大于810MeV时，复合核发射多个粒子（n，2n）、（n，np）第四节 中子与物质的相互作用7778第五节第五节辐射剂量学中使用的量和单位辐射剂量学中使用的量和单位一、吸收剂量一、吸收剂量 二、比释动能二、比释动能 三、照射量三、照射量 四、吸收剂量、比释动能和照射量四、吸收剂量、比释动能和照射量的区别的区别 79一、吸收剂量1 授予能2 吸收剂量3 吸收剂量率第五节 辐射剂量学中使用的量和单位80剂量：医学专用术语，指药物治疗时需要掌握的用药量。“剂量正是作为将物理测量和辐射生物效应联系起来的一

14、个物理量而被引入的。能量沉积是一个随机的过程单位：J平均授予能：1.授予能第五节 辐射剂量学中使用的量和单位812.吸收剂量（absorbeddose）电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商定义：SI单位：戈瑞，1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，1rad0.01Gy第五节 辐射剂量学中使用的量和单位针对“点”的概念；对所有射线适用；适用于所有介质。823.吸收剂量率SI单位：戈瑞/秒，Gy/s某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。第五节 辐射剂量学中使用的量和单位定义：83二、比释动能间接电离粒子的能量沉积过程：间接带电粒子带电粒子带电粒子物质

15、（比释动能）（吸收剂量）1.简介第五节 辐射剂量学中使用的量和单位842.比释动能（Kerma，kinetic energy in material）定义：间接带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能的和除以物质质量的商。SI单位：戈瑞，Gy第五节 辐射剂量学中使用的量和单位853.比释动能率定义：某一时间间隔内比释动能的增量除以该时间间隔的商。SI单位：戈瑞/秒，Gy/s第五节 辐射剂量学中使用的量和单位864.比释动能与注量的关系单能：连续谱：比释动能因子：用于计算第五节 辐射剂量学中使用的量和单位875.比释动能与吸收剂量的关系比释动能与吸收剂量的关系带电粒子平衡：带电粒子平衡：第

16、五节 辐射剂量学中使用的量和单位总能量平衡谱分布平衡每有一个带电粒子从所考虑体积出来，就有一个相同类型、相同能量的带电粒子从外面进入，要求一一对应。88带电粒子平衡的条件：带电粒子平衡的条件：（1）离介质边界有一定距离，dRmax；（2）均匀照射条件；（3）介质均匀条件：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不变。带电粒子平衡不成立：带电粒子平衡不成立：（1）辐射源附近；（2）两种物质的界面；（3）高能辐射。第五节 辐射剂量学中使用的量和单位89比释动能与吸收剂量的关系：比释动能与吸收剂量的关系：条件：带电粒子平衡其中：对低能带电粒子，韧致辐射可以忽略时，则DK第五节 辐射剂量

17、学中使用的量和单位一般在10-310-2之间90比释动能与吸收剂量在物质中的变化：比释动能与吸收剂量在物质中的变化：第五节 辐射剂量学中使用的量和单位916.比释动能和吸收剂量概念的应用实现对生物组织中吸收剂量的间接测量目的：射线：中子：注意谱的问题，此外还需要进行组织厚度的剂量修正第五节 辐射剂量学中使用的量和单位92三三.照射量照射量1.照射量照射量定义：X、射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。式中：dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。第五节 辐射剂量学中使用的量和单位照射量SI单

18、位：C/kg库伦/千克93另一个定义式X、射线；射线；空空气气，有有些些文文献献提提到到介介质质的的照照射射量量时时，是是指指在在介介质中放置少量空气后测得的照射量值。质中放置少量空气后测得的照射量值。不不包包括括次次级级电电子子韧韧致致辐辐射射被被吸吸收收后后产产生生的的电电离离（3MeV时，才予以考虑）时，才予以考虑）特点：94照射量单位（历史上使用的单位）伦琴：在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。1R2.5810-4C/kg第五节 辐射剂量学中使用的量和单位952.照射量

19、率SI单位：C/Kg.s,R/s等次级电子在体积以内和以外的空气中走完它们的路程时，总共产生的电离电荷；只适用于X、射线；只对空气；测量时必须满足电子平衡；不能作为剂量的单位，历史误会。概念理解：概念理解：第五节 辐射剂量学中使用的量和单位963.照射量因子计算公式：照射量照射量因子因子第五节 辐射剂量学中使用的量和单位97例：例：137Cs源源发发射射的的 射射线线能能量量为为0.662MeV，离离源源1m处处测测得得 光光子子的注量率的注量率 为为1107m-2s-1，求，求该该点的照射量率。点的照射量率。解：由且得984照射量与吸收剂量的关系Dm吸收剂量，Gy；fm因子，J/C；X照射量

20、，C/kg.第五节 辐射剂量学中使用的量和单位4.吸收剂量与照射量的关系Dm吸收剂量，Gy；fm因子，Gy/R；X照射量，R.991001015.吸收剂量、比释动能和照射量的区别第五节 辐射剂量学中使用的量和单位102且电子平衡时第五节 辐射剂量学中使用的量和单位103作业P212题8题104105106107日本福岛核电站108109110111第六节辐射防护中使用的量一、一、与个体相关的辐射量与个体相关的辐射量1当量剂量当量剂量2有效剂量有效剂量3待积当量剂量与待积有效剂量待积当量剂量与待积有效剂量二、二、与群体相关的辐射量与群体相关的辐射量1集体当量剂量集体当量剂量2集体有效剂量集体有效

21、剂量三、三、用于环境和个人监测的用于环境和个人监测的ICRU量量112一、与个体相关的辐射量式中：WR辐射权重因子；DT,R器官、组织的平均剂量SI单位：希沃特，1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，1rem0.01Sv第六节 辐射防护中使用的量器官或组织T中的平均吸收剂量DT,R与辐射权重因子WR的乘积1当量剂量当量剂量HT,R(equivalentdose)113辐射权重因子辐射权重因子 WR：为辐射防护目的，对吸收剂量乘以的因数，用以考虑不同类型的辐射对健康的相对危害效应。第六节 辐射防护中使用的量（radiationweightingfactor）114辐射类型辐射权重因子，WR

22、光子电子和介子质子和带电介子粒子、裂变碎片、重离子中子11220中子能量的连续函数（见图1和公式4.3）表2ICRP103建议的辐射权重因子中子辐射权重因子的计算:115第六节 辐射防护中使用的量116中子的辐射权重因子与中子能量的关系中子的辐射权重因子与中子能量的关系117第六节 辐射防护中使用的量早期方法：其中Q是辐射品质因子剂量当量：118辐射品质因子Q的值按照辐射在水中的传能线密度（linearenergytransfer,LET）确定第六节 辐射防护中使用的量119第六节 辐射防护中使用的量120用WR代替Q的原因：从防护的角度考虑；简化，统一；数据，尤其是中子数据，进行了修正；目前

23、仍在混用。第六节 辐射防护中使用的量1212.有效剂量有效剂量E式中：组织T的权重因子；HT器官或组织的当量剂量SI单位：希沃特，1Sv1J/kg历史上曾使用过的单位：雷姆，1rem0.01Sv第六节 辐射防护中使用的量当所考虑的效应是随机效应时，在全身受到不均匀照射的情况下，人体所有组织或器官的加权后的当量剂量之和。(effectivedose)WT122组织权重因子WT：（tissueweightingfactor）为辐射防护的目的，器官和组织的当量剂量所乘的因数，乘以该因数是为了考虑不同器官和组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性。第六节 辐射防护中使用的量123123组织权重因子WT组织

24、或器官WTICRP60ICRP26性腺0.200.25红骨髓0.120.12结肠0.12肺0.120.12胃0.12膀胱0.05乳腺0.050.15肝0.05食道0.05甲状腺0.050.03皮肤0.01骨表面0.010.03其余器官或组织0.050.30124124组织权重因子的比较 序号组织WT主要变化26号出版物90年建议书06年建议书（草案）1234567891011121314性腺乳腺红骨髓肺甲状腺骨表面结肠胃膀胱肝食道皮肤脑唾液腺其余组织0.250.150.120.120.030.030.300.200.050.120.120.050.010.120.120.050.050.050

25、.010.050.080.120.120.120.040.010.120.120.040.040.040.010.010.010.12（1 1）性腺、）性腺、乳腺及其余乳腺及其余组织的组织的W WT T值值有变动；有变动；（2 2）给出）给出确定确定W WT T值的值的组织由组织由6121461214个；（个；（3 3）其余组织的其余组织的个数有变动，个数有变动，由由5101451014个。个。125概念理解概念理解当量剂量当量剂量 针对某个器官或组织，是平均值；有效剂量有效剂量 针对全身而言，取平均值。辐射权重因子辐射权重因子辐射权重因子辐射权重因子 描述了辐射类型、能量的不同对生物效应的影

26、响；组织权重因子组织权重因子 则描述了不同器官、组织对全身总危害的贡献。第六节 辐射防护中使用的量1263.待积当量剂量（committedequivalentdose）与待积有效剂量（committedeffectivedose）待积当量剂量待积当量剂量待积有效剂量待积有效剂量成年人成年人50年；儿童年；儿童70年年第六节 辐射防护中使用的量人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在50年内将要受到的累积的剂量当量。127二、与群体相关的辐射量2.集体有效剂量集体有效剂量SK：单位：人希注意：时间、人群注意：时间、人群第六节 辐射防护中使用的量1.集体当量剂量集体当量剂量ST：受照群体每个成

27、员的剂量当量的总和。(collectiveequivalentdose)(collectiveeffectivedose)受照群体每个成员的有效剂量的总和。单位：人希128三、用于环境和个人监测的ICRU量第六节 辐射防护中使用的量外照射监测中使用的剂量当量在外照射情况下，为了将个人监测和环境监测中得到的结果，与人体的有效剂量及皮肤当量剂量联系起来，国际辐射单位与测量委员会（ICRU）定义四个运用量是很有用的，即周围剂量当量、定向剂量当量、深部个人剂量当量和浅表个人剂量当量。这些量都是基于ICRU球中某点处的剂量当量概念球中某点处的剂量当量概念而不是以当量剂量的概念为依据辐射在器官或组织中的当

28、量剂量定义为 式中，WR 辐射权重因子，是与辐射品质相对应的加权因子，无量纲。129第六节 辐射防护中使用的量强贯穿辐射：(strongly penetrating radiation)在在均均匀匀单单向向辐辐射射场场中中，对对某某一一给给定定的的人人体体取取向向，如如皮皮肤肤敏敏感感层层的的任任何何小小块块区区域域内内所所接接受受的的当当量量剂剂量量与与有有效效剂剂量量的的比比值值小小于于10，则此种辐射称为强贯穿辐射。，则此种辐射称为强贯穿辐射。弱贯穿辐射：(weakly penetrating radiation)(weakly penetrating radiation)在在均均匀匀单

29、单向向辐辐射射场场中中，对对某某一一给给定定的的人人体体取取向向，如如皮皮肤肤敏敏感感层层的的任任何何小小块块区区域域内内所所接接受受的的当当量量剂剂量量与与有有效效剂剂量量的的比比值值大大于于10，则此种辐射称为弱贯穿辐射。，则此种辐射称为弱贯穿辐射。130ICRU球：是是一一个个组组织织等等效效球球形形体体模模，球球的的直直径径为为30cm，密密度度1g/cm3，材材料料的的质质量量成成分分为为氧氧76.2%、碳碳11.1%、氢氢10.1%、氮氮2.6%。称称ICRU球球。所所以以ICRU球球可可用用来来模模拟拟人人体体对对辐辐射射量量最最敏敏感感的的躯躯干干部部的的受受照照情情况况，被被

30、规规定为确定外部辐射源产生剂量的受体定为确定外部辐射源产生剂量的受体。第六节 辐射防护中使用的量131为了环境和场所监测的目的，引入二个概念把外部辐射场与有效剂量和皮肤当量剂量联系起来。第一个概念是适用于强贯穿辐射的周围剂量当量；第二个概念是适用于弱贯穿辐射的定向剂量当量。这些用于监测的剂量当量均属于实用量，它们具有可测性。第六节 辐射防护中使用的量1321.环境监测周围剂量当量H*(d)：定向剂量当量H(d,)：辐射场中某点处的周围剂量当量H*(d)是相应的扩展齐向场在ICRU球内、逆齐向场的半径上深度d处产生的剂量当量。对于强贯穿辐射，推荐d10mm。(ambient dose equiv

31、alent)(directional dose equivalent)辐射场中某点处的周围剂量当量H(d,)是相应的扩展场在ICRU球内、沿指定方向的半径上深度d处产生的剂量当量。对于弱贯穿辐射，推荐d0.07mm。值取0.07mm，这相当于皮肤基底层的深度。第六节 辐射防护中使用的量1332.个人监测深部个人剂量当量和浅表个人剂量当量统称个人剂量当量。这是两个用于个人监测的剂量当量。它们是在人体上预定佩带剂量计的部位深度d处定义的。深部个人剂量当量Hp(d)：深部个人剂量当量也称作贯穿性个人剂量当量，是人体表面某一指定点下面深度d处的软组织内的剂量当量，它适用于强贯穿辐射。推荐的d值为10m

32、m，故Hp(d)写为Hp(10)。第六节 辐射防护中使用的量(individual dose equivalent,penetrating)134浅表个人剂量当量Hs(d)：第六节 辐射防护中使用的量(individual dose equivalent,superficial)浅表个人剂量当量，是人体表面某一指定点下面深度d处的软组织内的剂量当量，它适用于弱贯穿辐射。推荐的d值为0.07mm，故Hs(d)写为Hs(0.07)。个人剂量当量是在人体组织中定义的，因而既不能直接测量，也不可能从一种普遍的刻度方法推导出来。但是，佩带在身体表面的探测器覆盖以适当厚度的组织等效材料，可以用于个人剂量当量的测量。135以上四个量便于测量；除了极高能量和低能情况下，个人监测和环境监 测 中 测 得 的 Hp(10)、Hs(0.07)、H*(10)、H(0.07)四个量可分别作为相应照射条件下人体有效剂量当量和皮肤剂量当量偏安全的估计。第六节 辐射防护中使用的量概念理解：