电离辐射剂量学

nullnull电离辐射剂量学null放射学科的基石 专业拓展和技术提高的工具 辐射理论研究和应用研究的前提null必要的高等 数学 数学高考答题卡模板高考数学答题卡模板三年级数学混合运算测试卷数学作业设计案例新人教版八年级上数学教学计划 知识 微积分、微分方程、数值计算、解析几何 必要的原子物理知识 微观尺度、原子和原子核物理 必要的计算机编程技术 至少一门编程语言 必要的英语 普通英语、专业英语null课堂随问随答方式 办公室讨论 [] 邮件联系 [] 电话联系 []null建议当堂提问 建议课后复习理解 建议多动笔null辐射剂量学导论 ICRP 60号出版物 ICRP 2007 新建议书 NCRP 51号报告 ××程序设计 Medical Physics 杂志nullnull电离（Ionization）： 从原子、分子或其他束缚状态释放 一个或多个电子的过程。 在电离过程中产生的负离子和正离 子形成离子对。null激发（Excitation）： 如果上述过程中电子尚不能摆脱 原子核的束缚，只能从低能态跃迁到 高能态，则称为 激发。null 如果电离过程中释放的电子能量超过 100 eV，则称其为 δ射线。 电离的起因： 1、带有足够动能的带电粒子通过与物 质原子、分子的碰撞直接产生。null电离的起因： 2、不带电的光子、中子也能直接产生 电离，但这类电离主要是靠它们与 物质 相互作用 过程中产生的 次级 带电粒子间接来完成的。null电离的起因： 3、低能带电粒子，已不能直接产生电 离，但还能通过其诱发核、基本粒 子转变过程发出的次级带电粒子进 一步产生电离。null电离辐射（Ionizing Radiation）： 能通过直接过程、次级过程引起 物质电离的 不带电粒子 和 带电粒子 组成的辐射。null辐射效应（Radiation Effect）： 电离辐射引起受照物质性质的变化 通过电离、激发，辐射的能量被物 质吸收，引发物质性质的改变。 如：物质变热、变色等。null辐射效应（Radiation Effect）： 一旦人体组织受到照射，会造成 DNA分子损伤、细胞变异或死亡。 物质吸收辐射能量越多，辐射效应 的程度越大。null辐射剂量（Radiation Dose）： 预测电离辐射导致受照物质发生 真实效应或潜在影响程度的物理指标。 其数值取决于辐射的类型、能量 以及受照物质的性质，同时也依赖于 照射条件(时间、方式和途径)。null辐射剂量学（Radiation Dosimetry）： 研究 电离辐射能量在受照物质中转移和 吸收的规律 。 剂量分布与照射条件的联系 辐射剂量测、算方法 辐射剂量与辐射效应关系。null度量和单位： 1、电子伏特（eV） 真空中一个电子在一伏特电压作用 下获得的能量。 与焦耳（J）的关系： null2、平面角 由一点发出的两条射线所规定的平 面范围。 圆心在顶点的一个圆被两射线所截 的弧长 a 与该圆半径 r 的比值： 单位为 rad（弧度）null3、立体角 由一个锥面规定的空间范围 球心在锥顶的一个球面被锥面截下 的面积 S 与该圆半径平方 r2 的比值： 单位为 Sr（球面度）nullnull4、放射性衰变参数 物理衰变常数 λ：单位时间内， 放射性原子核发生衰变的份额，1/s 物理半衰期 T1/2：放射性原子核减 少一半所需要的时间，s。 null5、放射性衰变规律 null6、放射性活度（Activity） t 时刻，单位时间内，样品中自发 发生核转变的原子核个数。 单位：1/s，名称：Bq（贝克） null电离辐射场 （Ionizing Radiation Field） 电离辐射在其中 通过、传播乃至经由相互作用 传递辐射能量的整个空间范围。null辐射场性质的内涵 辐射场类型 α 辐射场，β辐射场，γ辐射场 中子辐射场，混合辐射场 粒子能量 单能辐射场 具有能量分布的辐射场null辐射场性质的内涵 粒子运动方向 单向辐射场 多向辐射场null各向同性辐射场 （Isotropic Radiation Field） 从各个方向到达辐射场某点具有特定能量的同类粒子数目都相同的辐射场 null辐射场性质的时空相关性 辐射场的性质常随 观察时间 和 空间位置 的变迁而改变。 完整描述一个辐射场，需要从以下 五个方面进行。 null为完整描述辐射场，必须了解： 任意时刻， （T） 沿 任意方向，到达辐射场 （Ω） 任意位置的 （P） 任意类型、 （K） 任意能量的 （E） 粒子数目或它们携带的辐射能量null描述辐射场性质的两个简单物理量 粒子注量（Particle Fluence）, 能量注量（Energy Fluence）, T时间内，进入以 r 点为球心的单位 截面积小球的粒子数或辐射能。 单位：m-2 ，J ∙ m-2null 和 的说明 对于单向或多向辐射场，在小球内 总能找到和入射粒子方向垂直的横截面 所以，粒子注量和能量注量分别就 是从各个方向进入所关心小球的粒子数 及其携带的辐射能。null粒子注量率(Particle Fluence Rate), 能量注量率(Energy Fluence Rate), t 时刻，单位时间内，辐射场 r 点 处 粒子注量 或 能量注量 的 增加量 单位： m-2 ∙ s-1 ，J ∙ m-2 ∙ s-1 nullnull按照分布（distribution）来理解， T 时间内的粒子注量 是 粒子注量按时间的 积分分布 。 t 时刻的粒子注量率 是 粒子注量按时间的 微分分布 。null需要注意的是， 单位时间内，到达 r 点处的粒子未必都 具有相同的方向性，从而提示： 粒子注量率 能量注量率 存在着按粒子运动方向的分布null粒子辐射度（Particle Radiance） 能量辐射度（Energy Radiance） 它们分别是 粒子注量率 和 能量注量率 按粒子运动方向 Ω 的微分分布。null粒子辐射度（Particle Radiance） 能量辐射度（Energy Radiance） 它们的含义是 沿Ω(α,β)方向，单位立体角入射 的那些粒子构成的粒子注量率和能量注 量率。单位: m-2 ∙ s-1 ∙ sr -1 , J ∙ m-2 ∙ s-1 ∙ sr -1 null如果已知沿各个方向入射的 粒子辐射度 则辐射场 r 点处总的粒子注量率 即为粒子辐射度对方向的求和。nullnull再要注意的是， 单位时间内沿Ω方向单位立体角入 射到辐射场 r 点处的粒子未必都有相同 的能量，于是知道： 粒子辐射度 能量辐射度 存在按粒子能量 的分布。null粒子辐射度 按粒子能量的微分分布， 是由能量为 E 的那些粒子构成的 粒子辐射度。意指： t 时刻单位时间内，沿Ω方向单位立 体角入射到辐射场 r 点的，单位能量间 隔内能量为 E的粒子数。null粒子辐射度 按粒子能量的积分分布， 是由能量0 ～ E 的那些粒子构成的 粒子辐射度。意指： t 时刻单位时间内，沿Ω方向单位立 体角入射到辐射场 r 点的，能量在 0 ～ E 间的粒子数。null粒子辐射度按粒子能量的 微分分布和积分分布的关系： 能量辐射度按能量的微分分布 粒子辐射度按能量的微分分布 两者关系为：null描述辐射场性质最基本的量 是：任何一种辐射类型 i 的粒子辐射度 按粒子能量的微分分布 相应的，能量辐射度按粒子能量的微分 分布为：nullnullnull本章思考题 1、电离，激发，辐射场，辐射剂量 2、粒子注量，能量注量，粒子辐射度 3、试描述粒子辐射度按粒子能量的微分分布 与粒子注量的关系 null本章附加思考题 4、有人说：辐射场中P点的注量值等于发生 在P点处无限小体积dV的粒子径迹长度 （假定径迹为直线）的总和的期望值与dV 的商。试针对一个球形体积证明此言。null 第二章 电离辐射与物质的相互作用程度 Ch 2 Extent of Interaction of Ionizing Radiation with Matternull概 论 相互作用（Interaction） 在物质中，电离辐射的能量、方向 发生变化的随机过程。null相互作用后，会产生一个或多个次级粒子。 入射辐射的一部分能量将向次级粒子转移。 相互作用的程度依赖于： 辐射的 类型 和 能量 ，以及 物质的 性质（原子序数）null 用于描述相互作用程度的系数都有其独 自的针对性。 每一个相互作用系数值都是与 特定辐射、特定能量 和 特定物质 相联系的。null 带电粒子： 作用次数频繁，每次作用损失能量不多 不带电粒子： 作用次数稀少，每次作用能量损失可观 不带电粒子通过相互作用产生次级带电 粒子将能量授予物质。null 相互作用的靶子（Target） 与入射辐射发生相互作用的 原子核、 整个原子 以及 核外束缚电子。 这里提到的靶子其实就是入射辐射的作 用对象。因此，靶子的数目与相互作用次数 关系密切。null 若物质 原子序数为 Z，摩尔质量为 M，密度 ρ 则单位质量（m）物质中， 原子核数 aBm = NA / M 电子数 eBm = NA ∙ Z / M 单位体积（V）物质中 原子核数 aBv = [NA / M] ∙ ρ 电子数 eBv = [NA ∙ Z / M ] ∙ ρnull不同物质的 Z / M 值 由上表可知，低 Z 物质（包括软组织） 单位质量中包含的电子数近乎相等。 null 液态水的密度 ＝ 1.0 g / cm3, 根据前述得 1 cm3 水含有的水分子个数（BV）水 为： [ ( 1 g / cm3 ) / 18 ] × NA ＝ 3.3 ×1022 已知 20°C 水蒸气密度＝1.73×10-5 那1 cm3 水含有的水分子数目为 5.8×1017null然而，1g 液态水和 1g 水蒸气包含的水分子 同为 Bm = (BV) / ρ = 3.3 × 10 22 个。 由此得到结论： 单位质量物质中含有的靶子数目不因物 质状态的变化而改变。null 相互作用截面 σ （Cross－Section） 单位注量的入射辐射与一个靶子发生一 次相互作用的几率。 若入射辐射注量为 ，其与一个靶子 发生相互作用的几率为 P，则截面为： null如果入射辐射可能与靶子发生多种相互作用 则相互作用的总截面 σ 总 为： σ 总 ＝ ∑ σ J 依据靶子类型的不同，截面可以是： 原子截面 a σ ，电子截面 e σ 且 a σ ＝ e σ ∙ Znull衰减系数 若入射辐射粒子注量为 ，在均匀物质 中穿行 距离，其粒子注量将减少： null线衰减系数 等式两边同时除以物质密度 ρ ，得： 质量衰减系数，m2 ∙ kg -1 质量厚度,入射辐射在物质中穿行 dl 厚度时涉及到的物质质量。 null线衰减系数 (Linear attenuation coefficient) 表示：单位注量的入射辐射在单位体积 物质中引发一次相互作用的几率。或者 说入射辐射在物质中穿行单位长度距离 时，其粒子注量减少的份额。null质量衰减系数 (mass attenuation coefficient) 表示：单位注量的入射辐射在单位质量 物质中引发一次相互作用的几率。或者 说入射辐射在物质中穿行单位质量厚度 时，其粒子注量减少的份额。null 例如：1Mev光子在铝中的 线衰减系数为 0.166 cm-1， 质量衰减系数为 0.0615 cm2/g 请说说上述数值的含义nullnull 带电粒子能量在物质中的吸收 Absorption of Energy of Charged Particles in Matternullnull 带电粒子进入物质后，主要受到物 质中原子核和电子的电磁作用，致使运 动着的带电粒子 改变方向、减少能量. 若无能量形式的改变，则称： 弹性散射 或 弹性碰撞 否则表现为 电离、激发、轫致辐射null高能电子： 主要通过轫致辐射损失能量 电子： 运动速度超过同一物质中的光速时 部分能量变成可见光，契伦科夫辐射。 高能重粒子：主要通过核反应null 带电粒子与物质的 相互作用方式 和 能量损失多寡 依赖于带电粒子的 电荷、质量和能量， 也取决于 物质的原子序数。null 弹性碰撞仅当带电粒子的运动速度不高 于2183km/s时才会发生，与该速度对 应的粒子的动能分别为： α 粒子：0.1 Mev 质子：0.025 Mev 电子：0.0135 Mevnull 通常遇到的质子、 α 粒子的能量 比上述高很多，因此，重带电粒子在弹 性碰撞过程中损失的能量几可忽略。 在常见电子能量范围内，弹性碰撞 的能量损失不超过0.15%。且电子能量 越高，发生弹性碰撞几率越小。null 碰撞过程中带电粒子能量损失的主 要过程是 电离 和 激发 ， 由此损失的能量被称为 带电粒子能量的碰撞损失， 用 碰撞阻止本领 予以定量。null 依据带电粒子在物质中穿行距离的 表达方式的不同，碰撞阻止本领有： 线碰撞阻止本领，Scol (Linear Collision Stopping Power) 质量碰撞阻止本领，Scol / ρ (Mass Collision Stopping Power)null线碰撞阻止本领，Scol，[ J / m ] 质量碰撞阻止本领，Scol / ρ, [ J m2 / kg ] 分别表示带电粒子在物质中穿行 单位（长度或质量厚度）路程时因 电离、激发过程损失的能量。null电子： 质量碰撞阻止本领 β ＝ V(电子速度) / C 光速 B(T)：与电子速度相关的一个因子 计算的结果用 Mev cm2/ g nullnull 在水中,10 keV 电子质量碰撞阻止本领 null轫致辐射 （Bremsstrahlung） 物质中带电粒子受到原子核、电子 电场的作用，运动方向发生大的偏折， 部分动能变成能量连续分布的X射线的 光子能量。null 带电粒子在 轫致辐射过程中损失的能量 称为带电粒子能量的辐射损失， 分别可以用 线辐射损失本领 和 质量辐射阻止本领 予以定量null线辐射损失本领 (Linear radioactive stopping power) 质量辐射阻止本领(Mass radioactive stopping power) 分别表示带电粒子在物质中穿行 单位（长度或质量厚度）路程时因 轫致辐射过程损失的能量。 Srad [J / m], Srad / ρ [J m2 / kg] null带电粒子的辐射损失依赖于： 物质的原子序数 Z ， 带电粒子的静止质量 M0 ，动能 T Srad ∝ Z2 ∙ T / (M0)2 产生 X 线，用高能电子轰击高 Z物质 阻挡电子，用低Z物质 nullnull总阻止本领 （Total Stopping Power） 带电粒子在物质中穿行单位距离时因电 离、激发和轫致辐射损失的总能量。 重带电粒子：S ≈ Scol 电子：S = Scol + Sradnullnull 物质中 X、γ射线能量的转移和吸收 Energy Transfer and Absorption of X , γ Ray in Matternull X、γ射线与 可见光、紫外线 无线电波、红外线 一样属于电磁辐射， 具有波粒二象性。nullnull物质中，X、γ射线能量损失的主要方式 光电效应 康普顿散射 电子对产生null光电效应： 该过程中，原子吸收整个入射光子， 继而从原子壳层释放出一个电子(光电子) 只要入射光子的能量大于K层电子的 结合能 φ，则80％的光电子出自K层。null光电效应后的继发过程： 释出壳层电子的原子复原时，将通 过两种过程释放多余的结合能 φ 。 1、发射特征 X 射线（标识辐射） 具有份额，f 2、释放更外层的电子（俄歇电子） 具有份额，1－fnull 于是，光电效应过程中，次级电子 得到的能量为： 得到光子能量的份额为： null光电效应后的继发过程： 释出壳层电子的原子复原时，将通 过两种过程释放多余的结合能 φ 。 1、发射特征 X 射线（标识辐射） 具有份额，f 2、释放更外层的电子（俄歇电子） 具有份额，1－fnull 光电效应的原子截面： 有， 向次级电子转移能量的原子截面nullnull 光电子的出射方向取决于入射光子 的能量 hν， 如果 hν >> 1 Mev，则出射方向趋于 光子的入射方向。 如果 hν << 1 Mev，则出射方向趋于 光子的入射方向。null康普顿散射： 如果入射光子的能量比原子中束缚 电子的结合能大很多，则就光子而言， 可认为原子中的束缚电子是”自由”的。 康普顿散射就是入射光子与“自由 电子”的弹性碰撞。null 因此，康普顿散射的电子截面对于 各种物质来说都是相同的。 康普顿散射中，入射光子的部分能 量传递给电子（反冲电子），减少了能 量的光子（散射光子）同时也改变了原 来的运动方向。null 该过程中，反冲电子得到的能量为： 所占能量份额为： 反冲电子以及散射光子出射方向的变 化规律与光电效应中光电子相同。null电子对产生： 入射光子遭到原子核电场的相互作 用，光子的部分能量变成一个负电子和 一个正电子的静止质量能(2×0.511Mev) 其余能量转变成这两个电子的动能：null正负电子各占一半动能 的几率最大。且它们的出射方向和 光子的入射方向大体一致。 正电子也会和负电子一样在物质中 通过电离激发和轫致辐射过程损失能量null质湮辐射 （Annihilation Radiation） 正电子还可能与物质中的自由电子 复合，接着发出运动方向相反、能量相 等且不小于0.511Mev的两个光子。只有 在正电子能量耗尽时发生质湮辐射的可 能性最大。null 电子对产生的原子截面： 向次级电子转移能量的电子截面： nullnull X、γ射线进入物质后，有可能不 经过任何相互作用而穿透出去。 一旦发生了相互作用，则会按照前 述过程被吸收或散射。null X、γ射线的衰减系数 Attenuation Coefficient of X, γ RaysnullX、γ射线的衰减系数： 入射光子遭遇相互作用的原子截面 相应的衰减系数为：null光子究竟发生何种相互作用过程，与： 光子能量 和 物质性质 有关。 一般，物质中，入射光子的衰减： 低能光子 主要通过 光电效应 高能光子 主要通过 电子对产生 康普顿散射的能量范围：25keV-25MeVnull半价层，d1/2：使入射光子注量减少一半 需要的物质层厚度，cm。 平均自由程，λ：入射光子在物质中接连 两次相互作用间穿行的平均距离，cm。null已知，1MeV的光子在水中 线衰减系数＝0.0707 cm-1, 则，物质水对1MeV光子的 半价层，d1/2＝0.693 / 0.0707=10 cm 平均自由程，λ=14 cm。null窄束射线 如果 电离辐射贯穿物质后，可忽略 散射粒子的影响，则称辐射是窄束的。null X、γ射线的能量转移系数 Energy Transfer Coefficient of X, γ Raysnull由于各种过程，光子能量向次级电子转 移能量的总截面为： 与此相应，能量转移系数为：null 能量转移系数 和 分别为 X，γ射线在物质中穿行单位长度或单 位质量厚度时，因相互作用其能量向次 级电子转移的份额。null X、γ射线的能量吸收系数 Energy Absorption Coefficient of X, γ Raysnull 从入射光子那里得到能量的次级电子 将进一步通过电离、激发和轫致辐射过 程损失能量。 如果用符号 g 表示次级电子能量的 辐射损失份额，则有： X，γ射线的能量吸收系数表为null 分别表示 X，γ射线在物质中穿行单位长度或单 位质量厚度时，因相互作用其能量向次 级电子转移并以电离激发方式传递给物 质的份额。nullX、γ射线 三种 相互作用系数 本质区别null衰减系数， 入射辐射注量遭受相互作用的份额 能量转移系数， 入射光子能量向次级电子传递的份额 能量吸收系数， 传递给次级电子的能量被用于电离激 发的份额null 中子能量在物质中的 转移和吸收 Energy Transfer and Absorption Of Neutron in Matternull 中子不带电 它只与物质的原子核发生相互作用 作用过程有两类： 散射和吸收null 中子能量在物质中的 转移和吸收 Energy Transfer and Absorption Of Neutron in Matternull散射： 弹性散射（n；n’），中子部分动能向与其碰撞的原子核转移，自身则改变原来的运动方向。原子核越轻，得到的能量越多。氢核易受弹性散射，得到的能量最多。平均为En/2，最多为全部En。null散射： 非弹性散射（n；γ, n’），中子损 失部分能量，使原子核变成激发态，退 激时放出 γ 光子。 该过程发生存在阈值：En > 0.1MeV 且重核的截面大于轻核的截面null散射： 去弹性散射（n；多个 n’），中子 与原子核作用后产生多个中子，核内质 子数照旧。 唯有高能中子才能有此过程。null吸收： 俘获过程，（n；γ）或（n；p） 原子核吸收中子，以发射γ光子或带电粒 子的形式释出多余能量。 如：1H （n；γ） 2H，辐射俘获 14N （n；p） 14Cnull吸收： 散裂过程，原子核吸收中子，发出多 个粒子。 如：12C （n；n’,3α） 14N （n；2 α ） 7Linullnullnull中子在物质中的能量转移： 由上可知，中子与原子核作用，产生 的次级粒子很多是重带电粒子，这些粒 子在物质中基本通过电离激发过程耗尽 其全部能量。null中子在物质中的能量转移： 此外，中子在与物质相互作用过程中 产生的光子将依照光电效应、康普顿散 射和电子对产生等过程向物质传递其能 量。null本章思考题： 1、截面、阻止本领、轫致辐射、 衰减系数、能量转移和吸收系数 中子的散射和吸收 2、试述光子与物质相互作用的类型和相 互作用程度的度量null本章思考题： 3、已知1MeV光子在某物质中的半价层 是2.3mm，试求出将该种入射光子注量 减少到原来的1/10需要的该种物质厚度null 第三章 辐射效应的物理量度 Ch3 Physical Measurement of Radiation Effectnull物理量 作为物理现象的观察指标，可分为2类 量值遵循概率分布的 随机量(Stochastic Quantities) 量值具有单值性质的 非随机量(Non - Stochastic Quantities)null随机量的性质 随机量是与特定的微观体积相联系的 只有规定了体积的大小，才能讨论其 数值的分布。 随机量的数值无法预计，只能根据统 计规律确定其取某一特定值的几率。null非随机量的性质 非随机量数值可以预测，对于特定的 照射条件，一种宏观量的数值可以用另 一个宏观量加以确定。 非随机量是时间、空间和数值的连续 函数，可延伸出速率和梯度。null除非特殊需要，目前， 放射生物学研究 和 放射防护与评价 常常采用 具有统计平均值性质的 非随机量（宏观量） 来表示null非随机的电离辐射剂量值 取决于： 辐射场的性质 电离辐射与物质的相互作用程度 非随机剂量值 ＝ 辐射场量值 × 相互作用系数值null给出宏观量值时，必须说明相关的： 量值单位、空间位置、时间（时刻） 如果涉及的是辐射剂量值，除非 已经默认，否则还必须说明： 辐射的类型和受照物质的种类。null给出宏观量值时，必须说明相关的： 量值单位、空间位置、时间（时刻） 如果涉及的是辐射剂量值，除非 已经默认，否则还必须说明： 辐射的类型和受照物质的种类。null授予能量及其空间分布 无论电离辐射还是受照物质，都是 由一个个分立的个体组成。 电离辐射与物质的相互作用又都是 一个个不连续、随机发生的独立事件。null 不管电离辐射带电与否，它们都是 通过带电粒子的电离激发过程向物质传 递能量的。 同时，值得提醒的是，原子核衰变 本身就已经造成自身原子的电离或激发。nullnull授予能量（Energy Imparted），Є 物质中以电离、激发方式沉积的 辐射能量。 沉积能量的同时，辐射会在物质 中留下一连串的电离激发痕迹， 称为 入射辐射的 径迹（Track）null 受照物质中，辐射径迹会随照射水平 的提高而成比例的提高。 不过，即使宏观照射水平相同，物质 中辐射径迹的空间分布会因辐射类型的 不同而有很大差异。nullnull 依上所述，可以见得： 受照物质内 电离、激发事件的 空间分布 并非均匀。null 受照细胞中， 中子、重带电粒子径迹稀疏，径迹内 能量沉积非常密集。 光子、电子径迹密布，径迹内能量沉 积非常分散。尽管如此，径迹内仍有离 子簇出现。null 辐射品质（Radiation Quality） 不同类型的辐射诱发生物效应的能力 有着明显的区别。 这是因为不同类型的辐射有着不同的 辐射品质。null 辐射品质（Radiation Quality） 电离辐射授予物质的能量在微观空间 （分子、细胞）内的分布。 辐射的生物效应起源于生物体细胞或 DNA分子的辐射损伤。null 为探讨不同类型的辐射诱发生物效应 能力的差异，势必 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 了解： 电离辐射授予生物体的能量在 细胞、分子大小的微观空间内 分布的特点null 小型细胞直径约为 1 um，DNA双螺 旋结构直径约为2 nm。分别相当于 6000eV和100eV的电子在软组织中的射 程。也就是6000eV和100eV的电子近乎 分别在细胞和DNA分子大小的空间范围 内耗尽它们的能量。null 描述辐射品质的物理量： 传能线密度，L∆ （Linear Energy Transfer） 放射生物学中称： 线能量转移，LETnull 传能线密度，L∆ 定义， L∆＝( dE / dl ) ∆, [keV / um] 特定能量的带电粒子在物质中穿行 单位长度时，由能量转移 小于或等于特定值 ∆ (eV) 的历次碰撞所致的能量损失。nullnull 如果传能线密度计为 L∞ 则表示带电粒子在物质中穿行 单位长度时，由能量转移 取一切可能值的历次碰撞所致的 能量损失。 显然， L∞ ＝ 线碰撞阻止本领null 若某种辐射在软组织中的 传能线密度 L100eV＝6 keV/um，表示 相应带电粒子在软组织中穿行1um时， 在与100eV相应的2nm(DNA)空间范围内 局部给予软组织的能量为 6 keV 。 L100eV 值越大，DNA变化的可能性越大null 在某种程度上，一种辐射的传能线 密度值反映其诱发生物效应的能力。 放射生物学依据辐射的 L∆ 的大小， 把电离辐射分为： 高LET辐射 和 低LET辐射null低LET辐射： 生物学效能与 250kVp X射线 或 Co-60 γ 射线 相仿的电离辐射。 如：β射线，电子束，光子束null高LET辐射： 生物学效能高于 250kVp X射线 或 Co-60 γ 射线 的电离辐射。 如：α射线，裂变碎片，中子束 高能重带电粒子束null 尽管传能线密度用了能量截止值 ∆ 来表征电离辐射在与∆值相应的空间范 围内局部授予物质的能量，但L∆ 的定义 中并未规定局部授予的那部分能量一定 是在相应大小的细胞、分子中发生的。null 所以，传能线密度L∆ 并不代表所关心 的微观空间（细胞、分子）中辐射真正 沉积的能量。 因此，传能线密度并不是描述辐射品 质的理想指标。null 为了更加直接的描述辐射品质， 应了解辐射在细胞、分子大小空间内 实际授予的能量值。 为此，提出： 线能 和 比能 Lineal Energy Specific Energynull 线能 y 定义为: 单次能量沉积事件中，电离辐射授予 某一体积（如细胞）内的能量 ε 除以该 体积的平均弦长 d 得到的商。 y = ε / d [keV / um] d = 4V / a [cm]null 比能 z 定义为: 辐射授予某一体积内的能量 ε 除以 该体积内物质的质量 m 得到的商。 z = ε / m [keV / kg] 比能可以用于单次和多次能量沉积事件null 显然，与单次能量沉积事件相应的 比能 z1 与线能 y 的关系如下： z1 ＝ 4y / ρa 线能和比能都是可测量的随机量， 需要用统计学方法描写它们的性质。null 以比能为例，比能的分布函数： F(z) = P ( z’ <= z) 表示：所关心体积内比能 z’ 小于或等于 特定值 z 的概率为 P。null 以比能为例，比能的几率密度： f(z) = dF(z) / dz 表示：所关心体积内单位比能间隔内 比能为特定值 z 的概率null 所关心体积内，比能 z 的平均值 null基本的剂量学量 用于表征： 电离辐射在所论体积内向单位质量 物质授予或转移的辐射能量。 吸收剂量 D (J / kg, 戈瑞，Gy) 比释动能 K (J / kg, 戈瑞，Gy)null吸收剂量 D (T, r)，Absorbed Dose T时间内，电离辐射在 r 点处某一体 积内授予单位质量物质的平均辐射能量 或者，吸收剂量是单位质量物质吸 收的平均辐射能量。 D = dε / dm null为确定 r 点处的吸收剂量值 D (T, r)， 授予能量的那个体积必须非常小，以便 显示因辐射场、物质不均匀造成的剂量 值随空间位置 r 点的变迁而变化的情况 null为确定 r 点处的吸收剂量值 D (T, r)， 授予能量的那个体积又必须足够大，保 证考察授予能的T时间内，其中有相当多 的作用过程，以致因作用过程的随机性 导致授予能量的统计不确定性可以忽略null 比释动能 K (T, r) Kerma Kinetic energy released per unit massnull不带电粒子授予物质能量分为两个过程 1、通过相互作用向次级带电粒子转移 2、次级带电粒子通过电离激发授出 与第一阶段对应的是 比释动能 K 与第二阶段对应的是 吸收剂量 Dnull比释动能 K(T,r) 是： T时间内，不带电的电离辐射在 r 点 处的单位质量物质中释出的所有次级带 电粒子初始动能之和的平均值。 或者，入射的光子束或中子束在单 位质量物质中转移的平均辐射能量。null因为次级带电粒子的能量损失分为： 碰撞 和 辐射 损失 所以，比释动能依此分为： 碰撞比释动能 和 辐射比释动能 null 据前，如果次级带电粒子损失于轫致 辐射的能量份额为 g，则有：null 显然，碰撞比释动能和辐射效应的关 系更为密切。 碰撞比释动能就是不带电辐射在单位 质量物质中释出所有次级带电粒子初始 总动能中最终以电离激发方式损失的那 部分能量。null吸收剂量： 适用于任何物质和任何辐射 比释动能： 适用于任何物质和不带电辐射 除非默认，否则在给出吸收剂量和比释 动能数值时应给出辐射类型和物质种类null吸收剂量和比释动能的区别 K 明确描述光子、中子向次级带电 粒子转移的动能。 D 明确描述受照物质真正吸收的辐 射能量。null辐射平衡（Radiation Equilibrium） 通常，受到光子、中子照射的某一体 积内物质的吸收剂量和比释动能的数值 未必相等。 其原因和如下因素有关：null1、在该体积中释出的带电粒子具有 一定的射程，由其产生的电离激发事件 不一定都在该体积中发生。次级带电粒 子会从产生它的那个体积带走部分能量 去另外的体积。null2、次级带电粒子的能量转变为轫致辐射 后，将大多被更远位置处的物质所吸收 3、光子、中子在其他体积产生的带电粒 子会携带一部分能量进入所关心的那个 体积null辐射平衡 若任何类型给定能量的辐射从关心 体积中带走的能量可由同样能量同样辐 射带入该体积的能量给予完全补偿， 则称该体积存在完全的辐射平衡。null完全辐射平衡的条件 1、无限大均匀介质 2、均匀分布放射源 引申：带电粒子平衡 CPE Charged Particle Equilibriumnull带电粒子平衡 若受到外照的物质中由任何类型给 定能量的带电粒子从 r 点关心体积中带 走的能量可由同样能量同类带电粒子 带入该体积的能量给予完全补偿， 则 称r 点该体积存在完全的带电粒子平衡nullnullnull 只要所关心一点 r 处入射辐射产生的 次级带电粒子达到平衡，则 r 点处相关 体积内物质吸收的能量正好等于入射辐 射在该体积内产生的次级带电粒子在电 离激发过程中损失的能量。null 也就是，只要所关心一点 r 处入射 辐射产生的次级带电粒子达到平衡， 则 r 点处吸收剂量为： 入射带电粒子束 光子、中子束 null 受照物质中 比释动能和能量注量 的关系如下： 如果 r 点处是单能辐射场，有：null 由前易得，r点碰撞比释动能和能量 注量的关系为： 如果 r 点处是单能辐射场，有：null设 r 点处，光子、中子的能量注量相同 两种受照物质的比释动能有： 如果是碰撞比释动能，有：nullnull受照物质中剂量分布的一些术语： 峰值吸收剂量，Dm 受照物质中最大的吸收剂量值 参考深度，dm 受照物质中与峰值吸收剂量对应的 深度null受照物质中剂量分布的一些术语： 剂量建成（电子积累） 吸收剂量随物质的广度深度增大而增 大的一种情况，与之对应的区域称为剂 量建成区或电子积累区。null受照物质中剂量分布的一些术语： 准平衡 [ D(d) / K(d)=C, D(d) / Kc(d)=C ] 随受照物质深度增加，吸收剂量值按 比释动能减少规律成比例减小的一种情 况 null与周围物质 n 不同的 小块物质 m 的吸收剂量 就是在不改变周围物质 n 中入射辐射及 其次级粒子谱、角分布的情况下根据量 值关系确定 m 物质的吸收剂量。nullnullCPE条件下，辐射场 r 点处 D水、D肌肉、D软组织、D空气、K空气 的数值大致相等，有： D水≈D肌肉≈ D软组织≈ D空气≈ K空气 null照射量（Exposure） 是指X、γ射线在单位质量空气中释出 的所有次级带电粒子能量全部损耗于空 气中时在空气中产生同一符号的离子的 总电荷量。null照射量与空气比释动能的关系 空气比释动能是照射量的能量当量 照射量是空气比释动能的电离当量null照射量与空气比释动能的数值关系 null本章复习题 1、辐射品质、传能线密度、线能、比能 吸收剂量、比释动能、碰撞比释动能 辐射平衡、带电粒子平衡、峰值剂量 参考深度、剂量建成、准平衡、照射量 空气中小块软组织的吸收剂量null本章复习题 2、已知：水体模中某点，X线的照射量 为5 R，分别计算当X线光子平均能量为 30 keV 或 1 MeV 时，同一点处： 空气的比释动能 软组织、骨组织的吸收剂量null 第四章 放射防护量 Ch4 Radiological Protection QuantitiesnullUNSCEAR 联合国原子辐射效应科学委员会 United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation nullICRP 国际放射防护委员会 International Commission on Radiation Protection null电离辐射对人体的有害效应 从性质而言，分为： 确定性效应 和 随机性效应null确定性效应(Deterministic Effect) 器官、组织中细胞集体死亡的结果 并且由此导致器官、组织出现明显的 功能障碍，出现临床可见的病理状态。null确定性效应(Deterministic Effect) 除功能细胞损失外，辐射照射造成血 管受损导致供血不足或发生纤维组织取 代功能细胞也会间接引起组织器官的功 能障碍。null确定性效应 是： 发生几率、严重程度与剂量都相关的 一类效应。 表现为：生育能力障碍、造血功能 低下、皮肤良性损伤、受照胎儿出生后 认知能力低下等。null确定性效应 是： 发生几率、严重程度与剂量都相关的 一类效应。 表现为：生育能力障碍、造血功能 低下、眼晶体混浊、皮肤良性损伤、 受照胎儿出生后认知能力低下等null不同组织辐射敏感性不一样， 骨髓、性腺、眼晶体 最敏感 即使是同种组织，敏感性也会 因人而异null确定性效应的发生存在 剂量阈值 器官剂量超过剂量阈值，受照人群 中此类效应的发生几率、严重程度将随 器官剂量超过剂量阈值幅度的增加而 增加。null 受照群体中某些敏感个体受到较低 剂量时就会出现某种临床可见的病理状 态，而另一些个体要受到较大的剂量时 才出现同样症状。nullnullnullnull 按急性放射病临床诊断的现行 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 急性放射病分型、分度的剂量下限为 骨髓型 轻度 1Gy 中度 2Gy 重度 4Gy 极重度 6Gy 肠型 10Gy 脑型 50Gynull儿童组织生长活跃，辐射在组织器官中 诱发的辐射损伤通常比成人严重。 可被察觉的效应包括： 生长发育不全 器官功能障碍 认知功能低下null随机性效应(Stochastic Effect) 是器官组织中细胞变异的结果 变异细胞有可能演变为一个癌 如果发生变异的是生殖细胞，则受照 者后裔可能出现严重的遗传疾患。null随机性效应(Stochastic Effect) 是 发生几率与剂量 有关 严重程度与剂量 无关 的一类效应null随机性效应 有无剂量阈值，目前未有定论 为放射防护目的，假定： 随机性效应没有阈剂量 发生几率与剂量成正比 简称：线性无阈null考虑随机性效应健康危害时， 计及以下4个因素： 1、辐射诱发致死癌的概率 2、严重程度计权后非致死癌概率 3、严重遗传疾患的概率 4、上列效应造成的寿命缩短null考虑随机性效应健康危害时， 计及以下4个因素： 1、辐射诱发致死癌的概率 2、严重程度计权后非致死癌概率 3、严重遗传疾患的概率 4、上列效应造成的寿命缩短null假定 辐射诱发的致死癌概率为 f ， 致死份额为 k ， 则辐射诱发癌症的总概率为 f / k， 辐射诱发非致死癌的概率为 f / k (1-k)null若以辐射诱发癌症的致死份额 k 作为 非致死癌严重程度的权重，则 以严重程度计权后辐射诱发非致死癌的 概率为 k(f / k)(1-k) = f(1-k)，于是计及 严重程度后致死癌和非致死癌的总概率 F ＝ f + f(1-k) = f(2-k)nullnullnull放射防护量 由ICRP规定的人体中的剂量学量 用于表示辐射防护中的剂量限值 预测、评价辐射照射对人体健康的 危害程度。null需要强调的是： 放射防护量 都不可测量 计算放射防护量所用到的一些参数都 来自小剂量低剂量率照射情况下放射生 物学的实验观察结果。 null 因此， 放射防护量 只能用于 放射防护所关心的 小剂量、低剂量率 照射情况null辐射事故中遇到的 大剂量、高剂量率情况下 评价人体健康危害还得使用 受照器官的吸收剂量 作为评价的剂量学指标null基本的放射防护量 器官剂量， DT 器官当量剂量，HT 有效剂量， Enull与基本的放射防护量相应，还有 用于： 内照射评价的 待积量 群体环境评价的集体量、人均量 环境评价的负担量null器官剂量，DT（Organ Dose） 人体特定组织或器官的平均吸收剂量