辐射单位和剂量量- 2011.4.5

IAEAInternationalAtomicEnergyAgency电离辐射剂量学基础辐射剂量学基础广东省职防院贾育新IAEAInternationalAtomicEnergyAgency电离辐射剂量学基础一、辐射剂量学中的量IAEA1、吸收剂量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受照物质吸收电离辐射能量大小的物理量。严格定义为：电离辐射沉积于某一无限小体积元(从宏观上来看很小但从微观上看很大，这样才具有可操作性)中物质的平均授与能除以该体积元中物质的质量而得的商，即：dmdD这里，是电离辐射授与质量为dm的物质的平均能量，即平均授与能。吸收剂量D，其SI单位为焦耳每千克(J/kg)，法定单位的专门名称为戈瑞，用符号Gy表示，非法定单位为拉德，用rad表示。1戈瑞=1焦耳/千克=100拉德(rad)。dIAEA2、吸收剂量率吸收剂量率就是单位时间内物质的吸收剂量。若在t到t+dt时间内，吸收剂量为dD，则称DDdtdDD为该物质在t时刻的吸收剂量率。吸收剂量率的SI单位是焦耳每千克秒（J/kg·s），法定单位的专门名称为戈瑞每秒Gy/s)，非法定单位为拉德每秒(rad/s)。DIAEA3.软组织吸收剂量与空气吸收剂量的比值•软组织的吸收剂量将随沉积的代表软组织介质的确切组分有一小比例的变化。•下面的值通常用在80kV和2.5mmAl:软组织剂量=1.06空气剂量IAEA（二）比释动能及其应用间接电离粒子在物质中的能量沉积过程分为两个步骤，第一，间接电离粒子把能量转移给带电粒子；第二，带电粒子通过电离、激发等把能量沉积在物质中。因此，量度间接电离辐射传递给物质的能量，需要量度它给与直接电离粒子的能量。比释动能就是描述间接电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传递给了直接电离粒子的物理量，而吸收剂量则表示了第二步骤的结果。1、比释动能比释动能是不带电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电离粒子的初始动能的总和。严格定义为：不带电电离粒子在无限小体积元(从宏观上来看很小，但从微观上看很大这样才具有可操作性)内释出的所有带电电离粒子的初始动能之和的期望值，除以该体积元内物质的质量dm而得的商，即:trdIAEAdmdKtr这里，是电离辐射转移给质量为dm的物质的平均能量，即平均转移能。比释动能的SI单位和它的专用单位与吸收剂量相同。trd2、比释动能率比释动能率就是单位时间内物质的比释动能。若在t到t+dt时间内，比释动能为dK，则称为该物质在t时刻的吸收剂量率。比释动能率的SI单位和它的专用单位与吸收剂量率单位相同。dtdKKIAEA在电子平衡(ChargedParticleEquilibrium—CPE)条件下，吸收剂量等于碰撞比释动能，若轫致辐射的能量损失可以忽略，吸收剂量等于比释动能。ctrKgKgdmddmdD)1()1(式中，g为次级电子的能量转化为轫致辐射的份额。g值与电子能量E(MeV)和原子序数Z之间的关系，近似地为g≈EZ/(EZ+800)，此值一般在10-3—10-2之间，故可以忽略。在辐射关心的能量范围，比释动能由电子平衡的仪器测量时，X、γ或中子数值上均近似相等。（三）比释动能与吸收剂量的关系IAEA（四）照射量X及其应用1、照射量及其单位1)照射量的定义一束X或γ射线穿过空气时与空气发生相互作用而产生次级电子，这些次级电子在使空气电离而产生离子对的过程中，最后全部损失了本身的能量。照射量是表示X或γ射线在空气中产生电离大小的物理量。照射量X的定义：X或γ射线在单位质量的空气中击出的全部次级电子完全被阻停时，在空气中产生一种符号的带电粒子（电子或正离子）的总电荷量。dmdQXIAEA2)照射量的单位照射量X的SI单位为库仑每千克(C/kg)，非法定单位为伦琴（R）1伦琴（R）=2.58×10-4C/kg1Ckg-1=3876R伦琴的定义：在1伦琴X射线照射下，0.001293g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。1静电单位电量=3.33×10-10CkgCkgCg46101058.210293.11033.3001293.011静电单位电量伦琴IAEA2、照射量率照射量率就是单位时间内的照射量。若在t到t+dt时间内，照射量为dX，则称为该物质在t时刻的照射量率。照射率的SI单位为C/（kg·s）。dtdXXXXIAEA3、照射量与吸收剂量的关系在实际应用中，直接测生物体的吸收剂量是困难的，通常借助人体模型进行测量。D=fX换算系数f空气为8.73mGy/R在小于15%的数值差异可以忽略时，以R为单位的照射量可在数值上看作以rad为单位的空气、水、软组织的吸收剂量。IAEA4.照射量与空气比释动能•K=8.76X(10-1500kev均为8.76mGy/R)。•照射量通过合适的转换系数与空气比释动能相联系例如，100kVX射线在一点上产生1R的照射量，将给予空气比释动能大约8.7mGy(0.87rad)IAEA5.照射量、比释动能和吸收剂量的区别辐射量吸收剂量D比释动能K照射量X适有类型任何粒子不带电粒子仅适用Xγ适用物质任何物质任何物质仅限于空气介质剂量学含意辐射授与物质辐射在物质中释放光子在空气中的的平均能量次级带电粒子初始动能电离能力SI单位(专)J/kg(Gy)J/kg(Gy)C/kg(R旧)IAEAInternationalAtomicEnergyAgency电离辐射剂量学基础二、辐射防护中的量IAEA1.与个体相关的辐射量1)当量剂量虽然吸收剂量可用于各种类型的辐射来说明生物体受到辐射照射时吸收能量的多少，但它所反映的生物效应不同，而在辐射防护工作中，最关心的是受照后在机体中产生的生物效应，因而需对吸收剂量进行修正，而引入当量剂量的概念。在ICRP第60号出版物中把把某个器官或组织T受到R类型辐射的当量剂量(equivalentdose)HT,R定义为:RRTRTwDH,,式中，是辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量，WR是R类型辐射的辐射权重因子，它是无量刚的量。当吸收剂量的单位是J/kg，当量剂量的法定单位为希沃特（Sv），1Sv=1J/kg。RTD,IAEA当量剂量与吸收剂量相比它考虑了辐射权重因子，因此比吸收剂量描述有害生物学效应的几率更准确，必须强调上式的当量剂量公式只限于辐射防护所关心的，与长期小剂量慢性照射相应的那个剂量范围内使用(即限定了辐射剂量率)。当量剂量仅包括了影响辐射生物效应的物理因素。引入了当量剂量之后，则可知对于一个生物体当他在相同部位受到不同类型的辐射照射时，只要所受到的当量剂量相同时，则引起的生物效应是基本相同的，而不论他受到的是何种类型的辐射照射。当辐射场是由具有不同WR值的不同类型的辐射所组成时，其当量剂量为:RRTRTDwH,需要指出的是，当量剂量关心的是生物体中一个器官或组织整个受辐射照射后的整体行为，但有时也需要考虑器官或组织中某一个点的行为，因而还引入剂量当量（doseequivalent，H）概念，它的定义为:在组织中某点处的剂量当量H是D，Q和N的乘积，即:DQNH式中，D为该点处的吸收剂量;Q为辐射的品质因数;N为其他修正因子的乘积。IAEA2)当量剂量率当量剂量率就是单位时间内物质吸收的剂量当量。若在t到t+dt时间内，当量剂量的为dH，则该物质在t时刻的当量剂量率为:dtdHH当量剂量率的SI单位是J/kg·s，专用单位名称，Sv/s。IAEA当量剂量:H•当量剂量H是吸收剂量乘以用以表征给定类型辐射生物效应的辐射权重因子WR。•为了避免与吸收剂量混淆，当量剂量的SI单位称为希沃特（Sv）。老单位是“rem”。•1Sv=100remIAEA辐射权重因子，WR•对医学上用的绝大多数辐射（X射线,,e-)WR=1，所以吸收剂量和当量剂量在数字上是相等的。•除外的是:•α粒子(WR=20)•中子(WR=5-20).IAEA不同辐射类型和能量的辐射权重因子WR种类能量范围辐射权重因数wR光子所有能量1电子及μ介子所有能量1中子（随中子能量的连续函数）1MeV1Mev≤En≤50MevEn50Mev质子和荷电的π介子2粒子，裂变碎片，重核206/)][ln(22.185.2nEe6/)]2[ln(20.170.5nEe6/)]04.0[ln(225.35.2nEeIAEA3)有效剂量身体所受的任何照射，几乎总是不止涉及一个器官或组织，所有器官或组织也不一定受到相同当量剂量的均匀照射，设为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量，是相应器官或组织的标称概率系数，于是与不均匀照射情况相应的随机性效应的发生总几率为:THHH,,,21T,,,21TTTTTTTTTTTHwHHHHHP2211不均匀辐射防护领域引进了有效剂量E:TTTHwE式中，和分别是器官或组织T的当量剂量和相应的组织权重因子。由当量剂量的定义可以得到:THTwTRRTRTTTTDwwHwE,有效剂量的单位与当量剂量相同。可以看出，有效剂量是身体各组织或器官受到不同类型辐射照射下，辐射权重因子和组织权重因子的双重加权的吸收剂量之和。IAEA为了进一步了解有效剂量的剂量学含意，考虑如下两种照射情况:a)全身受到不均匀照射此种情况下发生随机性效应的几率为:b)全身所有器官或组织受到同一当量剂量的均匀照射。此种情况下发生随机性效应的几率为:TTTTTHHHHP2211不均匀全身全身均匀HP以上，为不均匀照射时器官或组织T的当量剂量，是相应器官或组织的标称概率系数;而是全身均匀照射时的当量剂量和相应的标称概率系数。假若由上述两种情况诱发的随机性效应的几率相等，我们看看计算出来的全身均匀照射的当量剂量到底等于什么。则有:THHH,,,21T,,,21全身全身,HTTTTHHHHHHHH全身全身全身全身全身全身22112211IAEATTTTTHwHwHwHw2211将上式与有效剂量的定义式相比较，可以看出定义的有效剂量E，原来就是一个全身均匀照射的当量剂量。由这一当量剂量的全身均匀照射所致的随机性效应的几率与由身体各个器官或组织所受到的不同当量剂量所致的随机性效应的诱发几率相等。换句话说，把全身各个器官或组织受到不同当量剂量的照射折算成总的随机性效应几率一样的全身均匀照射时的当量剂量就是有效剂量。TTTHwETHHH,,,21THHH,,,21IAEA不同组织或器官的组织权重因子wT组织或器官组织权重因数WT肝0.04食道0.04甲状腺0.04膀胱0.04皮肤0.01唾液腺0.01脑0.01骨表面0.01组织或器官组织权重因数WT红骨髓0.12结肠0.12肺0.12胃0.12乳腺0.12其余组织或器官0.12性腺0.08IAEA4)待积当量剂量和待积有效剂量当放射性核素通过某种途径被摄入体内后，可以在体内产生照射，即内照射。内照射剂量率在时间上的分布，会根据放射性核素的种类、化学形态、摄入方式以及代射方式等变化。待积剂量是用来评价内照射危害的量。待积当量剂量是人体单次摄入放射性物质后，某一器官或组织在τ年内将要受到的累积的当量剂量即:00)()(ttTTdttHH式中，t0是摄入时刻;是在t时刻器官或组织T受到的当量剂量率。τ现在规定成年人计算50年，儿童为70年。受到辐射危险的各个器官或组织的待积当量剂量经组织权重因子wT加权处理后的总和称待积有效剂量，即:)(tHT)(THTTTHwE)()(IAEA2.与群体相关的辐射量与群体相关的辐射量有集体当量剂量和集体有效剂量。集体当量剂量是受照群体每个成员的器官或组织的当量剂量的总和:,单位:人·SviiTiTNHS式中