輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)

1、輻射防護基礎(chǔ),,放射醫(yī)學(xué)研究所,2 輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)2.1 輻射劑量學(xué)簡介 2.2 常用量及劑量學(xué)方法,2.1 輻射劑量學(xué)簡介,輻射劑量學(xué)研究的主要內(nèi)容包括：電離輻射能量在物質(zhì)中的轉(zhuǎn)移、吸收規(guī)律；受照物質(zhì)內(nèi)的劑量分布及其與輻射場的關(guān)系；輻射劑量與有關(guān)的輻射效應(yīng)的響應(yīng)關(guān)系，以及劑量的測量、屏蔽計算方法等。為研究輻射效應(yīng)的作用機理、實施輻射防護的劑量監(jiān)測和評價、進行放射治療與輻射損傷的醫(yī)學(xué)診斷和治療提供可靠的科學(xué)依據(jù)。,2.2

2、常用量和劑量學(xué)方法,2.2.1 劑量學(xué)常用量的關(guān)系 　　劑量學(xué)常用量主要包括物理量、醫(yī)學(xué)臨床和生物學(xué)研究中常用到的量、防護評價量和防護實用量四大類，它們之間的關(guān)系如圖2-1所示。,物理量吸收劑量，D注量，Φ比釋動能，k,防護評價量*器官吸收劑量，DTR器官當(dāng)量劑量，HT有效劑量，E待積器官當(dāng)量劑量，HT待積有效劑量，E,醫(yī)學(xué)、生物研究常用量器官吸收劑量，DT組織吸收劑量，HT局部吸收劑量，E全身吸收劑量，HT

3、活存干細(xì)胞加權(quán)劑量，E,防護實用量周圍劑量當(dāng)量，H*(d)定向劑量當(dāng)量，H’(d)人員劑量當(dāng)量，Hp(d),圖1 輻射劑量學(xué)常用量及其關(guān)系,Gy,Sv,Sv,通過理論計算,通過計算可轉(zhuǎn)化,通過理論計算,物理量是有嚴(yán)格定義的最基本的量，而且可以從定義出發(fā)對其進行測量。防護實用量是從輻射防護監(jiān)測的實際出發(fā)定義的量，這些量均是在一些特定的環(huán)境或輻射場中定義的，這些量僅用在輻射防護監(jiān)測方面，不能用于其他目的。防護量評價是輻射防護評價的

4、目標(biāo)量，這些量主要通過物理量或?qū)嵱昧坑糜嬎慊蚬浪闱蟮?，它們本身是不可測的量。醫(yī)學(xué)臨床和生物學(xué)研究中常用到的量大多也是用模擬測量或計算而得出的。,2.2.2 常用劑量學(xué)量中的物理量　　輻射劑量學(xué)中最基本的量是吸收劑量。吸收劑量(D)是電離輻射授與質(zhì)量元的平均能量(d?)除以該體元的質(zhì)量(dm)而得的商，即： 　　吸收劑量的SI單位是“J·kg-1”，SI單位的專門名稱叫“戈瑞”(Gray), 符號是

5、“Gy”，1Gy=1J·kg-1。吸收劑量的專用單位是“拉德”，其符號為“rad”，1rad=0.01Gy。,應(yīng)當(dāng)注意的是，由于吸收劑量將隨輻射類型和物質(zhì)的種類而異，因而在描述吸收劑量時，必須說明是哪種輻射對何種物質(zhì)造成的吸收劑量?！　±?，可以說氫(H)的吸收劑量，氧(O)的吸收劑量。但當(dāng)說空氣、肌肉、骨等的吸收劑量時，這類混合物的吸收劑量應(yīng)按其成分(按重量計)進行加權(quán)平均求得：,空氣：C: 0.000124N: 0.

6、755267O: 0.231781Ar: 0.012827肌肉：H: 0.101997C: 0.123000N: 0.035000O: 0.729003Na: 0.000800Mg: 0.000200P: 0.002000S: 0.005000K: 0.003000 　骨：H: 0.063980C: 0.278000N: 0.027000O: 0.410061Mg: 0.002000P: 0.

7、070000S: 0.002000Ca:0.147000,注量Ф，是dN除da的商，其中dN是入射到有效截面積為da的球面上的粒子總數(shù)。注量的SI單位是“cm-2”?！　。?、γ、β射線均可以通過注量的測量來估算吸收劑量。一般來說，中子的吸收劑量主要是通過注量測量來實現(xiàn)的。,,比釋動能κ，定義為不帶電的電離輻射在無限小體積內(nèi)釋放出的所有帶電的電離粒子的初始動能之和的平均值d?tr除以該體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量dm 而得的商，即：

8、 比釋動能κ的SI單位和專用單位，與吸收劑量相同，分別是“Gy” 和“rad”。應(yīng)注意的是，在描述比釋動能時，也必須說明媒質(zhì)的類型，例如，空氣中的比釋動能等。,2.2.3 用于外輻射的實用量　　用于外輻射的實用量主要指周圍劑量當(dāng)量，定向劑量當(dāng)量，人員劑量當(dāng)量等，它們主要用于輻射防護的測量。為介紹這幾個量的方便，首先介紹以下術(shù)語。,2.2.3.1 幾個常用術(shù)語a. 強貫穿輻射和弱貫穿輻射

9、　　依賴與皮膚劑量與有效劑量之比。當(dāng)寬束正常入射時，皮膚接受的劑量比有效劑量高十倍以上時，稱之為弱貫穿輻射，否則為強貫穿輻射。能量低于2MeV的a和β粒子，能量小于12keV的Χ和γ光子是弱貫穿輻射。中子均屬強貫穿輻射。,b. 擴展場　　假設(shè)的輻射場內(nèi)，注量及其角度和能量分布在關(guān)心的體積(參考點)內(nèi)都相同時，這個輻射場稱之為擴展場。 c. 擴展和齊向場　　注量為單一方向的擴展場。,2.2.3.2 周圍劑量當(dāng)量 H*(d)　　

10、輻射場中某一點的H*(d)是在相應(yīng)的擴展和齊向場中，在ICRU球內(nèi)與齊向場方向相反的半徑上，其深度為d處的劑量當(dāng)量。其單位為J·kg?1，其單位的專用名為希沃特(Sv)。應(yīng)注意的是，H*(d)的表述應(yīng)包括參考深度d，為簡化符號，d可以用mm為單位的量來表示。,對強貫穿輻射，d常用10mm這個深度，因而此時周圍劑量當(dāng)量可表示為H*(10)。對弱貫穿輻射，其皮膚深度為0.07mm，眼晶體深度為3mm，并分別表示為H*(0.07)和

11、H*(3)。,2.2.3.3 定向劑量當(dāng)量 H’(d,Ω) 輻射場中某一點的H’(d,Ω)，是在相應(yīng)擴展場中，ICRU球內(nèi)的特定方向Ω的半徑上，深度為d處的劑量當(dāng)量。其單位為J·kg?1，單位的專用名為希沃特(Sv)。應(yīng)注意的是，表述H’(d,Ω)應(yīng)有參考深度d和方向Ω的說明。為表示簡單，d可以用mm為單位的量來表示。對弱貫穿輻射，皮膚和眼晶體的定向劑量當(dāng)量可以分別表示為H’(0.07,Ω)和H’(3,Ω)。對

12、強貫穿輻射，深度常用10mm，可表示為H’(10,Ω)。,2.2.3.4 人員劑量當(dāng)量　　人員劑量當(dāng)量Hp(d)，是在身體表面下，深度d處軟組織的劑量當(dāng)量。單位為J·kg?1，專用名為希沃特(Sv)。表述Hp(d)應(yīng)有參考深度d的說明，為表示簡單，d可以用mm為單位表示。對弱貫穿輻射，皮膚和眼晶體的Hp(d)分別為Hp(0.07)和Hp(3)。對強貫穿輻射，深度為10mm，表示為Hp(10)。,Hp(d)用一個佩帶在身體表面

13、的個人劑量計來測量的量，這種劑量計有一個探測器，并在探測囂上覆蓋了一個適當(dāng)厚度的組織等效材料。如個人劑量計上覆蓋的組織等效吸收體的厚度分別為0.07、3和10mm, 則可以直接用來測量Hp(d)。,在輻射職業(yè)照射中，最重要的劑量學(xué)量是人員劑量當(dāng)量，Hp(d)　　在大多數(shù)情況下，個人劑量計提供Hp(d)的合理近似，至少是劑量計局部位置的?！　‘?dāng)全身受照均勻，劑量低于限值時，可將經(jīng)適當(dāng)校刻的劑量計讀數(shù)值直接作為有效劑量,并記錄在劑量記錄

14、中。,人員劑量當(dāng)量(吸收劑量)的確定　　對每一個劑量計測讀后，常規(guī)監(jiān)測情況下應(yīng)賦與淺層和深度人員劑量當(dāng)量(Ｈp(0.07)和Hp(10))的值，在事故劑量情況下應(yīng)賦與深度吸收劑量值(Dp(10))。,外照射防護的三種基本方法：時間距離屏蔽,2.5 輻射防護評價中的常用量用于輻射防護評價中的防護量主要指器官吸收劑量，DT；器官當(dāng)量劑量，HT；有效劑量，E。器官吸收劑量和器官當(dāng)量劑量用于確定性效應(yīng)的劑量評價；有效劑量是一個與

15、隨機效應(yīng)有關(guān)的量。應(yīng)特別注意有效劑量的用法，一般僅用在低于劑量限值的輻射防護評價中，在確定性效應(yīng)中不應(yīng)使用。,2.5.1 組織或器官的當(dāng)量劑量組織或器官的當(dāng)量劑量，HT可用下式計算：?R是R輻射的權(quán)重因子(表2-3)；DT,R是輻射分量R在一個組織或器官中引起的平均吸收劑量。,表2-3 輻射權(quán)重因子?R,2.5.2 有效劑量有效劑量，E可用下式計算，其中?T是組織權(quán)重因子，其值列在表2-4中。 器官劑量和有效劑

16、量的單位為J·kg?1，其單位的專用名為希沃特(Sv)。,表2-4 組織權(quán)重因子?T,個人監(jiān)測方法是在核和輻射事故情況下評價個人內(nèi)照射劑量的一種十分重要的方法，它能夠快速地給出比較直觀、有效的結(jié)果。人們常常通過個人監(jiān)測來檢查職業(yè)人員受到內(nèi)照射的程度，它是評價個人體內(nèi)放射性污染的主要根據(jù)。在核和輻射事故發(fā)生的情況下，也常常需要個人監(jiān)測方法來檢測職業(yè)人員和公眾是否受到了內(nèi)照射。,內(nèi)照射個人監(jiān)測方法主要有：空氣個人監(jiān)測方法

17、生物樣品個人監(jiān)測方法體外個人監(jiān)測方法。,空氣個人監(jiān)測方法通常是采用個人空氣采樣器(PAS) 直接對內(nèi)污染進行監(jiān)測，并用監(jiān)測結(jié)果估計放射性核素吸入量。,氡劑量計及PADC卡,佩戴PAS,體外直接測量法是使用探測器直接從體外測量全身或器官內(nèi)放射性核素的活度用以估算攝入量的一種方法，其結(jié)果較生物樣品測量法的結(jié)果更加可靠。,這一方法在核和輻射事故應(yīng)急測量中經(jīng)常使用。它僅適用于那些能發(fā)射可以逃逸出人體的射線的核素，也就是說，它只能用于能發(fā)射

18、x射線、γ射線、正電子(檢測其湮滅后放出的γ射線)、高能β粒子(檢測其發(fā)出的軔致輻射)以及某些α發(fā)射體(檢測其特征X射線)的核素。另外，測量前一定要清除身體表面污染的干擾。直接從體外測量全身或器官內(nèi)放射性核素的含量可以快速而簡便地估算體內(nèi)相應(yīng)器官或組織的放射性活度, 從而可首先估算出A0再估算內(nèi)劑量。,圖. 全身或器官的體外測量,生物樣品的檢測中的生物樣品包括尿、糞、血液、呼出氣、唾液和汗液等，但常用的是尿和糞樣，所以習(xí)慣上又稱排泄

19、物分析。通過生物樣品檢測也可推算出A0，推算的A0不但與生物樣品檢測的結(jié)果有關(guān)，也與內(nèi)照射的模式有關(guān)。　　對不釋出?射線或僅釋出低能光子輻射的放射性核素，個人體內(nèi)污染量的監(jiān)測主要借助于排泄物的分析。,在核恐怖事件或核事故發(fā)生的情況下，需要立即得出可靠的劑量學(xué)數(shù)據(jù)，上述的一般方法實現(xiàn)起來比較困難，也不太現(xiàn)實。美國核管局通過對事故現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得出一套估算事故情況下攝入量的經(jīng)驗公式。我國依據(jù)這些經(jīng)驗公式公發(fā)布了一套核事故應(yīng)急情況下公

20、眾受照劑量估算的模式和參數(shù)的國家標(biāo)準(zhǔn)?；谶@些經(jīng)驗公式，我們可以在核恐怖事件或核事故發(fā)生后對核素造成的內(nèi)照射劑量作出快速有效的評價。,2.2.6 常用輻射劑量估算方法和測量儀器常用輻射劑量估算及測量方法中主要分為兩大類：一類是直接測量；另一類是采用回顧模擬(或估算)方法進行事故劑量重建。,2.2.6.1 事故劑量估算方法事故劑量重建主要有三大類，即經(jīng)驗估算；模擬估算；直接測量。,直接測量主要包括：生物劑量；EPR(生物

21、物理方法)，和TLD方法(用現(xiàn)場中磚、瓦、手表等樣品)。模擬估算方法主要有實驗?zāi)M，和理論模擬。數(shù)字算法，和MC算法。,場所監(jiān)測數(shù)據(jù),受照模式信息,場所和人員樣品,經(jīng)驗估算方法,實驗和理論模擬,直接測量方法,實驗?zāi)M,理論模擬,生物,EPR,TLD,,,,,,,,,劑 量 估 算 方 法 選 擇,,,,,,,劑 量 估 算,,圖 常用人員受照劑量估算方法,直接測量方法中最常用的是熱釋光測讀儀器(T

22、LD)，這類儀器主要有兩部分，測讀器和劑量元件。TLD劑量元件的基本材料是LiF(Mg,Cu,P) 等熱釋光材料。這類材料能將輻射沉積在它上面的能量較長時期穩(wěn)定的儲存起來，當(dāng)用測讀器加熱測讀時，這些能量就以光的形式釋放出來，通過對這些光的測量來進行劑量測量。,TLD方法最突出的兩個優(yōu)點是：① 只要選擇適當(dāng)，可以選擇到人體組織等效性好的TLD，例如，LiF(Mg,Cu,P)；② 測量范圍很寬(0.01mGy~10Gy)，這幾乎含蓋了