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第1页：第二章 常用的辐射量和测量

第二章 常用的辐射量和测量

国际上选择和定义辐射量及单位的权威组织是「国际辐射单位和测量委员会」（ICRU）和「国际放射防护委员会」（ICRP）。

应用领域：临床放射学、放射卫生学、辐射防护学。

第2页：辐射量的分类体系

§1 描述电离辐射的常用辐射量和单位

• 描述辐射源的量：放射性活度 A
• 描述辐射场的量：粒子注量 Φ、照射量 X、比释动能 K
• 描述辐射被吸收的量：吸收剂量 D（任何辐射）
• 描述辐射对人体危害作用：当量剂量 H、有效剂量 E（防护专用）
• 描述辐射与物质相互作用的量：吸收系数 μ、质量吸收系数 μm、线传能系数 μtr

第3页：放射性活度

1 放射性活度 A：某放射源中处于特定状态的放射性核素在单位时间内发生自发衰变的期望值。

• 物理单位：s⁻¹
• SI 单位：Bq（贝可勒尔）
• 放射学常用单位：Ci（居里）

第4页：粒子注量

2（1）粒子注量 Φ：进入具有单位截面积小球的粒子数，单位 m⁻²。

实际辐射场中每个粒子具有不同的能量，粒子注量需按能量分布积分计算，其时间变化率称粒子注量率（m⁻²·s⁻¹）。

第5页：照射量的定义

2（2）照射量 X：直接量度 X 或 γ 光子对空气电离能力的量，可间接反映 X 射线或 γ 射线辐射场的强弱。

定义：X 或 γ 光子在单位质量的空气中，与原子相互作用释放出来的次级电子完全被空气阻止时，所产生的同种符号离子的总电荷量。

照射量仅适用于能量在 10 keV～3 MeV 范围内的 X 射线或 γ 射线。

第6页：伦琴的定义

照射量单位：C/kg 或 R（伦琴）。

伦琴的定义

在 X 或 γ 射线照射下，0.001293 g 空气（相当于 0 ℃ 和 101 kPa 大气压下 1 cm³ 干燥空气的质量）所产生的次级电子形成总电荷量为 1 静电单位的正离子或负离子。

第7页：照射量的单位换算

换算：1 个单价离子的电荷量是 4.8×10⁻¹⁰ 静电单位，因此产生 1 静电单位电荷量的离子对数为 1/(4.8×10⁻¹⁰) ≈ 2.083×10⁹ 对。

带电粒子在空气中形成一对离子所耗平均能量为 33.85 eV，因此 1 R 照射量在 0.00129 g 空气中交给次级电子的能量相当于 2.083×10⁹ × 33.85 = 7.05×10¹⁰ eV。

第8页：1R照射量的等值定义

1 R X 射线或 γ 射线照射量的等值定义

• 在 0.00129 g 空气中形成 1 静电单位电荷量的正离子或负离子
• 在 0.00129 g 空气中形成 2.083×10⁹ 对离子
• 在 0.00129 g 空气中交给次级电子 7.05×10¹⁰ eV 或 11.3×10⁻⁹ J 的辐射能量
• 在 1 g 空气中交给次级电子 87.3×10⁻⁷ J 的辐射能量

第9页：照射量率

照射量率：单位时间内的照射量，即照射量对时间的导数，常用 C/(kg·s) 或 R/s 表示。

第10页：比释动能与照射量的区别

2（3）比释动能 K — 注意区别

• 照射量是以电离电量的形式间接反映射线在空气中辐射强度的量，不反映射线被物质吸收而使能量转移的过程
• 比释动能描述不带电致电离粒子与物质相互作用时，把多少能量传给了带电粒子

在辐射防护中，常用比释动能推断生物组织中某点的吸收剂量或计算中子的吸收剂量。

第11页：比释动能的定义

比释动能 K 定义：X 或 γ 光子等非带电粒子在与物质相互作用时，物质中原子核外电子接受能量形成次级粒子射线，在单位质量的物质中，不带电粒子转移给带电粒子的全部初始动能之和叫作比释动能。

第12页：比释动能的数学表述与单位

单位：J/kg 或 Gy。数学表述：不带电射线使物质释放出来的全部带电粒子初始动能之和与物质质量之比；比释动能率单位 Gy/s。

能量去向：X 或 γ 光子传能给带电粒子（K）后，一部分用于电离、激发（被物质吸收为 D），一部分转为轫致辐射（不被物质吸收）。

第13页：吸收剂量的定义

3 吸收剂量 D：单位质量的物质对任意种辐射能量均值的吸收量，单位 J/kg 或 Gy，旧单位 rad，1 Gy = 100 rad。

X 或 γ 射线与物质相互作用时能量转换分两个阶段：第一，X（γ）能量转为带电粒子动能（K）；第二，带电粒子电离、激发被物质吸收（D）。

第14页：吸收剂量的讨论

吸收剂量率单位 Gy/s。

讨论：X 或 γ 能量除转换成电子初动能外，还有核与电子间束缚能及散射光子能量等；电子初动能还有一部分转换成轫致辐射等能量，故吸收剂量小于比释动能。

第15页：吸收剂量计算例题

例题1：质量为 0.2 g 的物质，10 s 内吸收电离辐射的平均能量为 100 尔格，求该物质的吸收剂量和吸收剂量率。

解：dm = 0.2 g = 2×10⁻⁴ kg；dEen = 100 erg = 10⁻⁵ J；dt = 10 s。

本页源文为演算过程，计算结果可对照原课件核校。

第16页：当量剂量的定义

4 当量剂量 H：放射防护中，由于辐射类型和照射条件的不同，即使吸收剂量相同，有害的生物效应也大不相同（同样 1 rad 的吸收剂量，β 线和 α 线的生物效应相差悬殊）。

定义：将吸收剂量根据机体组织的生物效应加权修正后所得到的剂量值，用 H_T,R 表示。

第17页：当量剂量的修正因子

当量剂量的修正因子

• 品质因数（辐射权重因子 W_R）：取决于辐射类型和能量大小
• 修正因数：取决于照射条件

单位：J/kg 或 Sv；旧单位 rem。

第18页：辐射权重因子WR取值表

辐射权重因子 W_R：随辐射类型与能量不同而变化。

第19页：混合场的当量剂量叠加

辐射场中，当 W_R 由不同的辐射类型和照射条件构成时，总当量剂量为各辐射当量剂量的线性迭加。

当量剂量率单位 Sv/s。

第20页：当量剂量计算例题

例题2：某人全身同时受到 X 线和能量在 10～100 keV 的中子照射，其中 X 线的吸收剂量为 100 mGy，中子的吸收剂量为 3 mGy，计算他所吸收的当量剂量。

解：X 线 W_R = 1，10～100 keV 中子 W_R = 10。

本页源文为演算过程，计算结果可对照原课件核校。

第21页：辐射与物质相互作用量

5 辐射与物质相互作用量

μ

每单位线度上强度衰减百分率

μm

每单位质量的物质在给定面积上强度衰减百分率

μtr

每单位线度上由 X 线的电子转移部分造成的强度衰减百分率

第22页：带电粒子平衡

§2 辐射量和单位的应用 — 1 D、K 和 X 之间的关系（1）带电粒子平衡：在某空气层，入射次级电子等于射出数目（达最大射程），电离电量开始趋于恒定的现象。进行照射量测量时，应选择平衡电离层。

第23页：带电粒子平衡的条件

带电粒子平衡的条件

• 介质元周围辐射场均匀
• 介质厚度大于等于带电粒子在介质中的最大射程

当带电粒子平衡时，照射量、比释动能与吸收剂量之间可建立确定的换算关系。

第24页：比释动能与吸收剂量的深度变化

（2）比释动能与吸收剂量随物质深度的变化：进入物质表层后，次级电子逐渐建立平衡，吸收剂量由低升高并在某一深度达到最大，随后随射线衰减而下降。

第25页：照射量与比释动能的关系

（3）D、K 和 X 之间的关系 — 照射量与比释动能的关系：由 ω（带电粒子在空气中每形成一对离子所消耗的平均能量）建立换算。

公式适用条件：带电粒子平衡；次级粒子产生的轫致辐射能量可以忽略；物质的原子序数和辐射光子能量均较低。

第26页：吸收剂量与比释动能的关系

吸收剂量与比释动能的关系：D = K（1 − g），其中 g 为带电粒子能量转化为轫致辐射的份额。

第27页：D、K、X三者的区别

D、K 和 X 之间的区别