輻射劑量學(xué)基礎(chǔ)

1、輻射防護(hù)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(jiǎn)介 2.2 常用量及劑量學(xué)方法,2.1 輻射劑量學(xué)簡(jiǎn)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(chǎng)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(cè)量、屏蔽計(jì)算方法等。為研究輻射效應(yīng)的作用機(jī)理、實(shí)施輻射防護(hù)的劑量監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)、進(jìn)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(hù)評(píng)價(jià)量和防護(hù)實(shí)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(dòng)能，k,防護(hù)評(píng)價(jià)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(hù)實(shí)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(jì)算,通過計(jì)算可轉(zhuǎn)化,通過理論計(jì)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(duì)其進(jìn)行測(cè)量。防護(hù)實(shí)用量是從輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)的實(shí)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(chǎng)中定義的，這些量?jī)H用在輻射防護(hù)監(jiān)測(cè)方面，不能用于其他目的。防護(hù)量評(píng)價(jià)是輻射防護(hù)評(píng)價(jià)的

4、目標(biāo)量，這些量主要通過物理量或?qū)嵱昧坑糜?jì)算或估算求得，它們本身是不可測(cè)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(cè)量或計(jì)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(hào)是

5、“Gy”，1Gy=1J·kg-1。吸收劑量的專用單位是“拉德”，其符號(hào)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(shí)，必須說明是哪種輻射對(duì)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(shí)，這類混合物的吸收劑量應(yīng)按其成分(按重量計(jì))進(jìn)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(cè)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(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。,,比釋動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)能時(shí)，也必須說明媒質(zhì)的類型，例如，空氣中的比釋動(dòng)能等。,2.2.3 用于外輻射的實(shí)用量　　用于外輻射的實(shí)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(hù)的測(cè)量。為介紹這幾個(gè)量的方便，首先介紹以下術(shù)語。,2.2.3.1 幾個(gè)常用術(shù)語a. 強(qiáng)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(shí)，皮膚接受的劑量比有效劑量高十倍以上時(shí)，稱之為弱貫穿輻射，否則為強(qiáng)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(qiáng)貫穿輻射。,b. 擴(kuò)展場(chǎng)　　假設(shè)的輻射場(chǎng)內(nèi)，注量及其角度和能量分布在關(guān)心的體積(參考點(diǎn))內(nèi)都相同時(shí)，這個(gè)輻射場(chǎng)稱之為擴(kuò)展場(chǎng)。 c. 擴(kuò)展和齊向場(chǎng)　　注量為單一方向的擴(kuò)展場(chǎng)。,2.2.3.2 周圍劑量當(dāng)量 H*(d)　　

10、輻射場(chǎng)中某一點(diǎn)的H*(d)是在相應(yīng)的擴(kuò)展和齊向場(chǎng)中，在ICRU球內(nèi)與齊向場(chǎng)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(jiǎn)化符號(hào)，d可以用mm為單位的量來表示。,對(duì)強(qiáng)貫穿輻射，d常用10mm這個(gè)深度，因而此時(shí)周圍劑量當(dāng)量可表示為H*(10)。對(duì)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(chǎng)中某一點(diǎn)的H’(d,Ω)，是在相應(yīng)擴(kuò)展場(chǎng)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(jiǎn)單，d可以用mm為單位的量來表示。對(duì)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(duì)

12、強(qiáng)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(jiǎn)單，d可以用mm為單位表示。對(duì)弱貫穿輻射，皮膚和眼晶體的Hp(d)分別為Hp(0.07)和Hp(3)。對(duì)強(qiáng)貫穿輻射，深度為10mm，表示為Hp(10)。,Hp(d)用一個(gè)佩帶在身體表面

13、的個(gè)人劑量計(jì)來測(cè)量的量，這種劑量計(jì)有一個(gè)探測(cè)器，并在探測(cè)囂上覆蓋了一個(gè)適當(dāng)厚度的組織等效材料。如個(gè)人劑量計(jì)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(cè)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(gè)人劑量計(jì)提供Hp(d)的合理近似，至少是劑量計(jì)局部位置的。　　當(dāng)全身受照均勻，劑量低于限值時(shí)，可將經(jīng)適當(dāng)?？痰膭┝坑?jì)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(duì)每一個(gè)劑量計(jì)測(cè)讀后，常規(guī)監(jiān)測(cè)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(hù)的三種基本方法：時(shí)間距離屏蔽,2.5 輻射防護(hù)評(píng)價(jià)中的常用量用于輻射防護(hù)評(píng)價(jià)中的防護(hù)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(píng)價(jià)；有效劑量是一個(gè)與

15、隨機(jī)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(hù)評(píng)價(jià)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(jì)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(gè)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(jì)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(gè)人監(jiān)測(cè)方法是在核和輻射事故情況下評(píng)價(jià)個(gè)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(gè)人監(jiān)測(cè)來檢查職業(yè)人員受到內(nèi)照射的程度，它是評(píng)價(jià)個(gè)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(gè)人監(jiān)測(cè)方法來檢測(cè)職業(yè)人員和公眾是否受到了內(nèi)照射。,內(nèi)照射個(gè)人監(jiān)測(cè)方法主要有：空氣個(gè)人監(jiān)測(cè)方法

17、生物樣品個(gè)人監(jiān)測(cè)方法體外個(gè)人監(jiān)測(cè)方法。,空氣個(gè)人監(jiān)測(cè)方法通常是采用個(gè)人空氣采樣器(PAS) 直接對(duì)內(nèi)污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并用監(jiān)測(cè)結(jié)果估計(jì)放射性核素吸入量。,氡劑量計(jì)及PADC卡,佩戴PAS,體外直接測(cè)量法是使用探測(cè)器直接從體外測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)其湮滅后放出的γ射線)、高能β粒子(檢測(cè)其發(fā)出的軔致輻射)以及某些α發(fā)射體(檢測(cè)其特征X射線)的核素。另外，測(cè)量前一定要清除身體表面污染的干擾。直接從體外測(cè)量全身或器官內(nèi)放射性核素的含量可以快速而簡(jiǎn)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(cè)量,生物樣品的檢測(cè)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(cè)也可推算出A0，推算的A0不但與生物樣品檢測(cè)的結(jié)果有關(guān)，也與內(nèi)照射的模式有關(guān)?！　?duì)不釋出?射線或僅釋出低能光子輻射的放射性核素，個(gè)人體內(nèi)污染量的監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)起來比較困難，也不太現(xiàn)實(shí)。美國核管局通過對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(yàn)公式。我國依據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)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(yàn)公式，我們可以在核恐怖事件或核事故發(fā)生后對(duì)核素造成的內(nèi)照射劑量作出快速有效的評(píng)價(jià)。,2.2.6 常用輻射劑量估算方法和測(cè)量?jī)x器常用輻射劑量估算及測(cè)量方法中主要分為兩大類：一類是直接測(cè)量；另一類是采用回顧模擬(或估算)方法進(jìn)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(yàn)估算；模擬估算；直接測(cè)量。,直接測(cè)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(chǎng)中磚、瓦、手表等樣品)。模擬估算方法主要有實(shí)驗(yàn)?zāi)M，和理論模擬。數(shù)字算法，和MC算法。,場(chǎng)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),受照模式信息,場(chǎng)所和人員樣品,經(jīng)驗(yàn)估算方法,實(shí)驗(yàn)和理論模擬,直接測(cè)量方法,實(shí)驗(yàn)?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(cè)量方法中最常用的是熱釋光測(cè)讀儀器(T

22、LD)，這類儀器主要有兩部分，測(cè)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(zhǎng)時(shí)期穩(wěn)定的儲(chǔ)存起來，當(dāng)用測(cè)讀器加熱測(cè)讀時(shí)，這些能量就以光的形式釋放出來，通過對(duì)這些光的測(cè)量來進(jìn)行劑量測(cè)量。,TLD方法最突出的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(cè)量范圍很寬(0.01mGy~10Gy)，這幾乎含蓋了