辐射量和单位

辐射量和单位 黑龙江大学物理学院孙普男教授2011年8 月

引言辐射量的定义的物理意义 • 描述χ和γ射线的辐射量分为电离辐射常用辐射量和辐射防护常用辐射量两类。前者包括放射性活度、照射量、比释动能、吸收剂量等。后者包括当量剂量、有效剂量等。 • 所谓 “剂量”是指某一对象接收或“吸收”的辐射的一种度量。

e e e e e e e e 物质 e e e e e e e e e e 剂量当量：吸收能量对人体整体的影响照射量：空气中带粒子的电荷量比释动能：物质中带点粒子的动能放射性活度当量剂量：吸收能量对某一器官的影响吸收剂量：物质的吸收能量有效剂量：吸收能量对所有器官加权的影响

第一节放射性活度 • 一、定义和单位 • 放射性活度（简称活度）是度量放射性物质在单位时间内原子核衰变数的物理量，放射性物质在单位时间内发生核衰变数目越多，这种放射性物质的放射性就越强。 • 在给定时间，处于一给定能态的一定量的某种放射性核素的活度A定义为： • 式中，dN是在时间间隔dt内该核素从该能态发生自发核跃迁数目的期望值。通俗的讲，某种放射性核素的放射性活度A，是单位时间内该放射性核素发生自发核衰变的次数。

第一节放射性活度 • 活度的国际单位是秒的倒数，称为贝克勒尔，简称贝可。 • 活度的衍生单位有MBq，GBq，和TBq。 • 国际专用单位：

第一节放射性活度 • 二、放射性活度浓度 • 放射性活度浓度亦称放射性比度或比放射性是指单位质量或单位体积放射源的放射性活度，其单位是。放射性活度浓度时衡量放射性物质纯度的指标。

第一节放射性活度 • 三、活度计算 • （一）衰变常数 • 衰变常数的物理意义是表示在放射性核素衰变过程中，每个原子核在单位时间内发生衰变的概率。衰变常数值随不同的放射性核素而有差异。核衰变越快，衰变常数值越大。 • （二）半衰期 • 半衰期是指放射性核素的原子核数目衰变原有的一半所需的时间，常以符号T1∕2或T表示。它与衰变常数有如下关系：

第一节放射性活度 • （三）活度计算式 • 放射性活度也随时间的延长而呈现指数规律减弱。其计算公式为： • 式中，A为放射性核素经过t时间后剩余的活度，A0为原来的活度，即t=0时的活度， T1∕ 2为该放射性核素的半衰期，t为时间（计算时所用单位应与T1∕ 2的单位一致）。

第二节照射量 • （1）照射量的定义和单位 • 照射量是用来表征χ射线或γ射线对空气电离本领大小的物理量。

第二节照射量 • 定义：所谓照射量是指χ射线或γ射线的光子在单位质量的空气中释放出来的所有次级电子（负电子或正电子），当它们被空气完全阻止时，在空气中形成的任何一种符号的（带正电或负电的）离子的总电荷的绝对值。其定义为dQ除以dm的所得的商，即：P=dQ/dm • 式中dQ——当光子产生的全部电子被阻止于空气中时，在空气中所形成的任何一种符号的离子总电荷量的绝对值。 • dm——体积球的空气质量

第二节照射量 • 用图表示1立方厘米的干燥空气，其质量为0.001293克，这些次级电子是光子从0.001293克空气中打出来的，它们在0.001293克空气中的里面和外面都形成离子，所有这些离子都计算在内，而在0.001293克外产生的次级电子发射形成的离子则不计算在内。入射光子次级电子 e

第二节照射量 • 照射量（Ρ）的SI单位为库仑/千克，用符号表示，沿用的专用单位为伦琴，用字母R表示。1伦的照射量相当于在标准的状况下（即0℃，1大气压）1立方厘米的干燥空气产生1静电位（或2.083×109对离子）的照射量叫1伦琴。

第二节照射量

第二节照射量 • 一个正（负）离子所带的电量为4.8×10-10静电单位，1伦是在干燥空气中产生1静电单位的电量，所以产生的电子对数为1/4.8×10-10=2.083×109对离子。照射量只适用于χ、γ射线对空气的效应，而只适用于能量大约在几千伏到3MV之间。

第二节照射量 • （2）照射量率的定义和单位 • 照射量率的定义是单位时间的照射量也就是除以所得的商即：照射量率（）的SI单位为库伦/千克时，用符号或伦/时（）、伦/秒（）

第三节比释动能 • 比释动能是指不带电粒子与物质相互作用时在单位质量的物质中释放出来的所有带电粒子的初始动能的总和。 • 式中 ——不带电粒子在质量为的某一物质内释放出来的全部带电粒子的初始动能的总和。 • 比释动能只适用于不带电粒子和χ、γ射线，但适用于各种物质。

第三节比释动能 • 单位：焦耳/千克（J·kg-1）其单位“戈瑞”（Gy）1Gy=1Kg受照射的物质吸收1J的辐射能量即：。 • 毫戈瑞、微戈瑞， • 沿用单位拉德(rad)： • 比释动能率的定义和单位 • 单位时间内的比释动能单位：戈瑞/秒(Gy·s-1)

第四节吸收剂量 • （1）吸收剂量的定义和单位 • 吸收剂量是用来表征受照物体吸收电离辐射能量程度的一个物理量。 • 定义：任何电离辐射，授予质量为的物质的平均能量除以所得的商，即：式中为平均授予能，或者说：电离辐射传给单位质量的被照射物质的能量叫吸收剂量，吸收剂量的大小，一方面取决于电离辐射的能量，另一方面还取决于被照射物质的种类。它适用于任何电离辐射和任何被照射的物质。

第四节吸收剂量 • 吸收剂量（D）的单位和比释动能相同，SI单位是焦耳千克-1表示，其特定名称为戈瑞（Gy）沿用单位为拉德（rad） • 1戈瑞=1焦耳/千克 • 1戈瑞=100拉德

第四节吸收剂量 • （2）吸收剂量率的定义和单位 • 吸收剂量率（）表示单位时间内吸收剂量的增量，严格定义为：某一时间间隔dt内吸收剂量的增量dD除以该时间间隔dt所得的商即： • dD/dt，吸收剂量率的单位：戈瑞/时、毫戈瑞/时（）

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • （1）照射量和比释动能的关系： • 射线照射空气时，如果忽略次级电子能量转移成热能和辐射能的部分即认为在单位质量空气中所产生的次级电子能量全部用于使空气分子电离，则空气中某点的照射量Ρ和比释动能Κ在带电粒子平衡条件下的关系为：Κ=33.72Ρ • 公式中照射量Ρ的单位库仑/千克、比释动能Κ的单位为戈瑞（Gy）

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • 例：已知空气中某点Χ射线的照射量Ρ为1.29× ，求空气中该点的比释动能Κ是多少？ • 解：

2.4、照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别2.4、照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • （2）比释动能和吸收剂量的关系 • 比释动能和吸收剂量分别反映物质吸收电离辐射的二个阶段。对于一定质量dm的物质，不带电粒子转移给次级电子的平均能量与物质吸收能量相等，则比释动能Κ和吸收剂量相等。即：

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • 上述成立必须满足二个条件：首先要求是带电粒子平衡条件下；其次带电粒子产生的辐射损失可以忽略不计。

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • （3）照射量和吸收剂量的关系： • A、将空气中某点的照射量换算成该点空气的吸收剂量。 • 1） D空——吸收剂量（戈瑞） P空——空气的照射量（库仑/千克） • 2） D空——空气的吸收剂量（戈瑞） P空——空气的照射量（仑）

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别 • B、将空气中某点的照射量换算成该点被照射物质的吸收剂量 • ——受照物质的吸收剂量Gy • P——空气的照射量， • f——转换因子

第五节 照射量、比释动能、吸收剂量的联系和区别

第六节剂量当量和单位 • （1）剂量当量 • 一定吸收剂量的生物效应取决于辐射的品质和照射条件。故不同类型辐射所致吸收剂量相同，而所产生的生物效应的严重程度或方式几率可能不同。在辐射防护领域，采用辐射的品质因数来表示传能线密度（用LET表示，即直接电离粒子在其单位长度径迹上消耗的平均能量，单位通常用千电子伏∕微米）对效应的影响，对吸收剂量进行修正，使得修正后的吸收剂量能够较好地表达发生生物效应的几率或生物效应的严重程度。这种修正后的吸收剂量就称为剂量当量H。

第六节剂量当量和单位 • 剂量当量为国际辐射单位与测量委员会（ICRU）所使用的一个量，用以定义实用量—-周围剂量当量、定向剂量当量和个人剂量当量。组织中某点处的剂量当量H是D、Q和N的乘积，即 • H=DQN • 式中，D是在该点的吸收剂量，Q是品质因数，用以衡量不同类型的电离辐射在产生有害效应方面的差异。N是所有其他修正因数的乘积，这些因数可以照顾到诸如吸收剂量率和剂量的分次给与等。目前ICRP指定N=1.对X射线来说，其品质因数Q也等于1.因为品质因数Q和修正因数N都是无量纲量，所以剂量当量的SI单位与吸收剂量的单位相同，即焦耳每千克。

第六节剂量当量和单位 Q值与WR值一致

第六节剂量当量和单位 • 剂量当量率 • 单位时间内的剂量当量称为剂量当量率。它的SI单位为焦耳每千克每秒，单位的专名为希沃特每秒。以前用的专用单位为雷姆每秒等。

第六节当量剂量和单位 • （1）当量剂量HT • 吸收剂量只反映被照射物质吸收了多少电离辐射的能量，吸收能量越多产生的生物效应就厉害。同样的吸收剂量由于射线的种类不同，和能量不同，引起的生物效应就不同，改变这一因素，应该有一个与辐射种类和能量有关的因子对吸收剂量进行修正。这个因子叫做辐射权重因子。（用于对不同种类和能量的辐射进行修正）。用辐射权重因子修正吸收剂量叫当量剂量。

第七节当量剂量和单位 • 对于某种辐射R在某个组织或器官T中的当量剂量可由下式给出：式中： ——辐射R的辐射权重因子 ——辐射R在器官或组织T内产生吸收剂量

第六节当量剂量和单位

第七节当量剂量和单位 • 如果某一器官或组织受到几种不同种类和能量的辐射的照射，则应分别将吸收剂量用不同的所对应的辐射种类进行修正，而后相加即可得出总的当量剂量。 • 对于受到多种辐射的组织或器官其当量剂量应表示为：

第七节当量剂量和单位 • 辐射权重因子的数值的大小是由国际放射防护委员会选定的。其数值的大小表示特定种类和能量的辐射在小剂量时诱发生物效应的机率大小。 • χ、γ射线不论其能量大小其辐射权重因子

第七节当量剂量和单位 • （2）当量剂量的单位 • 由于是无量纲的，当量剂量的SI单位为，专用名称为希沃特（SV），因此，。 • 此外还有毫希沃特（mSV）和微希沃特（μSV）

第七节当量剂量率及单位 • 是单位时间内的当量剂量。SI单位为希沃特﹒秒-1（）

第八节有效剂量 • （1）组织权重因子： • 辐射防护中通常遇到的情况是小剂量慢性照射，在这种情况下引起的辐射效应主要是随机性效应。随机性效应发生机率与受照器官与组织有关，也就是不同的器官或组织虽然吸收相同当量剂量的射线，但发生随机性效应的机率可能不一样。为了考虑不同器官或组织对发生辐射随机性效应的不同敏感性，引入一个新的权重因子对当量剂量进行修正，使其修正后的当量剂量能够正确的反映出受照组织或器官吸收射线后所受的危险程度。这个对组织或器官T的当量剂量进行修正的因子称为组织权重因子，用WT表示。每个WT均小于1，对射线越敏感的组织，WT越大，所有组织的权重因子的总和为1。

第八节有效剂量 • （2）有效剂量及单位： • 经过组织权重因子WT加权修正后的当量剂量称为有效剂量，用字母E表示。由于WT为无量纲，所以E的单位与当量剂量HT单位相同为，专用单位SV通常在接受照射中，会同时涉及几个器官或组织，所以应该有不同组织或器官的WT分别对相应的器官或组织的剂量当量进行修正，所以有效剂量E是对所有组织或器官加权修正的当量剂量的总和。用公式表示如下：

第八节有效剂量 • 由当量剂量定义可得到： • 式中：HT——组织或器官T所受的当量剂量 WT ——组织或器官T的组织权重因子 WR ——辐射R的辐射权重因子 DTR——组织或器官T内的平均剂量 E——有效剂量，单位：J·Kg-1，称为希沃特（SV）

第八节有效剂量

第九节待积剂量 • 当放射性核素被摄入人体内时，引起的剂量是这些核素滞留在人体内期间所受的剂量。待积剂量是在此期间所受的总剂量，并按照剂量的接受率在某一特定时间内的积分计算。任何相关的剂量限值均适用于因摄入放射性核素所受的待积剂量。 • 一、待积当量剂量 • 待积当量剂量是人体在单次摄入放射性物质后待定组织内接受的当量剂量率在待定时间t内的时间积分。 • 其定义为：

第九节待积剂量 • 二、待积有效剂量 • 体内放射性核素的沉积及其照射剂量通常是不均匀分布的。为了估计其所造成的随机性效应的总危害可以计算t时间内的待积有效剂量E（t），为此可将单次摄入放射性核素对组织或器官T造成的待积当量剂量HT（t）与相应的组织权重因数WT 相乘后求和。 • 其定义为：

第十节集体剂量 • 由某种给定的实践和源所产生的辐射照射的总影响取决于受照人数和他们所受的剂量。因此，将集体剂量定义为不同的受照人群组所受的平均剂量与每组人数乘积之总和。 • 一、集体当量剂量 • 组织或器官T的集体当量剂量ST定义为： • 式中Ni是该人群中接受平均器官当量剂量HT，i的一组亚群i的人数。

第十节集体剂量 • 二、集体有效剂量 • 将待积当量剂量公式中的平均当量剂量HT，i换成平均有效剂量Ei，即为集体有效剂量S，其定义为：

第十一节人均剂量 • 某人群受照射时，人群中每个成员接受的剂量不会完全一样，为了把所受照射与个体预计发生的危害相联系，提出人均剂量概念：它表面上时针对个人，实际上是针对群体，是该人群中一系列真实剂量的平均值。人均当量剂量H和人均有效剂量HE的定义为： • 式中ST和SE分别是t这段时间内人数为Nt的人群的集体当量剂量和集团有效剂量。

第十二节常用单位转换 • 放射性活度： • 照射量—比释动能—吸收剂量—剂量当量 1mR = 87 uGy=87uSv =87uSv ( 空气中，100KeV射线） 1mR = 95 uGy=95uSv =95uSv ( 水中中，100KeV射线） 1mR = 95 uGy=95uSv =95uSv ( 肌肉中，100KeV射线）因此通常近似认为： 1mR ≈ 100uGy=100uSv =100uSv

辐 射 量 和 单 位