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吸收剂量

吸收剂量剂量是游离辐射给予某材质的单位质量中测量到的能量。

‧量测吸收剂量的SI单位是格雷(Gy)。

J1‧1 Gy =kg‧Gy可用于任何种类的辐射。

‧Gy并未描述不同辐射的生物效应。

辐射防护为了处理与管制游离辐射对工作人员与一般公众的伤害之实用目的,使用加权因子(以前称为射质因子Q)。

辐射加权因子是个以相对低-LET辐射为标准用来评估已知辐射的每单位剂量的效能。

加权因子是用来转换物理剂量(Gy)为等价剂量(Sv)的无单位因子,即将不同种类的辐射生物效应放在一般刻度上。

加权因子不是RBE。

加权因子代表实际关联到低水平人类曝露的实验性RBE表面的保守判断。

辐射加权因子从上表中列出的辐射种类与能量,可用下列关系来计算加权因子。

影像已移除[图1 in UCRP, 1991]Q = 1.0 L < 10 keV/μmQ = 0.32L–2.2 10 ≤ L ≤ 100 keV/μmQ = 300/(L)1/2L ≥ 100 keV/μmL = 在水中的未限制LET(keV/μm)辐射标准LET值1.2 MeV 60Co加马0.3 keV/μm250 kVp x射线 2 keV/μm10 MeV质子 4.7 keV/μm150 MeV中子0.5 keV/μm14 MeV中子12 keV/μm重带电粒子100-2000 keV/μm2.5 MeV阿伐粒子166 keV/μm2 GeV Fe离子1,000 keV/μm组织加权因子组织组织加权因子,W T性腺0.20红骨髓0.12结肠0.12肺脏0.12胃0.12膀胱0.05乳房0.05肝脏0.05食道0.05甲状腺0.01骨骼表面0.01其余器官0.05[ICRP 60, 1991; NCRP 116, 1993]约定等价剂量:当核种进入人体后,时间与剂量的积分。

职业曝露用50年,一般公众用70年。

约定有效剂量:50年或70年与有效剂量的积分。

曝露之量测:光子电磁辐射在空气中的游离影像已移除Fig 12.1 in Turner J. E. Atoms, Radiation, and Radiation Protection , 2nd ed. New York: Wiley-Interscience, 1995.量测在STP 下空气中因游离所产生的电荷(库仑)。

在空气中的曝露单位是仑琴:1 R = 2.58×10-4 C/kg在空气中的吸收剂量1R = ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-C J kg C 341058.24 = 8.8×10-3kg J 1R =8.8×10-3Gy 在空气中影像已移除Fig. 12.2 in [Turner].反应与能量有关(~ 300 keV - 2 MeV) 在空气中与低-Z 腔壁以康普吞散射为主布拉格-格雷原理目的:测定受辐射曝露的组织中吸收剂量。

布拉格-格雷原理与在空气中剂量转成在材质中剂量有关。

组织剂量:剂量计材质是组织等效(相同元素组成)。

条件‧电子平衡:腔壁厚度> 二次带电粒子的最大射程。

‧腔壁厚度并不足以衰减掉辐射。

‧腔壁与气体有类似的电子散射特性。

吸收剂量的量测:光子组织等效游离腔石墨/二氧化碳 碳近似组织等效物影像已移除Fig. 12.4 in [Turner].D w = D g =mW N gD w = 对腔壁的剂量 D g = 对空气的剂量N g = 在空气中游离的数目W = 在空气中产生一离子对所需的能量 m = 空气质量一带电粒子射束的吸收剂量影像已移除Fig. 12.9 in [Turner].⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=∆∆-=dx dE x A x dx dE A D ρϕρϕ‧‧‧)/(影像已移除Fig. 3.3 in [Turner].‧D =剂量率‧ϕ =通量率(cm -2 s -1) ρ= 密度A = 面积剂量计算阿伐与低能量贝他射源分布于组织中。

放射核种被摄入或吸入而分布在体内各处称为体内射源。

许多放射核种随着特定的新陈代谢路径,像化学元素一样作用并集中在特定组织中。

例:碘集中在甲状腺 镭与锶为趋骨物氚会透过体内水分布在全身 铯倾向分布于全身若一个体内沈积的放射核种发射出的粒子射程短,则其能量会被包含它们的组织所吸收。

令:A = 组织内放射核种的活性浓度,Bq/gE = 平均阿伐或贝他粒子能量,每次蜕变的MeV吸收剂量率是:。

.D = A Esg MeV ×1.60×10-13MeV J ×103kg g = 1.60×10-10 A E Gy/s加马射线的点射源•D = ρμen •ψ=ρμπenr CE 24 •D = 剂量率•ψ = 能量通量率(MeV/cm 2 sec)C = 活度(Bq)E = 每次蜕变的能量 (MeV)μen /ρ = 空气的质量能量吸收系数(cm 2/g) (对于在~60 keV 与2 MeV 之间的光子是相同的)光子的射束剂量= 吸收能量/质量剂量 = ()()()()()()x A A x E N en ρρρμ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ =()()E N en ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ρμ(μen /ρ) = 质量能量吸收系数(cm 2/g) N = 光子通量(光子/cm 2) E = 每个光子的能量 ρ = 密度 x = 厚度 A = 面积‧弹性碰撞(较高能量) ‧捕获(热中子)热中子 D = ρσEN ΦΦ = 热中子通量(n/cm 2) N = 原子密度(cm -3)σ = 捕获截面(每个元素而言) E = 捕获反应的能量 ρ = 组织密度组织中主要的热中子捕获反应14N(n, p)14C σ = 1.7 barns Q = 0.626 MeV E P = 0.58 MeV ,在水中射程 ~ 8 μm E C = 0.04 MeV 能量为局部沈积的1H(n,γ)2H σ = 0.33 barns 2.22 MeV 加马(μ/ρ) = 0.05 cm 2/g (μen /ρ) = 0.025 cm 2/g剂量的贡献与「靶」的大小有关单位密度软组织中的基本元素元素 原子 cm -3 捕获截面,σ H 5.98×1022 0.33 barns O 2.45×1022 0.00019 barns C 9.03×1021 0.0035 barns N1.29×10211.70 barns散射:假设平均能量损失为1/2 E max首次碰撞剂量‧ 转当平均自由路径相较时比靶大则代表吸收剂量。

‧ 以每个个别中子的给予剂量表示 ‧ 单位是每中子/cm 2的剂量(Gy cm 2)D =ρσaveS Q NN = 原子密度(cm -3)σS = 散射作用截面(对每个元素而言) Q ave = 碰撞中平均能量转移(1/2E max ) ρ = 组织密度必须对每个元素计算剂量。

例:计算一个5 MeV 中子与组织氢元素首次碰撞剂量。

5 MeV 中子 σS = 1.61 barns N = 5.98×1022 cm -3每次散射碰撞的平均能量,Q ave = 2.5 MeV D = 3.88×10-11 Gy cm 2中子在软组织中的首次碰撞剂量之结果(表12.6 in [Turner].)中子能量(MeV) 单位通量中子与各种元素的首次碰撞剂量(10-11Gy cm2 )H O C N 总共0.01 0.02 0.03 0.05 0.07 0.10 0.20 0.30 0.500.701.02.03.0 5.0 7.0 10.0 14.0 0.0910.1720.2440.3690.4720.6030.9141.141.471.732.062.783.263.884.224.484.620.0020.0040.0050.0080.0120.0170.0340.0520.1220.0890.3900.1560.2050.2440.4850.5951.100.0010.0010.0020.0030.0040.0060.0120.0160.0230.0290.0360.0470.0450.0790.0940.1570.2590.0000.0010.0010.0010.0010.0020.0030.0030.0040.0050.0070.0120.0180.0240.0320.0480.0770.0940.1780.2520.3810.4890.6280.9631.211.621.852.493.003.534.234.835.286.06资料来源:摘自「中子和中子与γ射线混合场中吸收剂量的测量」,美国标准局第75号手册,华盛顿,哥伦比亚特区。

(1961)。

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