吸收剂量.docx
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吸收剂量
吸收劑量
劑量是游離輻射給予某材質的單位質量中測量到的能量。
‧量測吸收劑量的SI單位是格雷（Gy）。
‧
‧1Gy=
‧
‧Gy可用於任何種類的輻射。
‧
‧Gy並未描述不同輻射的生物效應。
‧
劑量學上的量
量
定義
新單位
舊單位
曝露
每單位空氣質量中的電荷
1R=2.58×10-4C/kg
--
侖琴（R）
輻射種類R對組織T的吸收劑量
DT,R
組織T的每單位質量所吸收的輻射R之能量
1rad=100ergs/g
1Gy=1Joule/kg
1Gy=100rads
格雷（Gy）
輻射吸收劑量（rad）
對組織T的等價劑量
HT
不同輻射種類對T的劑量貢獻總和，每個乘上輻射加權因數（wR）
HT=ΣRwRDT,R
西弗（Sv）
侖琴等價人（rem）
有效劑量
E
對受到曝露的組織與器官的等效劑量總和，每個乘上適當的組織加權因數（wT）
E=ΣTwTHT
西弗（Sv）
rem
輻射防護
為了處理與管制游離輻射對工作人員與一般公眾的傷害之實用目的，使用加權因數（以前稱為射質因數Q）。
輻射加權因數是個以相對低-LET輻射為標準用來評估已知輻射的每單位劑量的效能。
加權因數是用來轉換物理劑量（Gy）為等價劑量（Sv）的無單位因數，即將不同種類的輻射生物效應放在一般刻度上。
加權因數不是RBE。
加權因數代表實際關聯到低水平人類曝露的實驗性RBE表面的保守判斷。
輻射加權因數
輻射種類與能量範圍
輻射加權因數，WR
X與γ射線，所有能量範圍
1
電子正子與介子，所有能量範圍
1
中子：
<10MeV
5
10keV至100keV
10
>100keV至2MeV
20
>2MeV至20MeV
10
>20MeV
5
質子，（不含反跳質子）且能量>2MeV
2-5
α粒子、分裂碎片、重核
20
[ICRU60,1991]
從上表中列出的輻射種類與能量，可用下列關係來計算加權因數。
影像已移除
[圖1inUCRP,1991]
Q=1.0L<10keV/mm
Q=0.32L–2.210£L£100keV/mm
Q=300/（L）1/2L³100keV/mm
L=在水中的未限制LET（keV/mm）
輻射標準LET值
1.2MeV60Co加馬0.3keV/mm
250kVpx射線2keV/mm
10MeV質子4.7keV/mm
150MeV中子0.5keV/mm
14MeV中子12keV/mm
重帶電粒子100-2000keV/mm
2.5MeV阿伐粒子166keV/mm
2GeVFe離子1,000keV/mm
組織加權因數
組織組織加權因數，WT
性腺0.20
紅骨髓0.12
結腸0.12
肺臟0.12
胃0.12
膀胱0.05
乳房0.05
肝臟0.05
食道0.05
甲狀腺0.01
骨骼表面0.01
其餘器官0.05
[ICRP60,1991;NCRP116,1993]
約定等價劑量：
當核種進入人體後，時間與劑量的積分。
職業曝露用50年，一般公眾用70年。
約定有效劑量：
50年或70年與有效劑量的積分。
曝露之量測：
光子
電磁輻射在空氣中的游離
影像已移除
Fig12.1inTurnerJ.E.Atoms,Radiation,andRadiation
Protection,2nded.NewYork:
Wiley-Interscience,1995.
量測在STP下空氣中因游離所產生的電荷（庫侖）。
在空氣中的曝露單位是侖琴：
1R=2.58×10-4C/kg
在空氣中的吸收劑量
1R=
=8.8×10-3
1R=8.8×10-3Gy在空氣中
影像已移除
Fig.12.2in[Turner].
反應與能量有關（~300keV-2MeV）
在空氣中與低-Z腔壁以康普吞散射為主
布拉格-格雷原理
目的：
測定受輻射曝露的組織中吸收劑量。
布拉格-格雷原理與在空氣中劑量轉成在材質中劑量有關。
組織劑量：
劑量計材質是組織等效（相同元素組成）。
影像已移除
Fig.12.3in[Turner].
條件
‧電子平衡：
腔壁厚度>二次帶電粒子的最大射程。
‧
‧腔壁厚度並不足以衰減掉輻射。
‧
‧腔壁與氣體有類似的電子散射特性。
‧
吸收劑量的量測：
光子
組織等效游離腔
石墨/二氧化碳碳近似組織等效物
影像已移除
Fig.12.4in[Turner].
Dw=Dg=
Dw=對腔壁的劑量
Dg=對空氣的劑量
Ng=在空氣中游離的數目
W=在空氣中產生一離子對所需的能量
m=空氣質量
一帶電粒子射束的吸收劑量
影像已移除
Fig.12.9in[Turner].
=劑量率
=通量率（cm-2s-1）
ρ=密度
A=面積
影像已移除
Fig.3.3in[Turner].
劑量計算
阿伐與低能量貝他射源分布於組織中。
放射核種被攝入或吸入而分布在體內各處稱為體內射源。
許多放射核種隨著特定的新陳代謝路徑，像化學元素一樣作用並集中在特定組織中。
例：
碘集中在甲狀腺
鐳與鍶為趨骨物
氚會透過體內水分布在全身
銫傾向分布於全身
若一個體內沈積的放射核種發射出的粒子射程短，則其能量會被包含它們的組織所吸收。
令：
A=組織內放射核種的活性濃度，Bq/g
=平均阿伐或貝他粒子能量，每次蛻變的MeV
吸收劑量率是：
=A
×1.60×10-13
×103
=1.60×10-10A
Gy/s
加馬射線的點射源
=
=
=劑量率
=能量通量率（MeV/cm2sec）
C=活度（Bq）
E=每次蛻變的能量（MeV）
men/r=空氣的質量能量吸收係數（cm2/g）（對於在~60keV與2MeV之間的光子是相同的）
光子的射束
劑量=吸收能量/質量
劑量=
=
（men/r）=質量能量吸收係數（cm2/g）
N=光子通量（光子/cm2）
E=每個光子的能量
r=密度
x=厚度
A=面積
中子的吸收劑量
‧彈性碰撞（較高能量）
‧捕獲（熱中子）
熱中子
D=
F=熱中子通量（n/cm2）
N=原子密度（cm-3）
s=捕獲截面（每個元素而言）
E=捕獲反應的能量
r=組織密度
組織中主要的熱中子捕獲反應
14N（n,p）14Cs=1.7barnsQ=0.626MeV
EP=0.58MeV，在水中射程~8mm
EC=0.04MeV
能量為局部沈積的
1H（n,γ）2Hs=0.33barns2.22MeV加馬
（m/r）=0.05cm2/g
（men/r）=0.025cm2/g
劑量的貢獻與「靶」的大小有關
單位密度軟組織中的基本元素
元素原子cm-3捕獲截面，σ
H5.98×10220.33barns
O2.45×10220.00019barns
C9.03×10210.0035barns
N1.29×10211.70barns
快中子的吸收劑量
散射：
假設平均能量損失為1/2Emax
首次碰撞劑量
‧轉當平均自由路徑相較時比靶大則代表吸收劑量。
‧
‧以每個個別中子的給予劑量表示
‧
‧單位是每中子/cm2的劑量（Gycm2）
‧
D=
N=原子密度（cm-3）
σS=散射作用截面（對每個元素而言）
Qave=碰撞中平均能量轉移（1/2Emax）
ρ=組織密度
必須對每個元素計算劑量。
例：
計算一個5MeV中子與組織氫元素首次碰撞劑量。
5MeV中子σS=1.61barns
N=5.98×1022cm-3
每次散射碰撞的平均能量，Qave=2.5MeV
D=3.88×10-11Gycm2
中子在軟組織中的首次碰撞劑量之結果
（表12.6in[Turner].）
中子能量（MeV）
單位通量中子與各種元素的首次碰撞劑量（10-11Gycm2）
H
O
C
N
總共
0.01
0.02
0.03
0.05
0.07
0.10
0.20
0.30
0.50
0.70
1.0
2.0
3.0
5.0
7.0
10.0
14.0
0.091
0.172
0.244
0.369
0.472
0.603
0.914
1.14
1.47
1.73
2.06
2.78
3.26
3.88
4.22
4.48
4.62
0.002
0.004
0.005
0.008
0.012
0.017
0.034
0.052
0.122
0.089
0.390
0.156
0.205
0.244
0.485
0.595
1.10
0.001
0.001
0.002
0.003
0.004
0.006
0.012
0.016
0.023
0.029
0.036
0.047
0.045
0.079
0.094
0.157
0.259
0.000
0.001
0.001
0.001
0.001
0.002
0.003
0.003
0.004
0.005
0.007
0.012
0.018
0.024
0.032
0.048
0.077
0.094
0.178
0.252
0.381
0.489
0.628
0.963
1.21
1.62
1.85
2.49
3.00
3.53
4.23
4.83
5.28
6.06
資料來源：
摘自「中子和中子與γ射線混合場中吸收劑量的測量」，美國標準局第75號手冊，華盛頓，哥倫比亞特區。
（1961）
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