剂量计算.docx

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剂量计算

1、        放射性及其常用度量单位

1．1元素

元素是指具有相同核电荷数的一类原子的总称。

按照元素的化学性质呈周期性的变化规律排列在元素周期表中占据同一个位置称为元素。

例如等它们同属于碘元素。

迄今为止，世界上已发现了118种不同的元素，其中92种是地球上存在的天然元素。

26种是人造元素。

1．2同位素

具有相同的原子序数Z和不同的质量数A，或者是原子核内具有相同数目的质子和不同数目的中子的一类原子（或元素），它们的化学性质相同，在元素同期表上占据同一个位置，故称为同位素，

等均属钴的同位素。

目前已知的118种元素的同位素达2500余种。

一种元素可以有许多种同位素，例如元素周期中的元素的同位素就有30种。

一种元素的各个同位素的某些性能可能是不同的。

因引，又将核内具有特定数目中子和质子的一类原子。

称为某一核素。

例如都是氢的同位素，但它们都属不同的核素。

由核的稳定性能又可将同位素分为稳定同位素和不稳定同位素两类。

不稳定的同位素又称放射性同位素。

1．3放射性

不稳定的同位素（或核素）能不属外界条件的影响自发地放出携带能量的射线，使其原子核发生变化，这种现象称为放射性。

1．4放射性同位素

能够自发地放出射线从而变成另一种元素的同位素称为放射性同位素。

放射性同位素又可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素。

1．5核衰变（或衰变）

不稳定同位素的原子核能自发地发生变化而入射出某种粒子（例发α、β－、β＋等）和射线（例如γ射线等）的现象称为核衰变或衰变。

放射性核素的衰变与环境温度、压力、湿度等外界条件无关，而是取决于原子核内部的物理状态。

对某种特定的放射性同位素的某个特定放射性原子，它何时衰变是随机的，但是可以用统计方法来处理的，则单位时间内发生衰变的几率都是相同的这个几率叫做衰变常数，λ。

假定在to时刻有N个放射性原子，到时刻则有个放射性原子核发生衰变，则：

公式

（1）就是放射性衰变的基本方程。

是衰变率，通常称为放射性活度（后面再述）。

不同的放射性核素，它们的衰变类型、方式和速度是不同的，常见的核衰变有：

α衰变、β-衰变、EC（轨道电子俘获）衰变、γ衰变、CE（内转换电子）衰变、SF（自发裂变）衰变等。

1．6衰变规律

放射性核素的衰变都是遵循着一定的规律，对

（1）式积分，并令t=0时N=，则得：

负号表示放射性核ＮＯ随衰变时间t增加而减少．λ为某种放射性核素的衰变常数，量纲为S－１。

由于ＮＯ表示放射性核素原子的数目，计算起来比较麻烦，然而，衰变率dN/dt与N成正比（参见

（1）式），因而，

（2）式还可以写成用放射性活度C表示的方程，即：

式中：

，C是某放射性核素初始和经t时间衰变后的放射性活度。

1．7半衰期

表示放射性核素变快慢的另一个标志是半衰期，半衰期是放射性原子核数目（或活度）因衰变而减少到原来的一半时所需要的时间，用符号T1/2表示。

根据上述半衰期定义可以求出半衰期的通用公式。

当t=T1/2时，放射性原子核的数目正好由ＮＯ个减少为一半，即：

这就是通常计算放射性活度的公式之一，只要已知CO即可计算出经过t时间后的C值。

T1/2可以从物理或辐射防护等书中查到。

须指出的是T1/2和t所用的时间单位应一致。

1．8放射性活度（或活度）

放射性核素在单位时间内发生衰变的原子核的数目，称为放射性活度或活度。

用符号C表示。

即：

放射性活度是以衰变率来度量放射性数目的物理量，目前国际单位制采用的活度单位是贝可（Becquerel），符号，Bq,1贝可为每秒钟发生1次衰变，即1Bq=1次衰变/秒量纲，S-1。

放射性活度的老单位是居里，符号，Ci。

ICi是指每秒钟发生衰变的原子核数目为×1010个。

这样，新老活度单位之间的换算关系式是：

1．9比放射性

比放射性，符号，C，是指每单位质量或每单位体积的液体等中所含的放射性活度。

比放射性的单位是居里/克（Ci/g）或居里/立方米（Ci/m3）。

比活度如何计算先计算出1居里的放射性核素的质量（克）。

设1居里的放射性核素的质量为M，NO为阿伏加德罗常数，A为原子量，T1/2半衰期，则：

这就是1居里的放射性核素的质量的计算公式。

注意这里的T1/2的量纲是秒。

这样，比活度（单位质量核素的活度）即可求得。

这样，从（9）可导出任何一克放射性核素的放射性活度的计算公式是：

式中：

C－比放射性，Ci/g;

A－放射性核至少的原子量；

T1/2－该放射性核素的半衰期，秒。

比放射性一般可从一些书中查到。

应注意这里的质量（克）是指放射性核素的质量，而不是某放射性核素化合物的质量。

比活度值的大小是衡量相同质量的放射性核素的辐射水平高低的参数。

比活度越高可做成体积越小越接近点源的放射源。

举例1：

1居里的137CS核素的质量是有多少克呢利用公式（9）来计算。

137CS核素的质量A=137，半衰期T1/2=年或等于×108秒，代入公式（9），则：

2、         辐射量及其单位

辐射防护中常用的辐射量是照射量，吸收剂量，剂量当量和当量剂量。

2．1照射量、照射量率及其单位

2．1．1照射量及其单位

照射量是表示X和γ射线在单位质量小体积元空气中引起电离的全部电子被完全阻止于空气中形成的一种符号的（离子）总电荷的绝对值。

照射量的符号：

X

照射量的专用单位名称：

库[仑]每千克

照射量的专用单位符号：

C/Kg（库仑/公斤）

与S1制单位（库仑/公斤）暂时并用的照射量单位名称（照射量的才单位）是伦琴，单位符号是R。

照射量新老单位之间的换算公式是：

                1R=×10-4C/Kg……………………（11）

2．1．2照射量率及其单位

照射量率是单位时内的照射量

照射量率的符号：

X

照射量率的单位是C/Kg．S（库仑/公斤．秒）

老单位伦琴的照射率单位是R/h,mR/h等

2．2吸收剂量，吸收剂量率及其单位

2．2．1吸收剂量及其单位

       吸收剂量表示单位质量被照射物质的平均吸收的辐射能量。

       吸收剂量的符号：

D

       吸收剂量专用单位的名称：

戈[瑞]

吸收剂量专用单位的符号：

Gy

戈[瑞]是表示质量为1千克的物质吸收1焦耳的辐射能量时相应的吸收剂量。

即1Gy=1j/Kg。

（焦耳/公斤）

与S1单位制戈[瑞]暂时并用的吸叫剂量老单位是拉德，符号：

гad（гd）。

吸收剂量新、老单位之间的换算关系式是：

              1Gy=100гad……………………（12）

2．2．2吸收剂量率及其单位

       吸收剂量率是单位时间内的吸收剂量

       吸收剂量率的符号：

D

       吸收剂量率的单位：

Gy/h，Mgy/h，μGy/h

       吸收剂量的老单位拉德的吸收剂量率的单位是：

гad/h、mгad/h、μгad/h

2．3 剂量当量、剂量当量率及其单位

2．3．1剂量当量及其单位

       剂量当量，H，是国际辐射单位与测量委员会（ICRU）使用的一个量，用以定义周围剂量当量，定向剂量当量和个人剂量当量的，即组织中某点处的剂量当量是吸收剂量D与Q和N的乘积，即：

 H=D·Q·N……………………（13）

式中：

Q－辐射品质因素或称线质系数。

N－其他修正系数的乘积。

不同的射线其品质因素，Q，是不同的，这Q值可以从辐射防护资料中查到，其他修正系数的乘积。

现在指定取值N=1。

剂量当量的符号：

H

剂量当量专用单位名称：

希[沃特]

剂量当量专用单位符号：

Sv

与S1单位制希[沃特]暂时并用的剂量当量老单位的单位名称是雷姆，其单位符号是：

Γem

剂量当量新、老单位之间的关系是：

 1Sv=100Γem……………………（14）

从（13）式可看出，剂量当量是不能直接测量的，有些防护仪器给出剂量当量值或剂量当量率值是将品质因素Q和其他修正因素的乘积等数值已放进仪器里了。

2．3．2剂量当量率及其单位

剂量当量率是单位时间内的剂量当量。

剂量当量率的符号：

H

剂量当量率的单位：

Sv/h，mSv/h，μSv/h

与剂量当量老单位雷姆的剂量当量率单位是：

Γem/h，mΓem/h，μΓem/h。

2．4当量剂量及其单位

当量剂量是国际辐射防护委员会（ICRP）的60号出版物，（国际放射防护委员会1990年建议书，ICRPPublication60）的一个新单位，主要是描述内照射剂量的，当量剂量是电离辐射R在器官或组织T内产生的平均吸收剂量。

当量剂量的符号：

HT·R 

                HT·R=DT·R·WR……………………（15）

式中：

DT·R－人体的T器官或组织接受辐射R的平均吸收剂量；

      WR－辐射R的辐射权重因数。

辐射权重因数，WR是为了辐射防护目的，考虑到不同类型辐射的相对危害效应的参数。

对光子或电子的辐射权重因数WR=1，其它类型辐射的WR值可从辐射防护资料中查到。

２．5照射量、吸收剂量、剂量当量三单位的区别

照射量、吸收剂量、剂量当量的主要区别列于表1中。

表1

辐射量

适应范围

介质

剂量学含义

照射量X

仅适用于X或γ射线

仅限于空气

表征X或射线在所关心的空气体积V内交给次级电子用于电离，激发的那部份能量。

吸收剂量，D

适用于任何辐射

任何介质

表征辐射在所关心的介质体积V内沉积的能量，这能量可来自V内或V外。

剂量当量，H

适用于任何辐射仅适用于人体组织，仅限于辐射防护中使用

人体器官或组织

表征辐射在关心的人体组织或器官中照射与辐射诱发的有害效应的几率或严重程度的大小。

2．6照射量、吸收剂量、剂量当量、数值上之间的关系。

照射量、吸收剂量、剂量当量三单位的物理意义是不同的。

照射量，C/Kg，照射量率，C/Kg·S、以及吸收剂量D以及吸收剂量是可以直接测量的，而剂量当量H和剂量当量率H是不能直接测量的。

但对X、γ和β射线在数值可以近似做一些数值上的换算：

 1伦琴=戈瑞

                         =拉德……………………（16）

 1伦琴=希沃

                     =雷姆……………………（17）

              1拉德=伦琴……………………（18）

表2给出了照射量、吸收剂量和剂量当量之间数值的换算关系，表2的换算关系仅适应用X，α和β线的三种剂量数值之间的换算。

表2

射线类型

照射量，X

吸收剂量，D

剂量当量，H

C/Kg

R

rad

Gy

rem

Sv

X或γ

1

3．877×103

3385

3385

X或γ

×10-4

1

×10-5

×10-3

X、γ、β

×10-4

1

1

X、γ、β

×10-2

115

100

1

100

1

X、γ、β

×10-4

1

1

X、γ、β

×10-2

115

100

1

100

1

对X、γ、β射线吸剂量与剂量当量数值上可以近地似做1：

1的换算关系进行换算。

要注意，上述换算关系不适用于中子的外照射剂量和α粒子的内照射剂量。

3、        点源辐射场辐射水平的计算