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1、第七章 外辐射剂量学与防护学（External radiation dosimetry and Protection）外辐射剂量学ERD研究以人身为主的各种客体受体外辐射源照射的剂量学问题第一讲 体摸和射束一、体摸（Phantom）体模：在辐射防护、放射治疗和辐射加工中，为了模拟测量和计算受外部辐射源照射的人体，实验动物或辐照产品中的吸收剂量分布，设计或制作的一些具有约定尺寸和材料组成的模型。体模的形状、材料和尺寸形状：可根据模拟对象做成任意形状材料：组织等效指的是材料对不带电粒子的衰减系数、能量转移系数和能量吸收系数以及对带电粒子的碰撞阻止本领、辐射阻止本领和散射本领等均与组织的接近，因而对
2、电离辐射的吸收，衰减和散射作用与组织的近似。例如：对于光子和电子，水具有较好的组织等效性；对于中子，组织等效塑料（A150）聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）。尺寸：未受照部分（射束周围）的宽度，测量点以下的深度的大小须提供充分的反散射物质。典型的体模 ICRU球 MIRD体模：见P.198.图7-1 中国人体模：四川大学林大全教授深度剂量分布：体模中D沿参考轴的分布（参考轴为源的几何中心与光栏中心的直线）水等效厚度：如果平行射束垂直照射水体模时深度Zw处的吸收剂量，与照射介质m组成的体模时深度Zm处的吸收剂量相等，则称Zw为介质层Zm的水等效厚度。定义：标度因子（Scaling factor） ；
3、对于不带电粒子射束：；对于电子束：；若对非平行射束：二、电子束的特性参数1.能量参数2.射程参数三、光子束的品质射线：用放射性核素的原子序数和原子量表征X射线：半价层厚度（Half-value thickness）是使X射线平行窄束的照射量减小到原来的1/2时所需要的铝，铜或铅的厚度。NACP(Nordic Association of Clinical Physics)其中，为100mm深处的电离量；为200mm深处的电离量。四、核粒子束特性Bragg峰第二讲 体模中吸收剂量的测量一、 参考点吸收剂量的测量1.为什么测参考点的D？参考点附近的剂量剃度小，受散射辐射等干扰因素影响的程度也较小，
4、容易实现D的准确测量；参考点的D测准后，体模中的D分布可以用相对方法测量；参考点D的精确测量是体模中D测量的关键。2.测量参考点D的方法的要求及选择方法选择要求：所选择的剂量计必须是经过国家标准实验室刻度或由国家标准传递的剂量计。（1）电离室法特点：应用普及、操作简便、精密度高；，其中为由空腔气体的平均到组织等效材料（体模）中的转换因子；为干扰修正因子。（2）量热计特点：作为一次基准对其它剂量计进行刻度或给出各种剂量计测定所必需的参数； 量热计作为绝对测量装置处于剂量学测量仪器刻度链的顶点；，其中刻度因子二、 剂量分布的测量三、 非均匀体模中的测量四、 射束监测五、 辐射加工中的剂量测量六、
5、测量数据的归一化表示1. 百分深度剂量（PDD）和离轴比 百分深度剂量（Percentage depth dose）定义：体模中射束轴上某一深度z处的吸收剂量与最大值点的吸收剂量以百分数表示的比值。用表示：，。P.209图7.17 描述光子在水体模中的百分深度剂量分布特点。用和表示离轴比（off-axis ratio, OAR）定义 和可以给出体模中的二维分布。2. 组织-空气比（Tissue-air ratio, TAR） 定义：体模中射束轴上给定点的与空气中同一点处小块体模材料达到电子平衡时之比，； 用空气中和表示习题：P237 1、2、4、6 第三讲 外辐射剂量计算理论计算法经验数据法：
6、应用体模中的测量数据进行计算一、经验数据法 1.先说明P.212.的例子 2. 定义：等效厚度系数：其中，为与厚的物质块对平行的初级射束的减弱作用相同的水层厚度。校正因子3.Q点在介质层下面水中时CF的计算 物质衰减等效水层厚度 对于和均相同的情况（b,a情况） 对且（b,c情况） 物质衰减和距离衰减均相同，因此点的D相等。 ，其中。 4.当Q点在介质层内时CF的计算 介质层h对初级辐射的衰减校正与3讨论的相同。但介质层对辐射的吸收作用与水不同。故在计算吸收剂量校正因子时，还应该考虑对能量吸收的修正，即二、互易定理1. 定理：若有两个粒子数相等的点状射束a和b垂直照到无限大均匀体模上，其间距为
7、r，A和B是两射束轴上深度为z处的点，则射束a在B点产生的吸收剂量与射束b在A点产生的吸收剂量相同。2. 互易关系式 3.实践意义 用宽大的探测器在细束中测量或用小探测器在宽束中测量，均可得到宽束轴上的吸收剂量分布。 第四讲 外辐射实用量一、 外辐射实用量的引入1. 辐射防护的目的：防止有害的确定性效应，并将随机性效应的发生几率限制到被认为可以接受的水平。 需要测量和E要精确地计算或者测定人体器官的当量剂量或有效剂量是极其困难甚至是不可能的需要引入新的物理量：通过对这些量的测量来定量地描述个人或公众所接受的实际或潜在的照射，并将所的结果与主管当局所规定的防护限值进行比较，检查规范的执行情况和防
8、护设施的可靠性。2. 指数量和辐射场中某点的吸收剂量指数：是当ICRU球心位于该点时，球内的最大吸收剂量。辐射场中某点的当量剂量指数：是当ICRU球心位于该点时，球内最大当量剂量。浅层当量剂量指数 深部剂量当量指数 限定指数量（狭指数量，限定了区域）非限定指数量或广义指数量特点：指数是不满足叠加原理，不易实现测量；与关键器官和组织相联系，对保护关键器官有利。3. 外辐射适用量引入的必要性应具备的特点：对各类电离辐射的通用性；与辐射防护限值的相关性；由空间指定点辐射场所决定的唯一性；与人体或体模的相关性；对各种电离辐射的可叠加性。 解决可测量性二、外辐射实用量（剂量学量）1. 分类：环境测量（监
9、测）用当量剂量，； 个人测量（监测）用当量剂量，。2. 衍生辐射场衍生辐射场：由实际辐射场抽象出来的，具有某些规定特性的辐射场。扩展场：注量及其角分布和能量分布在所关心的区域处处与实际辐射场中参考点的相同的辐射场。齐向扩展场：注量及其能量分布在所关心的体积中处处与实际辐射场中参考点的相同，而能量是单向的衍生辐射场。目的是更好地定义使用量弱贯穿辐射与强贯穿辐射：3. 周围剂量当量用途：环境监测定义：辐射场中某点的周围当量剂量是由相应的齐向扩展场在ICRU球中对着齐向场方向的半径上深度d处产生的当量剂量。 特点：*值由参考点的辐射场唯一确定 *可用各向同性响应的测量仪器精确测量 *可用表征有效剂量
10、（有效剂量概念的实质是各器官和组织随机危险的叠加性），且可以给出有效剂量的偏安全的估计值（一般略大于）（图7.35，7.36）4. 定向当量剂量 目的和用途：避免皮肤受过量的辐射照射而产生确定性效应。 环境监测。 定义：辐射场中某点的定向剂量当量是由相应的扩展场在ICRU球中指定方向的半径迹深度d处产生的当量剂量。 特点：*很强的方向性（P.230，图7.37） *用平行板探测器实现测量 *5. 个人当量剂量 定义：贯穿个人当量剂量：身体上指定点下适于强贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量，d的建议值为10mm。 浅层个人当量剂量：身体上指定点下适于弱贯穿辐射的深度d处软组织中的当量剂量, D
11、的建议值为0.07mm。 讨论：*个人当量剂量是在人体组织中定义的，因而既不能直接测量，也不可能从一种普通的刻度方法推导出来； *辐射场均匀，且身体上指定点的外法线方向与定义的指定方向重合，则； *在单向均匀辐射场中如果指定点外法线的方向与入射辐射的方向反平行，则，一般； *戴在手臂上的个人剂量计，用ICRU球刻度会产生过高的反散射，但及辐射除外； *测量的剂量计都是按佩带在人体表面设计的，人体提供了反散射，但剂量计要覆盖适当厚度的衰减材料，使之对不同方向的入射辐射获得正确的响应。上述四个剂量学量满足了实用量应具备的特点。三、实用量的测量1. 绝对测量：按的定义测量 2.相对测量：测空气中的吸
12、收剂量，利用这些量到环境当量剂量的换算系数计算出射束中的。讨论：*在已知的参考射束中，利用转换系数对环境监测仪按进行刻度时，监测仪可直接放在射束中进行；*对于佩带在人身上的个人剂量计，故剂量计按的刻度可应用的转换因子在ICRU球上进行；*在大多数辐射防护照射条件下（前后照射）下， 可以给出有效剂量和皮肤当量剂量的适当的估计值； *对于环境水平的照射，可给出居民外辐射有效剂量的近似估计值。室内，室外应分别考虑； *对于事故监测，方法多种多样。习题：P.238 8. 11第七章之 外辐射防护第一讲 外辐射防护的一般方法及射线的剂量计算一、外辐射防护的一般方法1.基础原则:尽量减少或避免射线从外部对
13、人体的辐射,使之所受照射不超过国家规定的剂量限值.2.基础方法:(1)减少接触辐射源的时间-时间防护(2)增大与放射源的距离-距离防护 (3)设置屏蔽-屏蔽防护=时间,距离,屏蔽为外辐射防护三要素3.屏蔽材料的选择原则根据辐射类型的和应用的特点来选择，同时又要考虑经济代价和材料的易获得.4.确定屏蔽厚度所需用的参数和资料二、射线的剂量计算1.点源的剂量计算方法点源的照射量率点源的空气吸收量率点源的与空气同一处射线在物质中的（）点源的空气比释动能率2.非点源的剂量计算(1)基本思路:*任何一个辐射源,都可以分割成许多个小块辐射源,以致每一小块源都能被着成是一个点源； *分割的许多个点源在某点上产
14、生的剂量学量等于它们简单叠加-积分问题； *对于非点源,除了需要考虑它的形状,体积外,还要考虑辐射源自身的吸收与散射等因素对剂量的影响。(2)以线状源为倒计算剂量学量 设源长总活度为,则线活度(单位长度上的活度)为,那么线状源上任一小段dx可着成点源，其源度为,它在Q点造成的比释动能率为 因,则 若用用代替,则有显然当很小时,上述和的表达式就为点源的表达式。说明:对于任一形状的辐射源当考察点与源的距离比源本身的尺寸大5倍以上时,可将该点视为点源由此带入的误差小于5%。第二讲 X 、射线在物质中减弱规律一、窄束X或射线在物质中减弱规律 ()是物质的质量厚度a.两大特点:(1)低能时,光电效应占优势;然后是康普粒子散射占优势;高能时
