放射物理学放射物理学 第三章第三章 电离辐射吸收剂量电离辐射吸收剂量的测量的测量电离辐射电离辐射沉积能量沉积能量人体组织人体组织生物效应生物效应吸收剂量吸收剂量X(γ),电子束电子束 §1 §1 剂量学中的辐射量及其单位剂量学中的辐射量及其单位§2§2 电离室测量吸收剂量的原理电离室测量吸收剂量的原理§3§3 电离辐射质的确定电离辐射质的确定§4§4 吸收剂量的校准吸收剂量的校准§5 §5 吸收剂量的其它测量方法吸收剂量的其它测量方法 §1 剂量学中的辐射量及其单位剂量学中的辐射量及其单位国际辐射单位与测量委员会国际辐射单位与测量委员会(ICRU)第第33号报告号报告 （（International Commission on Radiation Units and Measurements)一、粒子注量（一、粒子注量（particle fluence) 辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该小球的辐射场中以某一点为球心的一个小球，进入该小球的粒子数粒子数dN与其截面与其截面da的比值的比值 单位单位: m-2 粒子注量率粒子注量率截面截面da必须垂必须垂直于粒子的入直于粒子的入射方向射方向 二、能量注量（二、能量注量（energy fluence））进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能，它进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能，它等于等于dR除以除以da所得的商。
所得的商单位单位J.m-2 能量注量率能量注量率粒子注量和能量注量之间的关系：粒子注量和能量注量之间的关系：单能单能 非单能非单能 E为粒子能量为粒子能量 为同一位置粒子注为同一位置粒子注量的能谱分布量的能谱分布 三、照射量（三、照射量（exposure））X（（γ）辐射）辐射在质量为在质量为dm的的空气空气中释放的全部次级电子中释放的全部次级电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的离子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的离子总电荷的绝对值（不包括因吸收次级电子发射的轫致辐总电荷的绝对值（不包括因吸收次级电子发射的轫致辐射而产生的电离）射而产生的电离）dQ与与dm的比值，即的比值，即单位为单位为C.kg-1曾用单位为伦琴（曾用单位为伦琴（R），），1R＝＝2.58×10-4C. kg-1 照射（量）率：照射（量）率：单位时间内照射量的增量单位时间内照射量的增量 注意：注意：1、、照照射射量量和和照照射射量量率率只只对对空空气气而而言言，，只只是是从从电电离离本本领领的的角角度度说说明明X射射线线或或γ射射线线在在空空气气中中的的辐辐射射场场性性质质，，仅仅适适用于用于X射线或射线或γ射线射线 。
2、、根根据据照照射射量量的的定定义义，，dQ中中不不包包括括次次级级电电子子发发生生轫轫致致辐辐射射被被吸吸收收后后产产生生的的电电离离，，这这在在X（（γ））射射线线能能量量较较高高时时会有明显意义会有明显意义 在单能光子辐射场中，同一点上的照射量在单能光子辐射场中，同一点上的照射量X X与能量注量与能量注量ΨΨ之间的关系：之间的关系： 四、吸收剂量（四、吸收剂量（absorbed dose））dm为被照射物质的质量，为被照射物质的质量， 为其吸收的辐射能为其吸收的辐射能 吸收剂量的国际单位（吸收剂量的国际单位（SI）为）为：：J·kg-1国际单位专用名称是戈国际单位专用名称是戈[瑞瑞]（（Gy），）， 旧有专用单位为拉德（旧有专用单位为拉德（rad））,1Gy=100rad 吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐射，以吸收剂量适用于任何类型和任何能量的电离辐射，以及适用于受到照射的任何物质及适用于受到照射的任何物质 数值上吸收剂量可表示为数值上吸收剂量可表示为: 五、比释动能（五、比释动能（kinetic energy released in material，，kerma））不带电电离粒子不带电电离粒子在质量为在质量为dm的介质中释放的全部带电的介质中释放的全部带电粒子的初始动能之和。
粒子的初始动能之和 K的单位为的单位为J.kg-1；专用名为；专用名为Gy 比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用比释动能用以衡量不带电电离粒子与物质相互作用时，在单位物质中转移给次级带电粒子初始动能的总和的时，在单位物质中转移给次级带电粒子初始动能的总和的多少的一个量，因此与吸收剂量不同，多少的一个量，因此与吸收剂量不同，比释动能只适用于比释动能只适用于间接致电离辐射间接致电离辐射，但适用于任何介质但适用于任何介质 六、当量剂量（六、当量剂量（equivalent dose））当量剂量当量剂量HT等于某一组织或器官等于某一组织或器官T所接受的平均剂量所接受的平均剂量DT，，R，经辐射质为，经辐射质为R的辐射权重因子（的辐射权重因子（radiation weight factor））wR加权处理后的吸收剂量加权处理后的吸收剂量单位为单位为J.kg-1，专用名为希沃特（，专用名为希沃特（Sievert），符号为），符号为Sv，，1Sv＝＝J.kg-1 当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在严格意严格意义上的吸收剂量义上的吸收剂量。
辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照射时诱发随机性效应的相对生物效应（射时诱发随机性效应的相对生物效应（RBE）的数值 Radiation Weighting factorsRadiation Weighting factorsRadiation Type and Energy RangeRadiation Weighting Factor, WRX and γ rays, all energies1Electrons, positrons and muons, all energies1Neutrons:< 10 keV510 keV to 100 keV10> 100 keV to 2 MeV20> 2 MeV to 20 MeV10> 20 MeV5Protons, (other than recoil protons)and energy > 2 MeV,2-5α particles, fission fragments,heavy nuclei20[ICRU 60, 1991][ICRU 60, 1991] 七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别七、照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别（一）间接致电离辐射的能量转移和吸收（一）间接致电离辐射的能量转移和吸收 在放射性治疗中主要指在放射性治疗中主要指X（（γ）辐射，其与介质相互）辐射，其与介质相互作用损失能量，可以分为两步：作用损失能量，可以分为两步：（（a））全部或部分能量转全部或部分能量转移，次级电子；移，次级电子；（（b））大部分次级电子以大部分次级电子以电离或激发的形式损失能电离或激发的形式损失能量；而少数次级电子与介量；而少数次级电子与介质原子的原子核作用，发质原子的原子核作用，发生轫致辐射产生生轫致辐射产生X射线。
射线 只只有有当当次次级级电电子子的的射射程程很很短短，，能能量量很很低低时时，，次次级级电电子子一一产产生生就就将将其其获获得得的的光光子子转转移移能能量量全全部部释释放放给给作作用用点点附附近近的的介介质质，，此此时时介介质质作作用用点点（（a））处处体体积积元元内内所所吸吸收收的的次次级级电电子子能能量量，，即即吸吸收收剂剂量量，，在在数数值值上上恰恰好好等等于于入入射射光光子子释释放放给给作作用用点点（（a）处的比释动能处的比释动能 光子能量在（光子能量在（a a）点）点释放出次级电子的损释放出次级电子的损失，即光子的能量转失，即光子的能量转移，以移，以比释动能比释动能来度来度量；沿径迹（量；沿径迹（b b）的）的损失，即光子的能量损失，即光子的能量被介质吸收，以被介质吸收，以吸收吸收剂量剂量来度量 （二）电子平衡（二）电子平衡 电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动能计算电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动能计算吸收剂量必须附加的最重要条件之一吸收剂量必须附加的最重要条件之一电子平衡电子平衡”：： 在在O点处，所有点处，所有离开小体积离开小体积ΔΔV V的的次级电子带走的次级电子带走的能量，恰好等于能量，恰好等于进入小体积进入小体积ΔΔV V的的次级电子带入的次级电子带入的能量。
能量 电子平衡成立的条件：电子平衡成立的条件： （（1））小体积小体积ΔΔV V周围的周围的X（（γ）辐射场必须均匀）辐射场必须均匀，以使，以使ΔΔV V周围周围X（（γ）光子释放的次级电子的注量率保持不变光子释放的次级电子的注量率保持不变这不仅要求这不仅要求ΔΔV V周围的辐射强度和能谱不变，而且要求周围的辐射强度和能谱不变，而且要求ΔΔV V周围（图中虚线以内部分）的介质是均匀的周围（图中虚线以内部分）的介质是均匀的 （（2））小体积小体积ΔΔV V在各个方向在各个方向离开介质边界的距离离开介质边界的距离d要足要足够大够大，至少要大于次级电子的最大射程至少要大于次级电子的最大射程 严格讲，上述条件难以实现，特别是严格讲，上述条件难以实现，特别是近辐射源处，辐射近辐射源处，辐射强度随位置变化显著强度随位置变化显著；以及；以及两种不同介质的交界处，为两种不同介质的交界处，为非均匀介质非均匀介质，都不可能满足电子平衡的条件都不可能满足电子平衡的条件但在实践中，需对某些条件作些处理，以使在一定的精但在实践中，需对某些条件作些处理，以使在一定的精度范围内，可认为电子平衡成立如当度范围内，可认为电子平衡成立。
如当X（（γ）射线能量）射线能量较低时，由于次级电子射程相对较短，较低时，由于次级电子射程相对较短，X（（γ）光子的衰）光子的衰减可以忽略，则在某些受照射的介质中，可认为近似存减可以忽略，则在某些受照射的介质中，可认为近似存在电子平衡在电子平衡 （三）照射量和比释动能（三）照射量和比释动能 在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致辐射可在电子平衡条件下，并且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时，两者的关系为以忽略时，两者的关系为 ：：实际上，在低原子序数介质如空气、水、软组织中，比实际上，在低原子序数介质如空气、水、软组织中，比释动能可以分成两部分，即释动能可以分成两部分，即 因此，空气介质中照射量和比释动能的关系实际为因此，空气介质中照射量和比释动能的关系实际为 （四）照射量和吸收剂量（四）照射量和吸收剂量当满足电子平衡条件时，在空气介质中，照射量和吸收当满足电子平衡条件时，在空气介质中，照射量和吸收剂量数值上的关系剂量数值上的关系照射量和吸收剂量的转换关系式：照射量和吸收剂量的转换关系式： （五）吸收剂量和比释动能（五）吸收剂量和比释动能 在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的轫致辐在满足电子平衡条件下，且由次级电子产生的轫致辐射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量和比释动能在射可以忽略时，介质中某一点的吸收剂量和比释动能在数值上是相等的。
数值上是相等的 吸收吸收剂量剂量比释比释动能动能 照射量照射量 电子平衡电子平衡次级电子的次级电子的韧致辐射可韧致辐射可以忽略以忽略D＝K 小结：小结：基本概念基本概念照射量、吸收剂量、比释动能照射量、吸收剂量、比释动能 （定义、单位）（定义、单位）电子平衡及其成立的条件电子平衡及其成立的条件照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别照射量、吸收剂量、比释动能的关联和区别 §2§2 电离室测量吸收剂量的原理电离室测量吸收剂量的原理确定吸收剂量的主要和常用方法：确定吸收剂量的主要和常用方法：用剂量计测量用剂量计测量为了测定受电离辐射照射的介质中某点的吸收剂量，可为了测定受电离辐射照射的介质中某点的吸收剂量，可在介质内设一个充气空腔如果在介质内设一个充气空腔如果知道空腔内的带电粒子知道空腔内的带电粒子注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之间的关系注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之间的关系，就，就可以由空腔内的电离电荷来确定介质中的吸收剂量可以由空腔内的电离电荷来确定介质中的吸收剂量在一般情况下是将辐射敏感元件置于介质内，根据敏感元一般情况下是将辐射敏感元件置于介质内，根据敏感元件提供的特定信息确定介质的吸收剂量。
辐射敏感元件件提供的特定信息确定介质的吸收剂量辐射敏感元件的密度可能与介质的相差较大，材料成分可能有所不同，的密度可能与介质的相差较大，材料成分可能有所不同，从而在介质内构成一个不连续的区域，称为腔室腔室从而在介质内构成一个不连续的区域，称为腔室腔室可以由气体、液体或固体材料构成气态的腔室称作空可以由气体、液体或固体材料构成气态的腔室称作空腔 电离辐射探测器：电离辐射探测器： 把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件叫把电离电荷不加放大地完全收集起来的器件叫电离室 将每个辐射粒子产生的初始电荷成比例地将每个辐射粒子产生的初始电荷成比例地加以放大的气体放电器件叫正比计数器加以放大的气体放电器件叫正比计数器 对每一个电离事件均给出一个经过放大但对每一个电离事件均给出一个经过放大但幅度与初始电离事件的大小无关的信号，这种器件叫幅度与初始电离事件的大小无关的信号，这种器件叫G-M计数管 正比计数器正比计数器G-M计数管计数管电离室电离室 腔室理论是研究由腔室测得的信息确定介质中的吸收腔室理论是研究由腔室测得的信息确定介质中的吸收剂量、比释动能和照射量等剂量学量的原理的，它是剂剂量、比释动能和照射量等剂量学量的原理的，它是剂量测量的理论基础。
量测量的理论基础 一、电离室的工作机制一、电离室的工作机制基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中基本过程：通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得到吸收剂量产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得到吸收剂量一）电离室的基本（一）电离室的基本原理原理电离辐射在灵敏体积电离辐射在灵敏体积内与空气介质相互作内与空气介质相互作用产生次级电子这用产生次级电子这些电子在其运动径迹些电子在其运动径迹上使空气原子电离，上使空气原子电离，产生正、负离子对产生正、负离子对 在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极漂移在在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极漂移在外电路形成电流外电路形成电流在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该为次级在电离平衡条件下，测量到的电荷，理论上应该为次级电子所产生的全部电离电荷量根据这一原理制成电子所产生的全部电离电荷量根据这一原理制成自由自由空气电离室空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准实验室所一般为国家一级或二级剂量标准实验室所配置，作为标准，主要用于对现场使用的电离室型剂量配置，作为标准，主要用于对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适合现场如医院使用。
仪进行校准，并不适合现场如医院使用 电离室的基本结构电离室的基本结构高压极高压极( (K K) )：：正高压或负高压；正高压或负高压；收集极收集极( (C C) )：：与测量与测量仪器相联的电极，处仪器相联的电极，处于与地接近的电位；于与地接近的电位；保护极保护极( (G G) )：：又称又称保护环，处于与收保护环，处于与收集极相同的电位；集极相同的电位；负负载载电电阻阻( (R RL L) )：：电电流流流流过过时时形形成成电电压压信信号自由空气电离室基本结构自由空气电离室基本结构 灵敏体积：灵敏体积： 由通过收集级由通过收集级边缘的电力线边缘的电力线所包围的所包围的两电极间两电极间的的区域区域保护环保护环G G的作用：的作用：1) 1) 使使灵敏体积灵敏体积边缘处的边缘处的电场电场保持均匀保持均匀；；2) 2) 若若无无G G，，当高压当高压很大很大时，会有时，会有电流电流通过通过绝缘子绝缘子从从负载电阻负载电阻R RL L上通过，从而产生上通过，从而产生噪声噪声，即，即绝缘子的漏绝缘子的漏电流电流 例如，例如， 测量测量αα粒子能量时，要求粒子能量时，要求电离室的容积和气电离室的容积和气压压能使能使αα粒子的能量全部损失在灵敏区内粒子的能量全部损失在灵敏区内；； 测量测量γγ射线强度时，宜采用射线强度时，宜采用高原子序数材料高原子序数材料．以．以增加增加γγ射线的光电截面射线的光电截面。
电离室的形状、大小、室壁材料以及所充气体电离室的形状、大小、室壁材料以及所充气体成分、压强等都要成分、压强等都要根据入射粒子的性质、测量要求根据入射粒子的性质、测量要求来确定来确定 （二）指形电离室（二）指形电离室（（thimble chamber）） 图（图（a）：设想）：设想空气外壳，中空气外壳，中心空气气腔心空气气腔外壳的半径等外壳的半径等于空气中次级于空气中次级电子的最大射电子的最大射程，满足电子程，满足电子平衡与自由平衡与自由空气电离室具空气电离室具有相同功能有相同功能 （二）指形电离室（二）指形电离室（（thimble chamber）） 图（图（b b）：将图）：将图（（a a）的空气外壳）的空气外壳压缩，而形成固压缩，而形成固态的态的空气等效空气等效（该物质的有效（该物质的有效原子序数与空气原子序数与空气相等）相等）外壳该种材料中达到电种材料中达到电子平衡的厚度可子平衡的厚度可远小于自由空气远小于自由空气的厚度 （二）指形电离室（二）指形电离室（（thimble chamber））图（图（c）：指形）：指形电离室的剖面图电离室的剖面图壁材料一般选石壁材料一般选石墨，内表面涂有墨，内表面涂有导电材料，形成导电材料，形成一个电极。
中心一个电极中心 收集极由原子序收集极由原子序数较低的材料制数较低的材料制成室壁与空气成室壁与空气外壳等效外壳等效 （二）指形电离室（二）指形电离室（（thimble chamber）） 指型电离室为空气等效电离室，室壁用固态的指型电离室为空气等效电离室，室壁用固态的空气等效材料制成，其有效原子序数接近空气的空气等效材料制成，其有效原子序数接近空气的有效原子序数有效原子序数(Z=7.67)(Z=7.67)由于固态空气的密度远由于固态空气的密度远大于自由空气，即室壁可以做的很薄就可达到电大于自由空气，即室壁可以做的很薄就可达到电子平衡室壁材料通常使用石墨，有效原子序数子平衡室壁材料通常使用石墨，有效原子序数接近碳接近碳(Z=6)(Z=6)，因此室壁材料在空腔中产生的电，因此室壁材料在空腔中产生的电荷略小于自由空气电离室，选用有效原子序数略荷略小于自由空气电离室，选用有效原子序数略大的铝材料制成的中心电极可部分补偿室壁材料大的铝材料制成的中心电极可部分补偿室壁材料的不完全空气等效的不完全空气等效 二、电离室的工作特性二、电离室的工作特性 实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特实际使用时，必须了解电离室本身所具有的特性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正。
性，注意掌握正确的使用方法和给予必要的修正一）电离室的方向性（一）电离室的方向性 电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影电离室的灵敏度会受到电离辐射入射方向的影响正确的使用方法：正确的使用方法：平行板电离室应使其前表面垂平行板电离室应使其前表面垂直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与直于射线的中心轴；指形电离室应使其主轴线与射线束中心轴的入射方向相垂直射线束中心轴的入射方向相垂直 （二）电离室的饱和性（二）电离室的饱和性 在电离室电压较低时因热运动导致带电离子由在电离室电压较低时因热运动导致带电离子由密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收集密度大处向密度小处扩散，正负离子在到达收集极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电离极前可能相遇复合成中性原子或分子，影响电离效应和电离室信号之间对应关系效应和电离室信号之间对应关系 电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增加，电离室工作电压逐渐增加，离子漂移速度增加，复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再随工复合和扩散基本消除，电离室输出信号不再随工作电压而变化电离室工作在电离室的饱和区作电压而变化电离室工作在电离室的饱和区。
电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖，输电压继续增高，碰撞电离使离子数目增殖，输出电流急剧上升，超出正常工作电压出电流急剧上升，超出正常工作电压 OA段：段：逐渐克服复合逐渐克服复合与扩散的影响，与扩散的影响，电流电流↑ABAB段：段：复合与扩散消复合与扩散消除，电流基本除，电流基本保持恒定保持恒定BCBC段：段：产生碰撞电离，产生碰撞电离，电流电流↑ （三）电离室的杆效应（三）电离室的杆效应 电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在辐射场中，会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电中，会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为杆效杆效应应电离室的杆效应一般较小（电离室的杆效应一般较小（<1%），但也有），但也有的电离室会高达的电离室会高达10％，在实际应用中应尽量避免％，在实际应用中应尽量避免并给予校正并给予校正 （四）电离室的复合效应（四）电离室的复合效应 电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应，电离室工作在饱和区中也还是存在复合效应，可采取可采取“双电压法双电压法”作校正。
电离室分别在两个作校正电离室分别在两个电压电压V1和和V2下，收集的电荷分别为下，收集的电荷分别为Q1和和Q2V1为正常工作电压，为正常工作电压，V1和和V2的比值要大于的比值要大于3利用二次多项式计算复合校正因子二次多项式计算复合校正因子PS对脉冲式或脉冲扫描式辐射，不同的对脉冲式或脉冲扫描式辐射，不同的(V1/V2)有有不同的不同的ai 值 （五）电离室的极化效应（五）电离室的极化效应（（polarity effect）） 对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会随对于给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会随收集极工作电压极性的变化而变化，这种变化现象称为收集极工作电压极性的变化而变化，这种变化现象称为极化效应极化效应引起极化效应的主要原因是：引起极化效应的主要原因是：（（1））对指型电离室，因电离室结构造成空间电荷分布依对指型电离室，因电离室结构造成空间电荷分布依赖于电离室收集极的极性，又因正负离子迁移率不同造赖于电离室收集极的极性，又因正负离子迁移率不同造成收集效率的差异，这种差异可通过提高收集电压而减成收集效率的差异，这种差异可通过提高收集电压而减少，但不能少，但不能完全完全消除。
消除2））电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引起电离室电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引起电离室极化 消除极化效应的影响可通过改变电离室工作电压极性，消除极化效应的影响可通过改变电离室工作电压极性，取其测量平均值极化效应应在取其测量平均值极化效应应在0.5% （六）温度气压效应（六）温度气压效应 对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随环境的温度和气压而变化环境的温度和气压而变化对温度和气压的校正公式为：对温度和气压的校正公式为： 此处，此处，t和和p分别为测量现场的温度和气压，分别为测量现场的温度和气压，t的量的量纲为纲为 0C，，p的量纲为的量纲为 mbar(毫巴毫巴)，，T为国家标准为国家标准实验室校准该电离室时实验室校准该电离室时(包括静电计包括静电计)的温度，一般的温度，一般都转换为都转换为20 0C 三、电离室测量吸收剂量的原理三、电离室测量吸收剂量的原理原理：原理：电离室可以用来测量电离辐射在空气或空电离室可以用来测量电离辐射在空气或空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷另外，气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。
另外，在空气中产生一对正负离子对所消耗的电子动能，在空气中产生一对正负离子对所消耗的电子动能，基本为一常数，即平均电离能为基本为一常数，即平均电离能为W/e＝＝33.97J/C用电离室测量吸收剂量分两步：用电离室测量吸收剂量分两步： （（1））用电离室测量由电离辐射产生的电离电用电离室测量由电离辐射产生的电离电荷；荷； （（2））用空气的平均电离能计算并转换成电离用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射沉积的能量，即吸收剂量辐射沉积的能量，即吸收剂量 （一）中低能（一）中低能X（（γ）射线吸收剂量的测量）射线吸收剂量的测量 低于低于2MV-X射线或钴射线或钴-60 射线能量时，电离射线能量时，电离室的室壁可以满足电子平衡条件，介质中的吸收室的室壁可以满足电子平衡条件，介质中的吸收剂量可以用相同位置的照射量转换剂量可以用相同位置的照射量转换 空气中和介质中吸收剂量之间关系：空气中和介质中吸收剂量之间关系：或或令：令：A=( m/ a) 为传导系数，表示能量通过为传导系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于室壁的份额，其值略小于1 （二）高能电离辐射吸收剂量的测量（二）高能电离辐射吸收剂量的测量 电子平衡条件不满足，根据布拉格－格雷电子平衡条件不满足，根据布拉格－格雷（（Bragg－－Gray）空腔理论，电离辐射在介质中）空腔理论，电离辐射在介质中沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到。
介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到 在气腔的直径远远小于次级电子的最大射程在气腔的直径远远小于次级电子的最大射程时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响这样介质吸收电离辐射的能量这样介质吸收电离辐射的能量Em与气腔中所产生与气腔中所产生的电离量的电离量Ja应有以下关系：应有以下关系：式中，式中，(S/ )m /(S/ )a为介质与空气的平均质为介质与空气的平均质量阻止本领之比此式为量阻止本领之比此式为“布喇格布喇格-格雷格雷”公式 （二）高能电离辐射吸收剂量的测量（二）高能电离辐射吸收剂量的测量 电子平衡条件不满足，根据布拉格－格雷电子平衡条件不满足，根据布拉格－格雷（（Bragg－－Gray）空腔理论，电离辐射在介质中）空腔理论，电离辐射在介质中沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在沉积的能量即吸收剂量，可以通过测量其置放在介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到介质中的小气腔内的电离电荷量转换得到 在气腔的直径远远小于次级电子的最大射程在气腔的直径远远小于次级电子的最大射程时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响。
时，气腔的引入不会对次级电子的分布产生影响这样介质吸收电离辐射的能量这样介质吸收电离辐射的能量Em与气腔中所产生与气腔中所产生的电离量的电离量Ja应有以下关系：应有以下关系：式中，式中，(S/ )m /(S/ )a为介质与空气的平均质为介质与空气的平均质量阻止本领之比此式为量阻止本领之比此式为“布喇格布喇格-格雷格雷”公式 小结：小结：1、电离室基本工作原理、电离室基本工作原理2、指形电离室的工作特性（六点）、指形电离室的工作特性（六点）3、电离室测量中低能光子吸收剂量原理、电离室测量中低能光子吸收剂量原理4、电离室测量高能电离辐射原理（布拉格－格、电离室测量高能电离辐射原理（布拉格－格雷空腔理论）雷空腔理论） §3 电离辐射质的确定电离辐射质的确定 电离辐射质的定义：电离辐射质的定义：电离辐射穿射物质的本领，电离辐射穿射物质的本领，辐射能量辐射能量 一、一、X（（γ）射线质的确定）射线质的确定 放射性治疗中所用的放射性治疗中所用的X（（γ）射线又分中低能）射线又分中低能X射线、高能射线、高能X射线、放射性核素产生的射线、放射性核素产生的γ射线，它射线，它们的射线质确定的方法不尽相同，需分别对待。
们的射线质确定的方法不尽相同，需分别对待 （一）中低能（一）中低能X射线射线 通过通过X射线穿过某种介质时衰减的程度来定义，射线穿过某种介质时衰减的程度来定义，通常用通常用半价层半价层(HVL)表示 X射线穿过某种介质时遵循指数衰减规律射线穿过某种介质时遵循指数衰减规律 式中，式中，N0：为入射的光子数，：为入射的光子数，l：为吸收体的厚：为吸收体的厚度，度， ：：为线性衰减系数为线性衰减系数 半价层半价层HVL为：为： HVL=ln2/ =0.693/ 线性吸收系数线性吸收系数 依赖于射线质和吸收体的材依赖于射线质和吸收体的材料，所以用某种材料的半价层值就可以表示射料，所以用某种材料的半价层值就可以表示射线穿射介质的本领，即可用它表示线穿射介质的本领，即可用它表示X（（γ）射线）射线的射线质的射线质 临床剂量学中，半价层通常按临床剂量学中，半价层通常按X射线机的球管射线机的球管电压的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材电压的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材料的厚度来表示，如料的厚度来表示，如2mm Al，，0.5mm Cu等。
等 （二）放射性核素产生的（二）放射性核素产生的γ射线射线 射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此能量是固定的，对钴能量是固定的，对钴-60，衰变过程中释放二条，衰变过程中释放二条 射线，其能量为射线，其能量为1.17MeV和和1.33MeV，且概率相，且概率相同因此平均能量为同因此平均能量为1.25MeV 对能谱较为复杂的放射性核素，须对不同能量对能谱较为复杂的放射性核素，须对不同能量的的 射线的衰变概率加权取平均射线的衰变概率加权取平均 一般用其核素名和辐射类型表示，如钴一般用其核素名和辐射类型表示，如钴-60γ射射线、铯线、铯-137γ射线等 （三）高能（三）高能X射线射线（（1）标称加速电位标称加速电位 高能高能X射线的射线质原则上也可以用半价层来射线的射线质原则上也可以用半价层来表示，但是因高能表示，但是因高能X射线的穿透力较强，线性衰射线的穿透力较强，线性衰减系数随射线质的变化比较小，因此高能减系数随射线质的变化比较小，因此高能X射线射线的射线质通常用的射线质通常用电子的标称加速电位电子的标称加速电位（（nominal acceleration potential）表示，单位为百万伏或）表示，单位为百万伏或兆伏（兆伏（MV）。
电子的标称加速电位电子的标称加速电位应该等于电子击靶前的应该等于电子击靶前的电子束能量，但实际测量该值比较困难电子束能量，但实际测量该值比较困难 （（2）用辐射质指数（）用辐射质指数（radiation quality index)表示表示 定义方法有两种：定义方法有两种：（（a））保持源到探保持源到探测器的距离测器的距离（（SCD）不变，用）不变，用水体模中水体模中20cm处处与与10cm处的处的组织体模比组织体模比TPR的比值表示的比值表示10cm×10cmSCD20cm10cm（（a）） （（b））保持源到保持源到水体模表面的距水体模表面的距离（离（SSD）不变，）不变，用水体模中用水体模中20cm处处与与10cm处的百分深度剂处的百分深度剂量量PDD的比值表的比值表示10cm×10cmSSD10cm（（b）） 二、高能电子束射线质的确定二、高能电子束射线质的确定 由于电子束是带电粒子，它的能谱随着射线在由于电子束是带电粒子，它的能谱随着射线在介质中的穿行而连续变化介质中的穿行而连续变化 对于高能电子束，主要关心的是对于高能电子束，主要关心的是模体表面模体表面和和水中水中特定深度处特定深度处的能量定义和表示方法。
的能量定义和表示方法一）模体表面的平均能量（一）模体表面的平均能量 高能电子束在模体表面的平均能量高能电子束在模体表面的平均能量 ，，是表示电子束穿射介质的能力和确定模体中不同是表示电子束穿射介质的能力和确定模体中不同深度处电子束平均能量的一个重要参数深度处电子束平均能量的一个重要参数确定方法：确定方法：由高能电子束在水中的百分深度剂量由高能电子束在水中的百分深度剂量曲线或百分深度电离曲线的半峰值剂量深度曲线或百分深度电离曲线的半峰值剂量深度R50（（cm）表示 若若R50,d由固定源由固定源－－探测器距离来探测器距离来测定，平均能量测定，平均能量为：为：式中，系数式中，系数2.332.33的的单位是单位是MeV.cm-1,MeV.cm-1,它是利用蒙特卡罗它是利用蒙特卡罗方法模拟高能电子方法模拟高能电子束百分深度剂量而束百分深度剂量而得到的得到的 在确定在确定R50R50时，要求固定源（靶的位置）时，要求固定源（靶的位置）到电离室的距离，然后测量百分深度剂量或到电离室的距离，然后测量百分深度剂量或深度电离量定义深度电离量定义5050％剂量深度为％剂量深度为R50R50，，d d，，角标角标d d表示由吸收剂量曲线得出其数值。
由于表示由吸收剂量曲线得出其数值由于用电离室测量电子束百分深度剂量时，首先用电离室测量电子束百分深度剂量时，首先得到的是深度电离量，作进一步转换得到百得到的是深度电离量，作进一步转换得到百分深度剂量值所以简单的作法是定义分深度剂量值所以简单的作法是定义5050％％电离量深度为电离量深度为R50R50，，i i，角标，角标i i表示由深度电离表示由深度电离曲线得到其数值曲线得到其数值 若若R50,d或或R50,i 由固定源由固定源－－体模表面距体模表面距离来测定，平均能量为：离来测定，平均能量为： 或或: （二）模体表面的最大可几能量（二）模体表面的最大可几能量 在在分分析析高高能能电电子子束束的的百百分分深深度度剂剂量量分分布布时时，，模模体体表表面面的的最最大大可可几几能能量量EP,0是是一一个个常常用用的的参参数数，，由电子在水中的射程由电子在水中的射程RP确定 电子射程电子射程 定义为水中定义为水中百分深度剂量或深度电离百分深度剂量或深度电离曲线下降部分梯度最大点曲线下降部分梯度最大点的切线，与轫致辐射外推的切线，与轫致辐射外推延长线交点处的深度延长线交点处的深度（（cmcm）。
百分深度剂量或）百分深度剂量或深度电离曲线的测量应注深度电离曲线的测量应注意源（靶位置）到模体表意源（靶位置）到模体表面距离为面距离为100cm100cm，采用较，采用较大射野 射射程程的的测测量量应应在在较较大大的的射射野野和和源源－－体体模模表表面面的的距离距离SSD=100cm条件下进行条件下进行 式中系数为：式中系数为： C1=0.22MeV, C2=1.98MeVcm-1, C3=0.0025MeVcm-2 该值根据测量和蒙特卡罗方法计算得出，在该值根据测量和蒙特卡罗方法计算得出，在1～～50MeV能量范围内，误差为能量范围内，误差为2％ （三）不同深度处的平均能量（三）不同深度处的平均能量 随模体深度的增加，电子束的能量发生变化随模体深度的增加，电子束的能量发生变化在深度在深度z处的电子束的平均能量处的电子束的平均能量 ，可近似用，可近似用其表面平均能量其表面平均能量 和射程和射程 来表示：来表示： 此式，仅对低能电子束（此式，仅对低能电子束（E0<10MeV)或或较高较高电子束能量时较小深度处时成立。
电子束能量时较小深度处时成立 小结：小结：1、、X( )射线辐射质的确定射线辐射质的确定2、高能电子束辐射质的确定、高能电子束辐射质的确定 §4 吸收剂量的校准吸收剂量的校准 校准的必要性：校准的必要性：理论上设想的电离室，实际设计理论上设想的电离室，实际设计和制作是很困难的，现场使用的电离室（指形电和制作是很困难的，现场使用的电离室（指形电离室和平行板电离室），为了能适应实际测量需离室和平行板电离室），为了能适应实际测量需要，往往对有些条件作了近似处理因此，将现要，往往对有些条件作了近似处理因此，将现场电离室直接用于测量各种类型的电离辐射的吸场电离室直接用于测量各种类型的电离辐射的吸收剂量之前，必须进行校准，并选择和确定与之收剂量之前，必须进行校准，并选择和确定与之相适应的相关系数相适应的相关系数 校准完成单位：校准完成单位：国家级的计量监督部门，作为一国家级的计量监督部门，作为一级国家标准实验室，或由其授权并经计量标准传级国家标准实验室，或由其授权并经计量标准传递的地方计量监督部门，作为次级标准实验室递的地方计量监督部门，作为次级标准实验室校准执行的技术规程：校准执行的技术规程：IAEA和和WHO发表的发表的277号技术报告及其修订版推荐的号技术报告及其修订版推荐的X（（γ）射线和电子）射线和电子束吸收剂量测量的技术规程。
我国国家技术监督束吸收剂量测量的技术规程我国国家技术监督局根据这一技术规程，于局根据这一技术规程，于1991年颁布了国家计量年颁布了国家计量技术规范，并于技术规范，并于1992年实施《《光子和高能电子束吸收剂量测定方法光子和高能电子束吸收剂量测定方法》》 中国中国计量出版社计量出版社 1991 一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术要求技术要求 由有照射量基准或空气比释动能基准的标准实验由有照射量基准或空气比释动能基准的标准实验室，负责对现场使用的测量仪表（电离室和静电室，负责对现场使用的测量仪表（电离室和静电计）进行校准和检验，给出相关的照射量校准因计）进行校准和检验，给出相关的照射量校准因子子Nx或空气比释动能校准因子或空气比释动能校准因子Nk，并对现场使，并对现场使用给予指导和检查用给予指导和检查 • 在吸收剂量测量中，不同辐射质的电离辐射对在吸收剂量测量中，不同辐射质的电离辐射对电离室的特性要求是不同的电离室的特性要求是不同的 • 一般都是在水模体（简称水箱）中进行的因一般都是在水模体（简称水箱）中进行的因为人体组织接受的电离辐射的吸收剂量，是通过为人体组织接受的电离辐射的吸收剂量，是通过在水模体中测得的吸收剂量转换后得到的。
在水模体中测得的吸收剂量转换后得到的• 扰动因子扰动因子PU，，修正电离室对修正电离室对X（（γ）射线或电子）射线或电子束在水中的注量产生的扰动影响束在水中的注量产生的扰动影响• 有效测量点有效测量点Peff，修正电离室气腔内电离辐射注，修正电离室气腔内电离辐射注量的梯度变化量的梯度变化 不同辐射质有效测量点不同辐射质有效测量点Peff的的位置，位置，r为电离室气腔半径为电离室气腔半径辐射质辐射质 Peff中能中能X射线射线 几何中心几何中心 60Co 射线射线 0.6r 高能高能X射线射线 0.6r高能电子线高能电子线 0.5r 在水中测量吸收剂量，需规范在水中测量吸收剂量，需规范测量的几何条件测量的几何条件，，如为了克服水中吸收剂量梯度变化对剂量校准的如为了克服水中吸收剂量梯度变化对剂量校准的影响，电离室应置于一特定深度，此为影响，电离室应置于一特定深度，此为校准深度校准深度 固体体模中固体体模中X( )吸收剂量的测量吸收剂量的测量如果在测量位置处，射线的能谱分布和原射线和如果在测量位置处，射线的能谱分布和原射线和散射线的注量在两种介质中相同，则固体体模中散射线的注量在两种介质中相同，则固体体模中吸收剂量转换到水中吸收剂量公式为：吸收剂量转换到水中吸收剂量公式为：因水和固体体模对射线的吸收不完全相同，需对测因水和固体体模对射线的吸收不完全相同，需对测量深度进行校正：量深度进行校正：其中，其中， 为平均质能吸收系数；为平均质能吸收系数；ESC为散为散射校正因子（因固体材料的电子密度比水的要大，射校正因子（因固体材料的电子密度比水的要大，需作额外散射校正）；需作额外散射校正）； 为平均线性衰减系数。
为平均线性衰减系数 固体体模中电子束吸收剂量的测量固体体模中电子束吸收剂量的测量 对高能电子束，测量吸收剂量的校准深度都应位于最对高能电子束，测量吸收剂量的校准深度都应位于最大剂量深度大剂量深度d dmaxmax处，如果在固体材料和水体模中，最大处，如果在固体材料和水体模中，最大剂量深度剂量深度d dmaxmax处电子的能谱和注量相同，则在水和固体处电子的能谱和注量相同，则在水和固体中的吸收剂量为：中的吸收剂量为： 为平均非限制为平均非限制质量质量阻止本领，在阻止本领，在0.1~50MeV能量范围内是常数如下表：能量范围内是常数如下表： 水水/聚苯乙烯聚苯乙烯 水水/有机有机玻璃玻璃 1.030 1.033 一般在一般在d dmaxmax处电子的能谱和注量不相同，水和介处电子的能谱和注量不相同，水和介质中吸收剂量关系为：质中吸收剂量关系为： w w和和 m m为为dmax处水和介质的电子注量。
处水和介质的电子注量 水和聚苯乙烯中深度水和聚苯乙烯中深度dmax处的电子注量比值处的电子注量比值 （（MeVMeV）） 5 1.0395 1.039 7 1.033 7 1.033 10 1.025 10 1.025 13 1.017 13 1.017 16 1.009 16 1.009 二、中低能二、中低能X射线吸收剂量校准射线吸收剂量校准 IAEAIAEA的方法：的方法： 先先将将现现场场使使用用的的电电离离室室，，经经国国家家标标准准实实验验室室的照射量基准或空气比释动能基准校准后，的照射量基准或空气比释动能基准校准后，得得校准因子校准因子N NK K，，仪仪表表读读数数，，角角标标c c表表示示校校准准时时使使用用的的辐辐射射质质。
根根据它们的定义，在中低能据它们的定义，在中低能X X射线能量范围内，射线能量范围内，两两到照射量校准因子到照射量校准因子Nx，，，或空气比释动能，或空气比释动能M为校准时电离室剂量仪的为校准时电离室剂量仪的个校准因子的关系为个校准因子的关系为 电电离离室室的的中中心心 与与P相相重重合合剂剂量量仪仪仪仪表表读读数数为为Mu（（U为为用用户户所所用用电电离离辐辐射射的的辐辐射射质质）），，则则 点的照射量为：点的照射量为：在用户现场如医院，测在用户现场如医院，测量均匀水模体中用户点量均匀水模体中用户点的吸收剂量，将经过照的吸收剂量，将经过照射量或空气比释动能基射量或空气比释动能基准校准的电离室置放在准校准的电离室置放在水模体中，水模体中， 该式表示以 该该式式表表示示以以 点点为为中中心心、、直直径径等等于于电电离离室室外外径径的的一一空空气气腔腔置置换换电电离离室室后后的的照照射射量量K K为为辐辐射射质质校校正正因因子子，，表表示示当当用用户户现现场场使使用用的的辐辐射射质质与与电电离离室室作作校校准准时时的的辐辐射射质质不不同同时时，，对对电电离离室室的的能能量量响响应应的的校校准准。
在在中中低低能能X X射射线线的的能能量量范范围围内内，，电电离离室室壁壁对对射射线线的的吸吸收收校校正正和和室室壁壁材材料料不不完完全全等效的校正，均包含在照射量校准因子等效的校正，均包含在照射量校准因子NXNX之中 均匀水模体中均匀水模体中P P点的吸收剂量点的吸收剂量DWDW为为如用空气比释动能校准因子如用空气比释动能校准因子N NK K，，D DW W为为校校正正因因子子以以修修正正空空气气和和电电离离室室壁壁材材料料置置换换水水后后，，对辐射场的扰动影响，也称为置换校正因子对辐射场的扰动影响，也称为置换校正因子 为水与空气质能吸收系数之比，为水与空气质能吸收系数之比，PuPu为扰动为扰动 对对低低能能X X射射线线（（管管电电压压低低于于100kV100kV））吸吸收收剂剂量量的的校校准准，，一一般般需需用用平平行行板板电电离离室室在在空空气气中中测测量量，，然然后后将将结结果果转转换换成成电电离离室室位位于于水水模模体体表表面面时时的的吸收剂量：吸收剂量：或或 B B为反向散射因子为反向散射因子 ICRUICRU方法：方法： ICRUICRU第第2323号报告推荐，用电离室测量水号报告推荐，用电离室测量水中特定深度处的吸收剂量中特定深度处的吸收剂量D D，转换公式为，转换公式为R R为测量仪表读数；为测量仪表读数；F F为照射量对吸收剂量的转为照射量对吸收剂量的转换因子，换因子，F F因子依赖于因子依赖于X X射线质，计算公式为射线质，计算公式为，，r r为置换因子。
为置换因子 三、高能电离辐射吸收剂量校准三、高能电离辐射吸收剂量校准 IAEA方法方法,大致可分成三个步骤：大致可分成三个步骤： 第一步第一步，在国家标准实验室，将用户电，在国家标准实验室，将用户电离室置于钴离室置于钴-60γ射线空气辐射场中为满足射线空气辐射场中为满足电子平衡，电离室应戴有标准厚度的电子平衡电子平衡，电离室应戴有标准厚度的电子平衡帽，电子平衡帽质量厚度为帽，电子平衡帽质量厚度为（（0.45±0.05））g.cm-2，得出空气比释动能校，得出空气比释动能校准因子准因子NK或照射量校准因子或照射量校准因子NX 第二步第二步，定义用户电离室的空气吸收剂量，定义用户电离室的空气吸收剂量校准因子校准因子ND：：式中式中为校准条件下，电离室空腔内的吸收为校准条件下，电离室空腔内的吸收与空气比释动与空气比释动和照射量和照射量的关系分别为：的关系分别为：剂量此条件下的吸收剂量剂量此条件下的吸收剂量能能 式式中中g为为次次级级电电子子在在空空气气中中以以轫轫致致辐辐射射形形式式损损失失的的能能量量份份额额，，对对于于钴钴-60γ射射线线，，g＝＝0.003；；Km为为电电离离室室材材料料空空气气不不完完全全等等效效的的校校正正因因子子；；Katt为为电电离离室室材材料料（（包包括括平平衡衡帽帽））对对射射线线吸吸收收和散射的校正因子。
和散射的校正因子和和 考考虑虑应应用用方方便便，，常常用用电电离离室室的的Km和和Katt的的数数值以表格形式给出值以表格形式给出 可以得出，以空气比释动能校准因子可以得出，以空气比释动能校准因子NK或照射量校准因子或照射量校准因子NX计算得到的计算得到的空气吸收剂空气吸收剂量校准因子量校准因子ND为：为：更适合国内应用更适合国内应用 第第三三步步，，应应用用于于用用户户辐辐射射场场中中时时，，将将经经标标准准实实验验室室校校准准过过的的电电离离室室置置放放在在标标准准水水模模体体中中进进行行测测量量根根据据布布拉拉格格－－格格雷雷理理论论和和关关系系式式，，水水中中特特定定位位置置高高能能X（（γ））射射线线和和电电子子束束的的吸吸收收剂剂量量，，即即电电离离室室的的有有效效测测量量点点处处的的吸吸收剂量收剂量DW应等于应等于式中：式中：MU为经温度和气压校准后的电离室为经温度和气压校准后的电离室剂量仪表读数；剂量仪表读数；止本领比值止本领比值为水与空气的阻为水与空气的阻 Pcel为为电电离离室室中中心心收收集集极极空空气气不不完完全全等等效效的的校校正正因因子子。
对对由由石石墨墨、、塑塑料料制制成成的的中中心心收收集集极极，，Pcel＝＝1不不同同半半径径铝铝收收集集极极的的电电离离室室Pcel因子查相应表格得到因子查相应表格得到 小结：小结：1、吸收剂量校准的技术要求、吸收剂量校准的技术要求 （了解）（了解）2、不同辐射质有效测量点的位置、不同辐射质有效测量点的位置 （记忆）（记忆） 中低能中低能X射线射线 几何中心几何中心 60Coγ射线射线 0.6r 高能高能X射线射线 0.6r 高能电子束高能电子束 0.5r3、中低能、中低能X射线吸收剂量校准射线吸收剂量校准 （掌握）（掌握） 1）） NX 或或 NK 2）） 对低能对低能X射线（管电压低于射线（管电压低于100kV））4、高能电离辐射吸收剂量校准、高能电离辐射吸收剂量校准 （掌握）（掌握） 1）） NX 或或 NK 2）） 3））空气吸收空气吸收剂量校准剂量校准因子因子 除除电电离离室室方方法法以以外外，，实实践践中中还还使使用用量量热热法法、、化化学学剂剂量量计计法法等等。
有有些些场场合合下下，，更更常常用热释光、胶片、半导体等剂量测量方法用热释光、胶片、半导体等剂量测量方法§5 吸收剂量的其它测量方法吸收剂量的其它测量方法 一、量热法一、量热法 最直接、最基本的方法最直接、最基本的方法 基基本本原原理理：：当当介介质质受受到到电电离离辐辐射射照照射射后后，，介介质质所所吸吸收收的的辐辐射射能能量量，，除除少少部部分分可可能能引引起起化化学学反反应应外外，，主主要要会会转转换换成成热热能能，，从从而而导导致致该该介介质质温温度度的的升升高高，，温温度度的的变变化化直直接接反反映映了了介介质质吸吸收收辐辐射射能能量量的的程程度度，，由由此此可可确确定定介介质质的的吸吸收收剂剂量量，，根根据据这这一一原原理理制制成成的的吸吸收收剂剂量量测量装置称为量热计测量装置称为量热计 作作为为量量热热计计热热敏敏材材料料的的吸吸收收体体过过去去常常用用石石墨墨和和聚聚苯苯乙乙烯烯等等，，近近十十几几年年来来，，以以水水为为吸吸收收体体的的水水量量热热计计亦亦有有了了发发展展如如果果辐辐射射能能量量全全部部转转化化成成水水的的热热能能，，测测量量水水温温的的变变化化就就可可以以直直接接得得到到吸收剂量。
吸收剂量 作为吸收剂量测量的直接方法，量热法具作为吸收剂量测量的直接方法，量热法具有有良好的能响特性和极高的精度良好的能响特性和极高的精度，一般在国家，一般在国家标准实验室里作为吸收剂量的测量基准标准实验室里作为吸收剂量的测量基准 二、化学剂量计法二、化学剂量计法 物物质质吸吸收收电电离离辐辐射射的的能能量量会会引引起起化化学学变变化化，，如如果果这这一一变变化化可可以以被被测测定定，，即即可可以以使使用用它它来来测测量吸收剂量量吸收剂量 其其中中使使用用最最普普遍遍、、测测量量精精度度最最高高的的是是硫硫酸酸亚亚铁铁化化学学剂剂量量计计，，或或称称弗弗瑞瑞克克剂剂量量计计基基本本原原理理是是，，硫硫酸酸亚亚铁铁水水溶溶液液经经电电离离辐辐射射照照射射，，溶溶液液中中的的二二价价铁铁离离子子Fe2＋＋会会被被氧氧化化成成三三价价铁铁离离子子Fe3＋＋Fe3＋＋的的浓浓度度正正比比于于硫硫酸酸亚亚铁铁水水溶溶液液所所吸吸收收的的辐辐射射能能量量，，用用紫紫外外分分光光光光度度计计在在波波长长为为244nm和和304nm处处测测量量三三价价铁铁离离子子的的浓浓度度，，即可确定吸收剂量。
即可确定吸收剂量 化学剂量计方法有较高的准确性据报道，化学剂量计方法有较高的准确性据报道，硫酸亚铁化学剂量计与硫酸亚铁化学剂量计与FARMER电离室方法相电离室方法相比较，比较，X（（γ）射线能量从）射线能量从60Coγ射线能量到射线能量到25MV X射线、电子束能量射线、电子束能量10-25MeV内，其差内，其差别分别在别分别在0.1%～～1.3%和和0.1%～～2.5%之间 三、热释光剂量计三、热释光剂量计原原理理：：根根据据固固体体能能带带理理论论，，具具有有晶晶体体结结构构的的固固体体，，因因含含有有杂杂质质，，造造成成晶晶格格缺缺陷陷，，称称为为“陷陷阱阱”，，当当价价带带上上的的电电子子获获得得电电离离辐辐射射的的能能量量，，迁迁跃跃到到导导带带，，不不稳稳定定而而落落入入“陷陷阱阱”，，如如对对该该物物质质加加热热，，会会使使电电子子重重新新回回到到价价带带上上，，并并将将电电离离辐辐射射给给予予的的能能量量，，以以可可见见光光的的形形式式辐辐射射出出去去发发光光强强度度与与“陷陷阱阱”所所释释放放的的电电子子数数成成正正比比而而电电子子数数又又与与物物质质吸吸收辐射能量有关。
经过标定，可测量吸收剂量收辐射能量有关经过标定，可测量吸收剂量 •根据能带理论，固体中运动电子的能量谱值由一根据能带理论，固体中运动电子的能量谱值由一系列准连续的具有一定宽度的能带（系列准连续的具有一定宽度的能带（bandband）组成，）组成，两个相邻的能带之间的区域因不能被电子占据而两个相邻的能带之间的区域因不能被电子占据而被称为禁带（被称为禁带（band gapband gap）金属都有着被电子部分占据的宽能带，即导带金属都有着被电子部分占据的宽能带，即导带（（conduction bandconduction band），其中的电子填充情况容易），其中的电子填充情况容易因电场作用而改变，因此表现出良好的导电性因电场作用而改变，因此表现出良好的导电性对绝缘体或半导体而言，能带系列则全被电子恰对绝缘体或半导体而言，能带系列则全被电子恰好填满，其中最高的满带称为价带（好填满，其中最高的满带称为价带（valence valence bandband），价带之上经过一定宽度的禁带过渡才是），价带之上经过一定宽度的禁带过渡才是空着的导带在绝对零度温度下，半导体的价带空着的导带在绝对零度温度下，半导体的价带(valence band)(valence band)是满带是满带( (见能带理论见能带理论) )，受到光电，受到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带(forbidden band/band gap)(forbidden band/band gap)进入能量较高的空带，进入能量较高的空带，空带中存在电子后成为导带。
空带中存在电子后成为导带 热释光探测器是热释光探测器是2020世纪世纪6060年代发展起来的一种年代发展起来的一种新型探测器，它具有这样一种特性：新型探测器，它具有这样一种特性：能长时间能长时间地贮存电离辐射能地贮存电离辐射能，在受热升温时，能放出光，在受热升温时，能放出光辐射，这种特性称为辐射，这种特性称为辐射热释光辐射热释光热释光强度热释光强度随加热温度分布的曲线称为随加热温度分布的曲线称为热释光发光曲线热释光发光曲线对一种具体的热释光材料来说．对一种具体的热释光材料来说．光峰光峰的位置是的位置是恒定的加热放出的恒定的加热放出的总光子数与总光子数与探测器受辐照探测器受辐照时所时所吸收的能量成正比吸收的能量成正比，因此，可以通过测量，因此，可以通过测量总光子数来确定辐射的照射量总光子数来确定辐射的照射量 常用的热释光材料为常用的热释光材料为氟化锂氟化锂(LiF，，TLD-100)，，有效原子序数为有效原子序数为8.2，与软组织，与软组织（（)比较接近，适合临床应用比较接近，适合临床应用 热热释释光光材材料料的的剂剂量量响响应应与与其其受受辐辐照照和和加加热热历历史史有有关关，，在在使使用用前前必必须须退退火火。
如如LiF在在照照射射前前要要经经过过l小小时时400oC高高温温和和24小小时时80oC低低温退火 它它的的剂剂量量响响应应，，一一般般在在10Gy以以前前呈呈线线性性变变化化，，大大于于10Gy则则出出现现超超线线性性现现象象其其灵灵敏敏度度基基本本不不依依赖赖于于X（（γ））射射线线光光子子的的能能量量，，但但对对于于低低于于10MeV的的电电子子束束，，灵灵敏敏度度下下降降5％％～～10％ 热释光探测器必须与读出器热释光探测器必须与读出器( (热释光测量仪热释光测量仪) )配合使配合使用读出器读出器可分成三个部分：加热部分、光电转换可分成三个部分：加热部分、光电转换部分和显示记录部分部分和显示记录部分 记录仪记录仪放大器放大器光光电电倍倍增增管管热热 源源光滤过光滤过加热盘加热盘高高 压压 热释光剂量计读出系统框图热释光剂量计读出系统框图记录仪记录仪放大器放大器光光电电倍倍增增管管热热 源源光滤过光滤过加热盘加热盘高高 压压加热部分加热部分包包括加热器和括加热器和升温控制系升温控制系统加热器统加热器由不锈钢片、由不锈钢片、银片或电阻银片或电阻钢带按一定钢带按一定形状冲压而形状冲压而成，升温控成，升温控制系统通常制系统通常使用镍铬镍使用镍铬镍铝，铜铝，铜-康铜康铜做的热电偶做的热电偶作为传感器。
作为传感器 记录仪记录仪放大器放大器光光电电倍倍增增管管热热 源源光滤过光滤过加热盘加热盘高高 压压光电转换部分光电转换部分由由光电倍增管完成光电倍增管完成显示记录部分显示记录部分由由电子线路组成电子线路组成加热部分和光电转换部分组成测量探头，在加热器和加热部分和光电转换部分组成测量探头，在加热器和光电倍增管之间还有光电倍增管之间还有滤光片滤光片和和光导光导滤光片具有特定滤光片具有特定的透射光谱，它与探测元件的发光光谱相匹配，使热的透射光谱，它与探测元件的发光光谱相匹配，使热释光片发出的光能顺利地通过．而其他光谱则被滤去释光片发出的光能顺利地通过．而其他光谱则被滤去 光导是用透明的光学玻璃或有机玻璃做成的光导是用透明的光学玻璃或有机玻璃做成的目的是使光电倍增管和加热器之间保持一定目的是使光电倍增管和加热器之间保持一定距离，以减小加热器的电磁干扰和高温对它距离，以减小加热器的电磁干扰和高温对它的影响热释光材料的剂量响应依赖于许多条件，因热释光材料的剂量响应依赖于许多条件，因此校准要在相同条件，如同一读出器，近似此校准要在相同条件，如同一读出器，近似相同的辐射质和剂量水平下进行，经过严格相同的辐射质和剂量水平下进行，经过严格校准和对热释光材料的精心筛选，校准和对热释光材料的精心筛选，测量精度测量精度可达到可达到95％－％－97％。
％ 选选择择使使用用发发光光效效率率高高、、发发光光曲曲线线简简单单和和易易于于加加工工成成型型、、物物理理和和化化学学性性能能稳稳定定的的热热释释光光材材料料，，制制成成不不同同形形状状及及大大小小，，便便于于作作剂剂量量建建成成区区，，近近距距离离治治疗疗放放射射源源周周围围的的剂剂量量分分布布、、患患者者剂剂量量监监测测和和剂剂量量比比对对等等特特别别需需要要场场合合之之用 四、胶片剂量仪四、胶片剂量仪 放放射射照照相相用用胶胶片片组组成成：：片片基基（（厚厚度度约约0.2mm厚厚，，透透明明））、、乳乳胶胶（（覆覆盖盖在在片片基基双双面面或或单面的含溴化银晶体颗粒）、乳胶单面的含溴化银晶体颗粒）、乳胶保护涂层保护涂层 当当胶胶片片受受可可见见光光或或电电离离辐辐射射照照射射时时，，溴溴化化银银(AgBr)晶晶体体颗颗粒粒中中的的银银离离子子（（Ag＋＋））还还原原为为银银原原子子（（Ag）），，数数个个银银原原子子就就形形成成所所谓谓的的“潜潜影影”洗洗片片时时，，洗洗片片液液分分子子促促使使晶晶体体颗颗粒粒的的Ag＋＋还还原原为为Ag，，这这种种转转变变在在含含有有“潜潜影影”的的晶晶体体颗颗粒粒中中进进行行得得更更迅迅速速，，因因此此选选择择合合适适的的洗洗片片时时间间就就形形成高黑度差别的影像。
成高黑度差别的影像 光学密度光学密度用来定量胶片黑的程度，用符用来定量胶片黑的程度，用符号号OD表示，定义为表示，定义为 式式中中：：I0是是光光线线入入射射强强度度，，It是是光光线线透透过过强强度度没没有有曝曝光光的的胶胶片片也也能能阻阻止止少少量量光光线线，，形形成成本本底底密度，测量密度扣除本底密度称为净密度密度，测量密度扣除本底密度称为净密度 透明度透明度也可用于表示胶片黑的程度，用也可用于表示胶片黑的程度，用符号符号T表示，定义为表示，定义为 光光学学密密度度概概念念一一般般用用于于胶胶片片黑黑度度测测量量，，而而透明度概念用于计算机图像显示处理中透明度概念用于计算机图像显示处理中 光光学学密密度度和和透透明明度度的的测测量量仪仪器器主主要要有有光光学学密密度度计计（（又又称称黑黑度度计计））、、扫扫描描仪仪和和激激光光数数字字化仪三种类型化仪三种类型 胶胶片片灵灵敏敏度度（（S））是是指指特特定定的的光光学学密密度度与与所所接接受受的的照照射射量量或或组组织织替替代代材材料料吸吸收收剂剂量量的的比比值值。
对对于于同同一一型型号号的的胶胶片片，，其其灵灵敏敏度度与与射射线线能能量量、、射射线线入入射射角角度度、、照照射射剂剂量量、、洗洗片片条条件件以以及及胶胶片片的的批批号号等等因因素素有有关关，，与与照照射射剂剂量量率率无无关关对对于于X（（γ））射射线线，，当当满满足足电电子子平平衡衡条条件件时时，，胶胶片片灵灵敏敏度度正正比比于于胶胶片片与与水水的的质质能能吸吸收系数的比值收系数的比值 工作原理：工作原理： 胶片剂量计由置于塑料盒中对辐射敏感的胶胶片剂量计由置于塑料盒中对辐射敏感的胶片构成受到照射后，先对胶片进行冲洗，接着片构成受到照射后，先对胶片进行冲洗，接着用密度计测出其用密度计测出其光密度光密度，再与受到已知量辐射照，再与受到已知量辐射照射并刻度好的胶片的光密度进行比较，得到照射射并刻度好的胶片的光密度进行比较，得到照射水平 胶片在剂量学中的应用主要有三个方面胶片在剂量学中的应用主要有三个方面：： （（1））检查射野的平坦度和对称性；检查射野的平坦度和对称性； （（2））获获取取临临床床常常用用剂剂量量学学数数据据，，如如高高能能 X（（γ））射射线线的的离离轴轴比比、、电电子子束束的的百百分分深深度度剂剂量和离轴比；量和离轴比； （（3））验验证证剂剂量量分分布布，，如如相相邻邻射射野野间间剂剂量量分分布布的的均均匀匀性性、、治治疗疗计计划划系系统统剂剂量量计计算算的的精精确度。
确度 测测量量时时应应保保持持胶胶片片与与模模体体紧紧密密贴贴合合，，以以免免空空气气间间隙隙造造成成不不规规则则的的花花斑斑和和条条纹纹；；如如果果胶胶片片放放置置于于射射野野中中心心轴轴层层面面内内，，应应保保证证胶胶片片边缘与模体边缘齐边缘与模体边缘齐 与与其其他他类类型型剂剂量量仪仪相相比比，，胶胶片片剂剂量量仪仪的的优优点点是：是：（（1））同同时时测测量量一一个个平平面面内内所所有有点点剂剂量量，，可可以以减减少照射时间和测量时间；少照射时间和测量时间；（（2））有有很很高高的的空空间间分分辨辨率率；；可可以以测测量量不不均均匀匀固固体介质中的剂量分布体介质中的剂量分布 但但由由于于银银卤卤化化物物胶胶片片灵灵敏敏度度显显著著地地受受X（（γ））射射线线能能量量和和洗洗片片条条件件的的影影响响，，也也限限制制了了 它它 的的 应应 用用 近近 年年 来来 ，， 一一 种种 名名 为为 GAF Chromic的的新新型型胶胶片片引引起起广广泛泛的的研研究究兴兴趣趣它它不不采采用用溴溴化化银银作作为为感感光光剂剂，，具具有有较较好好的的组组织织等等效效性性，，并并且且不不需需要要暗暗室室操操作作，，不不需需要要显显影影、、定定影影，，因因此此这这种种新新型型胶胶片片可可以以克克服服银银卤卤化化物物胶胶片片的的缺缺点点。
但但这这种种胶胶片片也也存存在在一一些些缺缺陷陷，，如如灵灵敏敏度度受受环环境境温温度度和和湿湿度度的的影影响响，，同同一张胶片不同位置的灵敏度差别较大一张胶片不同位置的灵敏度差别较大 五、半导体剂量仪五、半导体剂量仪 半导体剂量仪使用的探测器实际上是一种半导体剂量仪使用的探测器实际上是一种特殊的特殊的PN型二极管型二极管通过特殊的制作工艺把通过特殊的制作工艺把P型晶体和型晶体和N型晶体结合起来，则在结合面型晶体结合起来，则在结合面（界面）两边的一个小区域里，即（界面）两边的一个小区域里，即PN结区，结区，N型晶体一侧由于电子向型晶体一侧由于电子向P型晶体扩散而显正型晶体扩散而显正电，电，P型晶体一侧由于空穴向型晶体一侧由于空穴向N型晶体扩散而型晶体扩散而显负电 界面附近呈现的正、负电性统称界面附近呈现的正、负电性统称空间电空间电荷荷，由于这种空间电荷的存在，就在界面两，由于这种空间电荷的存在，就在界面两边很小的边很小的PN结区域里形成静电场和电位差结区域里形成静电场和电位差当这种探测器受到电离辐射照射时，会产生当这种探测器受到电离辐射照射时，会产生新的载流子－电子和空穴对，在电场作用下，新的载流子－电子和空穴对，在电场作用下，它们很快分离开分别被它们很快分离开分别被“拉拉”到正极和负极，到正极和负极，形成脉冲信号。
因此，有的学者将半导体探形成脉冲信号因此，有的学者将半导体探测器称为测器称为“固体电离室固体电离室” 当当前前，，硅硅晶晶体体半半导导体体探探测测器器，，主主要要用用于于测测量量高能高能X（（γ）射线和电子束）射线和电子束的相对剂量的相对剂量 测测量量高高能能X（（γ））射射线线：：与与空空气气电电离离室室相相比比较较，，具具有有极极高高的的灵灵敏敏度度半半导导体体探探头头可可以以做做得得非非常常小小（（0.3～～0.7mm3)常常用用于于测测量量剂剂量量梯梯度度比比较较大大的的区区域域，，如如剂剂量量建建成成区区、、半半影影区区的的剂剂量量分分布布和和用用于于小小野野剂剂量量分分布布的的测测量量；；用用于于患患者者治疗过程中的剂量监测治疗过程中的剂量监测 测测量量电电子子束束的的剂剂量量：：由由于于硅硅与与水水的的质质量量阻阻止止本本领领之之比比基基本本不不随随电电子子束束的的能能量量而而变变化化，，使使其其有有独独特特的的优优点点，，它它可可直直接接以以深深度度电电离离曲曲线线表表示示百百分分深深度度剂剂量量曲曲线线同同时时在在小小照照射射野野条条件件下下，，应应用用半半导导体体探探头头测测量量较较低低能能量量的的电电于于束束剂剂量量分分布布，，也也优优于于平平行行板板电电离离室室，，这这主主要要是是后后者者对对较较低能量电子束较高的侧向散射反应不灵敏。
低能量电子束较高的侧向散射反应不灵敏 半导体探测器在实际使用中受到的半导体探测器在实际使用中受到的限制限制：： （（1））由由于于硅硅的的原原子子序序数数（（Z=14））比比水水的的有有效效值值高高，，对对中中低低能能X射射线线(200kev以以下下)的的反反应应截截面面大大，，这这样样在在大大照照射射野野的的边边缘缘或或较较大大的的深深度度处处测测量量等等剂剂量量分分布布，，会会受受到到一一定定的的影影响响，，为为克克服服这这一一缺缺陷陷，，往往往往在在探探头头的的侧侧面面及及底底部部增增加加一一层层屏屏蔽蔽材材料料，，起起滤滤过过低低能能光光子子的的作作用用不不过过这这样样做做会会导导致致半半导导体体探探头头的的方方向向性效应的变化性效应的变化 （（2））由由于于热热效效应应的的影影响响，，半半导导体体探探测测器器即即使使工工作作在在无无偏偏压压状状态态，，也也会会产产生生“暗暗”电电流流，，这这一一现现象象在在低低剂剂量量率率辐辐射射场场中中较较为为明明显显这这种种效效应应对对N型型半半导导体体探探测测器器的的影影响响比比对对P型型半半导导体体探探测测器器的的影影响响要要大大，，这这也也是是在在放放射射治治疗疗中中常常选选用用P型型半半导导体体探探测测器器作作患患者者治治疗疗中中剂量测量的主要原因之一。
剂量测量的主要原因之一 （（3））辐射损伤的影响辐射损伤的影响高能辐射轰击硅高能辐射轰击硅晶体，会使晶格发生畸变，导致探头受损，晶体，会使晶格发生畸变，导致探头受损，灵敏度下降对于给定的探头，受损程度依灵敏度下降对于给定的探头，受损程度依赖于辐射类型和受照历史，如赖于辐射类型和受照历史，如20MeV电子束电子束对探头的损伤要比对探头的损伤要比8MV X射线的损伤大射线的损伤大20倍倍左右 （（4））半半导导体体探探测测器器的的灵灵敏敏度度还还受受到到环环境境温温度度、、照照射射野野大大小小以以及及脉脉冲冲式式电电离离辐辐射射场场中中的的剂剂量量率率的的影影响响对对于于每每一一个个具具体体的的探探头头，，其其数数值值也有较大的差异也有较大的差异 因因此此，，在在实实际际使使用用中中，，对对每每一一个个半半导导体体探探头，都应做上述诸多因素的修正，并定期校验头，都应做上述诸多因素的修正，并定期校验 小结：小结：1、量热法、化学剂量计、量热法、化学剂量计 （了解原理）（了解原理）2、、热热释释光光剂剂量量计计、、胶胶片片剂剂量量计计、、半半导导体体剂剂量量计计（了解原理、掌握优缺点及应用情况）（了解原理、掌握优缺点及应用情况） 作业：作业：1、简述电离室的工作特性。
简述电离室的工作特性2、简述电离辐射吸收剂量校准的、简述电离辐射吸收剂量校准的IAEA方法3、简述热释光剂量计、胶片剂量计、半导体、简述热释光剂量计、胶片剂量计、半导体剂量计的优缺点及应用情况剂量计的优缺点及应用情况。