1 注量 通量 注量率 注量 表征輻射場的空間疏密程度 特例 單向輻射場定義 u dN da 為單向輻射場的粒子注量 可理解為進入單位垂直截面小球的粒子數 一般情況 各向輻射場 粒子注量 dN da m 2dN 進入小球體的粒子數 da 小球體截面積 單位m2 粒子注量 單位m 2 ICRU定義 輻射場中某一點的注量 是進入以該點為球心 截面積為da的小球體內的粒子數dN除以da的商注量與徑跡長度關系 粒子注量等于單位體積內的徑跡總長度 能量注量 dR da j m 2定義 進入單位截面積的球體內的所有粒子能量之和 不包括靜止能量 dR 粒子能量之和 單位J 能量注量 單位J m2 粒子注量率 d dt d2N dadt m 2s 1d 時間間隔dt內粒子注量的增量 粒子注量率 即為粒子通量密度 單位m 2 s 1 能量注量率 d dt d2R dadt j m 2 s 1 w m 2 式中 d 時間間隔dt內能量注量的增量 能量注量率 單位J m 2 s 1 描述帶電粒子的物理量 碰撞阻止本領 線碰撞阻止本領 帶電粒子在介質中每單位路徑長度上電離損失的平均能量 質量碰撞阻止本領 線碰撞阻止本領除以密度 消除密度的影響 輻射阻止本領 質量輻射阻止本領 S r 線輻射阻止本領Sr 總質量阻止本領S 定義 設帶電粒子在質量密度為 的介質中 穿過距離dl時損失能量的期望值為dE 則dE除以 dl的商叫做物質對帶電粒子的總質量阻止本領 記作S 總線阻止本領S S dE dL 化合物中的阻止本領 可以用化合物中每種元素阻止本領的重量加權求得 fi為指定元素在化合物中所占重量份額 對帶電粒子 定限碰撞阻止本領L 定義 L dE dl dE為帶電粒子在密度為 的介質中穿行距離為dl時 由傳遞能量小于指定值 的碰撞而損失的能量的數學期望值 L 亦叫傳能線密度LET Linearenergytransfer LET 特定能量的帶電粒子在介質中穿行單位長度路程時 由能量轉移小于某一指定值的歷次碰撞所造成的平均能量損失 L Sc L S c輻射阻止本領 S r與z2 m2成正比 重粒子可忽略不計 低能電子 S c值較大 高能電子 S r值較大 散射本領 射程產生一對離子所消耗的平均能量W對不帶電粒子 窄束衰減和衰減系數dN N dx 為線衰減系數 N N0e x 光子在物質中穿行單位距離時 平均發生總的相互作用的幾率 定義質量衰減系數為 質量能量轉移系數 tr cm2 g輻射份額Y E 線能量轉移系數 tr 光子在吸收介質中穿行單位長度距離時 光子轉移為帶電粒子的動能占總能量的份額 cm 1質量能量吸收系數 en 表示光子在物質中穿過單位質量厚度時 入射光子能量中轉移給次級電子能量的碰撞損失份額 2 一個各向同性的 點源的活度為A 能量為h i的 射線的產額為ni 源的自吸收以及空氣的吸收和散射作用忽略 距離 點源r處的 光子的注量率 A 4 r2 ni能量注量率 A 4 r2 nih i3 比釋動能描述對象 答 比釋動能是描述不帶電粒子在物質中轉移能量的第一階段的一個物理量比釋動能K是感興趣點P處單位質量介質中轉移給帶電粒子的能量 動能 的期望值 其中包括軔致輻射損失的能量 但不包括由一個帶電粒子轉移給另一個帶電粒子的能量 射線對物質的電離作用兩步過程第1步初級作用 三種作用效應 與原子序數Z有關 八字關系 光電效應 康普頓效應 電子對效應產生次級電子第2步次級作用 電離效應次級電子使物質原子電離 4 吸收劑量D Absorbeddose 定義及定義式 普遍方程 未寫 在書59頁2 45式 電離輻射授與質量為dm的物質的平均能量 針對 點 的概念 對所有射線適用 電離輻射授與某一體積元中物質的平均能量除以該體積元中物質的質量的商 一般用定義不易求得 采用帶電粒子平衡求得 單位 戈瑞 1Gy 1J kg 拉德 1rad 0 01Gy 3 粒子平衡 Deltaparticleequilibrium 描述帶電粒子輻射場 4 部分 粒子平衡 Partialdeltaparticleequilibrium 描述電子輻射場定義 D的表達式 5 過渡平衡 6 百分深度劑量 PDD 定義 體模中射束軸上某一深度z處的吸收劑量Dz與最大值點的吸收劑量Dm以百分數表示的比值 用p z 表示 7 組織 空氣比 TAR 定義 體模中射束軸上給定點的Dz與空氣中同一點處小塊體模材料達到電子平衡時D0之比 8 衍生輻射場 為使定義的劑量當量有明確的涵義 需要對輻射場加以說明 實際的輻射場往往是錯綜復雜的 由實際輻射場抽象出來的 具有某些規定特性的輻射場 9 在弗里克劑量計中 輻射化學產額 答 電離輻射授與某一物質的平均能量為1J時 產生 破壞或變化了的某一特定實體X的物質的平均量 用G x 表示 mol J 1或mol kg Gy 1 也有時用 100eV 1作單位 1mol J1 6 022 1023 1 6022 10 19 eV 1 9 648 106 100eV 1 以弗里克劑量計為例 足氧的情況下 在弗里克溶液中三價鐵離子的產額與氫基 羥基 過氧化氫產額關系 不足氧的情況下 一個三價鐵離子的產額對應相同的氫基產額 10 照射量X Exposure dQ為光子在質量為dm的空氣中釋放的全部電子 包括負電子和正電子 完全被空氣阻止時 在空氣中所產生的一種符號離子總電荷的絕對值 次級電子的軔致輻射被吸收而產生的電離電荷 不包括在dQ之內 dm之外釋放的次級電子 在dm之內產生的電離電荷 不包括在dQ之內 dm 體積元內空氣的質量 X 射線 在空氣中 單位體積元內產生的全部電子均被阻留在空氣中時 形成的總電荷除以該體積元空氣質量 定義 Definition 單位 C kg 11R 2 58 10 4C kg 1 另一個定義式 11 體模 在輻射防護 放射治療和輻射加工中 為了模擬測量和計算受外部輻射源照射的人體 實驗動物或輻照產品中的吸收劑量分布 設計或制作的一些具有約定尺寸和材料組成的模型 12 典型的體模 ICRU球是一個組織等效球形體模 求的直徑為30cm 密度為1g cm 3 材料的質量成分為氧76 2 碳11 1 氫10 1 氮2 6 13 參考人 為了給職業照射控制標準提供一個共同的生物學基礎 規定的一種假想的成年人模型 14 確定性效應 輻射的確定性效應是一種有 閾值的效應 受到的劑量大于閾值 該效應就發生 而且其嚴重程度與所受的劑量大小有關 劑量越大后果越嚴重 隨機性效應 效應發生的幾率與劑量大小有關的那些效應 其效應后果的嚴重程度與所收受劑量沒有關系 13 有效劑量 隨機性效應概率與當量劑量的關系與受照組織或器官有關 人體受到的任何照射 幾乎總是不止涉及一個器官或組織 未來計算收到照射的有關器官和組織帶來的總的危險 相對隨機性效應而言 在輻射防護引入了有效劑量E WT 劑量當量 HT 權重因子 當所考慮的效應是隨機效應時 在全身受到不均勻照射的情況下 人體所有組織或器官的加權后的當量劑量之和 單位 希沃特 1Sv 1J kg 14 待積劑量當量 Sv J kg 1 定義 個人在單次攝入放射性物質后 與某一指定組織內接受的劑量當量率在攝入后50年內的時間積分 I t 0時攝入的放射性活度 連續攝入50年的當量劑量率Hj 50 設攝入速率為 則在t t dt時間的間隔內攝入的放射性核素在t 50a時靶組織j中產生的當量劑量率為 dthj 50 t 故有 當 I時 所以若每年攝入的指定放射性核素的活度為I 則連續射入50年后的等于一年攝入的放射性物質的H50 j 討論 攝入的時間分布或速率的不同將影響體內各組織中的放射性活度隨時間的變化規律 但是攝入后50年期間的總積分活度則與攝入的時間分布無關 即 其中 為瞬時射入1Bq放射性核素后50年期間源組織中的積分活度 15 比有效能量SEE j i 定義 SEE j i 為比有效能量 所謂 有效 是指輻射權重因子對相應輻射的吸收能量加權 比 表示SEE定義的是單位質量中吸收的能量 16 滯留函數 放射性核素在器官 組織或者全身的滯留量隨時間的變化規律用滯留函數表示 當攝入的放射性核素具有衰變子體時 則 當攝入多種放射性核素時 則 1 帶電粒子在物質中以哪種形式沉積能量 答 電離輻射與物質的每次相互作用 核和基本粒子的每次自發轉變 是產生能量沉積的基本過程 例如 電離粒子在介質中引起某個院子的電離和激發 在固體中每點產生晶格缺陷或者導致某個分子化學鍵斷裂等 帶電粒子以電離為主 2 如何完整描述一個輻射場 答 為了完整地描述輻射場 需要確定在任一時刻t 在空間任一點R處 沿任一方向 運動的j類電離粒子的微分譜分布 這就是j類電離粒子輻射度的微分譜分布 用PEj r 表示 它是在E附近單位能量間隔內j類電離粒子的輻射度 3 單向輻射場照射量X的定義 4 體模中D測量的關鍵是 為什么測參考點的D 用什么測 答 參考點D的精確測量是體模中D測量的關鍵 參考點附近的劑量剃度小 受散射輻射等干擾因素影響的程度也較小 容易實現D的準確測量 參考點的D測準后 體模中的D分布可以用相對方法測量 參考點的D用由國家標準實驗室刻度或由國家標準傳遞的量熱計 電離室或弗里克劑量計測 體模中的劑量分布則由電離室或弗里克劑量計測 5 大腔室和中等腔室 大腔室 由得 腔室線度遠大于次級帶電粒子的射程的腔室 大腔室可看作壁很厚的B G腔 對于由B G腔室和一個壁厚大于次級電子最大射程的室壁組成的厚壁腔室 當室壁w與腔室氣體的原子組成相同或等效時 則有 腔室線度可以與次級帶電粒子射程相比擬的室 中等腔室 可看成壁很薄得B G腔 B G腔室 大腔室 0 1 若用 代表腔室內產生的次級帶電粒子對腔室室內能量沉積的貢獻份額 則1 代表介質中產生的次級帶電粒子的貢獻份額 6 外輻射實用量 用于監測的劑量當量 環境測量 監測 用當量劑量 周圍劑量當量H 定向劑量當量H 個人測量 監測 用當量劑量 貫穿個人劑量當量Hp d 淺層個人劑量當量Hs d 劑量學量 外輻射實用量加上照射量 吸收劑量 比釋動能等的統稱 輻射防護量 作為初級限量值的器官和組織的平均劑量當量和有效劑量當量以及次級限制量得指數量稱之為輻射防護量 7 射線引起的危害程度 答 電離密度 穿透能力 射線的電離密度大 但穿透能力很弱 因此 在外照射時 射線對機體的損傷作用很小 然而在內照射的情況下對機體損傷作用則很大在其它情況相同的條件下 就 射線引起的輻射危害程度而言 外照射 內照射 8 窄束X或 射線在物質中的減弱規律 是物質的質量厚度 a 兩大特點 1 低能時 光電效應占優勢 然后是康普粒子散射占優勢 高能時電子對效應占優勢 1 窄束 narrowbeam 不包含散射成分的射線束 2 E 曲線在某個能量有極小值 9 寬束X或 射線在物質中的減弱規律 B Bx為積累因子 B 積累因子 build upfactor 描述散射光子影響的物理量 表示某一點散射光子數所占份額 B取決于 源的形狀 準直條件 光子能量 屏蔽材料的原子序數 屏蔽層厚度 屏蔽層幾何條件對于給定輻射源和屏蔽介質 積累因子只與光子能量E 和介質厚度 平均自由程數 d 有關 N BN0e d 窄束 寬束主要不是幾何概念 而是物理概念 一般 積累因子是指在所考察點上真正測量的某一輻射量的大小同用窄束減弱規律算得同一輻射量大小的比值 對不同的輻射量 相應有不同的積累因子 只有當d 0 B 1 一般B 1 10 放射性核素按毒性分組 答 放射性核素的毒性分組 GB18871 2002可查 根據 生物效應 導出空氣濃度 相應的比活度極毒組 210Po 228Th 239Pu 241Am 233U高毒組 90Sr 106Ru 144Ce 210Pb 224Ra中毒組 14C 32P 35S 45Ca 55Fe 131I 140Ba 低毒組 3H 24Na 40K 99mTc 113mIn11 裂變碎片 高能粒子 粒子 質子等重帶電粒子在固體絕緣材料中穿行的路徑上產生的輻射損傷 經過蝕刻處理后能夠形成可以用顯微鏡觀測的徑跡 固體核徑跡劑量計 SSNTD 即固體核徑跡劑量計可探測到裂變碎片 高能粒子 粒子 質子等重帶電粒子 12 中子與物質相互作用產生的帶電粒子都是重粒子 以碰撞損失為主 其軔致輻射的能量損失可以忽略 因此有 en n tr n即有中子的質量能量吸收系數等于其質量能量轉移系數 Kc n Kn13 自由空氣電離室設計滿足下列哪些條件 答 電離室的各電極與光子束軸平行 它們與光子束的距離大于次級電子的最大射程 使電極間產生的次級電子能完全被阻止在空氣中而不會達到電極板上 14 互易定理 如圖1所示 設在放射性物質均勻分布的體積V內 比放為Sv貝可 米3 則體積dv內產生的輻射在P點的微分吸收劑量率為 1 上式對體積V積分得P點的吸收劑量率為 2 式中表示離dv的距離為r處 每貝可所產生的吸收劑量率 圖1劑量計算示意圖 若有兩個任意形狀的輻射源 其體積分別為V1與V2 分別含有放射性活度為A1及A2 如圖2所示 由 2 式得V1內發射的輻射在V2內P2點產生的吸收劑量率為 圖2劑量互易原理示意圖 3 4 對V2積分再初以V2 得體積V2內的平均吸收劑量率 同樣 體積V2內產生的輻射在V1內產生的吸收劑量率為 比較式 4 和 5 可得 5 若A1 A2 則 若含有同種放射性核素的兩個源 其總放射性活度相同 則其中一個源在另一個源內產生的平均劑量率彼此相同 而和源的幾何大小 形狀及源的相互距離無關 這就是互易原理的基本概念 由劑量互易原理得出 1 在放射性物質均勻分布的無限大體積源內 每點的吸收劑量率 等于單位時間內在單位質量的物質中放出的輻射能量 2 任意形狀的體積源在某點的吸收劑量率 等于將該體積內的放射性活度集中在此點 它在該體積源中產生的平均吸收劑量率 15 ICRU根據測定的肺實質區 P區 慢組分 即E G H庫室 的半廓清期將放射性物質劃分為三類的標準 答 ICRP根據測定的肺實質區 P區 慢組分 即E G和H庫室 的半廊清期將放射性物質劃分成D W和Y之類 D Tc 10d W 10100dICRP對這三類物質指定了在呼吸系統各庫室中的半廊清期Tc和庫室分數 compartmentfraction F 16 射線的防護屏蔽要分兩層 先輕Z 后重Z中子屏蔽屏蔽層加入重金屬與減速劑交替屏蔽 中子減速 射線 中子防護中常用鎘 硼 鋰作吸收劑中子屏蔽首先用重或較重的物質 通過非彈性散射使中子能量很快降到與原子核第一激發能級能量以下 然后 再利用含氫物質 通過彈性散射使中子能量降到熱能區 17 必須記住 B G條件 兩條基本假設 a 腔室的線度比撞擊腔室的帶電粒子的射程小得多 以致腔室的存在不會干擾帶電粒子輻射場 b 腔室內的吸收劑量完全是由穿過腔室的帶電粒子產生的ps 穿過腔室 隱含腔室內產生的帶電粒子可以忽略不計 進入腔室的帶電粒子全部穿過腔室而不會停留在其中 理想的B G腔室可看做一個點 18 劑量計的指標 書上5個 后兩個沒有a 絕對劑量計和相對劑量計 b 能量響應和LET響應 c 重復性 均勻性和準確度 d 靈敏度 探測限和測定限 e 量程和線性 f 耐熱性 g 抗干擾能力 19 外輻射防護的基本原則及方法 三要素 答 外輻射防護的基本原則 盡量減少或避免射線從外部對人體的輻射 使之所受照射不超過國家規定的劑量限值 方法 1 減少接觸輻射源的時間 時間防護 累積劑量與受照時間成正比 采取的措施 充分準備 減少受照時間 2 增大與放射源的距離 距離防護 劑量率與距離的平方成反比 采取的措施 遠距離操作 任何源不能直接用手操作 注意 射線防護 3 設置屏蔽 屏蔽防護 措施 設置屏蔽體 屏蔽材料和厚度的選擇 輻射源的類型 射線能量 活度 外輻射防護的三要素 答 時間 距離 屏蔽為外輻射防護三要素三要素 減少接觸放射源的時間 增大與放射源的距離 設置屏障 20 輻射防護的三項基本原則 答 輻射實踐的正當化 含義 只有當輻射實踐所帶來的利益大于為其所付出的代價時 才能認為該項輻射實踐是正當的 輻射防護的最優化 含義 在實施某項輻射實踐的過程中 可能有幾個方案可供選擇 在對幾個方案進行選擇時 應當運用最優化程序 也就是在考慮了經濟和社會的因素之后 應當將一切輻射照射保持在可合理達到的盡可能低的水平 也叫做ALARA原則 限制個人劑量當量 含義 對于給定的某項輻射實踐 不論代價與利益的分析結果如何 必須用當量劑量限制對個人所受到照射加以限制 21 哪幾種作絕對劑量計 量熱計 空腔電離室 自由空氣電離室 弗里克劑量計什么劑量計是不需要刻度的 絕對劑量計22 內輻射防護基本原則 答 1 圍封 即把放射性物質限制在一定空間不讓其外泄 2 保持清潔和對被污染的空氣 水和物體表面采取措施 3 制定適宜的管理規定和操作程序 并要求工作人員嚴格遵守 盡量減少人員吸入或攝入放射性物質 4 采用合適的個人防護器具 要求工作人員穿戴好個人防護用品 并講究個人衛生 5 妥善儲存放射性物品 內輻射防護的一般措施八個字 包容 隔離 凈化 稀釋 23 在中子 混合場中區分中子和 射線產生的吸收劑量的方法 用一個含氫的和一個不含氫的電離室在中子 混合場中測量可以區分中子和 射線產生的吸收劑量設一個組織等效的劑量計T和一個不含氫的劑量計U 則有其中分別為中子 光子的劑量 24 解釋TLD 熱釋光劑量計 的超線性和敏化 解 利用陷阱競爭模型 非熱釋光陷阱被電荷截流子填充的幾率大 在受照過程中較早的出現飽和 逐漸失去了與熱釋光陷阱爭奪電子的能力 致使熱釋靈敏度隨著吸收劑量的增加而上升 出現超線性現象 徑跡相互作用模型 認為在初級與次級帶電粒子的作用下俘獲了電子的E能級形成的F中心和俘獲了空穴的D能級形成的H中心沿粒子徑跡分布 這些發光中心在磷光體內的濃度與吸收劑量成正比 當吸收劑量較低時 無關輻射的徑跡可視為分立的 在加熱過程中釋放的空穴與同一徑跡的F中心復合發光 不同徑跡間不發生干擾 因而熱釋光響應隨吸收劑量線性變化增加 當吸收劑量較高時 無關輻射的事件的徑跡十分接近 在加熱時一個徑跡上的空穴既可能與本徑跡的F中心復合發光 也可能與附近的F中心復合發光 因而增加了復合發光的幾率 使熱釋光產額上升而出現超線性 如果競爭陷阱比熱釋光陷阱深 加熱劑量時又未將這些大部分被填充的深陷阱排空 則這種熱釋光之能重復使用時 將保留其較高的靈敏度 這就是敏化效應 25 向水中一點吸收劑量基準值的傳遞答 當將劑量計放在水體模中測量時 設劑量計的響應為Riw 則劑量計的吸收劑量Diw為Diw Nir Riw則劑量計不在時水中同一點的吸收劑量Dw則為Dw Diw L w i Riw Pw i Dr L w i Riw Pw i L r i Rir Pr i 這樣就把水中某點的吸收劑量與基準值聯系起來了 26 常用電離型劑量測量器件有四種 外推電離室 自由空氣電離室 高壓電離室 G M計數器27 量熱計按對芯體熱散失采用的修正方法不同可分為如下幾種類型 絕熱型 動態型 穩定型 等溫型 準絕熱型量熱計的原理 書 是測定吸收劑量最直接最基本的方法 是在熱損可以忽略的條件下吸收劑量這個量直接按定義測量的 即比釋動能 在絕熱條件下 量熱計的響應與劑量率無關弗里克劑量計組成 即硫酸亞鐵劑量計 是以純凈的無離子水 硫酸 硫酸亞鐵和氯化鈉為原料配制而成的溶液 28 天然輻射源按起因分類 答 宇宙射線 來自宇宙空間的高能粒子流 宇生射線 主要是宇宙射線與大氣中的原子核相互作用產生的 原生核素 即在地殼中的天然放熱性核素 29 ICRU把照射分為哪三類 答 計劃照射 應急照射 既存照射30 內輻射防護基本措施 答 內輻射防護的一般措施八個字 包容 隔離 凈化 稀釋31 人工輻射源主要包括的種類 答 醫療照射 核動力生產 核爆炸32 開放型工作場所國際上分為哪幾個區 答 對于開放型放射性工作場所國際上分為四個區白色區 辦公 休息 非或低放實驗室場地 3 10劑量限值 綠色區 屏蔽室或密封容器操作區 中 高活度實驗室 劑量限值 橙色區 可在其中打開屏蔽室或密封容器進行維修 裝卸和去污的場所 可能超過劑量限值 紅色區 屏蔽室 裝源的密封閉容器 輻射室等 不接近 加以控制 我國三個區 直接操作放射源物質的區域 進行廢物處理和檢修區域 工作人員經常逗留的操作區 哪些劑量計不需要刻度 絕對型劑量計哪些劑量計處于劑量學測量儀器刻度鏈的頂點 量熱計 核事故的分級 按照國際原子能機構 國際核事件分級表 的規定