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1、关于电离辐射吸收剂量的测量第1页，讲稿共101张，创作于星期二1 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球的粒子数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
2、粒子的入射方向射方向第2页，讲稿共101张，创作于星期二二、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，进入辐射场内某点处单位截面积球体的粒子总动能，它等于它等于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 第3页，讲稿共101张，创作于星期二三、照射量（三、照射量（exposure）X（）辐射在质量为）辐射在质量为dm的空气中释放的全部次级电子
3、的空气中释放的全部次级电子（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的同一（正负电子）完全被空气阻止时，在空气中形成的同一种符号的离子总电荷的绝对值（不包括因吸收次级电子种符号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射而产生的电离）发射的轫致辐射而产生的电离）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），），1R2.5810-4C.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。第4页，讲稿共101张，创作于星期二注意：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
4、是从从电电离离本本领领的的角角度度说说明明X射射线线或或射射线线在在空空气气中中的的辐辐射射场场性质，仅适用于性质，仅适用于X射线或射线或射线射线。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（）射射线线能能量量较较高高时会有明显意义。时会有明显意义。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与能量与能量注量注量之间的关系：之间的关系：W=33.97eV第5页，讲稿共101张，创作于星期二四、吸收剂量（四、吸收剂量（absorbed dose）dm为被照射物
5、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：Jkg-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:第6页，讲稿共101张，创作于星期二五、比释动能（五、比释动能（kinetic energy released in material，kerma）
6、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的介质中释放的全部带电粒子的初始动能之和。电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多少的一个量，因此与吸收剂量不同，比释动能只和的多少的一个量，因此与吸收剂量不同，比释动能只适用于间接致电离辐射，但适用于任何介质。适用于间接致电离辐射，但适用于任何介质。第7页，讲稿共101张，创作于星期二六、当量剂量（六、当
7、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所接受的平均剂所接受的平均剂量量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，1SvJ.kg-1。当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在严格当量剂量是辐射防护剂量学的基本的量，是在严格意义上的吸收剂量。辐射权重因子代表特定辐射在小剂意义上的吸收剂量。辐射权重因子代表特定辐射在小剂量照
8、射时诱发随机性效应的相对生物效应（量照射时诱发随机性效应的相对生物效应（RBE）的数）的数值。值。第8页，讲稿共101张，创作于星期二Radiation Weighting factorsRadiation Weighting factorsICRU 60,1991ICRU 60,1991第9页，讲稿共101张，创作于星期二七、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（）辐射，其与介质相）辐射，其与介质相互作用损失能量，可以分为两步：互作用
9、损失能量，可以分为两步：（a）全部或部分能量转移，次级电子；全部或部分能量转移，次级电子；（b）大部分次级电子以电离或激发的形式损失能量；大部分次级电子以电离或激发的形式损失能量；而少数次级电子与介质原子的原子核作用，发生轫而少数次级电子与介质原子的原子核作用，发生轫致辐射产生致辐射产生X射线。射线。第10页，讲稿共101张，创作于星期二光光子子能能量量在在（a）点点释释放放出出次次级级电电子子的的损损失失，即即光光子子的的能能量量转转移移，以以比比释释动动能能来来度度量量；沿沿径径迹迹（b）的的损损失失，即即光光子子的的能能量量被被介介质质吸吸收收，以以吸收剂量吸收剂量来度量。来度量。只有当
10、次级电子的射程很短，能量很低时，此时介质只有当次级电子的射程很短，能量很低时，此时介质作用点（作用点（a）处体积元内所吸收的次级电子能量，即吸）处体积元内所吸收的次级电子能量，即吸收剂量，在数值上恰好等于入射光子释放给作用点（收剂量，在数值上恰好等于入射光子释放给作用点（a）处的比释动能。）处的比释动能。第11页，讲稿共101张，创作于星期二（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电子平衡或广义的带电粒子平衡是利用比释动能计利用比释动能计算吸收剂量算吸收剂量必须附加的最重要条件之一。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
11、积V V的次级电子带走的次级电子带走的能量，恰好等的能量，恰好等于进入小体积于进入小体积V V的次级电子的次级电子带入的能量。带入的能量。第12页，讲稿共101张，创作于星期二（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，两者的关系为射可以忽略时，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，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，即比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
12、第15页，讲稿共101张，创作于星期二（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：第16页，讲稿共101张，创作于星期二（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数值上是相等的。释动能在数值上是相等的。在电子平衡条件不满足时
13、，引入一个电子平衡在电子平衡条件不满足时，引入一个电子平衡系数系数qe。电子平衡系数定义：表示电子平衡系数定义：表示X（）光子辐射在一小）光子辐射在一小体积单位内沉积的能量体积单位内沉积的能量Edep与在同体积内电离过程中释与在同体积内电离过程中释放的能量放的能量Ecol之比，之比，即即 qeEdep/Ecol第17页，讲稿共101张，创作于星期二满足电子平衡时满足电子平衡时第18页，讲稿共101张，创作于星期二对几个区域的说明：对几个区域的说明：在建成区域内某一体积单元，在建成区域内某一体积单元，X X()射线产生次射线产生次级电子的能量并未在此小体积中全部被沉积。即：级电子的能量并未在此小
14、体积中全部被沉积。即：q qe e1.0 1.01.0第19页，讲稿共101张，创作于星期二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DK第20页，讲稿共101张，创作于星期二小结：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 第21页，讲稿共101张，创作于星期二22 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
15、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粒子注量与空腔周围介质中的带电粒子注量之间的关系关系，就可以由空腔内的电离电荷来确定介质中的吸，就可以由空腔内的电离电荷来确定介质中的吸收剂量。收剂量。利用电离电荷测量剂量的方法称为利用电离电荷测量剂量的方法称为电离法电离法。第22页，讲稿共101张，创作于星期二一、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
16、的电离电荷量，由计算得到吸程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得到吸收剂量。收剂量。（一）电离室的基（一）电离室的基本原理本原理电离辐射在灵敏体电离辐射在灵敏体积内与空气介质相积内与空气介质相互作用产生次级电互作用产生次级电子。这些电子在其子。这些电子在其运动径迹上使空气运动径迹上使空气原子电离，产生正、原子电离，产生正、负离子对。负离子对。第23页，讲稿共101张，创作于星期二在灵敏体积内的电场作用下，正、负离子向两极漂移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。在外电路形成电流。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
17、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。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所配置，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。剂量仪进行校准，并不适合现场如医院使用。第24页，讲稿共101张，创作于星期二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
18、；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号。信号。自由空气电离室基本结构自由空气电离室基本结构第25页，讲稿共101张，创作于星期二（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，中心空气外壳，中心空气气腔。外壳空气气腔。外壳的半径等于空气的半径等于空气中次级电子的最中次级电子的最大射程，满足电大射程，满足电子平衡。与自由子平衡。与自由空气电离室具有空气电离室具有相同功能。相同功能。第26页，讲稿共101张，创作
19、于星期二（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）图（图（b）：将图）：将图（a）的空气外）的空气外壳压缩，而形成壳压缩，而形成固态的空气等效固态的空气等效外壳。该种材料外壳。该种材料中达到电子平衡中达到电子平衡的厚度可远小于的厚度可远小于自由空气的厚度。自由空气的厚度。第27页，讲稿共101张，创作于星期二（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）图（图（c）：指形电）：指形电离室的剖面图。离室的剖面图。壁材料一般选石墨，壁材料一般选石墨，内表面涂有导电材内表面涂有导电材料，形成一个电极。料，形成一个电极。中心中心 收集极由原收集极由原子序数较
20、低的材料子序数较低的材料制成。室壁与空气制成。室壁与空气外壳等效。外壳等效。第28页，讲稿共101张，创作于星期二（二）指形电离室（二）指形电离室（thimble chamber）Farmer型电离室型电离室第29页，讲稿共101张，创作于星期二二、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性，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。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响。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
21、：正确的使用方法：平行板电离室应使其前表面垂直于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射线束中射线的中心轴；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。心轴的入射方向相垂直。第30页，讲稿共101张，创作于星期二第31页，讲稿共101张，创作于星期二（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密度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极前可能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，影响电离效应和电离室相遇复合成中性原子或分子，影响电离效应和电
22、离室信号之间对应关系。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，复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作电压而合和扩散基本消除，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。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。第32页，讲稿共101张，创作于星期二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：复合与扩散消除，复合与扩散消除，
23、电流基本保持恒电流基本保持恒定。定。BCBC段：段：产生碰撞电离，产生碰撞电离，电流电流。第33页，讲稿共101张，创作于星期二（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，在辐射场中，会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流中，影响电产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中，影响电离室的灵敏度，这一效应称为离室的灵敏度，这一效应称为杆效应杆效应。电离室的杆效。电离室的杆效应一般较小（应一般较小（1%），但也有的电离室会高达），但也有的电离室会高达10，在实际应用中应尽量避免并给予校正。在实际应用中应尽量避免并给予校正。第3
24、4页，讲稿共101张，创作于星期二（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。电离室分别在两个电作校正。电离室分别在两个电压压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Q2。V1为正常为正常工作电压，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。利用二次多项式计算复合校正因子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)有不同的有不同的ai 值。值。第35页，讲稿共101张，创作于星
25、期二（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成收集效率的差异，这种差异可通过提移率不同造成收集效率的差异，这种差异可通过提高收
26、集电压而减少，但不能高收集电压而减少，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电离室灵敏体积以外收集到的电流也会引起电离室极化。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。极化效应应在性，取其测量平均值。极化效应应在0.5%。第36页，讲稿共101张，创作于星期二（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环境对非密闭电离室，电离室空腔中的空气密度随环境的温度和气压而变化。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，
27、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的量纲为的量纲为 0C，p的量纲为的量纲为 mbar(毫巴毫巴)，T为国家标准实验室校为国家标准实验室校准该电离室时准该电离室时(包括静电计包括静电计)的温度，一般都转换为的温度，一般都转换为20 0C。第37页，讲稿共101张，创作于星期二三、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气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，在空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，基本气中产生一对正负
28、离子对所消耗的电子动能，基本为一常数，即平均电离能为为一常数，即平均电离能为W/e33.97J/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荷；用电离室测量由电离辐射产生的电离电荷；（2）用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射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。沉积的能量，即吸收剂量。第38页，讲稿共101张，创作于星期二（一）中低能（一）中低能X（）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，电离室的室射线能量时，电离室的室壁可以满足电子平衡条件，介质中的吸收剂
29、量可以用相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同位置的照射量照射量转换。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)为传输系数，表示能量通过室壁为传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于的份额，其值略小于1。第39页，讲稿共101张，创作于星期二（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（BraggGray）空腔理论，电离辐射在介质中沉积）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介质中的的能量即吸收剂
30、量，可以通过测量其置放在介质中的小小气腔内的电离电荷量气腔内的电离电荷量转换得到。转换得到。在在气腔的直径远远小于次级电子的最大射程时，气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。腔的引入不会对次级电子的分布产生影响。这样介质吸这样介质吸收电离辐射的能量收电离辐射的能量Em与气腔中所产生的与气腔中所产生的电离量电离量Ja应有应有以下关系：以下关系：式中，式中，(S/)m/(S/)a为介质与空气的平均质量阻止本为介质与空气的平均质量阻止本领之比。此式为领之比。此式为“布喇格布喇格-格雷格雷”公式。公式。第40页，讲稿共101张，创作于星期二第41页，讲稿共1
31、01张，创作于星期二综合低能综合低能X（）射线和高能电离辐射（包括电子、）射线和高能电离辐射（包括电子、X（）射线等）的测量原理，需注意以下几点：）射线等）的测量原理，需注意以下几点：（1）中低能中低能X（）射线）射线，首先测量照射量，但电，首先测量照射量，但电离室壁材料不仅空气等效，而且室壁厚度要满足电子平离室壁材料不仅空气等效，而且室壁厚度要满足电子平衡条件；衡条件；（2）利用）利用布拉格格雷理论布拉格格雷理论测量吸收剂量时，就测量吸收剂量时，就不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只与介质实际吸收的能量有腔中产生的电离
32、电荷量只与介质实际吸收的能量有关。关。第42页，讲稿共101张，创作于星期二（3）对中低能）对中低能X（）射线测量时，只要电离室壁材）射线测量时，只要电离室壁材料和空气等效，对料和空气等效，对空腔的大小并没有实际的限制空腔的大小并没有实际的限制。如。如在空气中测量低水平辐射时，电离室的体积往往较在空气中测量低水平辐射时，电离室的体积往往较大。大。用空腔理论测量高能电离辐射的吸收剂量时，用空腔理论测量高能电离辐射的吸收剂量时，气腔应足够小气腔应足够小，一般要小于次级电子的最大射程，一般要小于次级电子的最大射程，但但也不能过分小也不能过分小，以致造成由次级电子电离产生的电子，以致造成由次级电子电离
33、产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格格雷关系式失效。大量跑出气腔，而使布拉格格雷关系式失效。第43页，讲稿共101张，创作于星期二小结：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（布拉格格雷空腔、电离室测量高能电离辐射原理（布拉格格雷空腔理论）理论）第44页，讲稿共101张，创作于星期二3 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。一、一、X（）射线质的确
34、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（）射线又分中低能）射线又分中低能X射线、射线、高能高能X射线、放射性核素产生的射线、放射性核素产生的射线，它们的射线射线，它们的射线质确定的方法不尽相同，需分别对待。质确定的方法不尽相同，需分别对待。第45页，讲稿共101张，创作于星期二（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，通常用半价层通常用半价层(HVL)表示。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
35、厚度，：为吸收体的厚度，：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/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射线机的球管电压射线机的球管电压的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材料的厚度的大小和使用的过虑板，分别用铝或铜材料的厚度来表示，如来表示，如2mm Al，0.5mm Cu等。等。第46页，讲稿共101张，创作于星期二（二）放射性核素产生的（二）放射性核素产生的射线射线 射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此能量射线由放射性核素特定能级衰变而来，因此能量是固定的是固定的，对钴，对钴-60，衰变过程中释放二条，衰变过程中释放二条 射
36、线，射线，其能量为其能量为1.17MeV和和1.33MeV，且概率相同。因此，且概率相同。因此平均能量为平均能量为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。一般用其一般用其核素名和辐射类型核素名和辐射类型表示，如钴表示，如钴-60射线、射线、铯铯-137射线等。射线等。第47页，讲稿共101张，创作于星期二（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表示，射线的射线质原则上也可以用半价层来表示，但是因高能但是因高能X射
37、线的穿透力较强，射线的穿透力较强，线性衰减系数随射线性衰减系数随射线质的变化比较小线质的变化比较小，因此高能，因此高能X射线的射线质通常用射线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，单位为百万伏或兆伏（）表示，单位为百万伏或兆伏（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电子束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。能量，但实际测量该值比较困难。第48页，讲稿共101张，创作于星期二第49页，讲稿共101张，创作于星期二（2）用辐射质指数（）用辐射质指数（radiatio
38、n quality index)表示表示 定义方法有两种：定义方法有两种：（a）保持源到探测器的距离（保持源到探测器的距离（SDD）等于源）等于源-轴距离轴距离（SAD），用水体模中），用水体模中20cm处处与与10cm处的组织体模处的组织体模比比TPR的比值表示。的比值表示。（b）保持源到水体模表面的距离（保持源到水体模表面的距离（SSD）等于源）等于源-轴距离（轴距离（SAD），用水体模中），用水体模中20cm处处与与10cm处的百处的百分深度剂量分深度剂量PDD的比值表示。的比值表示。第50页，讲稿共101张，创作于星期二10cm10cmSDD20cm10cm（a）10cm10cmSSD
39、20cm10cm（b）第51页，讲稿共101张，创作于星期二二、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，它的由于电子束是带电粒子，它的能谱能谱随着射线在介质随着射线在介质中的穿行而连续变化。中的穿行而连续变化。第52页，讲稿共101张，创作于星期二对于高能电子束，主要关心的是对于高能电子束，主要关心的是模体表面和水中特定模体表面和水中特定深度处的能量定义和表示方法深度处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，是表示电子束穿射介质的能力电子束穿射介质的能力和和确
40、定模体中不同深度处电子确定模体中不同深度处电子束平均能量束平均能量的一个重要参数。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曲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线或百分深度电离曲线的半峰值剂量深度R50（cm）表示。表示。第53页，讲稿共101张，创作于星期二第54页，讲稿共101张，创作于星期二 若若R50,d由由固定源固定源探测器距离探测器距离来测定，平均能量为：来测定，平均能量为：若若R50,d或或R50,i 由由固定源固定源体模表面距离体模表面距离来测定，平来测定，平均能量为：均能量为：或或:第55页，讲稿共101张，创作于
41、星期二（二）模体表面的最大可几能量（二）模体表面的最大可几能量 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。确定。射程的测量应在较大的射野和源射程的测量应在较大的射野和源体模表面的体模表面的距离距离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150MeV能量范围内，误差为能量范围内，误差为2。第56页，讲稿共101张，创作于星
42、期二（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 ，可近似用其表面，可近似用其表面平均能量平均能量 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（E010MeV)或或较高电较高电子束能量时较小深度处时成立。子束能量时较小深度处时成立。第57页，讲稿共101张，创作于星期二小结：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第58页，讲稿共101张，创作于星期二4 吸收剂量的
43、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，实际设计和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（指形电离室制作是很困难的，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要，往和平行板电离室），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，将现场电离室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收剂量之前，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，并选择和确定与之相适应的相关系必须进行校准，并选择和确定与之相适应的相关系数。数。第59页，讲稿共101张，创作于星期二校
44、准完成单位：校准完成单位：国家级的计量监督部门，作为一级国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递的地方家标准实验室，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。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号技号技术报告及其修订版推荐的术报告及其修订版推荐的X（）射线和电子束吸收）射线和电子束吸收剂量测量的技术规程。我国国家技术监督局根据这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，于一技术规程，于1991年颁布了国家计量技术规范，并年颁布了国家计量技术规范，并于
45、于1992年实施。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 中国计量出中国计量出版社版社 1991第60页，讲稿共101张，创作于星期二一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术一、吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术要求要求 由有照射量基准或空气比释动能基准的标准实验室，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（电离室和静电计）进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子行校准和检验，给出相关的照射量校准因子Nx或空或空气比释动能校准因子气比释动能校准因子Nk。一般都是在水模体（简
46、称水箱）中进行的。因为人体一般都是在水模体（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，是通过在水模体中测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。得的吸收剂量转换后得到的。第61页，讲稿共101张，创作于星期二第62页，讲稿共101张，创作于星期二不同辐射质有效测量点不同辐射质有效测量点Peff的位置，的位置，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 有效测量点有效测量点Peff，修正，修正电离电离室气腔内
47、电离辐射注量的梯室气腔内电离辐射注量的梯度变化度变化。第63页，讲稿共101张，创作于星期二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，如为了克服水中吸收剂量梯度变化对剂量校准的影响，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，此为电离室应置于一特定深度，此为校准深度校准深度。第64页，讲稿共101张，创作于星期二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散射线如果在测量位置处，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，则的注量在两种介质中相同，则固体体模中吸收
48、剂量转固体体模中吸收剂量转换到水中吸收剂量换到水中吸收剂量公式为：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为散射为散射校正因子（因固体材料的电子密度比水的要大，需校正因子（因固体材料的电子密度比水的要大，需作额外散射校正）；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。第65页，讲稿共101张，创作于星期二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 如果在固体材料和水体模中，最大剂量深度如果在固体材料和水体模中，最大剂量
49、深度d dmaxmax处电子处电子的能谱和注量相同，则在水和固体中的吸收剂量为：的能谱和注量相同，则在水和固体中的吸收剂量为：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0.150MeV能量能量范围内是常数。如下表：范围内是常数。如下表：水水/聚苯乙烯聚苯乙烯 水水/有机玻有机玻璃璃 1.030 1.033第66页，讲稿共101张，创作于星期二一般在一般在d dmaxmax处电子的能谱和注量不相同，水和介质中处电子的能谱和注量不相同，水和介质中吸收剂量关系为：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
50、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 第67页，讲稿共101张，创作于星期二二、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的照射量基准或空气比释动能基准校准后，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