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1、电离辐射吸收剂量的测量电离辐射吸收剂量的测量为什么要对放射线进行测量？为什么要对放射线进行测量？在在应应用用放放射射线线进进行行诊诊断断和和治治疗疗中中，我我们们需需了了解解放放射射源源所所输输出出的的射射线线强强度度，以以确确定定所所采采取取的的照照射射量量是是否否符符合合临床的要求；临床的要求；需需要要定定量量测测量量被被照照射射的的肢肢体体或或病病灶灶所所吸吸收收的的射射线线剂剂量量的大小，从而判断能否达到预期的疗效；的大小，从而判断能否达到预期的疗效；需需要要对对X、射射线线或或其其他他类类型型的的辐辐射射所所形形成成的的射射线线场场进进行行定定量量测测量量，以以判判断断对对辐辐射射所
2、所设设置置的的屏屏蔽蔽，为为工工作作人人员员所所提提供供的的放放射射防防护护水水平平能能否否达达到到国国家家所所规规定定的的安安全标准。全标准。放射线测量的分类：放射线测量的分类：通通常常医医学学放放射射诊诊断断治治疗疗过过程程中中，所所涉涉及及的的射射线线的的测测量量可分成两种情况：可分成两种情况：一一是是辐辐射射场场分分布布的的测测量量。如如机机房房内内射射线线分分布布、机机房房外外透透射射线线、散散射射线线强强度度，放放射射源源输输出出量量的的大大小小等等等等。这这种种情情况况通通常常我我们们以以照照射射量量大大小小来来反反映映射射线线强强度度的的分分布布，因此，人们建立了照射量的测量方
3、法。因此，人们建立了照射量的测量方法。二二是是放放射射学学诊诊断断、治治疗疗中中被被检检者者、患患者者所所接接收收的的吸吸收收剂剂量量的的测测量量。虽虽然然照照射射量量与与吸吸收收剂剂量量相相比比，是是一一个个辅辅助助量量，但但直直到到现现在在，它它的的测测量量仍仍然然是是很很重重要要的的。这这是是因因为为，由由测测得得某某点点的的照照射射量量可可以以方方便便地地换换算算出出其其他他物物质中的吸收剂量。质中的吸收剂量。辐辐射射测测量量的的基基础础：放放射射线线与与物物质质相相互互作作用用可可以以产产生生各种效应，这些效应都可以成为射线测量的基础。各种效应，这些效应都可以成为射线测量的基础。如如
4、应应用用射射线线的的电电离离作作用用、热热作作用用、感感光光作作用用、荧荧光光作作用用可可以以制制作作各各种种电电离离室室，闪闪烁烁计计数数器器、荧荧光光玻玻璃璃剂量计、热释光剂量计、胶片剂量计等。剂量计、热释光剂量计、胶片剂量计等。在在对对射射线线测测定定时时，应应根根据据实实际际情情况况，考考虑虑仪仪器器的的测测量量量量程程、能能量量响响应应、读读数数建建立立时时间间、仪仪器器的的灵灵敏敏度度、精确度等因素。精确度等因素。主要内容主要内容1l照射量的标准测量照射量的标准测量1.自由空气电离室自由空气电离室2.实用型电离室实用型电离室3.实用型电离室实用型电离室4.电离室的校准电离室的校准5
5、.电离电荷测量电流电离电荷测量电流6.特殊电离室特殊电离室主要内容主要内容2l吸收剂量的吸收剂量的测量测量1.基本测量基本测量方法方法2.电离室电离室方法方法3.其他方法（其他方法（固体方法固体方法、化学方法）、化学方法）第一节第一节照射量的测量照射量的测量照照射射量量实实际际上上是是以以X、射射线线在在空空气气中中产产生生的的电电离离电电荷荷的的数数量量来来反反映映射射线线强强度度的的物物理理量量，对对照照射射量量的的测测量量就就涉涉及及到到如如何何收收集集、测测量量X、射射线线所产生的微量电离电荷。所产生的微量电离电荷。在在实实际际应应用用中中，电电离离电电荷荷的的收收集集、测测量量是是通
6、通过过空气电离室来实现的。空气电离室来实现的。自由空气电离自由空气电离室基本结构，室基本结构，C为收集极为收集极l l一、自由空气电离室一、自由空气电离室一、自由空气电离室一、自由空气电离室自由空气电离室结构：自由空气电离室结构：自由空气电离室结构：自由空气电离室结构：l l测量体积测量体积测量体积测量体积l l收集体积收集体积收集体积收集体积l l保护电极保护电极保护电极保护电极l l收集电极收集电极收集电极收集电极l l测量体积的周围的带测量体积的周围的带测量体积的周围的带测量体积的周围的带电粒子平衡要求电粒子平衡要求电粒子平衡要求电粒子平衡要求第 一节 照射量的标准测量图中阴影部分称为图
7、中阴影部分称为“测量体积测量体积V”，即即X射线束通过射线束通过的、正对收集电极的那部分空气体积，也就是需的、正对收集电极的那部分空气体积，也就是需要隔离的，质量已知的那部分空气的体积。要隔离的，质量已知的那部分空气的体积。当当X射线从射线从X线管焦点发出射入电离室后，在整个线管焦点发出射入电离室后，在整个电离室内都会产生电离。因此，电离室的电极板电离室内都会产生电离。因此，电离室的电极板与与X射线束边缘的距离应大于次级电子在空气中的射线束边缘的距离应大于次级电子在空气中的射程，使得电子在其能量耗尽之前不能直接跑到射程，使得电子在其能量耗尽之前不能直接跑到电极，从而保证电子完全阻止在空气之中，
8、其能电极，从而保证电子完全阻止在空气之中，其能量全部用于在电离室内引起空气电离。量全部用于在电离室内引起空气电离。图图中中与与收收集集电电极极C相相对对的的体体积积为为“收收集集体体积积”，即即收收集集电电极极上上方方次次级级电电子子产产生生电电离离的的那那部部分分体体积积。凡凡在在“收收集集体体积积”内内产产生生的的离离子子，其其中中的的一一种种符符号的离子将在电场作用下全部移向收集电极。号的离子将在电场作用下全部移向收集电极。为为了了消消除除使使“收收集集体体积积”外外产产生生的的次次级级电电子子在在“测测量量体体积积”内内电电离离电电荷荷的的贡贡献献，“收收集集体体积积”周周围围空空气气
9、厚厚度度必必须须大大于于次次级级电电子子的的最最大大射射程程，从从而而使次级电子在电离室内达到使次级电子在电离室内达到“电子平衡电子平衡”。l收集电极收集电极用来收集电离室内产生的某一种符号的用来收集电离室内产生的某一种符号的离子，它被接到测量电荷的静电计上。离子，它被接到测量电荷的静电计上。l保护电极与收集电极相互隔开，但具有相同的电保护电极与收集电极相互隔开，但具有相同的电位，用以使收集电极上的电场均匀，保证中间区位，用以使收集电极上的电场均匀，保证中间区域的电力线垂直于电极。域的电力线垂直于电极。l自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准实验室
10、所配置，作为标准，对现场使用的电离室实验室所配置，作为标准，对现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适合于在现场使用。型剂量仪进行校准，并不适合于在现场使用。在在电电子子平平衡衡条条件件下下，收收集集电电极极收收集集到到的的一一切切离离子子是是由由“测测量量体体积积”内内被被X射射线线击击出出的的次次级级电电子子所所形形成成的的，设设这这些些被被收收集集的的离离子子总总电电荷荷量量为为Q（库库仑）。仑）。“测量体积测量体积”内空气的质量为内空气的质量为m。m=V式式中中，为为标标准准状状况况下下（0760毫毫米米汞汞柱柱）的的空空气气密密度度。V为为“测测量量体体积积”内内空空气气的的有有效效
11、体体积积。X线的照射量为：线的照射量为：测量体积的确定测量体积的确定l l一、自由空气电离室一、自由空气电离室一、自由空气电离室一、自由空气电离室l在发散的情况下，能量注量按离开射线源距离在发散的情况下，能量注量按离开射线源距离的平方减少，而射线束的截面积则随这一距离的平方减少，而射线束的截面积则随这一距离的平方而增大。因而在离开射线源的不同距离的平方而增大。因而在离开射线源的不同距离上，射线束的截面积与该截面上的能量注量的上，射线束的截面积与该截面上的能量注量的乘积为常数，即乘积为常数，即但是必须注意，由于入射口至但是必须注意，由于入射口至“测量体积测量体积”间间空气对空气对X线的吸收、离子
12、复合、散射光子形成线的吸收、离子复合、散射光子形成的多余电子，阻止于电离室壁中的电子损失，的多余电子，阻止于电离室壁中的电子损失，以及由于温度与气压偏离标准状况而引起的空以及由于温度与气压偏离标准状况而引起的空气密度的变化等，很难完全达到电子平衡及空气密度的变化等，很难完全达到电子平衡及空气质量的稳定。气质量的稳定。因此，所测照射量往往偏离正确值，须进行适因此，所测照射量往往偏离正确值，须进行适当校正。当校正。l lKiKi是仪器和测量过程中存在的许多缺陷所引进的是仪器和测量过程中存在的许多缺陷所引进的是仪器和测量过程中存在的许多缺陷所引进的是仪器和测量过程中存在的许多缺陷所引进的各种修正因子
13、，其中包括入射线束从入口光栏到测各种修正因子，其中包括入射线束从入口光栏到测各种修正因子，其中包括入射线束从入口光栏到测各种修正因子，其中包括入射线束从入口光栏到测量体积这一距离上的衰减引起的电荷补偿不足，散量体积这一距离上的衰减引起的电荷补偿不足，散量体积这一距离上的衰减引起的电荷补偿不足，散量体积这一距离上的衰减引起的电荷补偿不足，散射光子形成的多余电子产生的额外电离，阻止在电射光子形成的多余电子产生的额外电离，阻止在电射光子形成的多余电子产生的额外电离，阻止在电射光子形成的多余电子产生的额外电离，阻止在电离室壁中的电子损失，离子收集过程中造成的复合离室壁中的电子损失，离子收集过程中造成的
14、复合离室壁中的电子损失，离子收集过程中造成的复合离室壁中的电子损失，离子收集过程中造成的复合损失，以及由于温度和气压偏离标准状况而引起的损失，以及由于温度和气压偏离标准状况而引起的损失，以及由于温度和气压偏离标准状况而引起的损失，以及由于温度和气压偏离标准状况而引起的空气电离密度的变化空气电离密度的变化空气电离密度的变化空气电离密度的变化等等等等。二、实用型电离室二、实用型电离室标标准准型型电电离离室室体体积积庞庞大大，应应用用技技术术较较为为复复杂杂，当当X X、光光子子能能量量较较高高时时，建建立立“电电子子平平衡衡”的的空空气气厚厚度度较较大大，因因此此它它只只能能作作为为标标准准电电离
15、离室室放放置置在在国国家家标标准准实实验验室室内内作作为为次次级级标标准准计计量量仪仪使使用，而不能作为现场测量仪器。用，而不能作为现场测量仪器。如如果果我我们们将将“收收集集体体积积”外外的的空空气气进进行行压压缩缩，则则既既能能满满足足“电电子子平平衡衡”条条件件，同同时时又又可可以以大大大缩小电离室体积。大缩小电离室体积。l压缩的空气壁可用空气等效材料代替，从而可压缩的空气壁可用空气等效材料代替，从而可以制成实用型空气等效电离室。以制成实用型空气等效电离室。l电离室壁材料与空气的有效原子序数愈接近，电离室壁材料与空气的有效原子序数愈接近，则实用型电离室与标准电离室的等效性愈好。则实用型电
16、离室与标准电离室的等效性愈好。l图（图（a）表示的电离室设想有圆形空气外壳，中）表示的电离室设想有圆形空气外壳，中心为充有空气的气腔。心为充有空气的气腔。l假定空气外壳的半径等于电离辐射在空气中产生假定空气外壳的半径等于电离辐射在空气中产生的次级电子的最大射程，满足进入气腔中的电子的次级电子的最大射程，满足进入气腔中的电子数与离开的相等，电子平衡就存在。数与离开的相等，电子平衡就存在。l此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具有此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具有相同的功能。相同的功能。（一）实用型电离室（一）实用型电离室l如果将图（如果将图（a）中的空气外壳压缩，则可形成）中的空气外壳
17、压缩，则可形成图（图（b）所示的固态的空气等效外壳。所谓）所示的固态的空气等效外壳。所谓空空气等效气等效就是该种物质的有效原子序数与空气有就是该种物质的有效原子序数与空气有效原子序数相等。效原子序数相等。l由于固体空气等效材料的密度远大于自由空气由于固体空气等效材料的密度远大于自由空气密度，该种材料中达到电子平衡的厚度可远小密度，该种材料中达到电子平衡的厚度可远小于自由空气厚度。于自由空气厚度。l例如，对例如，对100250kV的的X射线，其空气等效壁射线，其空气等效壁的厚度约为的厚度约为1mm，就可达到电子平衡。，就可达到电子平衡。（一）实用型电离室（一）实用型电离室（一）实用型电离室（一）
18、实用型电离室图图7-27-2c c是一个典型的实用型柱形电离室示意图。是一个典型的实用型柱形电离室示意图。电电离离室室室室壁壁材材料料与与中中心心电电极极的的有有效效原原子子序序数数应应与自由空气基本等效。与自由空气基本等效。这这一一前前提提可可以以保保证证电电离离室室室室壁壁内内释释放放的的次次级级电电子的能谱与空气相似。子的能谱与空气相似。最常用的室壁材料有石墨、电木或塑料。最常用的室壁材料有石墨、电木或塑料。实实际际上上室室壁壁材材料料的的有有效效原原子子序序数数一一般般低低于于空空气气的的有有效效原原子子序序数数7.677.67，接接近近于于石石墨墨的的有有效效原原子子序数序数6.06
19、.0。结结果果造造成成室室壁壁电电子子在在空空气气腔腔内内产产生生的的电电离离略略小小于于在在自由空气电离室中产生的电离；自由空气电离室中产生的电离；但但中中心心电电极极的的原原子子序序数数通通常常比比较较大大，用用石石墨墨或或铝铝制制成成的的收收集集极极，它它的的尺尺寸寸和和它它在在电电离离室室中中的的位位置置、几几何形状可为上述损失提供补偿。何形状可为上述损失提供补偿。由由于于不不同同能能量量的的X X、射射线线产产生生的的次次级级电电子子的的射射程程不同，故不同，故应选应选用不同厚度室壁的用不同厚度室壁的电电离室。离室。l在电离室的内壁涂有一层导电材料，形成一个在电离室的内壁涂有一层导电
20、材料，形成一个电极；另一个电极位于中心，是用较低原子序电极；另一个电极位于中心，是用较低原子序数材料（如石墨或铝）制成的收集极。数材料（如石墨或铝）制成的收集极。l目前普遍使用的是目前普遍使用的是Farmer型指形电离室，它型指形电离室，它是英国物理学家是英国物理学家Farmer最初设计，后由最初设计，后由Aird和和Farmer改进的，该电离室有很好的能量响改进的，该电离室有很好的能量响应特性（应特性（1%4%）。）。Farmer型电离室基本结构型电离室基本结构Farmer型电离室能量响应曲线型电离室能量响应曲线l电离室壁材料为纯石墨电离室壁材料为纯石墨(纯度纯度99.99)，中心收，中心收
21、集电极为纯铝材料集电极为纯铝材料(纯度纯度99.5)，极间绝缘材，极间绝缘材料为聚三氯乙烯料为聚三氯乙烯-氟乙烯化合物氟乙烯化合物(PTCFE)，灵，灵敏体积为敏体积为0.61土土0.01cm2。l经实验确定，中心收集极的直径经实验确定，中心收集极的直径1.0mm，在灵，在灵敏体积中的长度为敏体积中的长度为20.5mm，使该种电离室有，使该种电离室有很好的能量响应特性很好的能量响应特性(1一一4)。l目前，一般常用与空气等效的材料做成不同厚目前，一般常用与空气等效的材料做成不同厚度的平衡罩，当测定较高能度的平衡罩，当测定较高能X、射线时，需在射线时，需在原来电离室室壁上套上适当厚度的平衡罩。原
22、来电离室室壁上套上适当厚度的平衡罩。l但实用型电离室很难同时满足上述条件。但实用型电离室很难同时满足上述条件。l为此，在实际中，需要用自由空气电离室来对为此，在实际中，需要用自由空气电离室来对实用型电离室做校准刻度。实用型电离室做校准刻度。l通过使用两种电离室同时测量已知强度的通过使用两种电离室同时测量已知强度的X、射线源，给出实用型电离室测量校准因子，射线源，给出实用型电离室测量校准因子，用于校正实用型电离室所测照射量值。用于校正实用型电离室所测照射量值。电离室在使用一段时间后仍需校准，校对时室温一电离室在使用一段时间后仍需校准，校对时室温一般为般为2020，气压为，气压为760760毫米汞
23、柱。但在实际应用时，毫米汞柱。但在实际应用时，往往偏离校正时的气温和气压，造成测量误差，故往往偏离校正时的气温和气压，造成测量误差，故对所测的数值应进行温度、气压校正。其校正系数对所测的数值应进行温度、气压校正。其校正系数K KTPTP为：为：其中，其中，t t为测量时气温（为测量时气温（tt）；）；P P为测量时气压为测量时气压（毫米汞柱）。（毫米汞柱）。（三）、电离电荷测量电流（三）、电离电荷测量电流由由于于X X、射射线线在在电电离离室室中中产产生生的的电电离离电电荷荷量量非非常常小小，所所形形成成的的电电离离电电流流在在1010-6-6-10-10-15-15A A之之间间，因因此此测
24、测量量如如此此微微弱弱的的电电流流信信号号就就要要求求其其测测量量电电路路要要有有较较强强的的抗抗干干扰扰性性，有有较较高高的的输输入入阻阻抗抗，有有较较大大的的放放大大倍倍数。数。一一般般情情况况下下，我我们们不不直直接接测测量量电电离离电电流流，而而是是通通过过一一个个积积分分放放大大器器，将将电电离离电电流流在在一一个个积积分分电电容容上上充充电电，通通过过测测量量积积分分电电容容两两端端的的积积分分电电压压来来推推算算积积分分电电荷荷量量。图图7-37-3为为常常用用的的电电荷荷测测量量电电路路。根根据据运运算算放大器工作原理：放大器工作原理：（四）特殊电离室（四）特殊电离室l指形电离
25、室不适合测量表面剂量，对于高能光指形电离室不适合测量表面剂量，对于高能光子束，为了测量在建成区内的剂量，探测器必子束，为了测量在建成区内的剂量，探测器必须很薄以至于穿过灵敏体积时没有剂量梯度；须很薄以至于穿过灵敏体积时没有剂量梯度；另外，电离室受照射野的影响不明显。另外，电离室受照射野的影响不明显。l为了满足上述要求，设计了一些特殊电离室如为了满足上述要求，设计了一些特殊电离室如外推电离室和平行板电离室。外推电离室和平行板电离室。（四）特殊电离室（四）特殊电离室l外推电离室实际上是一个空腔体积可以改变的外推电离室实际上是一个空腔体积可以改变的平行板电离室，原先是为测量平行板电离室，原先是为测量
26、X()射线吸收剂射线吸收剂量设计的，现在更多地用来测定电子束的吸收量设计的，现在更多地用来测定电子束的吸收剂量。剂量。l通过测量以电极间距离作为函数的单位体积内通过测量以电极间距离作为函数的单位体积内的电流，然后利用外推空腔体积无限小时（电的电流，然后利用外推空腔体积无限小时（电极间距离为零）来估计表面剂量。极间距离为零）来估计表面剂量。（四）（四）特殊电离室特殊电离室l平行板电离室除电极间距离不能变化外，类似于平行板电离室除电极间距离不能变化外，类似于外推电离室。平行板电离室电极间的距离很小外推电离室。平行板电离室电极间的距离很小（2mm），壁或窗非常薄（），壁或窗非常薄（0.010.03m
27、m）。）。l许多国家和国际学术组织都推荐使用平行板电离许多国家和国际学术组织都推荐使用平行板电离室用来校准放射治疗中的电子束。室用来校准放射治疗中的电子束。第二节第二节 吸收剂量的测定吸收剂量的测定对对医医学学和和辐辐射射防防护护学学有有意意义义的的量量是是物物质质中中某某点点的的吸吸收收剂剂量。量。根根据据吸吸收收剂剂量量的的定定义义，为为了了测测定定物物质质中中某某点点的的吸吸收收剂剂量量，需需要要测测量量射射线线在在介介质质中中该该点点沉沉积积的的能能量量的的大大小小，然然而而直直接接测测量量射射线线在在该该点点沉沉积积的的能能量量是是很很困困难难的的，通通常常情情况况下下要要利利用用探
28、探头头取取代代该该点点为为中中心心的的一一小小块块物物质质，用用该该探探头头测测量量物物质质中中该该点点吸吸收收射射线线能能量量后后产产生生的的理理化化变变化化，间间接接反反映映该该点点吸吸收收的的射射线线能能量量，经经过过适适当当校校准准、刻刻度度，从从而而给给出出该该点点吸吸收收剂剂量量大大小小。因因此此选选用用的的探探头头应应该该足足够够小小，使使它它的的引引入入并并不不显显著著地干地干扰扰原来原来辐辐射射场场的分布。的分布。一、吸收剂量的基本测量法一、吸收剂量的基本测量法任任何何一一种种物物质质，当当其其受受到到辐辐射射照照射射后后，其其吸吸收收的的射射线线能能量量将将以以热热的的形形
29、式式表表现现出出来来，吸吸收收的能量越大，则产生的热量亦越高。的能量越大，则产生的热量亦越高。将将介介质质吸吸收收的的能能量量与与其其释释放放的的热热量量进进行行已已知知的的吸吸收收能能量量与与热热量量的的刻刻度度，就就可可以以定定量量给给出出吸收剂量的大小。吸收剂量的大小。量热计正是基于这样的原理制成的。量热计正是基于这样的原理制成的。在吸收介质内要测定吸收剂量的部位，放一小在吸收介质内要测定吸收剂量的部位，放一小体积的吸收体，用它作为吸收剂量量热计的敏体积的吸收体，用它作为吸收剂量量热计的敏感材料，它与周围介质必须达到热绝缘。感材料，它与周围介质必须达到热绝缘。吸收体吸收了射线能量后，温度
30、升高，借助微吸收体吸收了射线能量后，温度升高，借助微型测温器件（热电偶或热敏电阻）测出吸收体型测温器件（热电偶或热敏电阻）测出吸收体温升，计算出吸收体吸收的能量，以求出小块温升，计算出吸收体吸收的能量，以求出小块吸收体材料中的吸收量吸收体材料中的吸收量D D：dm为吸收体质量；为吸收体质量；d为射线授与该吸收物体平为射线授与该吸收物体平均能量；均能量；dE为以热量形式出现的能量。为以热量形式出现的能量。在在实实际际测测量量中中，以以热热量量形形式式出出现现的的能能量量，并并非非是是直直接接测测量量出出来来的的，而而是是根根据据导导热热系系统统计计算算出出来来的的。其其具具体体做做法法是是：把把
31、已已知知的的电电能能dEdEc c，通通过过导导线线引引入入电电加加热热丝丝，对对吸吸收收体体加加热热，观观察察其其相相应应的的温温升升dTdTc c，这这样样dEdEc c/dT/dTc c便便表表示示每每单单位位温温升升相相应的能量吸收。应的能量吸收。在在射射线线照照射射过过程程中中，若若测测得得吸吸收收体体的的温温升升dTdT，并并忽忽略略其其他他因因素素的的影影响响，则则可可利利用用下下式式求求得得吸吸收体的吸收剂量。收体的吸收剂量。但是，射线照射物质时所产生的热量是非常微小。但是，射线照射物质时所产生的热量是非常微小。例例如如，水水吸吸收收1 1GyGy的的吸吸收收剂剂量量时时，其其
32、温温升升只只有有2.4102.410-4-4，通通常常量量热热计计常常用用石石墨墨做做吸吸收收体体，石石墨墨吸吸收收1 1GyGy的的吸吸收收剂量时，温升约剂量时，温升约1.4101.410-3-3。即即使使在在X X线线治治疗疗中中，组组织织吸吸收收5050GyGy的的吸吸收收剂剂量量时时，温温度也不过上升度也不过上升0.0120.012。l如此微小的温度变化，通常很难进行测量，必如此微小的温度变化，通常很难进行测量，必须借助非常灵敏的微型测温仪器。须借助非常灵敏的微型测温仪器。l因此，因此，量热法量热法虽然是测定吸收剂量的标准方法，虽然是测定吸收剂量的标准方法，但是，因为制造和使用时技术较
33、为复杂，只能但是，因为制造和使用时技术较为复杂，只能作为标准仪器使用，以校准其他测定吸收剂量作为标准仪器使用，以校准其他测定吸收剂量的仪器。的仪器。二、电离室测定法二、电离室测定法l根据电离室的工作原理，可以看出它的作根据电离室的工作原理，可以看出它的作用是用来测量电离辐射在空气中或在空气用是用来测量电离辐射在空气中或在空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。l而在空气中每产生一正负离子对所消耗的而在空气中每产生一正负离子对所消耗的电子动能，对所有能量的电子来讲，基本电子动能，对所有能量的电子来讲，基本是一常数，即平均电离能为是一常数，即平均电离能为二、电离室测
34、定法二、电离室测定法l显然用电离室测量吸收剂量可分为两步：首先显然用电离室测量吸收剂量可分为两步：首先测量由电离辐射产生的电离电荷，然后利用空测量由电离辐射产生的电离电荷，然后利用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射所沉积气的平均电离能计算并转换成电离辐射所沉积的能量，即吸收剂量。的能量，即吸收剂量。l由于电离室本身特性的限制，采用这种方法测由于电离室本身特性的限制，采用这种方法测量吸收剂量时，对不同能量的电离辐射，依据量吸收剂量时，对不同能量的电离辐射，依据的基础和计算方法有所不同。的基础和计算方法有所不同。Q为在空气腔中释放出的电离电荷，为空腔中的空气密度，V为空腔体积，A为传输系数，表示
35、能量通过室壁的份额，其值略小于1。1.中低能中低能X（）射线吸收剂量的测量）射线吸收剂量的测量实用型电离室可直接用于照射量的测量。条件是：实用型电离室可直接用于照射量的测量。条件是：l（1）它与空气等效；）它与空气等效；l（2）它的气腔体积能够准确得知；）它的气腔体积能够准确得知；l（3）它的室壁厚度足以提供电子平衡。）它的室壁厚度足以提供电子平衡。因因此此，在在满满足足电电子子平平衡衡的的前前提提下下，1 1库库仑仑千千克克的的照照射射量量，能能使使每每千千克克标标准准空空气气吸吸收收射射线线的的能能量量为为：33.33.9797戈瑞。戈瑞。若若在在空空气气中中已已测测知知某某点点处处X X
36、线线的的照照射射量量为为X X，那那么么这这一一点空气的吸收剂量为：点空气的吸收剂量为：D D空气空气=33.=33.97X97X戈瑞戈瑞 对于对于X、射线，在空气中最容易测得的是照射量射线，在空气中最容易测得的是照射量（X），），按上面的公式即可计算出空气的吸收剂量。按上面的公式即可计算出空气的吸收剂量。1.中低能中低能X（）射线吸收剂量的测量）射线吸收剂量的测量但但在在实实际际工工作作中中，常常常常需需要要知知道道其其他他物物质质的的吸吸收收剂剂量量，尤尤其其在在对对辐辐射射效效应应的的研研究究中中，在在放放射射治治疗疗剂剂量量计计算算时时，需需要要知知道道生生物物组组织织中中某点处的吸收
37、剂量。某点处的吸收剂量。直直接接测测量量组组织织的的吸吸收收剂剂量量是是有有困困难难的的，往往往往借助体模进行测量。借助体模进行测量。l设没有体模存在时，射线在空间一点的能量设没有体模存在时，射线在空间一点的能量注量为注量为a，根据吸收剂量与能量注量的关系，根据吸收剂量与能量注量的关系，在电子平衡条件下，该点空气吸收剂量为：在电子平衡条件下，该点空气吸收剂量为：l当体模存在时，在体模内该点的吸收剂量为：当体模存在时，在体模内该点的吸收剂量为：当体模存在时，在体模内该点的吸收剂量为：当体模存在时，在体模内该点的吸收剂量为：A A为传输系数，数值上等于相同位置处的为传输系数，数值上等于相同位置处的
38、m m/a a 2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量l用电离室测量照射量，然后转换为吸收剂量的用电离室测量照射量，然后转换为吸收剂量的方法，其前提条件是必须建立电子平衡而它方法，其前提条件是必须建立电子平衡而它只能在只能在X()射线的能量不高于射线的能量不高于2MVX射线或钻射线或钻-60射线的能量时才能达到。射线的能量时才能达到。l另外照射量的定义仅适用于另外照射量的定义仅适用于X()光子辐射，不光子辐射，不能用于其他类型的电离辐射如电子和中子等。能用于其他类型的电离辐射如电子和中子等。l布喇格布喇格-戈瑞（戈瑞（BraggGray）空腔理论不受）空腔理论不受这些限制，能
39、直接用电离室在介质中测量来计这些限制，能直接用电离室在介质中测量来计算吸收剂量。算吸收剂量。2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量l布喇格布喇格-戈瑞空腔理论认为，电离辐射在介质戈瑞空腔理论认为，电离辐射在介质中的沉积能量即介质吸收剂量，可通过测量其中的沉积能量即介质吸收剂量，可通过测量其放置在介质中的小气腔内的电离电荷量转换。放置在介质中的小气腔内的电离电荷量转换。2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量l设在一均匀介质中，有一充有空气的气腔，电设在一均匀介质中，有一充有空气的气腔，电离辐射如离辐射如X（）射线，其在介质中产生的次级）射线，其在介质中产生的次
40、级电子穿过气腔时会在其中产生电离，这种电离电子穿过气腔时会在其中产生电离，这种电离可以是可以是X（）射线在气腔空气中产生的次级电）射线在气腔空气中产生的次级电子所致（称为子所致（称为“气体作用气体作用”）；也可以是在电离）；也可以是在电离室空气等效壁材料中产生的次级电子所致（称室空气等效壁材料中产生的次级电子所致（称为为“室壁作用室壁作用”）。）。布喇格戈瑞空腔理论示意图布喇格戈瑞空腔理论示意图2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量l假定气腔的直径远小于次级电子的最大射程，假定气腔的直径远小于次级电子的最大射程，则以下三个假设成立：则以下三个假设成立：lX（）射线在空腔中所产
41、生的次级电子的）射线在空腔中所产生的次级电子的电离可以忽略；电离可以忽略；l气腔的引入并不影响次级电子的注量及能谱气腔的引入并不影响次级电子的注量及能谱分布；分布；l气腔周围的邻近介质中，气腔周围的邻近介质中，X（）射线的辐）射线的辐射场是均匀的。射场是均匀的。2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能电离辐射吸收剂量的测量l气腔的引入并不改变次级电子的分布，则空腔气腔的引入并不改变次级电子的分布，则空腔位置上介质的吸收剂量位置上介质的吸收剂量Dm与气腔中所产生的与气腔中所产生的电离量电离量Ja有如下关系：（即为布喇格有如下关系：（即为布喇格-戈瑞关戈瑞关系式）系式）2.高能电离辐射吸收剂量的测量高能
42、电离辐射吸收剂量的测量l质量阻止本领定义为带电粒子在密度为质量阻止本领定义为带电粒子在密度为的介的介质中穿过路程质中穿过路程dl时，一切形式的能量损失时，一切形式的能量损失dE除除以以d dl而得的商，用符号而得的商，用符号或或表示。表示。2.高能电离辐射吸收剂量的高能电离辐射吸收剂量的测量测量l综合中低能综合中低能X（）射线和高能辐射（包括电子、）射线和高能辐射（包括电子、X（）射线等）的测量原理，应注意：）射线等）的测量原理，应注意：l中低能中低能X（）射线吸收剂量的测量，首先测量的是照）射线吸收剂量的测量，首先测量的是照射量，但电离室壁材料不仅要空气等效，而且壁厚要射量，但电离室壁材料不
43、仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。满足电子平衡条件。l用布喇格用布喇格-戈瑞空腔理论测量吸收剂量时，就不需要电戈瑞空腔理论测量吸收剂量时，就不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只和介质中实际吸收的能量有关。对中低电离电荷量只和介质中实际吸收的能量有关。对中低能能X（）射线测量时，只要电离室壁材料和空气等效，）射线测量时，只要电离室壁材料和空气等效，对空腔的大小没有特别的限制，如在空气中测量低水对空腔的大小没有特别的限制，如在空气中测量低水平辐射，电离室体积往往较大。平辐射，电离室体积往往较大。l用空腔理论测量高能
44、电离辐射的吸收剂量时，气腔应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，一般应小于次级电子的最大射程，但也不能足够小，一般应小于次级电子的最大射程，但也不能过分小，以致造成有次级电离产生的电子大量跑出气过分小，以致造成有次级电离产生的电子大量跑出气腔，而使布喇格腔，而使布喇格-戈瑞关系式失效。戈瑞关系式失效。三、吸收剂量的其他测量方法三、吸收剂量的其他测量方法除除了了利利用用电电离离室室进进行行吸吸收收剂剂量量测测量量以以外外，在在实实际际测测量量时时，由由于于射射线线强强度度的的差差别别及及电电离离室室体体积积的的限限制制，为为满满足足不不同同的的测测量量要要求求，还还可可以以采采
45、用用其其他他的的测测量量方方法法测测量量吸收剂量。吸收剂量。固体方法：热释光剂量仪、胶片剂量仪、固体方法：热释光剂量仪、胶片剂量仪、半导体剂量仪半导体剂量仪化学方法：硫酸亚铁剂量计化学方法：硫酸亚铁剂量计化学剂量计法化学剂量计法l化学剂量计法指的是，物质吸收电离辐射的能化学剂量计法指的是，物质吸收电离辐射的能量而引起化学变化，如果这一变化可以被测定，量而引起化学变化，如果这一变化可以被测定，即可使用它来测量吸收剂量。即可使用它来测量吸收剂量。l目前已有许多这种测量系统的报道，其中使用目前已有许多这种测量系统的报道，其中使用最普遍，测量精度最高的是最普遍，测量精度最高的是硫酸亚铁化学剂量硫酸亚铁
46、化学剂量计计，或称弗瑞克剂量计（，或称弗瑞克剂量计（frickedosimeter）。）。化学剂量计法化学剂量计法l它的基本原理是，硫酸亚铁水溶液经电离辐射它的基本原理是，硫酸亚铁水溶液经电离辐射照射，溶液中的二价铁离子照射，溶液中的二价铁离子Fe2+会被氧化成三会被氧化成三价铁离子价铁离子Fe3+。Fe3+的浓度正比于硫酸亚铁水的浓度正比于硫酸亚铁水溶液所吸收的辐射能量，用紫外分光光度计，溶液所吸收的辐射能量，用紫外分光光度计，在波长为在波长为244nm和和304nm处测量三价铁离子处测量三价铁离子的浓度，即可确定吸收剂量。的浓度，即可确定吸收剂量。化学剂量计法化学剂量计法l化学剂量计所用的
47、溶液主要成分为水，且能响化学剂量计所用的溶液主要成分为水，且能响较好（仅有微小变化），所以这种测量方法有较好（仅有微小变化），所以这种测量方法有较高的准确性。较高的准确性。l据报道，硫酸亚铁化学剂量计与据报道，硫酸亚铁化学剂量计与Farmer电离电离室方法相比较，室方法相比较，X（）射线能量从钴）射线能量从钴-60射线能量到射线能量到25MVX射线、电子束能量射线、电子束能量1025MeV内，其差别分别在内，其差别分别在0.0130.001和和0.0250.001之间。之间。热释光剂量仪热释光剂量仪（Thermoluminescencedosimeter）l根据固体能带理论，具有晶体结构的固体
48、，因含有杂根据固体能带理论，具有晶体结构的固体，因含有杂质，造成晶格缺陷，质，造成晶格缺陷，从而形成带电中心，从而形成带电中心，称为称为“陷阱陷阱”。晶格缺陷带电中心，具有吸引、束缚异性电荷的晶格缺陷带电中心，具有吸引、束缚异性电荷的本领。本领。l当价带上的电子获得电离辐射的能量，跃迁到导带，当价带上的电子获得电离辐射的能量，跃迁到导带，不稳定而掉入陷阱。不稳定而掉入陷阱。l如对该物质加热，会使电子重新回到价带上，并将电如对该物质加热，会使电子重新回到价带上，并将电离辐射给予的能量，以可见光的形式辐射出去。离辐射给予的能量，以可见光的形式辐射出去。l发光强度与发光强度与“陷阱陷阱”所释放的电子
49、数成正比，而电子所释放的电子数成正比，而电子数又与物质吸收辐射能量有关。数又与物质吸收辐射能量有关。热致释光原理图热致释光原理图热释光剂量仪热释光剂量仪氟化锂镁铜磷热释光探测器氟化锂镁铜磷热释光探测器l一一、特点与用途、特点与用途l氟化锂镁铜磷热释光探测器具有极高的信噪比，片状探测器的探测阈仅氟化锂镁铜磷热释光探测器具有极高的信噪比，片状探测器的探测阈仅10-7Gy（约（约10rad）,线性范围跨线性范围跨8个数量级，有效原子序数接近空气和组织，是理想的环境和个人辐射探测器。在低本底辐射场下作剂量监个数量级，有效原子序数接近空气和组织，是理想的环境和个人辐射探测器。在低本底辐射场下作剂量监测，
50、优于其他探测器。测，优于其他探测器。l二、二、性能性能l1线性范围：线性范围：5*10-7Gy10Gy（0.05mrad1000rad）l2相对灵敏度（相对灵敏度（TL/ms）:为为TLD100的的20-30倍倍l3探测阈：约探测阈：约10-7Gy（约（约10rad）l4能量响应（对能量响应（对30KeV3MeV的光子）：的光子）：20%l5均匀性（均匀性（1）：）：5%l6贮存信息的稳定性：室温下存放一个月无明显衰退，在贮存信息的稳定性：室温下存放一个月无明显衰退，在50oC下存放一个月衰退约下存放一个月衰退约3%l7光照效应：对室内散射日光、白炽灯光、荧光灯无明显响应；光照效应：对室内散射