剂量学中的基本辐射量

一、剂量学中的基本辐射量

人体组织吸收电离辐射的能量后,细胞会产生一系列的物理、化学和生物学变化,当这种变化达到一定规模后,最终会导致组织的生物学损伤,即生物效应。生物效应的大小与组织吸收电离辐射的能量成正比.因此,度量和描述这种电离辐射能量,成了放射物理与放射生物的基本。

(一)照射量及其单位

我们用照射量(X)来表示间接电离辐射对空气的电离能力,即X(γ)电离射线在质量为dm的空气中释放的次级电子完全被空气阻止后形成的电离电荷量的绝对值。其关系表示为:

图示

照射量(X)的单位为C/kg。单位时间内照射量的增量称为照射率,单位为C/kg·s。

照射量是用来衡量X(γ)辐射致空气电离程度的物理量,只能用于空气,不能用于其他类型的辐射,也不能用于其他物质。由于电子线在电离空气过程中,我们无法区分哪些电荷是次级电子产生的电离电荷,哪些是原射线的电离电荷,所以电子线在空气中没有照射量概念。

(二)吸收剂量及其单位

吸收剂量为单位质量物质受辐射后吸收辐射的能量。严格的定义为电离辐射给予质量为dm的物质的平均授予能量dε被dm除所得的商,用符号D表示,其单位为戈瑞(Gy),暂时沿用单位为拉德(rad),1 Gy=100 rad。单位时间内吸收剂量的增量为吸收剂量率,其单位为Gy/s。(https://www.daowen.com)

图示

吸收剂量适用于描述任何类型和能量的电离辐射,适用于受到照射的任何物质。由于引起宏观物学效应的大小不仅与能量有关,还与射线类型、组织细胞类型有关,因此在使用“吸收剂量”时要注明辐射类型、介质种类和特定位置。

(三)比释动能及其单位

X(γ)射线在生物组织的质量元dm中产生的次级电子的全部动能不可能全部在电离过程中留在这个组织中,因为次级电子的动能比较大时,将会有一部分能量被带离这个质量元。“比释动能K(kerma)”描述了X(γ)射线在单位质量dm的组织中释放的全部能量,即次级带电粒子初始动能之和dEtr,其单位为J/kg或者Gy。

比释动能与吸收剂量为两个完全一样的物理量,当次级电子平衡条件与轫致辐射可忽略不计时,比释动能等于吸收剂量。

(四)电子平衡

X(γ)光子在被照射的组织体积中各处都会产生大量次级电子,这些电子可能来自于光电子,也可能来自康普顿反冲电子,也可能来自对电子,这些电子都有较大能量和射程。如果我们考察一个小区域体积ΔV,那么在这个小体积ΔV内产生的次级电子会带走部分能量,而在小体积外产生的次级电子会带一部分能量进来,如果出去的和进来的能量相等,我们可以认为能量平衡,即次级电子平衡。从物理学上看,这种次级电子平衡是动态的、近似的、相对的。