辐射剂量学基础
（一）辐射剂量学中的量
这些量是为了对辐射与物质相互作用产生的真实效应和潜在影响提供一种物理学上的量度。其数值既依赖于辐射场的性质，又依赖于辐射与物质相互作用的程度。可通过辐射场的量与相互作用有关系数的乘积来计算。
由于辐射剂量学中使用的量可直接测量，其定义通常不采用乘积的方式来定义。
1.吸收剂量
（1）授予能ε：是电离辐射以电离、激发方式授予某一体积中物质的能量。
Rin是进入该体积的辐射能量，包括所有带电、不带电粒子的能量的总和（不含静止能量）；Rout是离开该体积的辐射能量，包括所有带电、不带电粒子的能量的总和；Q和是该体积内核素变化时，所有核素的质量能的变化增加或减少。
授予能ε是随机量，单位：J。
吸收剂量D是单位质量受照射物质中物质所吸收的平均辐射能量。
单位：J·kg-1=Gray=Gy 戈瑞
适用于任何类型的辐射和受照射物质，并且是与无限小体积相联系的辐射量。即每点有特定的D。在给出D时，必须指明辐射类型、介质种类和所在位置。
旧单位名称为拉德（rad），1 rad 指 1g 受照物质吸收的平均辐射能量为100尔格（erg），1 erg＝10ˉ7J，拉德与戈瑞的换算关系为：1Gy＝100 rad。
（2）吸收剂量率：某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。
SI单位：戈瑞/秒，Gy/s
（3）收剂量D与能量注量Ψ的关系
单能情况下，当能量注量Ψ保持不变时
2.带电粒子平衡
设不带电粒子通过体积为V的物质，如图（12-1-6）所示。在V内任取一点O，并以O为中心，取一小体积元ΔV。不带电粒子传递给ΔV的能量等于在ΔV内所产生的次级带电粒子动能的总和。这些次级带电粒子有的产生在ΔV内，也有产生在ΔV外的。在ΔV内产生的次级带电粒子有可能离开体积元ΔV，如径迹a，也有可能在ΔV外产生的次级带电粒子进入该体积元，如径迹b。
图12-1-6 带电粒子平衡示意
平衡条件：
（1）在以小体积元ΔV的边界向各个方向伸展的距离d，至少应大于初级入射粒子在该物质中所产生的次级带电粒子的最大射程Rmax，并且在d＞Rmax的区域内辐射长应是恒定的，即入射的粒子注量和谱分布为恒定不变。
（2）在上述的d＞Rmax区域内，物质对次级带电粒子的阻止本领以及对初级入射粒子的质量能量吸收系数也是恒定不变的。
上述条件是难以实现的。但在某些情况下，能够达到较好的近似。例如137Cs，60Co的射线，在某些物质（如水）中可达到很好的近似电子平衡。
中子，建立带电粒子平衡较容易，即使高达30MeV，在某些物质中（如水）仍然存在较好的近似带电粒子平衡。
3.比释动能
（1）转移能εtr：不带电粒子在某一体积元中转移给次级带电粒子的初始动能的总和，包括该体积内发生的次级过程所产生的任何带电粒子的能量。εtr也是随机量，其数学期望，平均转移能是非随机量。
（2）比释动能K：dε是不带电粒子在质量dm的物质中释放出的全部带电粒子的初始动能总和的平均值，包括这些带电粒子轫致辐射过程中所辐射出来的能量，也包括次级过程所产生的任何带电粒子的能量，只适用于不带电粒子。在给出K时，必须指明辐射类型、介质种类和所在位置。单位为J·kg-1=Gray=Gy（戈瑞）。
（3）比释动能率
单位：J·kg-1·s-1=Gy·s-1
（4）比释动能与能量注量的关系
①单能不带电粒子
②有谱分布的不带电粒子
③若能量注量Ψ相等，则
④与粒子注量的关系，比释动能因子fK：表示单位中子注量对应的比释动能值。
（5）比释动能与吸收剂量的关系
在满足电子平衡的条件下，轫致辐射可以忽略
在满足电子平衡的条件下，轫致辐射不可以忽略
高能电子在高原子序数内，g大；在低原子序数内，g小，可以忽略，D=K(https://www.daowen.com)
中子：E＜30MeV时，D=K
表12-1-1 辐射量比较
4.带电粒子准平衡状态：由于不带电粒子释出的次级带电粒子主要沿着原入射粒子方向发射，因此，次级带电粒子在N点消耗的能量，一般起源于在它之前的M点。因为M点的比释动能比N点的大，所以次级带电粒子在N点被吸收的能量要比初始不带电粒子在N点释放的能量大。故在准平衡状态下，同一点上的吸收剂量比比释动能大。
5.照射量X
（1）照射量光子（γ，χ-ray）在单位质量（dm）空气中释放出来的所有正负电子被阻止在空气中时，产生的同一符号的离子的总电荷量（dQ）。
单位SI：Ckg-1；曾用单位：伦琴，R
1R=2.58×10-4Ckg-1
①表示的是X，γ空气的电离能力大小。
②dQ不包括光子在空气中释放出来的次级电子产生的轫致辐射被吸收后产生的电离。
③非空气物质的照射量的理解：理解为非空气物质的测量点处放置少量空气后测量的数值。
1R是指在1cm3（0.00129g）标准状态（T=0℃，P=760mmHg）空气中，γ射线产生的次电离总电荷（一种符号）量为1静电单位的照射量。
由于空气的平均电离能Wa=33.85eV（1静电单位电荷）
因而，1R相当于0.001293克空气中γ（或X）射线损失的能量为2.082×109×33.85 eV=0.1128erg。故：
（2）照射量率（exposure rate）
单位时间（dt）内的照射量（dX），单位：Ckg-1s-1；Rs-1；mRh-1
①照射量与能量注量等的关系
②与粒子注量的关系
单能粒子
照射量因子表示单位光子注量相应的照射量，与材料、光子能量等有关。
谱分布：
（二）辐射防护中的量
1.随机量：客观事物中许多现象的发生是服从统计规律的。实验证明，致电离粒子与物质的原子核或核外电子发生的相互作用是单个的、不连续的、随机的。它的值是随机出现的，因此是不可预见的。为了观察它们的统计规律，必须进行大量的观察分析。然后，任何特定值的出现概率可以由概率分布来确定。
（1）它仅是针对有限（即非无限小）的区域范围定义的。它的值随空间和时间的变化是不连续的，因而谈论其（空间）梯度或（时间）变化率是毫无意义的。
（2）这里所指的随机量，是描述致电离粒子与物质相互作用时所发生的随机过程的物理量。观察像细胞核那样线度的空间内（几微米或更小）的能量沉积事件时，发现致电离粒子击中这个小体积内的物质是随机的，在其中能量沉积的数值是服从统计涨落的，因此描述这种能量沉积的量是随机量。
2.非随机量
（1）非随机量并不服从统计分布，对于给定的条件，原则上可以算出它的值。
（2）一般来说，它是一个对无限小体积定义的“点函数”。因此，它是一个空间和时间上连续的可微分函数，故我们可以论及它的空间梯度和时间变化率。
（3）它的值等于相关的随机量的期望值或以这个期望值为依据，如果存在一个相关的随机量的话。也就是说，可以用相应的随机量的平均观察值进行估算。虽然，一般说来，非随机量无须与随机量关联起来。但是，在电离辐射情况下，它们确实是有联系的。吸收剂量、粒子注量等物理量是非随机量。
3.授予能：当电离辐射穿过某一体积物质时，入射粒子以电离、激发方式传递给（或沉积在）该体积物质的能量定义为授予能，是电离辐射以电离、激发的方式授予某一体积中物质的能量。由于辐射源发射的电离粒子以及它们与物质的相互作用都是随机的，在某一体积内发生的每一过程，无论其发生的时间、位置，还是能量传递的多小，都具有统计涨落的性质。因此，授予能是一个随机量。
4.吸收剂量
（1）定义：电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商（D）。
（2）吸收剂量D的使用条件：对所有射线适用，适用于所有介质，针对“点”的概念。所以在给出吸收剂量数值时，必须同时指出与该吸收剂量相联系的物质和在该物质的部位。
（3）吸收剂量率为某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。
5.辐射权重因子：在辐射防护中，关注的不是某一点的剂量，而是其一组织或器官的吸收剂量的平均值，并按辐射的品质（quality）加权。为此目的的权重因子称为辐射权重因子。对于特定种类与能量的辐射，其权重因子的数值是根据生物学资料，由ICRP选定的，代表这种辐射在小剂量时诱发随机性效应的相对生物效应的数值。
一种辐射对于另一种辐射的相对生物效应，是产生同样程度的某一规定的生物学终点所需要的这两种辐射的吸收剂量的反比。
6.一些确定性效应的阈值：射线照射人体全部或局部组织，若能杀死相当数量的细胞而这些细胞又不能由活细胞的增殖来补充，则这种照射可引起人类的确定性效应。由此引起的细胞丢失可在组织或器官中产生临床上可检查出的严重功能性损伤。由此可以预计，确定性效应的严重程度与剂量有关而且存在一个阈剂量。低于阈剂量时，因被杀死的细胞较少，不会引起组织或器官的可检查到的功能性损伤，在健康人中引起的损害概率为零。随着剂量的增大，被杀死的细胞增加，当剂量增加到一定水平时，其概率陡然上升到100%，这个剂量称为阈剂量。超过阈剂量后，损害的严重程度随剂量的增加而增加，即受影响的细胞愈多，功能丧失愈严重（表12-1-2）。
引起男性暂时不育的一次照射的阈剂量约为睾丸吸收0.15Gy的剂量，绝育的阈剂量为3.5～6Gy。女性绝育的阈剂量为急性吸收剂量2.5～6Gy（年长妇女更敏感）。
对于有临床意义的造血功能抑制，全部骨髓的吸收剂量的阈剂量约为0.5Gy。
表12-1-2 确定性效应阈值的估计值
（谢滨阳 赵 宇）