核醫學基本物理學/輻射測量單位

.

介紹

這是名為核醫學基本物理學的華夏公益教科書的第四章。

在完成了前面那篇冗長而詳細的章節後，我們將以更悠閒的速度繼續簡要介紹該領域中使用的一些更常見的測量單位。

然而，在我們這樣做之前，考慮典型的輻射環境是有用的。透過這樣做，我們將對可以測量的各種量有一個認識，然後考慮用於表示這些測量的單位。所以，我們將首先考慮一個典型的輻射情況，然後繼續考慮各種測量單位。

典型的輻射情況

下圖顯示了一個典型的輻射裝置。首先是輻射源，其次是輻射束，最後是吸收輻射的材料。因此，可以測量的量與源、輻射束和吸收體相關聯。

這種型別的環境可能是源輻射用於照射患者（即吸收體）以進行診斷目的的環境，在這種環境中，我們將把一個裝置放在患者身後以生成影像，或者用於治療目的，在這種環境中，輻射旨在對患者的特定區域造成損害。這也是我們作為吸收體可能在與輻射源一起工作的情況。

輻射源

當輻射源是放射性源時，通常測量的量是源的放射性。我們在上一章中看到，用於表示放射性的單位是貝克勒爾（SI 單位）和居里（傳統單位）。

輻射束

通常測量的輻射束的特性稱為輻射照射量。這個量表示光束在穿過它傳播的空氣中引起的電離量。

我們將在下一章中看到，當輻射遇到物質時，發生的主要事件之一是形成了離子——在這種情況下，空氣是它遇到的物質形式。因此，輻射束產生的輻射照射量用空氣中發生的電離量來表示。

測量這種電離的直接方法是確定產生的電荷量。你會從高中物理課上記得，電荷的 SI 單位是庫侖。

輻射照射量的 SI 單位是庫侖每千克——符號為 C kg^-1。它定義為 X 射線或伽馬射線的量，使得在標準溫度和壓力 (STP) 下每千克空氣中發射的相關電子產生的離子攜帶 1 庫侖的電荷。

輻射照射量的傳統單位是倫琴，以威廉·倫琴（他發現了 X 射線）的名字命名，符號為 R。倫琴定義為 X 射線或伽馬射線的量，使得在 STP 下每千克空氣中發射的相關電子產生的離子攜帶 2.58 x 10^-4 庫侖的電荷。

因此，1 R 相對於 1 C kg^-1 來說是一個很小的照射量——事實上，它小了 3,876 倍。

請注意，這個單位僅限於由 X 射線或伽馬射線組成的輻射束。

通常，人們感興趣的不僅僅是照射量，還有照射率，即單位時間的照射量。在這種情況下，使用的單位是 C kg^-1 s^-1 和 R hr^-1。

吸收體

當輻射與吸收體相互作用時，能量會沉積在吸收體中。這通常是很少量的能量，但畢竟是能量。測量的量稱為吸收劑量，它與所有型別的輻射相關，無論是 X 射線或伽馬射線，還是 α 粒子或 β 粒子。

吸收劑量的 SI 單位稱為戈瑞，以著名的放射生物學家LH 格雷的名字命名，符號為 Gy。戈瑞定義為每千克材料吸收 1 焦耳輻射能量。因此，當 1 焦耳的輻射能量被 1 千克吸收體材料吸收時，我們說吸收劑量為 1 Gy。

吸收劑量的傳統單位稱為拉德，據說是輻射吸收劑量的縮寫。它定義為每千克材料吸收 10^-2 焦耳輻射能量。

正如你所想到的，1 Gy 等於 100 rad。

還有一些其他從戈瑞和拉德推匯出的量，它們表示當吸收體是生物體（例如人體組織）時，這種吸收輻射能量的生物效應。這些量包括當量劑量，H，和有效劑量，E。當量劑量基於對不同型別輻射電離能力的估計，這些估計被稱為輻射加權因子，w_R，因此

H = w_R D

其中 D 是吸收劑量。有效劑量包括 w_R 以及對不同組織敏感性的估計，這些估計被稱為組織加權因子，w_T，因此

E = Σ w_T H

其中求和，Σ，是對所有涉及的組織型別進行的。當量劑量和有效劑量都用稱為西弗特 (Sv) 的匯出 SI 單位來測量。

讓我們在這裡停下來，思考一下術語“劑量”的使用。它通常具有醫療含義，我們可以說某人患了一劑流感，或者醫生開具了一定劑量的藥物。它與輻射束在吸收體中的能量沉積有什麼關係？它可能與 20 世紀初輻射的最初應用有關，當時它被用於治療許多疾病。因此，我們可以推測，該術語保留在該領域的術語中。使用像吸收輻射能量這樣的術語會更容易，因為我們正在討論能量在吸收體中的沉積。但這可能會使主題變得過於簡單！

特定伽馬射線常數

最後值得一提的與輻射單位有關的量是放射性同位素的特定伽馬射線常數。這個量是我們已經涵蓋的量的集合，它表示放射性同位素發射的伽馬射線產生的照射率。

從實際的角度來看，當我們處理發射伽馬射線的放射源時，這是一個非常有用的量。假設你正在使用一個發射伽馬射線的放射源（例如^99mTc 或¹³⁷Cs），並且你將在工作時站在這個源的某個距離處。從輻射安全的角度來看，你很可能對源產生的照射率感興趣。這就是特定伽馬射線常數發揮作用的地方。

它定義為在一定距離內放射性同位素發射的伽馬射線產生的照射率除以單位活度。因此，SI 單位是

C kg^-1 s^-1 Bq^-1 在 1 m 處,

而傳統單位是

R hr^-1 mCi^-1 在 1 cm 處 .

這些測量單位非常笨拙，有點拗口。如果它們以一些著名科學家的名字命名，這樣我們就可以將 SI 單位稱為 1 史密斯，而將傳統單位稱為 1 瓊斯，也許會更好。但事情又不像那麼簡單！

平方反比定律

在結束本章之前，我們將考慮當我們把吸收體從輻射源移開時會發生什麼。換句話說，我們將思考距離對輻射束強度的影響。你會發現，由此得出的一個有用結果對輻射安全有著非常重要的影響。

放射性源產生的輻射向各個方向發射。我們可以認為，在源周圍存在著強度相同的輻射球面，隨著我們遠離源，光子/粒子的數量會擴散開去。

考慮這些球面中一個球面上的一個區域，假設有一些光子/粒子穿過它。現在，如果我們考慮距離源更遠的另一個球面，那麼相同數量的光子/粒子現在將分散在一個更大的區域。遵循這種思路，很容易理解輻射強度I會隨著距離源的距離r的平方而減小，即：

$I\propto {\frac {1}{r^{2}}}$

這種效應被稱為平方反比定律。因此，如果我們使距離源的距離加倍，我們將把強度減少到原來的四分之一，即二的平方。如果我們使距離增加三倍，強度就會減少到原來的九分之一，即三的平方，等等。

如果你正在處理一個輻射源，並且想要儘量減少你所接受的輻射劑量，那麼這是一個非常有用的資訊。

外部連結

• 輻射與風險 - 涵蓋了輻射的影響、風險如何確定、輻射與其他風險的比較以及輻射劑量。
• 輻射效應概述 - 對原子彈受害者研究的結果，包括對倖存者的早期影響、對胎內暴露者的影響以及對倖存者的長期影響 - 來自輻射效應研究基金會，一個美日合作研究機構。
• 輻射與健康物理學主頁 - 關於輻射的一切知識，以及你可能不敢問的問題....有數百個WWW連結 - 來自密歇根大學的健康物理學會學生分會，包括一般資訊、監管資訊、專業組織和學會、輻射專業、健康物理學研究和教育等部分。
• 你需要了解的關於輻射的資訊 - 保護自己，保護你的家人，做出合理的社會和政治選擇 - 涵蓋了輻射來源和輻射防護 - 作者：Lauriston S. Taylor。