核医学基本物理学/辐射测量单位

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介绍

这是名为核医学基本物理学的维基教科书的第四章。

在完成了前面那篇冗长而详细的章节后，我们将以更悠闲的速度继续简要介绍该领域中使用的一些更常见的测量单位。

然而，在我们这样做之前，考虑典型的辐射环境是有用的。通过这样做，我们将对可以测量的各种量有一个认识，然后考虑用于表示这些测量的单位。所以，我们将首先考虑一个典型的辐射情况，然后继续考虑各种测量单位。

典型的辐射情况

下图显示了一个典型的辐射装置。首先是辐射源，其次是辐射束，最后是吸收辐射的材料。因此，可以测量的量与源、辐射束和吸收体相关联。

这种类型的环境可能是源辐射用于照射患者（即吸收体）以进行诊断目的的环境，在这种环境中，我们将把一个设备放在患者身后以生成图像，或者用于治疗目的，在这种环境中，辐射旨在对患者的特定区域造成损害。这也是我们作为吸收体可能在与辐射源一起工作的情况。

辐射源

当辐射源是放射性源时，通常测量的量是源的放射性。我们在上一章中看到，用于表示放射性的单位是贝克勒尔（SI 单位）和居里（传统单位）。

辐射束

通常测量的辐射束的特性称为辐射照射量。这个量表示光束在穿过它传播的空气中引起的电离量。

我们将在下一章中看到，当辐射遇到物质时，发生的主要事件之一是形成了离子——在这种情况下，空气是它遇到的物质形式。因此，辐射束产生的辐射照射量用空气中发生的电离量来表示。

测量这种电离的直接方法是确定产生的电荷量。你会从高中物理课上记得，电荷的 SI 单位是库仑。

辐射照射量的 SI 单位是库仑每千克——符号为 C kg^-1。它定义为 X 射线或伽马射线的量，使得在标准温度和压力 (STP) 下每千克空气中发射的相关电子产生的离子携带 1 库仑的电荷。

辐射照射量的传统单位是伦琴，以威廉·伦琴（他发现了 X 射线）的名字命名，符号为 R。伦琴定义为 X 射线或伽马射线的量，使得在 STP 下每千克空气中发射的相关电子产生的离子携带 2.58 x 10^-4 库仑的电荷。

因此，1 R 相对于 1 C kg^-1 来说是一个很小的照射量——事实上，它小了 3,876 倍。

请注意，这个单位仅限于由 X 射线或伽马射线组成的辐射束。

通常，人们感兴趣的不仅仅是照射量，还有照射率，即单位时间的照射量。在这种情况下，使用的单位是 C kg^-1 s^-1 和 R hr^-1。

吸收体

当辐射与吸收体相互作用时，能量会沉积在吸收体中。这通常是很少量的能量，但毕竟是能量。测量的量称为吸收剂量，它与所有类型的辐射相关，无论是 X 射线或伽马射线，还是 α 粒子或 β 粒子。

吸收剂量的 SI 单位称为戈瑞，以著名的放射生物学家LH 格雷的名字命名，符号为 Gy。戈瑞定义为每千克材料吸收 1 焦耳辐射能量。因此，当 1 焦耳的辐射能量被 1 千克吸收体材料吸收时，我们说吸收剂量为 1 Gy。

吸收剂量的传统单位称为拉德，据说是辐射吸收剂量的缩写。它定义为每千克材料吸收 10^-2 焦耳辐射能量。

正如你所想到的，1 Gy 等于 100 rad。

还有一些其他从戈瑞和拉德推导出的量，它们表示当吸收体是生物体（例如人体组织）时，这种吸收辐射能量的生物效应。这些量包括当量剂量，H，和有效剂量，E。当量剂量基于对不同类型辐射电离能力的估计，这些估计被称为辐射加权因子，w_R，因此

H = w_R D

其中 D 是吸收剂量。有效剂量包括 w_R 以及对不同组织敏感性的估计，这些估计被称为组织加权因子，w_T，因此

E = Σ w_T H

其中求和，Σ，是对所有涉及的组织类型进行的。当量剂量和有效剂量都用称为西弗特 (Sv) 的导出 SI 单位来测量。

让我们在这里停下来，思考一下术语“剂量”的使用。它通常具有医疗含义，我们可以说某人患了一剂流感，或者医生开具了一定剂量的药物。它与辐射束在吸收体中的能量沉积有什么关系？它可能与 20 世纪初辐射的最初应用有关，当时它被用于治疗许多疾病。因此，我们可以推测，该术语保留在该领域的术语中。使用像吸收辐射能量这样的术语会更容易，因为我们正在讨论能量在吸收体中的沉积。但这可能会使主题变得过于简单！

特定伽马射线常数

最后值得一提的与辐射单位有关的量是放射性同位素的特定伽马射线常数。这个量是我们已经涵盖的量的集合，它表示放射性同位素发射的伽马射线产生的照射率。

从实际的角度来看，当我们处理发射伽马射线的放射源时，这是一个非常有用的量。假设你正在使用一个发射伽马射线的放射源（例如^99mTc 或¹³⁷Cs），并且你将在工作时站在这个源的某个距离处。从辐射安全的角度来看，你很可能对源产生的照射率感兴趣。这就是特定伽马射线常数发挥作用的地方。

它定义为在一定距离内放射性同位素发射的伽马射线产生的照射率除以单位活度。因此，SI 单位是

C kg^-1 s^-1 Bq^-1 在 1 m 处,

而传统单位是

R hr^-1 mCi^-1 在 1 cm 处 .

这些测量单位非常笨拙，有点拗口。如果它们以一些著名科学家的名字命名，这样我们就可以将 SI 单位称为 1 史密斯，而将传统单位称为 1 琼斯，也许会更好。但事情又不像那么简单！

平方反比定律

在结束本章之前，我们将考虑当我们把吸收体从辐射源移开时会发生什么。换句话说，我们将思考距离对辐射束强度的影响。你会发现，由此得出的一个有用结果对辐射安全有着非常重要的影响。

放射性源产生的辐射向各个方向发射。我们可以认为，在源周围存在着强度相同的辐射球面，随着我们远离源，光子/粒子的数量会扩散开去。

考虑这些球面中一个球面上的一个区域，假设有一些光子/粒子穿过它。现在，如果我们考虑距离源更远的另一个球面，那么相同数量的光子/粒子现在将分散在一个更大的区域。遵循这种思路，很容易理解辐射强度I会随着距离源的距离r的平方而减小，即：

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

这种效应被称为平方反比定律。因此，如果我们使距离源的距离加倍，我们将把强度减少到原来的四分之一，即二的平方。如果我们使距离增加三倍，强度就会减少到原来的九分之一，即三的平方，等等。

如果你正在处理一个辐射源，并且想要尽量减少你所接受的辐射剂量，那么这是一个非常有用的信息。

外部链接

• 辐射与风险 - 涵盖了辐射的影响、风险如何确定、辐射与其他风险的比较以及辐射剂量。
• 辐射效应概述 - 对原子弹受害者研究的结果，包括对幸存者的早期影响、对胎内暴露者的影响以及对幸存者的长期影响 - 来自辐射效应研究基金会，一个美日合作研究机构。
• 辐射与健康物理学主页 - 关于辐射的一切知识，以及你可能不敢问的问题....有数百个WWW链接 - 来自密歇根大学的健康物理学会学生分会，包括一般信息、监管信息、专业组织和学会、辐射专业、健康物理学研究和教育等部分。
• 你需要了解的关于辐射的信息 - 保护自己，保护你的家人，做出合理的社会和政治选择 - 涵盖了辐射来源和辐射防护 - 作者：Lauriston S. Taylor。