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电离辐射量和单位

/quantities and units for ionizing radiation/
条目作者张彦立

张彦立

最后更新 2022-01-20
浏览 214
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为描述辐射源和辐射场性质、射线与物质相互作用时能量的传递关系,以及反映受照物质内部变化的程度和规律而建立起来的用于计量电离辐射的物理量及单位。

英文名称
quantities and units for ionizing radiation
所属学科
仪器科学与技术

人类发现和认知电离辐射的过程中,科学地定义电离辐射量及其单位,建立恰当的各种电离辐射量的测量方法和应用规范,是各行各业广泛利用核科学技术和电离辐射技术,以及放射防护学和放射损伤防治所必不可少的重要基础。为此,伴随着产生了以各类电离辐射特征以及电离辐射与受照射物质相互作用的物理量及其量度为核心的电离辐射计量学。如何定义适当的物理量用以正确表述电离辐射量,并能实现准确地测量,一直是电离辐射剂量学的重要任务。18世纪90年代,德国物理学家W.C.伦琴(Wilhelm Conrad Roentgen,1845~1923)发现X射线并最先在医学应用,故沿用医药学中常用的“剂量”一词描述电离辐射量。于是,电离辐射量泛称之为“辐射剂量”。早期曾用引起皮肤红斑效应而规定“红斑剂量”来度量辐射剂量,而受到相同量与质的射线照射所引发的皮肤红斑,因不同人、同一人的不同部位而异,利用引起皮肤红斑效应计量电离辐射显然难以统一规范又不科学;随后发展到以引发电离这个独特性质去计量电离辐射,如1923年,德国科学家H.本肯(H.Behnken)提出以1厘米3空气受X射线照射产生的电离电荷为基础的伦琴(R)单位。但是为追求科学性,辐射剂量的有关概念和量化定义一直在持续不断的演变进化。1925年在伦敦召开了第一届国际放射学大会(ICR),产生了第一个关于辐射测量和标准化的专业组织——国际X射线单位委员会,后改名为国际辐射单位与测量委员会(ICRU)。ICRU的成立,为全球电离辐射量和单位的标准化工作奠定了基础。1953年,ICRU正式提出以拉德(rad)为单位的吸收剂量。直到1962年,ICRU 10a号报告《辐射量和单位》才首次系统地统一规范了电离辐射量和单位。

ICRU是国际公认的权威学术组织,致力于收集、评价并提出关于电离辐射量与单位以及有关测量和应用的技术报告。ICRU出版的专门论述电离辐射领域量和单位的技术报告是统一规范计量电离辐射的权威文献,已经历了5次变动更迭。最早是1962年发表的ICRU 10a号报告,随后逐次更替的是1968年11号报告、1971年19号报告、1980年33号报告,这4个失效过时报告的题目均为《辐射量和单位》。20世纪90年代,ICRU将33号报告中第二部分“辐射防护中使用的量和单位”和第一部分“通用量和单位”的内容更新成两个报告,即被1993年发布的51号报告《辐射防护剂量学中的量和单位》和1998年发布的60号报告《电离辐射的基本量和单位》所取代。ICRU在2011年以第85号和第85a号报告《电离辐射的基本量和单位》更新了60号报告中电离辐射基本量的内容。ICRU关于电离辐射量与单位的基本报告,已建立起可供世界各国普遍应用的电离辐射量体系,被国际计量局(BIPM)等诸多相关国际机构和组织以及世界各国普遍采纳。

电离辐射量和单位体系由第51号报告和第85、85a号报告具体规范。在“电离辐射量和单位表”上量和单位很多,但多用于物理现象和物理过程的描述,或只在测量计算的过程中使用,如能量注量等。ICRU报告将电离辐射特性、状态的物理量分为基本辐射量(通用量)和辐射防护中使用的量。基本量定义了39个,划分为4类。①描述电离辐射场性质的放射计量学量(radiometric quantities),如辐射束的粒子数、粒子通量、粒子注量、辐射能、能通量、能注量等16个量。②描述辐射与物质相互作用的相互作用系数量(interaction coefficients),如截面、质量阻止本领、传能线密度、质量减弱系数、质能转移系数、辐射化学产额、气体中的化学产额和在气体中每形成一对离子所消耗的平均能量8个量。③描述辐射效应的剂量学量(dosimetric quantities),如吸收剂量、比释动能、照射量等12个量。④与度量放射性有关的放射性量(radioactivity),如衰变常数、活度、空气比释动能率常数3个量。辐射防护中量仅限于辐射防护领域内使用,如剂量当量、剂量当量指数、吸收剂量指数等。

ICRU所有的电离辐射量均采用SI国际制单位,而在电离辐射领域针对有关电离辐射量的单位给以特定专门名称的仅有3个单位,即Bq(贝可勒尔)、Gy(戈瑞)和Sv(希沃特)。

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