輻 射 物 理 講員: 張寶樹 (Pao-Shu Chang, PhD) 高雄醫學大學醫學放射技術學系，附設中和紀念醫院放射腫瘤科、輻委會

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1 輻 射 物 理 講員: 張寶樹 (Pao-Shu Chang, PhD) 高雄醫學大學醫學放射技術學系，附設中和紀念醫院放射腫瘤科、輻委會
醫學物理師(醫物甄字第019號)，高級輻射防護專業人員(輻專高字第003號)(已換發輻專師字00095號)，非醫用可發生游離輻射設備高級操作執照(非醫人字第10753號) (07) 轉7127或2199 Cell phone:

2 輻射？？安全？？ 法令規定 輻射源與輻射特性 自己維護一個安全工作環境 資格符合 專有名詞 射源…α、β、γ 設備…X光 注意事項
輻射物理…

3 前言 輻射？？ 輻射是一種具有能量的波或粒子。我們將具有這種特性的電磁波(如無線電波、微波、可見光、x射線、加馬射線等)、超音波，以及從放射性物質發射出來的微小粒子(如阿伐粒子、貝他粒子、中子等)都稱之為輻射。 游離輻射 輻射物理…

4 物質類、設備類 自發性持續不斷釋出輻射 電源開才有輻射 輻射物理…

5 人員資格兩大系統 輻射防護專業人員 放射性物質或可發生游離輻射設備操作人員 輻射防護員 輻射防護師 以訓練替代證書 輻射安全證書
高強度或生產設施的運轉人員 輻射物理…

6 人員資格…操作人員分類 運轉人員 醫用、非醫用 高級操作 密封 非密封 中級操作 可發生 輻安證書 游離輻射設備 （36小時＋國考）
動物用X光機 高級操作 類 別 與 任 務 均 不 分 中級操作 初級操作 （40小時＋國考） 運轉人員 （輻安證書＋ 54小時＋操作＋測驗） 輻安證書 （36小時＋國考） 豁免管制 以訓練替代證書 （18小時） 輻射物理…

7 人員資格…操作人員分類 運轉人員 設備類 放射性物質 移動型 固定型 150 kVp以上 豁免×100 豁免×1000 輻安證書
以訓練替代證書 豁免×100以下 豁免×1000以下 固定型 150 kVp以下 豁免管制標準 輻射物理…

8 持續有效的最低消費 以訓練替代證書 每年三小時 輻射安全證書 每年三小時＋6年期滿換照36小時的證明 運轉人員 輻射物理…

9 適用輻安證書的執照 醫師 放射線科、核子醫學科 放射技術師、士 輻射防護人員 運轉人員 輻射物理…

10 大 綱 放射性核種部份 釋出輻射部份 劑量意義與單位 原子模型 α 衰變、活度與半衰期 β 認識α、β、γ、x與中子如何產生、基本特性。
大 綱 放射性核種部份 原子模型 衰變、活度與半衰期 釋出輻射部份 認識α、β、γ、x與中子如何產生、基本特性。 輻射與物質的作用 劑量意義與單位 β n γ α 輻射物理…

11 原 子 模 型 K L M N O 原子核 中子(不帶電) 質子(正電) 電子(負電) 輻射物理…

12 質子、中子以及電子的基本數據 名 稱 符 號 質 量 電 千 克 原 子 單 位 ( u ) * 庫 侖 p 1 . 6 7 2 5 × ~
- ~ 9 n 4 中 e 8 3 / 國 際 上 規 定 以 一 個 C 的 作 為 種 ， 輻射物理…

13 核種表示法 X A Z N 質量數 原子序 中子數 元素化學符號 60Co (鈷60) 輻射物理…

14 同 位 素 H 氫 Co 元素 符號 質子數 中子數 質量數 性質 原子名稱 1 0 1 穩定 氫 1 1 2 穩定 氘
3 2 元素 符號 質子數 中子數 質量數 性質 原子名稱 穩定 氫 穩定 氘 放射性 氚 氫 Z=1 59 Co 27 60 58 輻射物理…

15 游離輻射的發現 X光的發現…侖琴（Roentgen，德，1895） 鈾輻射線…貝克（Becquerel，法，1896）
放射性…居里夫人（Curie，波蘭，1898） 輻射物理…

16 放射性核種特性 自發性的放出輻射，並衰變成另一種核種。 具有一定的半衰期( T1/2 )。 放射性核種的原子數目隨時間成指數衰減。
常見的有α衰變、β衰變 具有一定的半衰期( T1/2 )。 60Co=5.27 年，238U =45 億年 放射性核種的原子數目隨時間成指數衰減。 N= N0 e-λt N0：放射性核種 初始的原子數目 N ：放射性核種 經時間 t 衰變後原子數目 λ ：衰變常數 輻射物理…

17 衰 變 例 一α衰變 產生新的核種 自發性放出輻射 α粒子 鐳 Ra Rn 氡 1600y α1 = 4.78 MeV (94.5%)
226 88 Ra 1600y α1 = 4.78 MeV (94.5%) α2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 222 86 Rn 產生新的核種 自發性放出輻射 α粒子 2p2n 輻射物理…

18 粒子型游離輻射‥α射線 α粒子 質子2 中子2 氡 222 鐳 226 質子 p = 86 質子 p = 88 中子 n = 136
輻射物理…

19 衰 變 例 二β-衰變 產生新的核種 自發性放出輻射 β-是來自核中的電子 鈷 Co Ni 鎳 5.27年 β-(99+ %)
60 27 Co 5.27年 β-(99+ %) 鎳的受激態 γ= MeV 鎳 γ= MeV 產生新的核種 自發性放出輻射 β-是來自核中的電子 e- 60 28 Ni 輻射物理…

20 粒子型游離輻射‥β射線 電子 氦 3 ( ) 質子 2 中子 1 3 2 He 氚 ( ) 質子 1 中子 2 1 H 輻射物理…

21 α、β-能譜示意圖 Emax 能 量 β 粒 子 數 α 反微中子 能量 輻射物理…

22 電磁波（光）‥γ射線 鈷 Co 鎳 Ni 鐳 Ra 氡 Rn 5.27年 β-(99+ %) 鎳的受激態 γ= 1.332 MeV
60 27 Co 5.27年 β-(99+ %) 鎳的受激態 γ= MeV 鎳 28 Ni γ= MeV 鐳 226 88 Ra 1600y α1 = 4.78 MeV (94.5%) α2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 222 86 Rn 輻射物理…

23 一定的半衰期 鐳 Ra T1/2 剩下一半 物理半衰期、生物半衰期、有效半衰期 衰變常數 Rn 氡 1600 y α2 = 4.60 MeV
226 88 Ra 1600 y α1 = 4.78 MeV (94.5%) α2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 222 86 Rn T1/2 剩下一半 物理半衰期、生物半衰期、有效半衰期 衰變常數 輻射物理…

24 指數衰減 N= N0 e-λt Au N0：放射性核種 初始的原子數目 T1/2= 2.69天 原 子
2 4 6 8 100 80 60 40 20 ×106 50 25 12.5 T1/2 3 T1/2 2 T1/2 原 子 數 目 衰變時間（天） T1/2= 2.69天 Au N= N0 e-λt N0：放射性核種 初始的原子數目 N ：放射性核種 經時間 t 衰變後原子數目 λ ：衰變常數 輻射物理…

25 放射性的強弱‥活度 核種在單位時間(秒)內發生衰變的次數 活度的計算：A（Bq）=λN 貝克（Bq）= 衰變/秒
居里（Ci）=1克鐳226在一秒中產生核衰變的次數 1 居里= 3.7×1010 貝克 毫居里（mCi）；微居里（μCi） 比活度（Cig-1） 活度的計算：A（Bq）=λN 輻射物理…

26 輻射能量 單位與互換 1 eV= 1.6×10-19 J 粒子型輻射…動能 E = ½ m ×ν2 電磁波型輻射… E = h ×ν
輻射物理…

27 能量轉移給介質‥游離、激發 + 正 離 子 自由電子 激發態原子 激 發 交互作用 + 原 子 輻射物理…

28 游離輻射、非游離輻射 非游離輻射:指能量低無法產生游離的輻射，例如太陽光、燈光、紅外線、微波、無線電波、雷達波等。
游離輻射:指能量高到可使物質產生游離作用的輻射。 依型態分(1)粒子輻射，(2)電磁輻射。 輻射物理…

29 α射線在空氣中的射程 6 7 8 9 10 11 12 5 4 3 阿伐粒子能量（MeV） 空 氣 中 射 程 （cm） 輻射物理…

30 β射線的射程 1000 貝 他 粒 子 100 的 最 大 射 程 （cm） 10 1 0.1 0.01 貝他粒子的最大能量（MeV）
-1 -2 -3 -4 -5 2 3 4 空氣 水 塑膠（透明合成樹脂） 鋁 貝 他 粒 子 的 最 大 射 程 （cm） 貝他粒子的最大能量（MeV） 輻射物理…

31 X射線的產生…原子核外 電子 特性 x 射線 空洞 （能量 = Ee - Ex） 電子（能量 = Ee） 制動輻射 （能量Ex） 輻射物理…

32 電磁輻射與物質的作用 指數吸收 鋁 介 質 介 質 鉛 穿 透 分 數 吸收體厚度（cm） 1.0 0.5 0.1 0.05 0.01
輻射物理…

33 介質中發生何事? I0 I 介 質 光電效應 康普吞效應 成對效應 光蛻變 ? ? ? ? ? 輻射物理…

34 低能電磁輻射‥光電效應 電子 10 keV至500 keV 佔優勢 輻射物理…

35 中能電磁輻射‥康普吞效應 康普吞電子 λ 電子 散射光子 100 keV至3 MeV 佔優勢 輻射物理…

36 高能電磁輻射‥成對效應 電子 正子 輻射物理…

37 電磁輻射整理 1 2 註 ： 作用名稱 光子能量範圍 電子動能 反應機率與下列因數成正比 光電效應 10 keV-500 keV h ν
-B k Z 4 /E 3 康普吞效應 100 keV-3 MeV - ′ Z/E 成對發生 1.02 MeV 以上 1 2 ( -1.02) E 註 ： B : 原子核外圍的電子束縳能 ， 光子能量 散射後的光子能量 ：原子序數 ：光子能量 輻射物理…

38 中子的生命歷程 中子的產生： 反應器 252Cf進行衰變時，有時會產生 10000 10B(n,)7Li
（,n）反應， （ ,n ）反應 分類：中子與物質的作用方式與能量密切相關，例如熱中子（0.5 eV以下）、中速中子（ 100 keV 以下）及快中子（ 100 keV 以上）。 eV 10B(n,)7Li 反 應 截 面 （barn) 1 100 1000 10000 10 輻射物理…

39 中子與物質作用 彈性碰撞…中子與靶核碰撞而損失能量，損失的能量轉移成靶核的動能。為何快中子選用輕物質(如水、石臘、塑膠等含氫物質)來做屏蔽或緩和體的原因。 非彈性碰撞…入射中子把一部分能量傳給靶核並使靶核激發，當受激核返回基態時，通常會放出γ射線。對於重元素而言，非彈性碰撞的作用較為重要。 輻射物理…

40 中子與物質作用‥中子捕獲 快中子與物質碰撞減速為熱中子後，被吸收體的原子核捕獲的機會大增。中子被捕獲的結果，靶物質被活化，同時釋出輻射(如α粒子、質子、γ射線等)。重要的中子捕獲反應有(n，α)，(n，γ)，(n，p)等。 輻射物理…

41 輻射劑量單位 暴露量 吸收劑量(D) 等效劑量(HT) 有效等效劑量(HE) 輻射物理…

42 劑 量（焦耳／公斤；J／kg） 入射光子(hn) 散射光子(hn′) 能量吸收 入射粒子(E)
能量吸收 = 物質吸收的輻射能量 = 射入體積的輻射能量 - 射出體積的輻射能量 單位體積或質量中，吸收輻射的能量 輻射物理…

43 暴露量 空氣(質量=m) Q(電荷) STP下， 電磁輻射與1cm3空氣作用所產生二次電子累積得一靜電單位的電荷量時，其暴露量為1侖琴（R）。 輻射物理…

44 吸收劑量‥D 為定義與輻射生物效應更直接關係的物理量，考慮每單位質量(kg)物質從游離輻射吸收的平均能量…吸收劑量的觀念受重視
吸收劑量的國際制單位為焦耳/千克(J/kg)，又稱為 戈雷 (Gy) 。 舊單位為雷得(rad)，1戈雷等於100雷得。吸收劑量率的單位是戈雷/小時或雷得/小時。 輻射物理…

45 等效劑量‥HT HT(西弗；Sv)＝D(戈雷) ×Q 輻射種類 射質因數(Q) x射線、γ射線、貝他粒子 慢中子 快中子、質子 α粒子
1 2.3 10 20 輻射物理…

46 等效劑量‥HT 等效劑量的國際制單位為焦耳/千克(J/kg)，又稱為 西弗；Sv 舊單位為侖目(rem)，1西弗等於100侖目。
單位時間等效劑量率的單位是毫西弗/小時(mSv/h)或微西弗/小時(uSv/h)等。 輻射物理…

47 有效等效劑量‥HE WT：ICRP所規定的加權因數 主要用於指示機率性效應，如致死癌與初二代的遺傳效應。
單位：為焦耳/千克(J/kg)，稱為 西弗；Sv 舊單位為侖目(rem)，1西弗等於100侖目 輻射物理…

48 加權因數‥WT 人體主要組織或器官的加權因數(WT) 組織或器官 加權因數(WT) 性腺 乳腺 紅骨髓 肺 甲狀腺 骨表面 其餘組織*
0.25 0.15 0.12 0.03 0.30 總計 1.00 * 其餘組織取5個接受劑量最大的組織， 每個組織的WT取0.06。 輻射物理…

49 新的輻防量…ICRP60 暴露量 照舊 吸收劑量(D)  器官劑量(DT) 等效劑量(HT) 等價劑量(HT.R)
有效等效劑量(HE) 有效劑量(E) 輻射物理…

50 等價劑量‥HT.R HT.R(西弗；Sv)＝ WR × DT，R(戈雷) 輻射加權因數(WR)與輻射種類的關係 輻射種類與能量
所有能量之光子 所有能量之電子與 介子 中子能量 ＜ 10 keV 10 keV~100 keV 100 keV~ 2 MeV 2 MeV ~ 20 MeV ＞ 20 MeV 2 MeV 以上質子 粒子、分裂碎片、重核 輻射加權因數(WR)與輻射種類的關係 1 5 10 20 HT.R(西弗；Sv)＝ WR × DT，R(戈雷) 輻射物理…

51 有效劑量‥E E=ΣωT．HT WT：ICRP60所規定的加權因數 主要用於指示機率性效應，如致死癌與初二代的遺傳效應。
單位：為焦耳/千克(J/kg)，稱為 西弗；Sv 舊單位為侖目(rem)，1西弗等於100侖目 輻射物理…

52 組織加權因數‥WT 人體主要組織或器官的加權因數(WT) 肝 食道 甲狀腺 皮膚 骨表面 其餘組織* 0.05 0.02 0.01 0.03
0.30 性腺 紅骨髓 結腸 肺 胃 膀胱 乳 0.2 0.12 0.05 總計 1.00 * 其餘組織取10個接受劑量最大的組織 輻射物理…

53 ICRP60劑量限值的改變 國際放射防護委員會（ICRP）第60號報告，修改劑量建議：
職業暴露的劑量限值5年總和不能超過100 mSv，期中一年最高不得超過 50 mSv。 婦女在懷孕期間所受的腹部劑量降為 1 mSv 。 一般人的劑量限值由一年 5 mSv降為 1 mSv。 眼球、皮膚、手足四肢則不變。 等效劑量等價劑量 輻射加權因數（WR）取代射質因數（Q）。 有效等效劑量有效劑量 組織加權因數的改變。 輻射物理…