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輻 射 物 理輻 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.

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1 輻 射 物 理輻 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 號 ) ,非醫用可發生游離輻射設備高級操 作執照 ( 非醫人字第 號 ) (07) 轉 7127 或 Cell phone:

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

3 輻射物理 … 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

4 輻射物理 … 物質類、設備類 自發性持續不斷釋出輻射 電源開才有輻射

5 輻射物理 … 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

6 輻射物理 … 人員資格 … 操作人員分類 醫用、非醫用 密封 非密封 可發生 游離輻射設備 動物用 X 光機 高級操作 類別與任務均不分類別與任務均不分 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)

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

8 輻射物理 … 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 每年三小時+ 6 年期滿換照 36 小時的證明

9 輻射物理 … 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

10 輻射物理 … 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 βγ γ α α γ

11 輻射物理 … 原 子 模 型原 子 模 型 原子核 中子 ( 不帶電 ) 質子 ( 正電 ) 電子 ( 負電 ) KLMNO

12 輻射物理 … 質子、中子以及電子的基本數據

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

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

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

16 輻射物理 … 放射性核種特性 ä 自發性的放出輻射,並衰變成另一種核種。 ä 常見的有 α 衰變、 β 衰變 ä 具有一定的半衰期 ( T 1/2 ) 。 ä 60 Co=5.27 年, 238 U =45 億年 ä 放射性核種的原子數目隨時間成指數衰減。 ä N= N 0 e -t N 0 ä N= N 0 e -λt N 0 :放射性核種 初始的原子數目 N N :放射性核種 經時間 t 衰變後原子數目 λ :衰變常數

17 輻射物理 … 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 1600y α 1 = 4.78 MeV (94.5%) α 2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 Rn 2p2n

18 輻射物理 … 粒子型游離輻射‥ α 射線 α 粒子 質子 2 中子 2 鐳 226 質子 p = 88 中子 n = 138 氡 222 質子 p = 86 中子 n = 136

19 輻射物理 … 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 Ni 鈷 Co 5.27 年 β - (99 + %) 鎳的受激態 γ= MeV 鎳 γ= MeV e-

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

21 輻射物理 … α 、 β - 能譜示意圖 E max 能 量能 量 β粒子數β粒子數 α 能量 反微中子

22 輻射物理 … 電磁波(光)‥ γ 射線 鈷 Co 5.27 年 β - (99 + %) 鎳的受激態 γ= MeV 鎳 Ni γ= MeV 鐳 Ra 1600y α 1 = 4.78 MeV (94.5%) α 2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 Rn

23 輻射物理 … 一定的半衰期 T 1/2 剩下一半 物理半衰期、 生物半衰期、 有效半衰期 衰變常數 鐳 Ra 1600 y α 1 = 4.78 MeV (94.5%) α 2 = 4.60 MeV (5.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 氡 Rn

24 輻射物理 … 指數衰減 N= N 0 e -t N= N 0 e -λt N 0 N 0 :放射性核種 初始 的原子數目 N N :放射性核種 經時 間 t 衰變後原子數目 λ :衰變常數 × T 1/2 3 T 1/2 2 T 1/2 原子數目原子數目 衰變時間(天) T 1/2 = 2.69 天 Au

25 輻射物理 … 放射性的強弱‥活度 ä 核種在單位時間 ( 秒 ) 內發生衰變的次數 ä 貝克( Bq ) = 衰變 / 秒 ( Ci ) =1226 ä 居里( Ci ) =1 克鐳 226 在一秒中產生核衰變的次數 ä 1= ä 1 居里 = 3.7×10 10 貝克 ä 毫居里( mCi );微居里( μCi ) ä 比活度( Cig -1 ) ä 活度的計算: A ( Bq ) =λN

26 輻射物理 … 輻射能量 ä 單位與互換 ä 1= 1.6× ä 1 eV= 1.6× J ä 粒子型輻射 … 動能 ä E = ½ m × ä E = ½ m ×ν 2 ä 電磁波型輻射 … ä E = h × ä E = h ×ν

27 輻射物理 … 能量轉移給介質‥游離、激發 + 原子原子 交互作用 + 正離子正離子 自由電子 + 激發態原子 激 發激 發激 發激 發

28 輻射物理 … 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。

29 輻射物理 … α 射線在空氣中的射程 阿伐粒子能量( MeV ) 空 氣 中 射 程 ( cm )

30 輻射物理 … β 射線的射程 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 )

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

32 輻射物理 … 電磁輻射與物質的作用 指數吸收 穿透分數穿透分數 吸收體厚度( cm ) 鉛 鋁 介質介質 介質介質

33 輻射物理 … 介質中發生何事 ? 光電效應 康普吞效 應 成對效應 光蛻變 介質介質 ? ? ? ? ? I0I0 I

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

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

36 輻射物理 … 高能電磁輻射‥成對效應 電子 正子

37 輻射物理 … 電磁輻射整理

38 輻射物理 … 中子的生命歷程 中子的產生: 反應器 252 Cf 進行  衰變時, 有時會產生 ( ,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 10 B(n,  ) 7 Li 反 應 截 面 ( barn)

39 輻射物理 … 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。

40 輻射物理 … 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。

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

42 輻射物理 … 劑 量 (焦耳/公斤; J / kg ) 單位體積或質量中,吸收輻射的能量 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 入射光子 ( h ) 散射光子 ( h ′ ) 能量吸收 入射粒子 ( E )

43 輻射物理 … 暴露量 STP 下, 電磁輻射 與 1cm 3 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 )。 空氣 ( 質量 = m ) Q ( 電荷 )

44 輻射物理 … 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。

45 輻射物理 … 等效劑量‥ H T H T ( 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 射質因數 (Q) 與輻射種類的關係

46 輻射物理 … 等效劑量‥ H T 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。

47 輻射物理 … 有效等效劑量‥ H E W T : 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

48 輻射物理 … 加權因數‥ W T 人體主要組織或器官的加權因數 (W T ) 組織或器官加權因數 (W T ) 性腺 乳腺 紅骨髓 肺 甲狀腺 骨表面 其餘組織 * 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 W T 取 0.06 。

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

50 輻射物理 … 等價劑量‥ H T.R 輻射種類與能量輻射加權因數 (W R ) 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 (W R ) 與輻射種類的關係 H T.R ( 西弗; Sv) = W R × D T , R ( 戈雷 )

51 輻射物理 … 有效劑量‥ E W T : 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 E=Σ ω T . H T

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

53 輻射物理 … 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( W R )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。


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