輻 射 物 理

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) E-mail: paoshu@cc.kmu.edu.twPhone: (07)3121101轉7127或2199 Cell phone: 0939272822

2. 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 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 輻射物理…

6. 運轉人員 （輻安證書＋ 54小時＋操作＋測驗） 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 中級操作 輻安證書 （36小時＋國考） 初級操作 （40小時＋國考） 以訓練替代證書 （18小時） 豁免管制 人員資格…操作人員分類 輻射物理…

7. 運轉人員 人員資格…操作人員分類 • 設備類 • 移動型 • 固定型 150 kVp以上 • 放射性物質 • 豁免×100 • 豁免×1000 • 固定型 150 kVp以下 輻安證書 以訓練替代證書 • 豁免×100以下 • 豁免×1000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 • 每年三小時＋6年期滿換照36小時的證明 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. γ α γ β α γ β n 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 輻射物理…

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

12. 名 稱 符 號 質 量 電 量 千 克 原 子 質 量 單 位 庫 侖 ( u ) * - - p ~ 1 質 子 2 7 1 9 × × 1 . 6 7 2 5 1 0 1 . 6 0 2 1 0 - n ~ 1 0 中 子 2 7 × 1 . 6 7 4 7 1 0 - 3 1 - - ~ 1 / 1 8 4 0 電 子 × 9 . 1 0 8 9 1 0 1 9 × e - 1 . 6 0 2 1 0 1 2 * C 國 際 上 規 定 以 一 個 原 子 質 量 的 作 為 一 種 質 量 單 位 ， 稱 為 原 子 質 量 單 位 1 / 1 2 ( u ) 質子、中子以及電子的基本數據 輻射物理…

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

14. 元素 符號 質子數 中子數 質量數 性質 原子名稱 1 氫 H 1 0 1 穩定 氫 1 1 2 穩定 氘 1 2 3 放射性氚 1 2 H 1 Z=1 3 H 1 58 59 60 Co Co Co 27 27 27 同 位 素 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。 • 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. 鐳 226 Ra 88 1600y α2 = 4.60 MeV (5.5%) α1 = 4.78 MeV (94.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 2p2n 222 Rn 86 氡 衰 變 例 一α衰變 • 產生新的核種 • 自發性放出輻射 • α粒子 輻射物理…

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

19. 5.27年 鈷 60 Co 27 β-(99+ %) γ= 1.173 MeV 鎳的受激態 γ= 1.332 MeV 60 Ni 28 鎳 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 e- 輻射物理…

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

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

22. 5.27年 鈷 鐳 60 226 Co Ra 88 27 1600y β-(99+ %) α2 = 4.60 MeV (5.5%) α1 = 4.78 MeV (94.5%) γ= 1.173 MeV 鎳的受激態 氡的受激態 γ= 1.332 MeV γ= 0.18 MeV 60 222 Rn Ni 86 28 鎳 氡 電磁波（光）‥γ射線 輻射物理…

23. 鐳 226 Ra 88 1600 y α2 = 4.60 MeV (5.5%) α1 = 4.78 MeV (94.5%) 氡的受激態 γ= 0.18 MeV 222 Rn 86 氡 一定的半衰期 • 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. 100 ×106 T1/2= 2.69天 原 子 數 目 80 60 50 40 T1/2 25 20 2 T1/2 12.5 3 T1/2 0 0 2 4 6 8 衰變時間（天） 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 Au 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 • 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 • 1eV= 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. 正 離 子 + 自由電子 + 激 發 + 激發態原子 能量轉移給介質‥游離、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. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 空 氣 中 射 程 （cm） 6 7 8 9 10 11 阿伐粒子能量（MeV） α射線在空氣中的射程 輻射物理…

30. 1000 貝 他 粒 子 的 最 大 射 程 （cm） 100 空氣 10 1 水 塑膠（透明合成樹脂） 0.1 鋁 0.01 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 1 2 3 4 貝他粒子的最大能量（MeV） β射線的射程 輻射物理…

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

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

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

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

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

36. 高能電磁輻射‥成對效應 電子 正子 輻射物理…

37. 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 4 3 -B h ν 10 keV-500 keV Z /E 光電效應 k - h h 100 keV-3 MeV Z/E 康普吞效應 ν ν ′ 2 1 1.02 MeV Z E 成對發生 以上 ( -1.02) h ν 2 註 ： B : h : 原子核外圍的電子束縳能 ， ν 光子能量 ， k : ′ 散射後的光子能量 ， ：光子能量 h Z ν E ：原子序數 ， 電磁輻射整理 輻射物理…

38. 10000 10B(n,)7Li 反 應 截 面 （barn) 1000 100 10 1 10-2 100 102 104eV 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 • （,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）。 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） • 單位體積或質量中，吸收輻射的能量 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 輻射物理…

43. Q(電荷) 空氣(質量=m) 暴露量 • 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. HT(西弗；Sv)＝D(戈雷) ×Q 射質因數(Q)與輻射種類的關係 輻射種類 射質因數(Q) x射線、γ射線、貝他粒子 1 慢中子 2.3 快中子、質子 10 20 α粒子 等效劑量‥HT 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. 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 0.12 0.03 0.03 0.30 1.00 總計 * 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。 加權因數‥WT 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. 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 輻射加權因數(WR) 1 1 5 10 20 10 5 5 20 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 等價劑量‥HT.R 輻射物理…