第七章电离辐射吸收剂量的测量教材课件.ppt

第七章电离辐射吸收剂量的测量,电离室测量吸收剂量的基本过程是：通过测量电离辐射在与物质相互作用过程中产生的次级粒子的电离电荷量，由计算得出吸收剂量。,一、电离室的工作机制,(一)电离室基本原理,两个互相平行的电极之间充满空气，虚线所包括的范围称为电离室灵敏体积。当电离辐射，如X或射线射入这个灵敏体积内，与其中的空气介质相互作用，产生次级电子。这些电子在其运动径迹上使空气中的原子电离，产生一系列正负离子对。在灵敏体积内的电场作用下，电子、正离子 分别向两极漂移，使相应极板的感应电荷量发生变化，成电离电流。在电子平衡条件下测到的电离电荷，理论上应为次级电子所产 生的全部电离电荷。,根据以上原理可以制成自由空气电离室,主要由两个相互平行的平板型电极构成，极间相互绝缘并分别连接到电源高压的正负端，电极间充有空气。构成电离室的一个极板与电源高压的正端或负端相连，另一极板与静电计输入端相连，称为收集极。,电离室的灵敏体积是指通过收集极边缘的电力线所包围的两个电极间的区域。在灵敏体积外的电极称为保护环，其作用时使灵敏体积边缘外的电场保持均匀，并同时使绝缘子的漏电流不经过测量回路，减少对信号的影响。,在实际应用中，电离室的输出信号电流在10-10A量级，为弱电流，必须经过弱电流放大器（静电计）对其进行放大，此类静电计通常称为剂量测量仪。如下图所示，静电计实际上就是一个负反馈运算放大器。以三种方式测量电离室的输出信号：1、测量输出电荷量2、测量输出电流3、测量输出回路中形成的电压信号。自由空气电离室一般为国家一级或二级剂量标准实验室所配置，作为标准，在现场使用的电离室型剂量仪进行校准，并不适合于在现场如医院使用。,(二)指形电离室,指形电离室是根据自由空气电离室的原理，为便于常规使用而设计的。图a表示的电离室设想有圆形空气外壳，中心为充有空气的气腔。假定空气外壳的半径等于电离辐射在空气中产生的次级电子的最大射程，满足进入气腔中的电子数与离开的相等，电子平衡存在。此条件下的电离室可认为与自由空气电离室具有等同功能。,(二)指形电离室,如果将图a的空气外壳压缩，则可形成图b所表示的固态的空气等效外壳。所谓空气等效就是该种物质的有效原子序数与空气有效原子序数相等。由于固体空气等效材料的密度远大于自由空气的密度，该种材料中达到电子平衡的厚度可远小于自由空气的厚度。,(二)指形电离室,图c就是根据上述思想设计而成的指形电离室的剖面图。指形电离室的材料一般选用石墨，它的有效原子序数小于空气（7.67）而接近于碳（6）。其表面涂有一层导电材料，形成一个电极。另一个收集电极位于中心。,如上所述，空气气腔中所产生的电离电荷，是由四周室壁中的次级电子所产生。为了使指形电离室与自由空气电离室具有相同的效应，它的室壁应与空气外壳等效，即在指形电离室壁中产生的次级电子数和能谱与空气中产生的一样。,通常用作室壁材料的石墨，酚醛树脂和塑料，其有效原子序数略小于空气的有效原子序数，这种室壁材料在空气气腔中产生的电离电荷也略少于自由空气电离室。因此，选用有效原子序数略大的材料，制成中心收集电极，可补偿室壁材料的不完全空气等效。,二、电离室的工作特性,(一)电离室的方向性电离室本身有角度依赖性，其正确的使用方法是，平行板电离室应使其表面垂直于射束中心轴，指形电离室应使其主轴线与射束中心轴的入射方向 相垂直。,(二)电离室的饱和特性电离辐射在空气中产生的正负离子，在没有外加电场的作用或电场强度不够大时，会因热运动由密度大处向密度小处扩散，导致宏观的带电粒子流动，称为离子，电子的扩散运动。同时，正离子与负离子在到达收集极前可能相遇复合成中性的原子或分子，这种复合会损失一部分由电离辐射产生的离子对数，从而影响电离效应与电离室输出信号之间的对应关系。,当电离室工作电压较低时，正负离子的复合与扩散作用显得较为突出。如下图所示：当入射电离辐射的强度不变时，电离室的输出信号电流I随工作电压V变化的关系，称为“电离室的饱和特性”。图中OA段，电离室工作电压逐渐增高，离子或电子的飘移速度加大，逐渐克服复合与扩散作用的影响，输出信号电流也逐渐增加。,AB段内，由于复合与扩散影响已基本消除，信号电流不再随工作电压改变而保持稳定，此段称为电离室的饱和区。电离室正常工作时，其工作电压应处于这一范围。随着工作电压的继续提高，BC段电离室内电场过强，因离子或电子运动速度加大，产生碰撞电离，离子数目变大，信号电流急剧上升，超出电离室正常工作状态。,饱和区,(三)电离室的杆效应电离室的灵敏度，也会受到电离室金属杆和电缆在电离辐射场中的被照范围的影响。因为电离室的金属杆和绝缘体及电缆，在电离辐射场中会产生微弱的电离，叠加在电离室的信号电流中，形成电离室杆的泄漏，这叫做杆效应。实验表明，对于X()射线，杆效应表现有明显的能量依赖性，能量越大，杆效应越明显。而对于电子束，表现不甚明确。另一特点是，当电离室受照范围较小时，杆效应变化较大，当受照长度超过10cm时，基本不再变化。它影响射野输出因子的测量精度。,(四)电离室的复合效应：电离室即使工作在饱和区，也存在正、负离子复合效应的影响。复合效应的校正，通常采用称为“双电压”的实验方法。具体做法:对相同的辐射场，电离室分别加两种不同的工作电压V1和V2，其中V1为常规工作电压，并且V1和V2的比值要大于或等于3，得到不同工作电压时的收集电荷数Q1和Q2，然后利用以下公式计算复合校正因子：Ps=a0+a1(Q1/Q2)+a2(Q1/Q2)2式子中，ai为实验拟合系数。不同类型的电离辐射的a1值分别列于书上Page50的表3-2，3-3,复合效应依赖于电离室的几何尺寸、工作电压的选择和正负离子产生的速率。对医用加速器的脉冲式辐射，特别是脉冲扫描式辐射，复合效应的校正尤为重要；但对于放射性核素产生的射线（如钴-60），复合效应非常小。,(五)电离室的极化效应对给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会因收集极工作电压极性的改变而变化，这种变化现象称为极化效应。改变电离室工作电压的极性会影响它的收集效率。(六)环境因素对工作特性的影响非密闭型电离室，空腔中的空气质量随环境温度和气压变化而改变，即气压或温度变化时，空气质量都会改变，就会直接影响电离室测量的灵敏度，现场使用时必须给予校正。校正系数与温度和气压的关系为：Kpt = (273.2+t)/(273.2+T) (1013/p)式中T为电离室在国家实验室校准时的温度，一般为20C或22C；t为现场测量时的温度；p为现场测量时的气压。,三、电离室测量吸收剂量的原理,由电离室工作原理可以看到它的作用是测量电离辐射在空气中或在空气等效壁中产生的次级粒子的电离电荷。而在空气中每产生一对正负离子所消耗的电子动能，对所有的电子来说，基本是一个常数，即平均电离能为W/e = 33.97 J/C 。,e是每一个离子的电荷，W是空气中每形成一个离子对所消耗的平均能量,用电离室测量吸收剂量可以分为两步：首先测量由电离辐射产生的电离电荷，然后利用空气的平均电离能计算并转换成电离辐射所沉积的能量，即吸收剂量。由于电离室本身特性的限制，采用这种方法测量吸收剂量时，对不同能量的电离辐射，所依据的基础和计算方法不同。,(一)中低能X()射线吸收剂量的测量,根据照射量的定义，如果用于测量的指形电离室符合条件室壁由空气等效材料制成；室壁厚度(或加平衡帽后)可达到电子平衡；气腔体积可精确测定，则可以用来直接测量照射量，再转换为吸收剂量。,(3-18),对中低能X()射线来说，电子平衡能够建立，介质中的吸收剂量可用相同位置处的照射量进行转换。需要注意的是这种测量的前提条件：电离室壁材料不仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。,(二)高能电离辐射吸收剂量的测量,上述用电离室测量照射量，再转换为吸收剂量的方法，前提条件是必须建立电子平衡，这只对能量不高于2MV的X()射线适用。另外，照射量的定义仅适用于X()光子辐射，不能用于其它类型的电离辐射，如电子、中子等。布拉格格雷空腔理论可以用来直接从测量结果计算吸收剂量。布拉格格雷空腔理论认为，电离辐射在介质中的沉积能量即介质吸收剂量，可通过测量其置放在介质中的小气腔内的电离电荷转换。,假设在一均匀介质中有一充有空气的气腔，电离辐射如X()射线入射，它在介质中产生的次级电子穿过气腔时会在其中产生电离。这种电离可以是X()射线在气腔空气中产生的次级电子所致，也可以是在电离室空气等效壁材料中产生的次级电子所致。假定气腔的直径远远小于次级电子的最大射程，则以下三个假定成立： X()射线光子在空腔中所产生的次级电子的电离，即“气体作用”可以忽略； 气腔的引入并不影响次 级电子的注量及能谱分布； 气腔周围的邻近介质中，X()射线的辐射场是均匀的。,(续)也就是说气腔的引入并不改变次级电子的分布，则介质所吸收的电离辐射的能量E m与气腔中所产生的电离量J a 应有如下关系： 式中w/e 为电子的平均电离能； (S /)m / (S /)a 为介质与空气的平均质量阻止 本领率之比。此式即是布拉格格雷关系式。用布拉格格雷理论测量吸收剂量时不需要电子平衡条件。,小结,综合低能和高能电离辐射的测量原理，需注意以下几点：1、中低能X()射线吸收剂量的测量，首先测量的可以是照射量，但电离室壁材料不仅要空气等效，而且壁厚要满足电子平衡条件。,小结,2、用布拉格格雷理论测量吸收剂量时，就不需要电子平衡条件，因为根据空腔电离理论，气腔中产生的电离电荷量只和介质中实际吸收的能量有关。对中低能X()射线测量时，只要电离室壁材料和空气等效，对空腔的大小没有特别的限制。如在空气中测量低水平辐射，电离室体积往往比较大。,小结,3、用空腔理论测量高能电离辐射的吸收剂量时，空腔应足够小，一般要小于次级电子的最大射程，但也不能过小，以致造成由次级电离产生的电子大量跑出气腔，而使布拉格格雷关系式失效,四、电离辐射质的确定,电离辐射质即辐射能量。对某些类型的辐射，如各类治疗机所产生的X射线，由于是轫致辐射和为了适应临床治疗需要给与均整改造后，能谱甚为复杂，规定和测量其能量较为困能。实际上，放射治疗临床对辐射能量的关心，主要集中在电离辐射穿透物质的能力上。因此，电离辐射质定义为电离辐射穿射物质的本领。,四、电离辐射质的确定,(一) X()射线质的确定 1、中低能X射线质，一般用半价层(HVL)来表示。,HVL可以通过X射线束贯穿某种介质时的减弱程度来定义和确定。 N = N0e-式中N为达到探测器的光子数，N0为入射光子数，为线性衰减系数，为吸收体的厚度。 HVL = 0.693,2、放射性核素产生的射线与X射线不同，每种放射性核素放出射线的衰变过程是特定的，根据它们的衰变图可以很清楚地了解所用放射性核素的射线能量。例如钴60在衰变过程中释放两种不同能量的射线，1.17和1.33MeV，因为它们的衰变概率相同，所以它们的平均能量为1.25MeV。对能谱比较复杂的放射性核素，经过对不同能量射线衰变概率的加权处理，就可以得到其平均能量。因此，放射治疗中放射性核素的射线质，一般用其核素名和辐射类型表示，如钴60 射线、铯137 射线等。,3、高能X射线加速器产生的高能X射线，能谱是连续的，最大能量可以认为与加速电子打靶前的能量相同。高能X射线的射线质原则上也可以用某种材料的半价层值表示，但因为高能X射线的穿透力较强，线性衰减系数值随射线质的变化比较小，因此高能X射线的射线质一般用电子的标称加速电位表示，单位是百万伏(或兆伏，MV)。从剂量学角度考虑，对高能X射线质的确定，常用辐射质指数 I 来表示。,辐射质指数的定义方法有两种：一是保持靶到探测器的距离不变，以水模中20cm处和10cm各处的组织体模比TPR的比值表示；二是保持靶到模体表面的距离不变，以水模中20cm处和10cm处的百分深度剂量PDD的比值表示。,(二)高能电子束射线质的确定,加速器产生的高能电子束，在电子引出窗以前，能谱相对较窄，基本可认为是单能。电子束引出后，经过散射箔、监测电离室、空气等介质，并经准直器限束到模体(或患者)表面和进入模体后，能谱逐渐变宽。因此，电子束能量在不同位置数值差别很大。从临床使用和水中吸收剂量测量考虑，对高能电子束，首先要关心模体表面和水中特定深度处的能量的定义和表示法。,1、模体表面的平均能量高能电子束在模体表面的平均能量 0，是表示电子束穿射介质的能力和确定模体不同深度处电子束平均能量的一个重要参数。确定 0的方法是通过测量高能电子束在水中的百分深度剂量曲线（如图），找出它的半峰值剂量深度R50(cm)。 0 = 2.33 R 50系数2.33的单位是MeV cm-1，它是利用蒙特卡罗方法模拟高能电子束百分深度剂量而得来的。,需要特别指出，在确定R50时，要求固定源（即靶位置）到电离室的距离，然后测量百分深度剂量或深度电离量。为克服射野的影响，测量时应采用较大的射野，一般为15cm*15cm或者更大，特别对于大于15MeV的高能电子束更应如此。,对于这个 0 = 2.33 R 50式子，只适用于固定源到电离室距离测量条件，如果采用固定源到模体表面距离（固定SSD）方法，上式应改为：,2、不同深度处的平均能量随着模体深度的增加，电子束能量发生变化。在深度z处的电子束的平均能量，可以近似其表面能量 0和射程R p来表示： z= 0(1-z/R p)该式是一近似关系式，仅对较低能量的电子束（10MeV），或较高的电子能量时较小深度处成立。,电子射程R p定义为水中百分深度剂量曲线下降部分梯度最大点的切线，与轫致辐射部分外推延长线交点处的深度(cm)。,五、吸收剂量的校准,用电离室方法测量吸收剂量，理论上设想的是一理想电离室。当用于中低能射线吸收剂量测量时，假定电离室室壁材料为空气等效，空腔体积能精确测定和电离室室壁厚度可达到完全的电子平衡。而当用于高能电离辐射吸收剂量测量时，电离室又被理想化为布拉格-格雷腔。如果要满足上述条件，电离室的设计与制作十分困难。,对现场使用的电离室，为了能适应实际测量的需要，往往对有些条件作了近似处理。当将电离室空腔中产生的电离电荷量转换成组织中的吸收剂量时，对计算中使用的相关系数也做了近似的处理。,因此，将现场电离室直接用于测量各种类型电离辐射的吸收剂量之前，必须对它们校准，并选择和确定与它们相适应的相关系数。这一工作应由国家级的计量监督部门，作为一级国家标准实验室来完成，或由其授权并经计量标准传递的地方级计量监督部门，作为次级实验室来完成。,(一)吸收剂量测量用电离室、模体、几何条件的技术要求为了量值的统一和测量结果的准确，国内外的基本做法是，首先建立国家级的剂量基准，并制定相关的吸收剂量测量规程。根据电离室测量吸收剂量的原理，北京中国计量科学院作为国家一级标准实验室，就建立有照射量基准的国家级一级标准。,(续)并在有条件的省市建立了次级标准实验室，负责对现场如医院使用的测量仪表(电离室和静电计)进行校准和检定，给出相关的照射量校准因子NX或空气比释动能校准因子NK，并对现场使用给予指导和检查。,(续)放射治疗中对吸收剂量的校准一般都是通过组织替代水模体中的吸收剂量进行转换。因此，对吸收剂量的校准，一般是在水模体(简称水箱)中进行。,电离室中心所收集的电荷，是源于它前方的某一点产生的次级电子，有必要定义电离室的有效测量点Peff，以修正电离室气腔内电离辐射的注量梯度变化。（如图）有效测量点Peff位于电离室中心点P的前方(面向射束入射方向)，以r表示电离室半径，对不同辐射质， Peff分别位于： 高能电子束为0.5r； 高能X射线为0.75r； 60Co射线为0.5r； 中能X射线为几何中心。,1、电离室的有效测量点,2、校准深度在水模中测量吸收剂量，需要规范测量的几何条件，例如为了减少水中吸收剂量梯度变化的影响，一般都将电离室置放在水中一个特定的校准深度，具体参看表311。,为了使用方便，模体材料也可以选择使用原子序数和质量密度与水介质接近的固体材料，如有机玻璃、聚苯乙烯、“固体水”等，但是测量结果必须最终转换成水中吸收剂量。,3、水模和固体模体中吸收剂量的转换,对X()射线，将固体介质中测量的吸收剂量转换成水中的吸收剂量时，如果在测量位置，射线的能谱分布和原射线与散射线的注量在两种介质中相同，则有：,3.1 水模和固体模体中吸收剂量的转换（ X()射线）,测量深度的校正：因水和固体模体对射线的吸收不完全相同，还需对测量深度进行校正。测量时，一般应保持放射源到电离室的距离SCD和照射野大小不变，如图3-25所示。水中测量深度dw与固体模体中的测量深度dm的比值为比例系数SF：,散射校正：由于固体材料尤其是有机玻璃，其电子密度比水大，这样在固体模体中引起的散射不同于在水模体中的散射，需做额外散射校正ESC。ESC因子与照射野大小、测量深度有关。加入ESC校正后，前面式子变成：,对高能电子束，测量吸收剂量的校准深度都应位于最大剂量深度dmax处。如果水箱和固体模体中，深度dmax处的电子谱和注量相同，电子束在水和固体材料中吸收剂量的相应关系为：,3.2 水模和固体模体中吸收剂量的转换（高能电子束）,如果深度dmax处的电子注量不同，上式改为：,电子注量随着介质平均原子序数的增加和入射电子束能量的降低而增加。表3-16列出水和聚苯乙烯在dmax处的电子注量比值，对于有机玻璃，该比值较小，可忽略不计。,技术要求小结：有效测量点校准深度水模和固体模体中吸收剂量的转换（X()射线、高能电子束）,(二)中低能X射线吸收剂量校准具体做法：首先将现场使用的电离室，经国家标准实验室的照射量基准或空气比释动能基准校准后，得到：照射量校准因子Nx：Nx=Xc/Mc或空气比释动能校准因子Nk ：Nk=Ka,C/McM为校准时电离室剂量仪的仪表读数，角标C表示校准时使用的辐射质。,在用户现场，如医院，测量均匀水模体中P点的吸收剂量，将经过照射量或空气比释动能校准的电离室置放在水模体中，电离室的中心P与点P相重合。剂量仪仪表读数Mu（角标u表示辐射质），则P点的照射量为：X=MuNxKu上式表示是以点P为中心，直径等于电离室外径的一空气腔置换电离室后的照射量。,X=MuNxKuKu为辐射质校正因子，表示当用户现场使用的电离辐射质，与电离室做校准时的辐射质不同时，对电离室影响的校准。在中低能X射线的能量范围内，电离室壁对射线的吸收校正和室壁材料不完全空气等效的校正，都包含在照射量校准因子NX之中。,对上式和3-18式子作适当转换，可得到均匀水模体中P点的吸收剂量Dw为：或用空气比释动能Nk，Dw为：式中， 为水与空气的质能吸收系数之比，Pu为扰动校正因子，修正以空气和电离室室壁材料置换水后，对辐射场的扰动影响。（所谓扰动，是指电离室会对X()射线和电子束在水中的注量产生扰动影响，用扰动因子来修正。）,(三)高能电离辐射吸收剂量校准,高能X()射线和电子束的吸收剂量的测量，基本依据是ICRU第14号和第21号报告推荐的方法，即C和CE法。1980后，北欧临床物理学会提出了高能电离辐射吸收剂量测量的新方法，随后，英国医院物理学家协会，美国医学物理学家协会等一些学术组织，也根据本国的实践，提出了相应的测量方法。尽管这些方法形式上有所差异，但所依据的今本理论是一致的。,(三)高能电离辐射吸收剂量校准,特别是IAEA，是为了便于在世界范围内实施统一、简捷、易于执行，而在1987年提出的高能电离辐射吸收剂量的测量规程。根据IAEA方法用电离室测量高能X()射线和电子束的吸收剂量，其结果与量热法，化学剂量计方法的结果比较，差别小于1%。,1、高能电离辐射吸收剂量校准的C和CE法高能电离辐射吸收剂量测量的C和CE法，在80年代以前得到普遍应用，但是由于这种方法存在缺陷和不足，从80年代后期就不再使用了。 C和CE方法的主要问题是：使用空气照射量校准因子测量模体内的照射量是有问题的，因为这要求电离室的空气校准因子在模体中不随测量深度和射野改变而保持为一个常数。这与实际情况不符。,在测量高能X()射线时，C方法假设电离室为水的等效材料；而高能电子束测量时，CE方法又假设电离室为空气等效材料，应用时就有矛盾。 对所有的电离室都使用相同的置换因子，而不考虑辐射质和测量深度的影响，显然不正确。这个因子实际上受电离室的几何构造和射线能量的影响。,2、高能电离辐射吸收剂量校准的IAEA方法针对上述C和CE方法的缺陷和不足，一些国家的学术组织提出了新的测量规程，其中最有代表性的是IAEA提出的规程。按照IAEA方法，校准高能电离辐射吸收剂量大致分为三个步骤： 在国家标准实验室，将用户电离室置于钴60射线空气辐射场中，为满足电子平衡，电离室应戴有标准厚度的平衡帽，得出空气比释动能校准因子NK或照射量校准因子NX 。, 定义用户电离室的空气吸收剂量校准因子ND ： 式中Da,C为校准条件下电离室空腔内的吸收剂量。经过转换后，ND表示为：Km为电离室材料空气不完全等效的校正因子；Katt为电离室材料对射线吸收和散射的校正因子。（见书上表3-24）,(续) 应用于用户辐射场，如医院使用的钴60机或各种类型加速器的辐射场中时，按照前面介绍的几何条件，将经标准实验室校准过的电离室置放在标准水模体中进行测量。电离室有效测量点处的吸收剂量DW应该等于：其中Mu是经过温度和气压 校正的仪表读数，(SW/Sa)u 为水与空气的阻止本领比 。Pu是扰动因子，Pcel为电离室中心收集极空气等效不完全的校正因子。,六、辐射测量的其它方法,1、量热法它是一种测量介质中的吸收剂量最直接、最基本的方法。 它所依据的的基本原理是：当介质受到电离辐射照射后，介质所吸收的辐射能量除少部分可能引起化学反应外，主要会转换成热能，从而导致该介质温度的升高。温度的变化直接反映了介质吸收辐射能量的程度，由此可确定介质的吸收剂量。,量热法测量吸收剂量，不像电离室法那样，剂量转换和计算中需要有与辐射质相关的参数，如阻止本领、扰动因子，钴-60照射量校准因子等的校正，只需要了解水的比热，以及对热敏电阻的校准。作为吸收剂量的直接方法，量热法具有良好的能响特性及测量精度，一般在国家标准实验室作为吸收剂量的测量基准。,2、化学剂量法化学剂量法指的是：物质吸收电离辐射的能量而引起化学变化，如果这一变化可以被测定，即可使用它来测量吸收剂量。其基本原理是测量物质吸收辐射能量后引起的化学变化，从而测定吸收剂量。测量精度最高的是硫酸亚铁化学剂量计，或称为弗瑞克（Fricke dosimeter）。它的基本原理是，硫酸亚铁水溶液经电离辐射照射，溶液中的二价铁离子Fe2+会被氧化成三价铁离子Fe3+。 Fe3+的浓度正比于硫酸亚铁水溶液所吸收的辐射能量，用紫外分光光度计，在波长为244nm和304nm处测量三价铁离子的浓度，即可确定吸收剂量。,3、热释光剂量计基本原理：根据固体能带理论，具有晶体结构的固体，因含有杂质，造成晶格缺陷，称为“陷阱”。当价带上的电子获得电离辐射的能量，跃迁到导带，不稳定而落入“陷阱”。如对物质加热，会使电子重新回到价带上，并将电离辐射给予的能量，以可见光的形式辐射出去。发光强度与“陷阱”所释放的电子数成正比，而电子数又与物质吸收辐射能量有关。,能带理论：根据能带理论，固体中运动电子的能量谱值由一系列连续的具有一定宽度的能带（band）组成，两个相邻的能带之间的区域因不能被电子占据而被称为禁带（band gap）。金属都有着被电子部分占据的宽能带，即导带（conduction band），其中的电子填充情况容易因电场作用而改变，因此表现出良好的导电性。对绝缘体或半导体而言，能带系列则全被电子恰好填满，其中最高的满带称为价带（valence band）,价带之上经过一定宽度的禁带过渡才是空着的导带。满带与空带之间隔着较宽的禁带，电场很难使能带的填充情况改变，因而不产生电流。半导体的能带填充情况很像绝缘体,但是空导带与价带之间的禁带比绝缘体窄得多,因此可以引入杂质或热激发,使空导带出现了少数电子,或价带中出现少数空穴,或兼有二者,从而有一定的导电性。,(北京核仪器厂生产),热释光剂量系统,TLD,高温退火：TLD元件使用前要进行高温退火, 目的是为了消除探测器本底剂量和测读后的残余剂量, 重新建立TLD元件内部的电子缺陷平衡。产品说明书中给定的退火温度只是一个参考值, 实际应用中要根据被测元件在读出器上做出的发光曲线来确定。如下图发光曲线,第一个主峰是140 （140以下的发光峰为杂散辐射），第二个主峰是240 。 TLD 测量的升温程序可定为:预热温度140 , 读出温度240 , 退火温度300 。,TLD剂量刻度：热释光测量得到的TLD值是一组相对值, 随读出器灵敏度调节而任意变化, 因此对测量值需要确定其与标准辐照值的关系, 即进行刻度-即对TLD 照射已知剂量,然后测量读数,确定读数值与剂量值之间的比例系数。刻度方法常用点刻度法、线刻度法和自身刻度法。,如TLD较少，则可采用单点剂量刻度，此法要求刻度的剂量值在剂量计的使用剂量范围内。通过测量，给出剂量计刻度因子，并利用刻度因子，对待测剂量计的剂量值进行测读计算：,单点剂量刻度法：,线刻度法也称回归方程法或最小二乘法, 实际工作中就是用剂量计的TLD读数值和刻度源照射剂量值拟合出一条直线, 计算公式为按最小二乘法原理得出的公式: y=kx+b, 其中, y为热释光读出器计数, x为照射器的照射量, k为曲线斜率, b为曲线截距, k和b按下式计算:n为照射剂量点的个数，例如选择8个照射剂量点, 分别为: 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400mR, 每个剂量点照射20只TLD,线刻度法：,根据上述最小二乘法拟合得到的直线方程为: y=1.16x-4.5, 从而根据照射量与吸收剂量的转换关系可得: D= (y+4.5)/1.160.00876, 这里D为吸收剂量, 单位为mGy。,4、胶片剂量仪当胶片受可见光或电离辐射照射时，溴化银（AgBr）晶体颗粒中的银离子（Ag+）还原成银原子（Ag），数个银原子就形成所谓的“潜影”。洗片时，洗片液分子促使晶体颗粒的Ag+还原为Ag，这种转变在含有“潜影”的晶体颗粒中进行的更加迅速，因此选择合适的洗片时间就形成高黑度差别的影像。胶片在剂量学中的应用主要由三个方面：1、检查射野的平坦度和对称性。2、获得临床常用的剂量学数据，如高能X()射线的离轴比，电子束的百分深度剂量和离轴比。3、验证剂量分布，如相邻射野间的计量分布的均匀性，治疗计划系统剂量计算的精确度。,胶片剂量仪的优点是：同时测量一个平面内所有点的剂量，可减少照射时间和测量时间；有很高的空间分辨率；可以测量不均匀固体介质中的剂量分布。但由于银卤化物胶片灵敏度受射线能量和洗片条件影响很大，限制了它的应用，使用前，需要对胶片进行刻度和校准。测量时应保持胶片与模体紧密贴合，以免空气间隙造成不规则的花斑和条纹,5、半导体剂量仪半导体剂量仪使用的探测器实际上是一种特殊的PN型二极管，它的主要特点是灵敏度高。近十几年来，半导体探测器越来越广泛用于患者治疗过程中的剂量监测。,