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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: [email protected]: (07)3121101轉7127或2199
Cell phone: 0939272822
輻射？？安全？？

法令規定


輻射源與輻射特性




資格符合
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…
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…
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…
人員資格兩大系統
輻射防護專業人員
輻射防護員
輻射防護師

放射性物質或可發生游
離輻射設備操作人員
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…
人員資格…操作人員分類
運轉人員
醫用、非醫用
密封
非密封
高級操作
（輻安證書＋
54小時＋操作＋測驗）
中級操作
輻安證書
（36小時＋國考）
初級操作
可發生
以訓練替代證書
游離輻射設備 （40小時＋國考）
（18小時）
動物用X光機
類
別
與
任
務
均
不
分
豁免管制
輻射物理…
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

輻安證書
固定型
以訓練替代證書
150 kVp以下



豁免×100
豁免×1000
豁免×100以下
豁免×1000以下
豁免管制標準
輻射物理…
持續有效的最低消費

以訓練替代證書


輻射安全證書


每年三小時
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…
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…
大 綱

放射性核種部份



γ
α
β
釋出輻射部份



原子模型
衰變、活度與半衰期
γ
認識α、β、γ、x
與中子如何產生、基
本特性。
γ
輻射與物質的作用
劑量意義與單位
α
β
n
輻射物理…
原子模型
中子(不帶電)
原子核
電子(負電)
K L MN O
質子(正電)
輻射物理…
質子、中子以及電子的基本數據
名稱
符號
質
千 克
量
電 量
原子質量單位(u) *
質子
p
1.6725× 10 27
~1
中子
n
1.6747× 10 27
~1
電子
e
-
9.1089× 10-31
~1/1840
庫 侖
1.602× 10 19
0
-1.602× 10 19
*國際上規定以一個12C原子質量的1/12作為一種質量單位，稱為原子質量單位(u)
輻射物理…
核種表示法
質量數
A
元素化學符號
X
Z N
原子序
60
Co
(鈷60)
中子數
輻射物理…
同位素
元素 符號
氫
1
1
2
1
Z=1
3
1
質子數 中子數 質量數 性質 原子名稱
H
1
0
1
穩定
氫
H
1
1
2
穩定
氘
H
1
2
3
放射性 氚
58
27
Co
59
27
Co
60
27
Co
輻射物理…
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…
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…
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
α2 = 4.60 MeV
(5.5%)
氡的受激態
2p2n
226
88
α1 = 4.78 MeV
(94.5%)
γ= 0.18 MeV
222
86
Rn
氡
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
氡 222
質子 p = 88
質子 p = 86
中子 n = 138
中子 n = 136
226
88
Ra  86 Rn  2 He  
222
4
輻射物理…
衰變例



產生新的核種
自發性放出輻射
β-是來自核中的
鎳的受激態
電子
二β 衰變
5.27年 鈷
β-(99+ %)
60
Co
27
γ= 1.173 MeV
γ= 1.332 MeV
e60
28
Ni
鎳
輻射物理…
粒子型游離輻射‥β射線
電子
氚(1 H)
3
氦 3 ( 2 He )
質子 1
質子 2
中子 2
中子 1
3
1
3
H  He 
3
2
輻射物理…
α、β 能譜示意圖
β
粒
子
數
α
1
E  E max
3
反微中子
能量
Emax
能量
輻射物理…
電磁波（光）‥γ射線
5.27年鈷
β-(99+ %)
鎳的受激態
60
28
Ni
鎳
鐳
60
27
Co
226
88
Ra
1600y
γ= 1.173 MeV
α2 = 4.60 MeV
(5.5%)
氡的受激態
γ= 1.332 MeV
γ= 0.18 MeV
222
86
Rn
α1 = 4.78 MeV
(94.5%)
氡
輻射物理…
一定的半衰期
鐳




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
226
88
Ra
1600 y
α2 = 4.60 MeV
(5.5%)
氡的受激態
α1 = 4.78 MeV
(94.5%)
γ= 0.18 MeV
222
86
Rn
氡
輻射物理…
指數衰減
N= N0 e-λt
Au
100×106
原
N0：放射性核種 初始 子
數
的原子數目
N ：放射性核種 經時 目
間 t 衰變後原子數目
λ ：衰變常數
T1/2= 2.69天
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）
輻射物理…
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…
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…
能量轉移給介質‥游離、激發
交互作用
原
子
正
離
子
+
自由電子
+
激發
+
激發態原子
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。
輻射物理…
α射線在空氣中的射程
12
11
空 10
氣
9
中
射 8
程 7
（cm） 6
5
4
3
6
7
8
9
10
11
阿伐粒子能量（MeV）
輻射物理…
β射線的射程
1000
貝
他
100
粒
子
的
最 10
大
射
程
（cm） 1
空氣
水
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）
輻射物理…
X射線的產生…原子核外
制動輻射
電子（能量 = Ee）
電子
（能量Ex）
空洞
電子 特性 x 射線
（能量 = Ee - Ex）
輻射物理…
電磁輻射與物質的作用
1.0

指數吸收
鋁
0.5
穿
透
分
數
介
介
質
質
0.1
0.05
鉛
0.01
吸收體厚度（cm）
輻射物理…
介質中發生何事?
I0




光電效應
康普吞效
應
成對效應
光蛻變
I
?
?
?
介
質
?
?
輻射物理…
低能電磁輻射‥光電效應
10 keV至500 keV
佔優勢
電子
輻射物理…
中能電磁輻射‥康普吞效應
康普吞電子

電子
散射光子
100 keV至3 MeV
佔優勢
輻射物理…
高能電磁輻射‥成對效應
電子
正子
輻射物理…
電磁輻射整理
作用名稱
光子能量範圍
電子動能
光電效應
10 keV-500 keV
hν -B k
Z /E
康普吞效應
100 keV-3 MeV
hν - hν′
Z/E
成對發生
1.02 MeV 以上
1
反應機率與下列因數成正比
4
3
2
( hν -1.02)
ZE
2
註：Bk:原子核外圍的電子束縳能 ，hν:光子能量，
hν′:散射後的光子能量， Z：原子序數， E：光子能量
輻射物理…
中子的生命歷程


中子的產生：
 反應器
10000
252Cf進行衰變時， 反

有時會產生
應 1000
截
 （,n）反應，
100
（ ,n ）反應
面
（barn) 10
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
1
下）、中速中子（ 100
10-2
keV 以下）及快中子
（ 100 keV 以上）。
10B(n,)7Li
100
102
104 eV
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。
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。
輻射物理…
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…
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…
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）。
Q(電荷)
空氣(質量=m)
Q(游離空氣產生的電荷)
X (曝露) 
m(空氣質量)
單位 : 1R(侖琴)  2.58  10 4 庫侖 / 公斤
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。
輻射物理…
等效劑量‥HT

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
x射線、γ射線、貝他粒子
射質因數(Q)
1
慢中子
2.3
快中子、質子
α粒子
10
20
輻射物理…
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…
有效等效劑量‥HE
HE 
W
T
HT
T

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…
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
性腺
乳腺
紅骨髓
肺
甲狀腺
骨表面
其餘組織*
總計
加權因數(WT)
0.25
0.15
0.12
0.12
0.03
0.03
0.30
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…
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…
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)
1
1
5
10
20
10
5
5
20
輻射物理…
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…
組織加權因數‥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
紅骨髓
結腸
肺
胃
膀胱
乳
0.2
0.12
0.12
0.12
0.12
0.05
0.05
總計
組織或器官
肝
食道
甲狀腺
皮膚
骨表面
其餘組織*
加權因數(WT)
0.05
0.05
0.02
0.01
0.01
0.03
0.30
1.00
* 其餘組織取10個接受劑量最大的組織
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（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…