張向龍

摘 要：輻射劑量學(xué)是輻射防護(hù)的基礎(chǔ)，它不僅為輻射防護(hù)評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)和評(píng)價(jià)量等參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，同時(shí)還為輻射與人體的作用過(guò)程研究、輻射生物效應(yīng)的評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為輻射致癌效應(yīng)和治療癌癥的方法提供技術(shù)手段。該文對(duì)輻射劑量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢(shì)、理論基礎(chǔ)以及劑量學(xué)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，結(jié)合我國(guó)的劑量學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了我國(guó)急需發(fā)展的劑量測(cè)試技術(shù)以及需要拓展的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：宏觀劑量學(xué) 微劑量學(xué) 納劑量學(xué) 組織等效正比計(jì)數(shù)器

中圖分類(lèi)號(hào)：O43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（a）-0002-03

以輻射與物質(zhì)相互作用的尺度為基準(zhǔn)，劑量學(xué)通?？梢詣澐譃槿齻€(gè)層次：宏觀劑量學(xué)、微劑量學(xué)和納劑量學(xué)。宏觀劑量學(xué)量是反映組織或器官接受輻射照射水平的平均量，但當(dāng)組織對(duì)特定電離輻射產(chǎn)生大小為D的吸收劑量時(shí)，組織中的不同細(xì)胞所受的輻射程度是不同的，基于統(tǒng)計(jì)平均值的吸收劑量無(wú)法體現(xiàn)這種微觀作用的隨機(jī)性。同時(shí)，輻射對(duì)人體造成的生物效應(yīng)并不能通過(guò)吸收劑量來(lái)度量，吸收劑量既沒(méi)有考慮輻射類(lèi)型的因素，也沒(méi)有考慮微觀尺度上輻射與人體作用的隨機(jī)特性。宏觀劑量學(xué)引入品質(zhì)因子Q的概念（ICRP103采用輻射權(quán)重因子）解決吸收劑量的局限性，并且將品質(zhì)因子Q與輻射的傳能線(xiàn)密度LET聯(lián)系到一起。

吸收相同劑量引起的生物效應(yīng)因電離輻射能量沉積的微觀分布的不同而有別， 即決定生物效應(yīng)的因素不僅僅是受照器官或組織中沉積的平均能量，更重要的是能量沉積在時(shí)間和微觀空間中的分布情況。隨著粒子作用靶尺度的減小，尤其降至亞微米量級(jí)時(shí)，帶電粒子能量損失的空間分布不是連續(xù)的，能量沉積呈現(xiàn)明顯的隨機(jī)性，此時(shí)輻射生物效應(yīng)很大程度上是由某個(gè)物理點(diǎn)所沉積能量的實(shí)際大小所決定，而非平均值，因此采用微劑量學(xué)[1-2]對(duì)輻射效應(yīng)進(jìn)行描述更為適宜。20世紀(jì)50年代逐漸發(fā)展了微劑量學(xué)分支，微劑量學(xué)研究電離輻射在人體細(xì)胞中或尺度為微米級(jí)的人體組織中能量沉積事件的分布以及與此相關(guān)的人體宏觀生物學(xué)效應(yīng)。不同于采用統(tǒng)計(jì)平均值的宏觀劑量學(xué)量，微劑量學(xué)采用比能、線(xiàn)能等隨機(jī)變量來(lái)研究輻射的劑量特征。微劑量學(xué)原理不僅從理論上為研究輻射生物效應(yīng)與微觀能量沉積分布提供了紐帶，而且實(shí)驗(yàn)微劑量學(xué)原理可以對(duì)輻射場(chǎng)的性質(zhì)進(jìn)行表征，得到混合輻射場(chǎng)的劑量學(xué)特征。

描述微劑量學(xué)的核心參數(shù)傳能線(xiàn)密度是帶電粒子能損關(guān)于其徑跡的平均值，它本身并不能描述帶電粒子的徑跡結(jié)構(gòu)。而輻射品質(zhì)同粒子的徑跡結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系，因此通過(guò)LET表征輻射品質(zhì)有一定的局限性。微劑量學(xué)期望引入線(xiàn)能的概念代替LET來(lái)認(rèn)識(shí)輻射品質(zhì)的意義，但與傳能線(xiàn)密度一樣，線(xiàn)能也是能量沉積在徑跡長(zhǎng)度上的平均值，線(xiàn)能更多地反映出不同事件之間能量沉積的漲落，并不能反映單次能量沉積事件中不同作用過(guò)程（電離過(guò)程、激發(fā)過(guò)程等）的隨機(jī)性，而后者才是決定徑跡結(jié)構(gòu)的直接因素。使這種隨機(jī)性變得顯著的方法就是減小與輻射作用的靶的體積，以至于在這種尺寸下輻射與物質(zhì)的作用不具有統(tǒng)計(jì)性。隨著放射生物學(xué)深入研究，輻射對(duì)生物細(xì)胞的損傷起始于對(duì)細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA某一片段的損傷，對(duì)于不同品質(zhì)的輻射粒子，在2～3 nm區(qū)域內(nèi)的電離產(chǎn)額同DNA雙鏈斷裂的產(chǎn)額成正相關(guān)，為此產(chǎn)生了納劑量學(xué)。納劑量學(xué)通過(guò)理論或?qū)嶒?yàn)得到電離輻射在DNA尺度（染色質(zhì)纖維尺度：25 nm）產(chǎn)生的電離數(shù)目ν（包括次級(jí)帶電粒子引起的電離）的分布，根據(jù)此分布定義相關(guān)參數(shù)與遺傳物質(zhì)DNA發(fā)生損傷（單鏈斷裂和雙鏈斷裂）的幾率建立聯(lián)系，在考慮粒子徑跡結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上評(píng)估輻射的品質(zhì)。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 宏觀劑量學(xué)

宏觀劑量學(xué)采用吸收劑量描述射線(xiàn)在人體組織中的沉積能量。吸收劑量表示授予某一點(diǎn)處單位質(zhì)量的物質(zhì)的能量期望值，由下式定義：

（1）

1.2 微劑量學(xué)

線(xiàn)能

線(xiàn)能定義為電離輻射與物質(zhì)小體元發(fā)生相互作用時(shí)，單次能量沉積事件造成的授予能同該體積元的平均弦長(zhǎng)之比，線(xiàn)能由下式表示：

（2）

對(duì)于給定的體積元，平均弦長(zhǎng)可以通過(guò)柯西定理推導(dǎo)得到，由下式確定：

（3）

1.3 納劑量學(xué)

不同于吸收劑量和線(xiàn)能，納劑量學(xué)定義的基本參數(shù)是電離簇的大小ν（cluster size）。它是粒子在指定體積內(nèi)發(fā)生電離的次數(shù)。理論納劑量學(xué)和實(shí)驗(yàn)納劑量學(xué)最終都得到了電離數(shù)目ν的分布，它表示一個(gè)品質(zhì)因子為Q的初級(jí)輻射粒子穿過(guò)特定靶體積時(shí)，在靶體積內(nèi)發(fā)生ν個(gè)電離過(guò)程的概率。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 微劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

2.1.1 TEPC測(cè)量原理

TEPC最早由H.H.Rossi于1960年左右首次提出并用于研究電離輻射在人體細(xì)胞中能量沉積事件分布。組織等效材料正比計(jì)數(shù)器用于微小體積模擬的原理為法諾理論，即粒子在TEPC的壁中能量沉積的空間分布與在氣體空腔中相同。當(dāng)用正比計(jì)數(shù)器測(cè)量線(xiàn)能的概率密度函數(shù)f（y）時(shí)，可以使用大電離室和低密度填充氣體來(lái)模擬密度為1 cm3的人體組織在細(xì)胞層面上的線(xiàn)能分布[3]。

根據(jù)人體細(xì)胞等效的組織等效氣體的密度可按下式計(jì)算組織等效氣體的壓強(qiáng)。

（4）

2.1.2 探測(cè)器結(jié)構(gòu)

H.H.Rossi最早提出并使用正比計(jì)數(shù)器測(cè)量微劑量參數(shù)[4]，TEPC具有組織等效性和模擬微觀尺寸的可行性[5]，探測(cè)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

TEPC的室壁采用了組織等效材料。作為組織等效材料，必須具備組織等效性和導(dǎo)電性。所謂組織等效是指該材料必須和人體組織一樣對(duì)輻射有相同的阻止本領(lǐng)，而且同人體組織有相同的元素組分。計(jì)數(shù)管內(nèi)所充的氣體也必須是組織等效氣體。通過(guò)使用組織等效材料，當(dāng)輻射通過(guò)探測(cè)器時(shí)可以得到和輻射通過(guò)人體組織時(shí)相同的能量沉積結(jié)果，達(dá)到模擬人體組織細(xì)胞的目的。ICRU規(guī)定了用于人體不同組織的等效材料，比如肌肉組織，腦組織和前列腺組織。用作TEPC室壁的材料除了具有組織等效性還必須考慮到導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度等因素。所以實(shí)際選材時(shí)除了盡量保證所選材料的組織等效性，還要綜合考慮其他因素?，F(xiàn)在最常用的TEPC的室壁材料是代號(hào)為A-150的材料[6]。

在TEPC中填充有組織等效氣體。填充氣體的成份對(duì)TEPC的性能影響較大，尤其是對(duì)氣體倍增系數(shù)的影響。另外還需要使組織等效氣體與探測(cè)器壁的組織等效材料的元素組分盡量接近。常用的主要有兩種氣體組分作為組織等效氣體，一種是Rossi和Failla發(fā)展的基于甲烷的組織等效氣體，另一種是Srdoc發(fā)展的基于丙烷的組織等效氣體。

2.2 納劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，納劑量學(xué)發(fā)展最初主要依靠徑跡結(jié)構(gòu)的蒙卡程序，這些蒙卡程序采用輻射與水的反應(yīng)截面來(lái)近似輻射與DNA分子的作用。目前，探測(cè)器技術(shù)提供的位置分辨率以及探測(cè)器本身的靈敏尺寸都遠(yuǎn)大于納米量級(jí)，因此采用傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)無(wú)法測(cè)量發(fā)生在納米尺度范圍內(nèi)的電離事件。

實(shí)驗(yàn)微劑量學(xué)的技術(shù)手段不適用于納劑量學(xué)范疇[7-9]。在納劑量學(xué)中，電離離子對(duì)數(shù)目非常少，而且平均電離能的概念也失去意義，因此期望通過(guò)氣體放大來(lái)測(cè)量電離數(shù)目不可行，唯一的辦法就是對(duì)電離過(guò)程產(chǎn)生的電子或離子進(jìn)行計(jì)數(shù)。目前，常用單離子計(jì)數(shù)方法測(cè)量納劑量參數(shù)。

2.2.1 單離子計(jì)數(shù)納劑量?jī)x原理

單離子納劑量?jī)x結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，該譜儀主要有三個(gè)腔室，最上端的為低氣壓的電離室，提供初級(jí)粒子反應(yīng)所需的靈敏體積；接著便是處于中度真空的離子漂移通道；最下方是高真空的區(qū)域，電離離子在該區(qū)域被離子計(jì)數(shù)器探測(cè)到。

2.2.2 離子計(jì)數(shù)器

正離子在E2作用下最終被電子倍增器（EM）探測(cè)到的概率P2則通常認(rèn)為是100%。電子倍增器件（EM）的工作原理類(lèi)似于光電倍增管，正離子打到EM的打拿級(jí)時(shí)會(huì)發(fā)射出電子，這些電子在EM內(nèi)部電場(chǎng)的作用下不斷的轟擊另外的打拿級(jí)產(chǎn)生新的電子，最終產(chǎn)生的增益可達(dá)107以上。

3 結(jié)語(yǔ)

輻射劑量學(xué)是輻射防護(hù)基礎(chǔ)，現(xiàn)已從宏觀劑量參數(shù)測(cè)量發(fā)展到納米量級(jí)劑量參數(shù)測(cè)量，研究領(lǐng)域涉及個(gè)人防護(hù)、放射治療以及放射生物學(xué)領(lǐng)域。微劑量測(cè)量技術(shù)雖然劑量能響較好，但存在探測(cè)效率較低的問(wèn)題一直未得到很好的解決；在國(guó)外該技術(shù)主要用于放療研究中重粒子LET效應(yīng)研究，太空中重粒子或中子劑量分布測(cè)量和航天員劑量評(píng)估，放射生物學(xué)中LET效應(yīng)與輻射損傷參數(shù)關(guān)系研究等。隨著GEM等技術(shù)的發(fā)展，已逐步克服了探測(cè)效率較低的問(wèn)題，以TEPC作為個(gè)人劑量、場(chǎng)所劑量的測(cè)量方法逐漸發(fā)展成熟，例如法國(guó)開(kāi)發(fā)了基于GEM的個(gè)人劑量探測(cè)設(shè)備，該探測(cè)器由144個(gè)小單元組成，總尺寸為60 mm×60 mm×60 mm，通過(guò)增大計(jì)數(shù)器有效面積的辦法可使靈敏度達(dá)到20計(jì)數(shù)/μSv。

納劑量學(xué)是20世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的測(cè)試技術(shù)，其應(yīng)用主要集中在輻射生物損傷效應(yīng)基礎(chǔ)問(wèn)題研究。由于常規(guī)輻射探測(cè)原理已不在適用，需要建立新的測(cè)試方法，國(guó)外只有幾家研究單位建立了測(cè)試方法，國(guó)內(nèi)并未開(kāi)展相關(guān)研究。隨著輻射生物效應(yīng)研究的深入到DNA尺度，必須獲取納劑量的基本輻射參數(shù)。

綜上所述，我國(guó)的劑量測(cè)試技術(shù)與國(guó)外差距較大。為此急需拓展微劑量測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為工作人員的防護(hù)和放療領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供探測(cè)方法。同時(shí)需要緊跟國(guó)外納米劑量的測(cè)量技術(shù)，為DNA尺度的射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用的理論建模提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，為深入理解射線(xiàn)對(duì)人體產(chǎn)生的輻射危害提供實(shí)驗(yàn)手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 張文忠，郭勇.微劑量的發(fā)展及其應(yīng)用[J].Radiation Pretection，2004，24（6）：388-398.

[2] F.H.阿蒂克思，著.放射物理和輻射劑量學(xué)導(dǎo)論[M].崔高顯，雷家榮，譯.北京：原子能出版社，2004.

[3] H.H.Rossi.Development of microdosimetric counters， past， present and future[J].Radiation Protection Dosimetry，1984，9（3）：161-168.

[4] Soo Hyun Byun， Gloria M.Spirou，HanuA，et al. Simulation and first test of a micro-dosimetric detector based on a thick gas electron multiplier[J].IEEE T NUCL SCI，2009，56（3）：1108-1113.

[5] 張偉華，王志強(qiáng).組織等效正比計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理和方法[J].劑量研究，2008（3）：45-54.

[6] Shonka， R.F.， Rose， J.E.，F(xiàn)aila， G. Conducting Plastic Equivalent to Tissue， Air and Polystyrene[J].Proc Second Uniten Nations Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy，1958.

[7] Reinhard Schulte.Vladimir BashkirovaMapping the sensitive volume of an ion-counting nanodosimeter[J]. INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING AND SISSA， 2006.

[8] G. Garty， S. Shchemelinin， A. Breskin， etal.The performance of a novel ion-counting nanodosimeter[J]. Nucl. Instrum. Meth. A 492 （2002） 212.

[9] G. Garty， R. Schulte， S. Shchemelinin， etal.First attempts at prediction of DNA strand-break yields using nanodosimetric data[J].Radiation Protection Dosimetry，2007，122（1-4）：451-454.

在TEPC中填充有組織等效氣體。填充氣體的成份對(duì)TEPC的性能影響較大，尤其是對(duì)氣體倍增系數(shù)的影響。另外還需要使組織等效氣體與探測(cè)器壁的組織等效材料的元素組分盡量接近。常用的主要有兩種氣體組分作為組織等效氣體，一種是Rossi和Failla發(fā)展的基于甲烷的組織等效氣體，另一種是Srdoc發(fā)展的基于丙烷的組織等效氣體。

2.2 納劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，納劑量學(xué)發(fā)展最初主要依靠徑跡結(jié)構(gòu)的蒙卡程序，這些蒙卡程序采用輻射與水的反應(yīng)截面來(lái)近似輻射與DNA分子的作用。目前，探測(cè)器技術(shù)提供的位置分辨率以及探測(cè)器本身的靈敏尺寸都遠(yuǎn)大于納米量級(jí)，因此采用傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)無(wú)法測(cè)量發(fā)生在納米尺度范圍內(nèi)的電離事件。

實(shí)驗(yàn)微劑量學(xué)的技術(shù)手段不適用于納劑量學(xué)范疇[7-9]。在納劑量學(xué)中，電離離子對(duì)數(shù)目非常少，而且平均電離能的概念也失去意義，因此期望通過(guò)氣體放大來(lái)測(cè)量電離數(shù)目不可行，唯一的辦法就是對(duì)電離過(guò)程產(chǎn)生的電子或離子進(jìn)行計(jì)數(shù)。目前，常用單離子計(jì)數(shù)方法測(cè)量納劑量參數(shù)。

2.2.1 單離子計(jì)數(shù)納劑量?jī)x原理

單離子納劑量?jī)x結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，該譜儀主要有三個(gè)腔室，最上端的為低氣壓的電離室，提供初級(jí)粒子反應(yīng)所需的靈敏體積；接著便是處于中度真空的離子漂移通道；最下方是高真空的區(qū)域，電離離子在該區(qū)域被離子計(jì)數(shù)器探測(cè)到。

2.2.2 離子計(jì)數(shù)器

正離子在E2作用下最終被電子倍增器（EM）探測(cè)到的概率P2則通常認(rèn)為是100%。電子倍增器件（EM）的工作原理類(lèi)似于光電倍增管，正離子打到EM的打拿級(jí)時(shí)會(huì)發(fā)射出電子，這些電子在EM內(nèi)部電場(chǎng)的作用下不斷的轟擊另外的打拿級(jí)產(chǎn)生新的電子，最終產(chǎn)生的增益可達(dá)107以上。

3 結(jié)語(yǔ)

輻射劑量學(xué)是輻射防護(hù)基礎(chǔ)，現(xiàn)已從宏觀劑量參數(shù)測(cè)量發(fā)展到納米量級(jí)劑量參數(shù)測(cè)量，研究領(lǐng)域涉及個(gè)人防護(hù)、放射治療以及放射生物學(xué)領(lǐng)域。微劑量測(cè)量技術(shù)雖然劑量能響較好，但存在探測(cè)效率較低的問(wèn)題一直未得到很好的解決；在國(guó)外該技術(shù)主要用于放療研究中重粒子LET效應(yīng)研究，太空中重粒子或中子劑量分布測(cè)量和航天員劑量評(píng)估，放射生物學(xué)中LET效應(yīng)與輻射損傷參數(shù)關(guān)系研究等。隨著GEM等技術(shù)的發(fā)展，已逐步克服了探測(cè)效率較低的問(wèn)題，以TEPC作為個(gè)人劑量、場(chǎng)所劑量的測(cè)量方法逐漸發(fā)展成熟，例如法國(guó)開(kāi)發(fā)了基于GEM的個(gè)人劑量探測(cè)設(shè)備，該探測(cè)器由144個(gè)小單元組成，總尺寸為60 mm×60 mm×60 mm，通過(guò)增大計(jì)數(shù)器有效面積的辦法可使靈敏度達(dá)到20計(jì)數(shù)/μSv。

納劑量學(xué)是20世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的測(cè)試技術(shù)，其應(yīng)用主要集中在輻射生物損傷效應(yīng)基礎(chǔ)問(wèn)題研究。由于常規(guī)輻射探測(cè)原理已不在適用，需要建立新的測(cè)試方法，國(guó)外只有幾家研究單位建立了測(cè)試方法，國(guó)內(nèi)并未開(kāi)展相關(guān)研究。隨著輻射生物效應(yīng)研究的深入到DNA尺度，必須獲取納劑量的基本輻射參數(shù)。

綜上所述，我國(guó)的劑量測(cè)試技術(shù)與國(guó)外差距較大。為此急需拓展微劑量測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為工作人員的防護(hù)和放療領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供探測(cè)方法。同時(shí)需要緊跟國(guó)外納米劑量的測(cè)量技術(shù)，為DNA尺度的射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用的理論建模提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，為深入理解射線(xiàn)對(duì)人體產(chǎn)生的輻射危害提供實(shí)驗(yàn)手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 張文忠，郭勇.微劑量的發(fā)展及其應(yīng)用[J].Radiation Pretection，2004，24（6）：388-398.

[2] F.H.阿蒂克思，著.放射物理和輻射劑量學(xué)導(dǎo)論[M].崔高顯，雷家榮，譯.北京：原子能出版社，2004.

[3] H.H.Rossi.Development of microdosimetric counters， past， present and future[J].Radiation Protection Dosimetry，1984，9（3）：161-168.

[4] Soo Hyun Byun， Gloria M.Spirou，HanuA，et al. Simulation and first test of a micro-dosimetric detector based on a thick gas electron multiplier[J].IEEE T NUCL SCI，2009，56（3）：1108-1113.

[5] 張偉華，王志強(qiáng).組織等效正比計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理和方法[J].劑量研究，2008（3）：45-54.

[6] Shonka， R.F.， Rose， J.E.，F(xiàn)aila， G. Conducting Plastic Equivalent to Tissue， Air and Polystyrene[J].Proc Second Uniten Nations Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy，1958.

[7] Reinhard Schulte.Vladimir BashkirovaMapping the sensitive volume of an ion-counting nanodosimeter[J]. INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING AND SISSA， 2006.

[8] G. Garty， S. Shchemelinin， A. Breskin， etal.The performance of a novel ion-counting nanodosimeter[J]. Nucl. Instrum. Meth. A 492 （2002） 212.

[9] G. Garty， R. Schulte， S. Shchemelinin， etal.First attempts at prediction of DNA strand-break yields using nanodosimetric data[J].Radiation Protection Dosimetry，2007，122（1-4）：451-454.

在TEPC中填充有組織等效氣體。填充氣體的成份對(duì)TEPC的性能影響較大，尤其是對(duì)氣體倍增系數(shù)的影響。另外還需要使組織等效氣體與探測(cè)器壁的組織等效材料的元素組分盡量接近。常用的主要有兩種氣體組分作為組織等效氣體，一種是Rossi和Failla發(fā)展的基于甲烷的組織等效氣體，另一種是Srdoc發(fā)展的基于丙烷的組織等效氣體。

2.2 納劑量學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，納劑量學(xué)發(fā)展最初主要依靠徑跡結(jié)構(gòu)的蒙卡程序，這些蒙卡程序采用輻射與水的反應(yīng)截面來(lái)近似輻射與DNA分子的作用。目前，探測(cè)器技術(shù)提供的位置分辨率以及探測(cè)器本身的靈敏尺寸都遠(yuǎn)大于納米量級(jí)，因此采用傳統(tǒng)探測(cè)技術(shù)無(wú)法測(cè)量發(fā)生在納米尺度范圍內(nèi)的電離事件。

實(shí)驗(yàn)微劑量學(xué)的技術(shù)手段不適用于納劑量學(xué)范疇[7-9]。在納劑量學(xué)中，電離離子對(duì)數(shù)目非常少，而且平均電離能的概念也失去意義，因此期望通過(guò)氣體放大來(lái)測(cè)量電離數(shù)目不可行，唯一的辦法就是對(duì)電離過(guò)程產(chǎn)生的電子或離子進(jìn)行計(jì)數(shù)。目前，常用單離子計(jì)數(shù)方法測(cè)量納劑量參數(shù)。

2.2.1 單離子計(jì)數(shù)納劑量?jī)x原理

單離子納劑量?jī)x結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，該譜儀主要有三個(gè)腔室，最上端的為低氣壓的電離室，提供初級(jí)粒子反應(yīng)所需的靈敏體積；接著便是處于中度真空的離子漂移通道；最下方是高真空的區(qū)域，電離離子在該區(qū)域被離子計(jì)數(shù)器探測(cè)到。

2.2.2 離子計(jì)數(shù)器

正離子在E2作用下最終被電子倍增器（EM）探測(cè)到的概率P2則通常認(rèn)為是100%。電子倍增器件（EM）的工作原理類(lèi)似于光電倍增管，正離子打到EM的打拿級(jí)時(shí)會(huì)發(fā)射出電子，這些電子在EM內(nèi)部電場(chǎng)的作用下不斷的轟擊另外的打拿級(jí)產(chǎn)生新的電子，最終產(chǎn)生的增益可達(dá)107以上。

3 結(jié)語(yǔ)

輻射劑量學(xué)是輻射防護(hù)基礎(chǔ)，現(xiàn)已從宏觀劑量參數(shù)測(cè)量發(fā)展到納米量級(jí)劑量參數(shù)測(cè)量，研究領(lǐng)域涉及個(gè)人防護(hù)、放射治療以及放射生物學(xué)領(lǐng)域。微劑量測(cè)量技術(shù)雖然劑量能響較好，但存在探測(cè)效率較低的問(wèn)題一直未得到很好的解決；在國(guó)外該技術(shù)主要用于放療研究中重粒子LET效應(yīng)研究，太空中重粒子或中子劑量分布測(cè)量和航天員劑量評(píng)估，放射生物學(xué)中LET效應(yīng)與輻射損傷參數(shù)關(guān)系研究等。隨著GEM等技術(shù)的發(fā)展，已逐步克服了探測(cè)效率較低的問(wèn)題，以TEPC作為個(gè)人劑量、場(chǎng)所劑量的測(cè)量方法逐漸發(fā)展成熟，例如法國(guó)開(kāi)發(fā)了基于GEM的個(gè)人劑量探測(cè)設(shè)備，該探測(cè)器由144個(gè)小單元組成，總尺寸為60 mm×60 mm×60 mm，通過(guò)增大計(jì)數(shù)器有效面積的辦法可使靈敏度達(dá)到20計(jì)數(shù)/μSv。

納劑量學(xué)是20世紀(jì)初才發(fā)展起來(lái)的測(cè)試技術(shù)，其應(yīng)用主要集中在輻射生物損傷效應(yīng)基礎(chǔ)問(wèn)題研究。由于常規(guī)輻射探測(cè)原理已不在適用，需要建立新的測(cè)試方法，國(guó)外只有幾家研究單位建立了測(cè)試方法，國(guó)內(nèi)并未開(kāi)展相關(guān)研究。隨著輻射生物效應(yīng)研究的深入到DNA尺度，必須獲取納劑量的基本輻射參數(shù)。

綜上所述，我國(guó)的劑量測(cè)試技術(shù)與國(guó)外差距較大。為此急需拓展微劑量測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，為工作人員的防護(hù)和放療領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究提供探測(cè)方法。同時(shí)需要緊跟國(guó)外納米劑量的測(cè)量技術(shù)，為DNA尺度的射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用的理論建模提供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方法，為深入理解射線(xiàn)對(duì)人體產(chǎn)生的輻射危害提供實(shí)驗(yàn)手段。

參考文獻(xiàn)

[1] 張文忠，郭勇.微劑量的發(fā)展及其應(yīng)用[J].Radiation Pretection，2004，24（6）：388-398.

[2] F.H.阿蒂克思，著.放射物理和輻射劑量學(xué)導(dǎo)論[M].崔高顯，雷家榮，譯.北京：原子能出版社，2004.

[3] H.H.Rossi.Development of microdosimetric counters， past， present and future[J].Radiation Protection Dosimetry，1984，9（3）：161-168.

[4] Soo Hyun Byun， Gloria M.Spirou，HanuA，et al. Simulation and first test of a micro-dosimetric detector based on a thick gas electron multiplier[J].IEEE T NUCL SCI，2009，56（3）：1108-1113.

[5] 張偉華，王志強(qiáng).組織等效正比計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理和方法[J].劑量研究，2008（3）：45-54.

[6] Shonka， R.F.， Rose， J.E.，F(xiàn)aila， G. Conducting Plastic Equivalent to Tissue， Air and Polystyrene[J].Proc Second Uniten Nations Conference on Peaceful Uses of Atomic Energy，1958.

[7] Reinhard Schulte.Vladimir BashkirovaMapping the sensitive volume of an ion-counting nanodosimeter[J]. INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING AND SISSA， 2006.

[8] G. Garty， S. Shchemelinin， A. Breskin， etal.The performance of a novel ion-counting nanodosimeter[J]. Nucl. Instrum. Meth. A 492 （2002） 212.

[9] G. Garty， R. Schulte， S. Shchemelinin， etal.First attempts at prediction of DNA strand-break yields using nanodosimetric data[J].Radiation Protection Dosimetry，2007，122（1-4）：451-454.