ICRP新框架計算的內(nèi)照射劑量系數(shù)

汪傳高，陳倩蘭，夏益華，王薇，龐洪超，駱志平，陳凌

(中國原子能科學(xué)研究院，北京，102413)

輻射劑量中的內(nèi)照射劑量不能直接測量，只能根據(jù)活度測量結(jié)果通過生物動力學(xué)模型、劑量模型及參數(shù)計算獲得。這類計算涉及大量模型及數(shù)據(jù)因而工作量龐大，是輻射防護中較精密而復(fù)雜的計算任務(wù)，均由國際放射防護委員會(ICRP)的專門任務(wù)組計算給出各種轉(zhuǎn)換系數(shù)、因子，供大家使用。

1 內(nèi)照射劑量系數(shù)計算的演變

基于1980年代以來所獲得的最新科學(xué)數(shù)據(jù)，ICRP對涉及內(nèi)照射劑量計算的相關(guān)領(lǐng)域作了多方面的重要修改，使其更具現(xiàn)實性：

(1)劑量學(xué)計算模式與參數(shù)的改變(ICRP 103號出版物[1]等要求的演變?yōu)闃酥?：

I.對輻射權(quán)重因子wR和組織權(quán)重因子wT作了修正，重要器官由原來的13組改為15組；乳腺的組織權(quán)重因子由0.05改為0.12，性腺則由0.2改為0.08。

II.確定統(tǒng)一采用以醫(yī)學(xué)顯像資料為基礎(chǔ)的參考男性和參考女性體素模型，替代以前的數(shù)學(xué)模型。

III.有效劑量采用參考男性和參考女性器官當量劑量的性別平均計算。

IV.在對α﹑β照射的靶器官劑量的計算中，明確了對輻射更敏感的部位。

(2)在生物動力學(xué)模型及參數(shù)方面[2]，根據(jù)新積累的放射性核素在實驗和內(nèi)照射人員中的研究成果，特別是用于確定核素從呼吸道、消化道吸收入血的信息和進入人體系統(tǒng)后的生物動力學(xué)行為的信息，ICRP最新出版物按元素分別給出。

I.自ICRP第66號出版物[3]對吸入物質(zhì)D、W、Y(ICRP第30號出版物)改為F、M、S后，ICRP 第130號[4]及ICRP 第141號出版物[2]對呼吸道模型的再次修訂，呼吸道模型進一步細化，修訂后的呼吸道模型減少了(相對原來的呼吸道模型)吸入物質(zhì)在肺部的吸收入血，其吸收入血參數(shù)是根據(jù)更充分的活體測量和實驗數(shù)據(jù)研究推導(dǎo)得出。另外，修訂后的呼吸道模型增加了職業(yè)照射常遇到的一些核素的新的物質(zhì)類別[2]，因為數(shù)據(jù)表明這些物質(zhì)類別的參數(shù)明顯不同于默認的F、M、S類別的，且這些物質(zhì)的吸收入血參數(shù)能從現(xiàn)有的活體測量數(shù)據(jù)中得出，不同研究也得出了一致結(jié)論，因此ICRP也給出這些核素的特定物質(zhì)類別對應(yīng)的劑量系數(shù)、滯留及排泄份額；

II.ICRP第100號出版物的消化道模型[5]替代了ICRP 第30號出版物[6]的胃腸道模型，該消化道模型參數(shù)按不同食物類別、不同年齡段兒童、男/女性成年人分別給出，并且明確闡述了消化道各個區(qū)域內(nèi)誘發(fā)癌癥的靶區(qū)位置[5]；

III.ICRP根據(jù)更充分信息對核素的系統(tǒng)模型的修正，如ICRP第141號出版物[3]修訂了超鈾錒系核素的系統(tǒng)模型，替換了ICRP第67號出版物的超鈾錒系核素系統(tǒng)模型。

(3)ICRP 第 107號出版物[7]根據(jù)核素物理特征的可靠信息頒布了最新的核衰變相關(guān)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)不僅考慮了連續(xù)能量的β射線，還考慮了核衰變的離散能量(α、γ、轉(zhuǎn)換電子、俄歇電子、特征X射線)，替代ICRP 第 38號出版物數(shù)據(jù)。

(4)ICRP第133號出版物[8]發(fā)布了根據(jù)ICRP第103號出版物定義的參考男性、參考女性的比吸收份額(SAF)數(shù)據(jù)，給出了光子、電子、α粒子以及中子輻射在各種源-靶器官的能量吸收份額/單位靶器官組織質(zhì)量(SAF)，該數(shù)據(jù)被ICRP用于計算吸入、食入途徑的劑量系數(shù)，SAF數(shù)據(jù)根據(jù)在體素模型或數(shù)學(xué)模塊模型(當體素模型分辨率不能描述一些組織器官結(jié)構(gòu)時，采用數(shù)學(xué)模塊模型，比如呼吸道、對電子及α粒子計算時的消化道)中的粒子輸運模擬得出。

在綜合以上各方面進展和改變的基礎(chǔ)上，ICRP從2015年左右(從第130號出版物開始)不斷發(fā)布職業(yè)內(nèi)照射相關(guān)系列性出版物[2,4,9-10]，共5個報告，目前已發(fā)布4個報告。新生物動力學(xué)模型和劑量模型更為復(fù)雜、更接近真實，新出版物給出了在“新的計算框架”下的“比吸收份額”、“劑量系數(shù)”，新數(shù)據(jù)相對舊數(shù)據(jù)整體差異不大，但新生物動力學(xué)模型和劑量模型讓給出的內(nèi)照射數(shù)據(jù)可信度更高，能更充分地解釋內(nèi)照射監(jiān)測數(shù)據(jù)[2]；新數(shù)據(jù)擴展了已有數(shù)據(jù)，給出了內(nèi)照射常見的一些核素的特定化學(xué)形態(tài)的劑量系數(shù)等數(shù)據(jù)，提高了內(nèi)照射評價水平，能更好地保護工作人員[2]。新數(shù)據(jù)根據(jù)不同時間體內(nèi)或排泄物中活度測量結(jié)果直接求得待積劑量的函數(shù)Z(t)，這些對于防護界來說，都是應(yīng)該高度關(guān)注的。本文選取了32種常見核素(約75種物態(tài)分類)的原有數(shù)據(jù)(主要基于《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》[11])的相關(guān)數(shù)據(jù)與ICRP新計算的劑量系數(shù)進行了比較。

2 劑量系數(shù)比較

ICRP關(guān)于職業(yè)人員內(nèi)照射劑量評價的新版報告已經(jīng)發(fā)布了4個，還有一個報告未發(fā)布。本文基于已發(fā)布的報告[2,9-10]選取了32種常見核素的吸入和食入相關(guān)系數(shù)進行了比較，列于表1。

由表1可見：

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較(續(xù))

表1 ICRP新舊出版物職業(yè)人員吸入和食入內(nèi)照射劑量評價相關(guān)系數(shù)的比較

32種核素中吸入情況下AMAD為1 μm對應(yīng)的劑量系數(shù)比舊版高的有18個(占56%)，AMAD為5 μm對應(yīng)的劑量系數(shù)比舊版高的16個(占50%)；32種核素中，232Th肺慢速吸入類(S類)情況下的劑量系數(shù)變化最大(增加4倍以上)；32種核素食入情況下的劑量系數(shù)均變小。

同一核素不同吸入類型的劑量系數(shù)變化可能不一致，如232Th，S類的劑量系數(shù)為原來的4倍以上，而M類的劑量系數(shù)為原來的1/3左右。

ICRP最新出版物的劑量系數(shù)對核素化合物種類的劃分更為豐富，如钚，除了增加F類以外，還給出了一些具體化合物的劑量系數(shù)，包括二氧化钚氣溶膠、混合氧化態(tài)钚、1 nm二氧化钚氣溶膠、硝酸钚氣溶膠等。

3 結(jié)語

ICRP舊出版物給出了774個核素的劑量系數(shù)，ICRP新出版物目前已給出了573個核素的劑量系數(shù)，還有Be、F、Na、Mg、Al、Si、Cl、K、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Hf、Ta、W、Re、Os、Pt、Au、Hg、Tl、At、Fr等38種元素的同位素將在第5個報告中出版。與舊版的劑量系數(shù)相比，雖由于影響因素太多，還難于看出變化規(guī)律，但新版給出的各種核素的劑量系數(shù)均產(chǎn)生或大或小的改變，有的變化可達4倍，而且核素化合物種類的劃分更為豐富。

總體上，ICRP新出版物在劑量學(xué)計算模式與參數(shù)、生物動力學(xué)模型及參數(shù)、核衰變相關(guān)參數(shù)等內(nèi)照射評價相關(guān)領(lǐng)域的不斷更新的大框架下進行了修訂。除了給出了修訂后的劑量系數(shù)，還給出了便于根據(jù)不同時間體內(nèi)或排泄物中活度測量結(jié)果直接求得待積劑量的函數(shù)Z(t)等最新結(jié)果，更加的細致，更方便相關(guān)人員的使用。