ICRP新框架计算的内照射剂量系数

2022-01-18汪传高陈倩兰夏益华王薇庞洪超骆志平陈凌

辐射防护通讯 2021年2期

汪传高，陈倩兰，夏益华，王薇，庞洪超，骆志平，陈凌

(中国原子能科学研究院，北京，102413)

辐射剂量中的内照射剂量不能直接测量，只能根据活度测量结果通过生物动力学模型、剂量模型及参数计算获得。这类计算涉及大量模型及数据因而工作量庞大，是辐射防护中较精密而复杂的计算任务，均由国际放射防护委员会(ICRP)的专门任务组计算给出各种转换系数、因子，供大家使用。

1 内照射剂量系数计算的演变

基于1980年代以来所获得的最新科学数据，ICRP对涉及内照射剂量计算的相关领域作了多方面的重要修改，使其更具现实性：

(1)剂量学计算模式与参数的改变(ICRP 103号出版物[1]等要求的演变为标志)：

I.对辐射权重因子wR和组织权重因子wT作了修正，重要器官由原来的13组改为15组；乳腺的组织权重因子由0.05改为0.12，性腺则由0.2改为0.08。

II.确定统一采用以医学显像资料为基础的参考男性和参考女性体素模型，替代以前的数学模型。

III.有效剂量采用参考男性和参考女性器官当量剂量的性别平均计算。

IV.在对α﹑β照射的靶器官剂量的计算中，明确了对辐射更敏感的部位。

(2)在生物动力学模型及参数方面[2]，根据新积累的放射性核素在实验和内照射人员中的研究成果，特别是用于确定核素从呼吸道、消化道吸收入血的信息和进入人体系统后的生物动力学行为的信息，ICRP最新出版物按元素分别给出。

I.自ICRP第66号出版物[3]对吸入物质D、W、Y(ICRP第30号出版物)改为F、M、S后，ICRP 第130号[4]及ICRP 第141号出版物[2]对呼吸道模型的再次修订，呼吸道模型进一步细化，修订后的呼吸道模型减少了(相对原来的呼吸道模型)吸入物质在肺部的吸收入血，其吸收入血参数是根据更充分的活体测量和实验数据研究推导得出。另外，修订后的呼吸道模型增加了职业照射常遇到的一些核素的新的物质类别[2]，因为数据表明这些物质类别的参数明显不同于默认的F、M、S类别的，且这些物质的吸收入血参数能从现有的活体测量数据中得出，不同研究也得出了一致结论，因此ICRP也给出这些核素的特定物质类别对应的剂量系数、滞留及排泄份额；

II.ICRP第100号出版物的消化道模型[5]替代了ICRP 第30号出版物[6]的胃肠道模型，该消化道模型参数按不同食物类别、不同年龄段儿童、男/女性成年人分别给出，并且明确阐述了消化道各个区域内诱发癌症的靶区位置[5]；

III.ICRP根据更充分信息对核素的系统模型的修正，如ICRP第141号出版物[3]修订了超铀锕系核素的系统模型，替换了ICRP第67号出版物的超铀锕系核素系统模型。

(3)ICRP 第 107号出版物[7]根据核素物理特征的可靠信息颁布了最新的核衰变相关数据，该数据不仅考虑了连续能量的β射线，还考虑了核衰变的离散能量(α、γ、转换电子、俄歇电子、特征X射线)，替代ICRP 第 38号出版物数据。

(4)ICRP第133号出版物[8]发布了根据ICRP第103号出版物定义的参考男性、参考女性的比吸收份额(SAF)数据，给出了光子、电子、α粒子以及中子辐射在各种源-靶器官的能量吸收份额/单位靶器官组织质量(SAF)，该数据被ICRP用于计算吸入、食入途径的剂量系数，SAF数据根据在体素模型或数学模块模型(当体素模型分辨率不能描述一些组织器官结构时，采用数学模块模型，比如呼吸道、对电子及α粒子计算时的消化道)中的粒子输运模拟得出。

在综合以上各方面进展和改变的基础上，ICRP从2015年左右(从第130号出版物开始)不断发布职业内照射相关系列性出版物[2,4,9-10]，共5个报告，目前已发布4个报告。新生物动力学模型和剂量模型更为复杂、更接近真实，新出版物给出了在“新的计算框架”下的“比吸收份额”、“剂量系数”，新数据相对旧数据整体差异不大，但新生物动力学模型和剂量模型让给出的内照射数据可信度更高，能更充分地解释内照射监测数据[2]；新数据扩展了已有数据，给出了内照射常见的一些核素的特定化学形态的剂量系数等数据，提高了内照射评价水平，能更好地保护工作人员[2]。新数据根据不同时间体内或排泄物中活度测量结果直接求得待积剂量的函数Z(t)，这些对于防护界来说，都是应该高度关注的。本文选取了32种常见核素(约75种物态分类)的原有数据(主要基于《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[11])的相关数据与ICRP新计算的剂量系数进行了比较。

2 剂量系数比较

ICRP关于职业人员内照射剂量评价的新版报告已经发布了4个，还有一个报告未发布。本文基于已发布的报告[2,9-10]选取了32种常见核素的吸入和食入相关系数进行了比较，列于表1。

由表1可见：

表1 ICRP新旧出版物职业人员吸入和食入内照射剂量评价相关系数的比较(续)

表1 ICRP新旧出版物职业人员吸入和食入内照射剂量评价相关系数的比较

32种核素中吸入情况下AMAD为1 μm对应的剂量系数比旧版高的有18个(占56%)，AMAD为5 μm对应的剂量系数比旧版高的16个(占50%)；32种核素中，232Th肺慢速吸入类(S类)情况下的剂量系数变化最大(增加4倍以上)；32种核素食入情况下的剂量系数均变小。

同一核素不同吸入类型的剂量系数变化可能不一致，如232Th，S类的剂量系数为原来的4倍以上，而M类的剂量系数为原来的1/3左右。

ICRP最新出版物的剂量系数对核素化合物种类的划分更为丰富，如钚，除了增加F类以外，还给出了一些具体化合物的剂量系数，包括二氧化钚气溶胶、混合氧化态钚、1 nm二氧化钚气溶胶、硝酸钚气溶胶等。

3 结语

ICRP旧出版物给出了774个核素的剂量系数，ICRP新出版物目前已给出了573个核素的剂量系数，还有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种元素的同位素将在第5个报告中出版。与旧版的剂量系数相比，虽由于影响因素太多，还难于看出变化规律，但新版给出的各种核素的剂量系数均产生或大或小的改变，有的变化可达4倍，而且核素化合物种类的划分更为丰富。

总体上，ICRP新出版物在剂量学计算模式与参数、生物动力学模型及参数、核衰变相关参数等内照射评价相关领域的不断更新的大框架下进行了修订。除了给出了修订后的剂量系数，还给出了便于根据不同时间体内或排泄物中活度测量结果直接求得待积剂量的函数Z(t)等最新结果，更加的细致，更方便相关人员的使用。