第一章电离辐射领域中常用的量和单位2

1. 相干散射 光子作为电磁波具有波粒二象性； 干涉现象的条件：相干光源
劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象， 在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。 瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束 缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。 截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小； 低能时不可忽略，小角度散射。
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
二、比释动能
1. 简介
间接带电粒子 间接电离粒 子的能量沉 积过程： （比释动能） 带电粒子
带电粒子
物质
（吸收剂量）
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第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
2. 比释动能（Kerma，kinetic energy released in material）
定义： 间接带电粒子在体积元内产生的所 有带电粒子的初始动能的和除以物 质质量的商。
1. 授予能
ε = ∑ ε in − ∑ ε ex + ∑ Q
能量沉积是一个随机的过程 平均授予能：
单位：J
ε = ∫ ε f (ε )dε
0
∞
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
2. 吸收剂量（absorbed dose）
定义： 电离辐射授予某一体积元中物质的平均 能量除以该体积元中物质的质量的商
E max
•
φ(E ) =
∫
0
φE dE
对所有粒子积分
第一节 辐射场的量和单位
四、能量注量
1. 能量注量Ψ （energy fluence ) 进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之 和（不包括静止能量）
式中： dEf1 粒子能量之和，单位 J。 Ψ 能量注量，单位 J/m2。
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第一节 辐射场的量和单位
一、带电粒子的种类和物理性质 二、带电粒子与物质相互作用的主要过程 三、带电粒子在物质中的射程 四、比电离
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
一、带电粒子的种类和物理性质
带电粒子种类： 电子：核外电子 带 电 粒 子 β射线：原子核发出的高速电子 质子 α粒子
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
20
第二节 X、γ射线与物质的相互作用
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
3. 电子对效应
原子核场：能量大于1.02MeV，发生几率大； 电子场 ：能量大于2.04MeV，发生几率很小。
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
X、γ射线与物质的相互作用的其他过程
（1）E<10MeV，主要是电离损失和辐射损失：
1 dE 1 dE = + ρ ρ dl col ρ dl rad S
（2）重带电粒子，辐射损失可以忽略
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
（3）电子的电离损失与辐射损失比例
式中：Z－物质原子序数； E－电子能量
照射量单位（历史上使用的单位） 伦琴： 在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标 准状况下，1立方厘米空气的质量）中释放 出来的次级电子，在空气中总共产生电量各 为1静电单位的正离子和负离子。
1R＝2.58×10-4C/kg
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第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
2.照射量率
SI单位：C / Kg .s , R/s 等
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积分分布：
φ
(E1 ) = ∫ φ E
0
E1
dE
积分分布表示能量在 ０－Ｅ之间粒子组成的那 部分粒子注量
微分分布是积分分布对能量Ｅ 的导数
φE = dφ ( E ) / dE
积分分布与粒子注量有相同 的单位：ｍ－２
•
粒子注量的 微分分布的单位是 ｍ－２ｊ－１．
辐射场的粒子 注量可以表示为粒子 注量的微分分布在０ －Ｅ ｍａｘ范围内
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
2. 光核反应 光核反应：光子与原子核发生反应，有阈能。 常见的光核反应： （γ，n）、 （γ，p）、 （γ，2n）及 （γ，pn）等 典型的光核反应阈能（MeV）
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
1. 质量衰减系数 µ/ρ
四、质量衰减系数、质能转移系数 及质能吸收系数
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
比释动能与吸收剂量的关系：
条件： 带电粒子平衡
其中：
g≈
EZ EZ + 800
一般在10-3~10-2之间
对低能带电粒子，韧致辐射可以忽略时，则
D＝K
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
比释动能与吸收剂量在物质中的变化：
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第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
一、概述
15
第二节 X、γ射线与物质的相互作用
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第二节 X、γ射线与物质的相互作用
(一）、X、γ射线与物质的相互作用的主要 一）、X 过程和其他过程
1. 光电效应 光电子动能：
Ee＝hν－Bi （ i＝K，L，M…）
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第 I 阶段：
第二节 X、γ射线与物质的相互作用
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
2.韧致辐射和辐射阻止本领
韧致辐射：带电粒子在原子核库仑场中被减速或加速， 其部分或全部动能，转变为连续谱的电磁 辐射。其能量损失称为辐射损失。
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
3.总质量阻止本领
1 dE = ρ ρ dl S
Φ 粒子注量，单位m-2。
粒子没有方向性。 粒子没有方向性。
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第一节 辐射场的量和单位
2. 粒子注量率ϕ（particle fluence rate）
式中：
d Φ 单位时间粒子注量的增量。 ϕ 粒子注量率，单位m-2⋅s-1。
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第一节 辐射场的量和单位
三、谱分布
粒子注量Φ：
能量注量Ψ ：
： 带电粒子在介质中每单
位路径长度上电离损失的平均能量。
质量碰撞阻止本领
以密度，消除密度的影响。
1 dE ρ dl col
： 线碰撞阻止本领除
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
分析： （1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比； 库仑作用力 （2）电离损失与重带电粒子的能量(速度)成反比； 作用时间 （3）电离损失与物质的电子密度成正比； 作用概率
比释动能与吸收剂量的关系
带电粒子平衡： 每有一个带电粒子从所考虑体积出来，就有 一个相同类型、相同能量的带电粒子从外面 进入，要求一一对应。
总能量平衡 谱分布平衡
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
带电粒子平衡的条件： （1）离介质边界有一定距离，d ≥ Rmax； （2）均匀照射条件； （3）介质均匀条件：介质对次级带电粒子的阻止本 领，对初级辐射的质能吸收系数不变。 带电粒子平衡不成立： （1）辐射源附近； （2）两种物质的界面； （3）高能辐射。
X = f xΦ
照射量 因子
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[例：]
注意谱的问题，此外还需要进行组织厚度的剂量修正
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第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
三. 照射量
1. 照射量
定义： X、γ射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电 子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积 元空气质量。
式中：
dQ－在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离 子总电荷的绝对值； dm－体积元内空气的质量。
dε D= dm
SI单位：戈瑞，1Gy＝1J/kg； 历史上曾使用过的单位：拉德，1rad＝0.01Gy
针对“点”的概念； 对所有射线适用； 适用于所有介质。
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
3. 吸收剂量率
定义： 某一时间间隔内吸收剂量的
增量除以该时间间隔的商。
SI单位：戈瑞/秒，Gy/s
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线衰减系数 µ： 光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总 的相互作用的几率。 单位：cm-1 式中： µ－线衰减系数，cm-1；τ－光电线衰减系数； σe－总康普顿线衰减系数； σcoh －相干散射线衰减系数； κ－电子对线衰减系数； 质量衰减系数 µ/ρ：
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第三节 X、γ射线与物质的相互作用
2. 质能转移系数 µtr /ρ 线能量转移系数µtr： 穿行单位距离，光子转移为带电 粒子的动能占总能量的份额。
2. 能量注量率ψ（energy fluence rate）
式中： d ψ 单位时间能量注量的增量。 ψ 能量注量率，单位 J⋅m-2⋅s-1。
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第一节 辐射场的量和单位
3. 能量注量与粒子注量的关系：
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第二节 相互作用系数
一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数 （一）、X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和 其他过程 （二)质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系 数
质能转移系数 µtr /ρ：
穿行过单位质量厚度，射线把 能量转移给电子的份额
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第三节 X、γ射线与物质的相互作用
3. 质能吸收系数 µen /ρ 光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致 辐射损失掉。 质能吸收系数 µen /ρ：
式中：g－次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额
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二 、 带电粒子与物质的相互作用
3
第一节 辐射场的量和单位
二、粒子注量
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第一节 辐射场的量和单位
1. 粒子注量Φ（particle fluence） ICRU定义：辐射场中某一点的注量，是进入以该点 为球心，截面积为da的小球体内的粒子 数dN除以da的商，即