第一章电离辐射领域中常用的量和单位2

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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
28
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
29
第二节 带电粒子与物质的相互作用
37
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
一、吸收剂量
二、比释动能 三、照射量 四、吸收剂量、比释动能和照射量 的区别
38
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
一、 吸收剂量
1. 2. 3. 授予能 吸收剂量 吸收剂量率
39
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
剂量:医学专用术语,指药物治疗时需要掌握的用药量。 “剂量正是作为将物理测量和辐射生物效应联系起来的 一 个物理量而被引入的。
二、带电粒子与物质相互作用的主要过程
电离和激发
主 要 过 程
韧致辐射 核反应 化学变化
30
第二节 带电粒子与物质的相互作用
1. 电离、激发和碰撞阻止本领 电离、
库仑相互作用 带电粒子 轨道电子
电离
激发
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第二节 带电粒子与物质的相互作用
碰撞阻止本领
线碰撞阻止本领
dE dl col
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
26
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
Байду номын сангаас
27
二 、 带电粒子与物质的相互作用
(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
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。
41
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
42
33
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。
34
第二节 带电粒子与物质的相互作用
35
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
SI单位:戈瑞,Gy
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第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
3.比释动能率
定义: 某一时间间隔内比释动能的增量除 以该时间间隔的商。
SI单位:戈瑞/秒,Gy/s
45
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
4. 比释动能与注量的关系
单能:
连续谱:
比释动能因子:
用于计算
46
第三节 辐射剂量学中使用的量和单位
19
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
21
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。
22
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
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。
12
第一节 辐射场的量和单位
3. 能量注量与粒子注量的关系:
13
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
: 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
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。
11
第一节 辐射场的量和单位
Φ 粒子注量,单位m-2。
粒子没有方向性。 粒子没有方向性。
5
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。
6
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 :
概念理解:
次级电子在体积以内和以外的空气中 走完它们的路程时,总共产生的电离 电荷; 只适用于X、γ射线; 只对空气; 测量时必须满足电子平衡; 不能作为剂量的单位,历史误会。
55
第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
3.照射量因子
计算公式:
µ en e = ΦE ρ W
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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
49
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:
50
第五节 辐射剂量学中使用的量和单位
X = f xΦ
照射量 因子
56
[例:]
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

40
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
7
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
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
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。
原子的光电效应截面: (每个原子) 式中: K-常数 Z-物质的原子序数
光电效应的几率与原子序数 Z4成正比; 光电效应的几率与光子能量hν3成反比; 低能光子与高原子序数物质作用,光电效应占优势; 光电效应主要发生在K层及L层电子。
18
单位:cm2
第二节 X、γ射线与物质的相互作用
2. 康普顿效应
23
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
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。
第一章 电离辐射领域中常用的量和单位
1
第一节 辐射场的量和单位
一、 辐射场类型 二、 粒子注量 1. 粒子注量 2. 粒子注量率 三、谱分布 四、能量注量 1. 能量注量 2. 能量注量率 3. 能量注量与粒子注量的关系
2
一、辐射场的类型
1、天然本底辐射场 2、放射源 3、辐射装置 X射线装置
粒子加速器 核反应堆
3
第一节 辐射场的量和单位
二、粒子注量
4
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
式中: dN进入小球体的粒子数。 da 小球体截面积,单位m2。
照射量SI单位:C / kg
库伦 / 千克
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另一个定义式
特点: X、γ射线;
µ en e X =Ψ ρ W
空气,有些文献提到介质的照射量时,是指在 介质中放置少量空气后测得的照射量值。 不包括次级电子韧致辐射被吸收后产生的电离 (>3MeV时,才予以考虑)
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第五节 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
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。
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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
16
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…)
17
第 I 阶段:
第二节 X、γ射线与物质的相互作用
6.比释动能和吸收剂量概念的应用
目的: 实现对生物组织中吸收剂量的间接测量
µ D = Φ tr E (1 − g ) ρ
γ射线:
µ en µ tr (1 − g = ρ ρ
)
D1 (µ en / ρ )1 = D2 (µ en / ρ )2
中子:
D Dc
(µ tr / ρ ) = (µ tr / ρ )c
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