电离辐射剂量与防护第一章第二节

二、作用类型
1.非弹性碰撞（Nonelastic collision）
硬撞或“对面撞”（hard or “knock-on” collision ）：b与 a同量级，每次作用能量损失大。
软碰撞或“核”碰撞（soft collision）：b>>a，每 次作用损失能量小。
在透明介质中，当v>c/n（n是材料的折射率）， 发生切伦科夫辐射（相干的蓝-白光发射）。
已知 20°C 水蒸气密度＝1.73×10-5 那1cm3水含有的水分子数目为 5.8×1017
然而，1g 液态水和 1g 水蒸气包含的水分子 同为 Bm = (BV)/ρ=3.3×1022 个。
由此得到结论： 单位质量物质中含有的靶子数目不因物质状 态的变化而改变。
一、带电粒子与物质相互作用
带电粒子进入物质后，主要受到物质中原子核和电子的电 磁作用，致使运动着的带电粒子 改变方向、减少能量。
dE dl
col
质量碰撞阻止本领：Scol /ρ=
1 dE
dl col
线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。
带电粒子性质
名 称 电荷 质量 M0C 2 M / M p 平均
( e ) ( u ) ( MeV )
寿命
电子 e± ±1 0.00055 μ 子 μ± ±1 0.11343 质子 Ρ + 1 1.00728 氦核 α + 2 4.00151
0.51107 0.0005 105.659 0.1126 938.256 1.0000 3727.32 3.9726
子能量损失的主要方式，而重带电粒子可忽略?。
韧致辐射释放的能 量与介质的原子序 数的平方成正比， 与带电粒子的质量 平方成反比，并且 随带电粒子的能量 增大而增大。
同一物质中，α粒子能量的辐射损失比能量相同的电子约小107倍。
（2）湮没辐射（Annihilation） •粒子与反粒子相互作用，生成两个光子。 •高能正电子飞行中湮没。
电离辐射剂量学
第一章 电离辐射与物质的相互作用
第二讲 带电粒子与物质的相互作用
概论
最常见的是：电子、β射线、质子、α粒子等。
重带电粒子： 静止质量大于电子的带电粒子。 如μ子、π子、质子、α粒子及被加速的原子核等。重带 电粒子中，μ子质量最轻,但也比电子质量大200多倍
β射线和电子本质上是相同的，通常所说的电子是指核外电 子，而β射线则是指由原子核发射出来的高速电子。
3.弹性碰撞（Elastic collision） b<<a，轫致辐射可忽略，作用体系总动能不改变 4.核相互作用（Nuclear interaction） 高能带电粒子，例如（P，n），（P，2P）等
5.电子对生成（Pair production） b<<a，入射带电粒子与靶核发生电磁互相作用。 入射粒子的动能远大于其静止能量时，这一过程才是 重要的。 对电子而言，此过程发生的几率远小于轫致辐射、核 反应的几率。
弹性碰撞仅当带电粒子的运动速度不高于2183km/s时才 会发生，与该速度对应的粒子的动能分别为：
α粒子：0.1 Mev 质子：0.025 Mev 电子：0.0135 Mev
通常遇到的质子、α粒子的能量比上述高很多，因此，重 带电粒子在弹性碰撞过程中损失的能量几可忽略。
在常见电子能量范围内，弹性碰撞的能量损失不超 过0.15%。且电子能量越高，发生弹性碰撞几率越小。
稳定 2.2 μs 稳定 稳定
相互作用（Interaction） 在物质中，电离辐射的能量、方向发生变化的随机
过程。
相互作用后，会产生一个或多个次级粒子。 入射辐射的一部分能量将向次级粒子转移。 相互作用的程度依赖于：
辐射的 类型 和 能量 ，以及 物质的 性质（原子序数）
用于描述相互作用程度的系数都有其独自的针对性。
二.阻止本领（Stopping power）
（1）碰撞阻止本领
碰撞过程中带电粒子能量损失的主要过程是 电离 和 激 发 ，由此损失的能量被称为带电粒子能量的碰撞损失，
用 碰撞阻止本领 予以定量。 依据带电粒子在物质中穿行距离的 表达方式的不同，碰撞阻止本领有： 线碰撞阻止本领和质量碰撞阻止本领
线碰撞阻止本领：Scol=
这里提到的靶子其实就是入射辐射的作用对象。因 此，靶子的数目与相互作用次数关系密切。
若物质 原子序数为 Z，摩尔质量为 M，密度 ρ，则单位质量（m）物质
中， 原子核数 aBm = NA/M 电子数 eBm = NA∙Z/M
单位体积（V）物质中 原子核数 aBv = [NA/M]∙ρ 电子数 eBv = [NA∙Z/M ]∙ρ
不同物质的Z/M值
物质 C
N
O
Al
Pb
Z
6
7
8
13
82
M
12
14
16
27 207
Z / M 0.5 0.5 0.5 0.48 0.40
由上表可知，低 Z 物质（包括软组织）单位质量中包含 的电子数近乎相等。
液态水的密度＝1.0g/cm3，根据前述得： 1cm3水含有的水分子个数（BV）水为： [(1g/cm3)/18]×NA＝3.3×1022
说明: a代表原子半径 b代表带电粒子同物质碰撞过程中其径迹到原子
的最近距离
2.辐射相互作用（Raห้องสมุดไป่ตู้iative interaction）
（1）轫致辐射（Bremsstrahlung）
b<< a，受原子核电场作用产生加速度，带电粒子以正比
于其加速度的平方(z2Z2M-2)的几率辐射电磁波，其是高能电
每一个相互作用系数值都是与特定辐射、特定能量 和 特定物质相联系的。
带电粒子： 作用次数频繁，每次作用损失能量不多。
不带电粒子： 作用次数稀少，每次作用能量损失可观。 不带电粒子通过相互作用产生次级带电
粒子将能量授予物质。
相互作用的靶子（Target）
与入射辐射发生相互作用的原子核、整个原子以及 核外束缚电子。
若无能量形式的改变，则称：弹性散射或弹性碰撞 否则表现为 电离、激发、轫致辐射
高能电子： 主要通过轫致辐射损失能量。
电子： 运动速度超过同一物质中的光速时部分能量变成可
见光，契伦科夫辐射。 高能重粒子：主要通过核反应。
带电粒子与物质的 相互作用方式 和能量损失多寡，依赖于带电粒子的
电荷、质量和能量，也取决于物质的原子序数。