1、全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院射線射線 Ray 高速運動的粒子和光子高速運動的粒子和光子 （天然或人工放射性核素、加速器、（天然或人工放射性核素、加速器、X X射線機、宇宙射線機、宇宙射線）射線）包括：包括： X X射線、射線、 射線、射線、 射線、射線、 射線、質(zhì)子、中射線、質(zhì)子、中子、介子和重離子（子、介子和重離子（A4A4）等）等 本質(zhì)都是本質(zhì)都是輻射粒子。輻射粒子。 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院物質(zhì)物質(zhì) Matter 常被稱為：常被稱為：靶物質(zhì)靶物質(zhì)

2、 靶材料靶材料 各種化學(xué)元素各種化學(xué)元素 單質(zhì)單質(zhì) 化合物化合物 混合物混合物 可以是可以是 氣體氣體 液體液體 固體固體 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院相互作用相互作用 Interaction 射線穿過物質(zhì)時，所發(fā)生的復(fù)雜的物理過程，射線穿過物質(zhì)時，所發(fā)生的復(fù)雜的物理過程，稱為相互作用。稱為相互作用。能量損失能量損失角度偏轉(zhuǎn)角度偏轉(zhuǎn)吸收吸收決定于決定于入射入射粒子粒子和和被作用物質(zhì)被作用物質(zhì)的性質(zhì)的性質(zhì) 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 放射性放出的射線碰到各

3、種物質(zhì)的時放射性放出的射線碰到各種物質(zhì)的時候，會產(chǎn)生候，會產(chǎn)生各種效應(yīng)各種效應(yīng)：射線射線對對物質(zhì)物質(zhì)的作用的作用物質(zhì)物質(zhì)對對射線射線的作用的作用例如：例如：使照相底片和乳膠感光使照相底片和乳膠感光使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光可穿透一定厚度的物質(zhì)可穿透一定厚度的物質(zhì)吸收一部分吸收一部分散射一部分散射一部分可能使一些物質(zhì)的原可能使一些物質(zhì)的原子、分子發(fā)生電離子、分子發(fā)生電離全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 從射線的測量、利用以及防護(hù)的角度上討論問題，從射線的測量、利用以及防護(hù)的角度上討論問題，經(jīng)常將射線按照帶電性質(zhì)分為幾類：

4、經(jīng)常將射線按照帶電性質(zhì)分為幾類： 1.1.帶電射線帶電射線： 、t t、d d、p p、 、 、 e e 輕帶電粒子輕帶電粒子：e e+ +、e e- - 重帶電粒子重帶電粒子：、 p p、 重離子重離子：Z 2Z 2 2. 2.中性粒子中性粒子：超子、超子、 0 0、n n 3. 3.電磁輻射電磁輻射：、全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容：一一. .重帶電粒子與物質(zhì)相互作用（重帶電粒子與物質(zhì)相互作用（）二二.射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用三三. .射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用四四. .中子與物質(zhì)相互

5、作用中子與物質(zhì)相互作用全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院一一. .重帶電粒子與物質(zhì)相互作用重帶電粒子與物質(zhì)相互作用1. 粒子參數(shù)、來源及特點粒子參數(shù)、來源及特點2. 電離能量損失電離能量損失1）平均電離能）平均電離能2）比電離）比電離3）粒子的射程粒子的射程3. 離子的射程離子的射程1）作用機制）作用機制2）公式及結(jié)論）公式及結(jié)論全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院粒子（粒子（ 射線）就是高速運動的氦核，射線）就是高速運動的氦核，它是它是一個極其穩(wěn)定的原子核一個極其穩(wěn)定

6、的原子核2 Ae2 原子序數(shù)：原子序數(shù)：質(zhì)量數(shù)：質(zhì)量數(shù)：質(zhì)質(zhì) 量：量：eep24-m7300m18364m4106.644254.0015064M 克原子 質(zhì)子質(zhì)量電電 荷：荷：2 Z粒粒子子的的參參數(shù)數(shù)1）粒子粒子參數(shù)、來源及特點參數(shù)、來源及特點全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 重帶電粒子與物質(zhì)相互作用，常常是以重帶電粒子與物質(zhì)相互作用，常常是以粒子粒子為例。為例。 重帶電粒子是相對于重帶電粒子是相對于電子電子質(zhì)量而言的，質(zhì)質(zhì)量而言的，質(zhì)量要比電子的量要比電子的質(zhì)量大質(zhì)量大的多。的多。eem7300m18364M 全國放射衛(wèi)生

7、監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院主要由主要由不穩(wěn)定的原子核不穩(wěn)定的原子核（如象（如象232232ThTh、228228RaRa等放等放射源）放出來的射源）放出來的 最大能量最大能量10MeV10MeV 通常情況下通常情況下 4 46MeV6MeV 可放出可放出粒子的放射性同位素有粒子的放射性同位素有200200多種多種有時可由有時可由加速器加速器得到能量可達(dá)得到能量可達(dá)幾百幾百MeVMeV的的粒子粒子 （這樣的能量足以克服任何（這樣的能量足以克服任何靶物質(zhì)原子核的庫靶物質(zhì)原子核的庫侖排斥力，而使侖排斥力，而使粒子進(jìn)入核力范圍，因而它粒子進(jìn)入

8、核力范圍，因而它是產(chǎn)生核反應(yīng)的一種有效的入射粒子）是產(chǎn)生核反應(yīng)的一種有效的入射粒子） 粒粒子子的的來來源源及及特特點點全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 隨著粒子與物質(zhì)的相互作用，粒子逐漸損失能量，隨著粒子與物質(zhì)的相互作用，粒子逐漸損失能量，速度減慢速度減慢慢化慢化 入射粒子最后完全停留在靶物質(zhì)入射粒子最后完全停留在靶物質(zhì)吸收吸收 幾種主要的使入射粒子損失能量（慢化）的幾種主要的使入射粒子損失能量（慢化）的相互作用過程：相互作用過程：電離能量損失電離能量損失輻射能量損失輻射能量損失散射散射全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培

9、訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 1）作用機制）作用機制 當(dāng)當(dāng)粒子通過物質(zhì)時，由于與靶物質(zhì)核外電子之間粒子通過物質(zhì)時，由于與靶物質(zhì)核外電子之間的庫侖作用力，使電子受到的庫侖作用力，使電子受到吸引吸引或或排斥排斥。從而，使。從而，使電電子獲得一部分能量。子獲得一部分能量。獲得的這部分能量分成獲得的這部分能量分成兩種情況兩種情況：a.a.獲得的能量獲得的能量足夠大，足以足夠大，足以克服克服原子核的束縛變成自由電子原子核的束縛變成自由電子 一個自由電子一個自由電子 失去了一個電子的正離子失去了一個電子的正離子2.2.電離能量損失電離能量損失電離電離全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放

10、射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院n傳遞的能量傳遞的能量不夠大，不足以不夠大，不足以克服原子核的束縛克服原子核的束縛 激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，以發(fā)射光子的形式放出相以發(fā)射光子的形式放出相應(yīng)的能量，回到基態(tài)。應(yīng)的能量，回到基態(tài)。原子退激原子退激可以使電子從低能級狀態(tài)躍遷可以使電子從低能級狀態(tài)躍遷至高能級狀態(tài)、使原子處于激至高能級狀態(tài)、使原子處于激發(fā)狀態(tài)發(fā)狀態(tài)激發(fā)激發(fā)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院當(dāng)入射帶電粒子與核外電子發(fā)生非彈性碰撞時當(dāng)入射帶電粒子與核外電子發(fā)生非彈性碰撞時 電

11、離能量損失是重帶電粒子在穿過物質(zhì)的過程電離能量損失是重帶電粒子在穿過物質(zhì)的過程中，能量損失的中，能量損失的主要方式主要方式靶物質(zhì)原子靶物質(zhì)原子獲得能量獲得能量電離電離 激發(fā)激發(fā)入射射線（入射射線（）損失能量損失能量電離能量損失電離能量損失（阻止本領(lǐng)）（阻止本領(lǐng)）慢慢 化化全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 B(V)VNZzZc11lnIVm2lnVmNZez4dXdE2222202042ion 2）公式及結(jié)論：）公式及結(jié)論：入射粒入射粒子電荷子電荷電子的靜電子的靜止質(zhì)量止質(zhì)量靶物質(zhì)原靶物質(zhì)原子序數(shù)子序數(shù)相對論修正項相對論修正項殼層

12、修正項殼層修正項靶物質(zhì)單位體靶物質(zhì)單位體積內(nèi)原子數(shù)目積內(nèi)原子數(shù)目全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 VB22VNZzdXdEion 電離損失與入射粒子速度電離損失與入射粒子速度 成反比成反比21v 當(dāng)種類當(dāng)種類相同的入射粒子相同的入射粒子（粒子速度（粒子速度V不太大不太大時）時） ，入射到，入射到相同的靶物質(zhì)相同的靶物質(zhì)中時，相同的情況中時，相同的情況下，下， 速度越快，損失能量越小速度越快，損失能量越小幾點結(jié)論：幾點結(jié)論：全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 VB22

13、VNZzdXdEion 電離損失與入射粒子所帶的電荷數(shù)電離損失與入射粒子所帶的電荷數(shù) 成正比成正比2z速度相同，而所帶電荷不同的入射粒子速度相同，而所帶電荷不同的入射粒子 大大電離損失電離損失大大 小小電離損失電離損失小小 速度相同，入射粒子的電荷數(shù)越速度相同，入射粒子的電荷數(shù)越多多， 能量損失越能量損失越快快 穿透本領(lǐng)穿透本領(lǐng)越越弱弱 zz全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院當(dāng)兩者速度相等時，防護(hù)當(dāng)兩者速度相等時，防護(hù)粒子比質(zhì)子要容易得多粒子比質(zhì)子要容易得多 )()(4pioniondxdEdxdE 4倍12zzdxdEdxdE2

14、22p2ion(p)ion( )例如：當(dāng)例如：當(dāng)、P P以相同的速度入射到相同物質(zhì)中時以相同的速度入射到相同物質(zhì)中時 VB22VNZzdXdEion 1:2Z ZP： 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 組織本領(lǐng)與入射重帶電粒子能組織本領(lǐng)與入射重帶電粒子能量的關(guān)系量的關(guān)系 在圖在圖2.12.1的的 b b段段 成成反比反比 電離損失與電離損失與靶物質(zhì)靶物質(zhì)NZNZ成正比，成正比， 高高Z Z、高、高N N物質(zhì)對重帶電粒子的阻物質(zhì)對重帶電粒子的阻止本領(lǐng)比輕物質(zhì)止本領(lǐng)比輕物質(zhì)（低（低Z、低、低N）大大 VB22VNZzdXdEion

15、圖圖2.1全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院2.2.粒子的射程粒子的射程 Range Range1 1）比電離）比電離 Specific ionization 定義：定義：單位路程上產(chǎn)生離子對的數(shù)目單位路程上產(chǎn)生離子對的數(shù)目 S S 重帶電粒子穿過靶物質(zhì)時，與原子核外電子碰撞，重帶電粒子穿過靶物質(zhì)時，與原子核外電子碰撞，引起原子的引起原子的電離和激發(fā)而損失能量電離和激發(fā)而損失能量，因此，沿入射，因此，沿入射粒子入射途徑會產(chǎn)生電子粒子入射途徑會產(chǎn)生電子-正離子對。正離子對。 重帶電粒子在穿過靶物質(zhì)時，一路上所重帶電粒子在穿過靶物質(zhì)時

16、，一路上所產(chǎn)生的產(chǎn)生的離子對數(shù)目分布是不均勻的。離子對數(shù)目分布是不均勻的。全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院總電離總電離= =初級電離初級電離+ +次級電離次級電離 如果，如果，次級電子的能量足夠大（次級電子的能量足夠大（電子），它電子），它也可以使物質(zhì)電離，這種電離過程也可以使物質(zhì)電離，這種電離過程產(chǎn)生的自由電子產(chǎn)生的自由電子次級電子次級電子初級電離初級電離由入射粒子直接作用引起的電離由入射粒子直接作用引起的電離次級電離次級電離全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院由圖

17、由圖2.2 可見：可見： 當(dāng)當(dāng)粒子粒子剛剛進(jìn)入空氣中時，進(jìn)入空氣中時，比電比電離較小離較小 隨著穿過距離的增大，隨著穿過距離的增大，比電離越比電離越來越大來越大 入射粒子穿過物質(zhì)時，會逐漸損入射粒子穿過物質(zhì)時，會逐漸損失能量，當(dāng)能量很小時，電離損失能量，當(dāng)能量很小時，電離損失最大，直至電離損失為零。失最大，直至電離損失為零。圖圖2.2全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院平均電離能平均電離能定義：定義：產(chǎn)生一對離子對需要的平均能量產(chǎn)生一對離子對需要的平均能量 W W平均電離能平均電離能的的特點特點：只與物質(zhì)種類有關(guān)，只與物質(zhì)種類有關(guān)，

18、與入射粒子能量無關(guān)與入射粒子能量無關(guān)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院n射程：射程： 入射粒子在吸收物質(zhì)中，入射粒子在吸收物質(zhì)中，沿入射方向沿入射方向從入射點從入射點到它的終點（速度為零）之間的到它的終點（速度為零）之間的直線距離直線距離 入射粒子在吸收體中所經(jīng)過的入射粒子在吸收體中所經(jīng)過的實際軌跡的長度實際軌跡的長度。一般情況下，一般情況下，路程路程射程射程n 路程路程00000/ERRdxdEdEdEdEdxdxxR2) 2) 粒子的射程粒子的射程全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)

19、放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 粒子粒子與電子碰撞的過程中，軌跡幾乎是與電子碰撞的過程中，軌跡幾乎是一條直線運動方向不會發(fā)生很大的改變一條直線運動方向不會發(fā)生很大的改變 emm7300 粒子的徑跡是粒子的徑跡是直線的直線的路程路程 射程射程全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院4-7MeV 4-7MeV 的的粒子粒子 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣中的射程空氣中的射程320E0.318R 圖圖2.3經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式：MeVcm全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院計數(shù)保持不變計數(shù)保持不

20、變平均射程平均射程對于對于 210Po30MeV5E. 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣中中84cm3R. 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院04102 .3RAR 同種帶電粒子在不同物質(zhì)中的射程，可用空氣來計算同種帶電粒子在不同物質(zhì)中的射程，可用空氣來計算對于化合物和混合物主要差別在于對于化合物和混合物主要差別在于A A值的差別：值的差別：ii332211AnAnAnAnA 布雷格布雷格克萊門經(jīng)驗規(guī)律克萊門經(jīng)驗規(guī)律000AARR 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)

21、院對于能量為對于能量為37MeV 的的粒子，粒子， 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣中，平均射程在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣中，平均射程全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院粒子能量（ ）空氣（ ）生物組織（ ）鋁（ ）42.531164.53.037205.03.543235.54.049266.04.656306.55.264347.05.972387.56.681438.07.491488.58.1100539.08.9110589.59.81206410.010.613069 表表2.1 粒子在幾種物質(zhì)中的射程粒子在幾種物質(zhì)中的射程m m cmMeV

22、全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院用質(zhì)量厚度表示射程用質(zhì)量厚度表示射程：5MeV 的的粒子在人體組織中的射程為粒子在人體組織中的射程為43m43m3cmg1 RRm人體組織密度：人體組織密度：2-4m/3 . 411043cmmgRR 人體皮膚厚度：人體皮膚厚度：27cmgm所以：所以：粒子造成的粒子造成的外照射外照射傷害可以不考慮傷害可以不考慮2cmg單位：單位：全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院問題：問題：1）全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)

23、放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院二二. . 射線電子與物質(zhì)相互作用射線電子與物質(zhì)相互作用 射線射線來源及特點來源及特點 能量損失能量損失1）電離能量損失）電離能量損失2）輻射能量損失）輻射能量損失3）多次散射）多次散射3.3.射線的吸收射線的吸收全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院1. 1. 粒子粒子參數(shù)、來源及特點參數(shù)、來源及特點射線射線 實際上是高速運動的電子實際上是高速運動的電子 （負(fù)電子、正電子）（負(fù)電子、正電子）由核衰變產(chǎn)生的由核衰變產(chǎn)生的射線，具有以下特點：射線，具有以下特點： 半衰期在半衰期在 能量能量 0

24、4MeV 能譜特點：能譜特點： 連續(xù)連續(xù) 有最大衰變能有最大衰變能 某處有最大強度某處有最大強度y1871010 能譜示意圖能譜示意圖全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院電子與物質(zhì)相互作用的電子與物質(zhì)相互作用的特點特點： 與與相同之處：相同之處：均是均是帶電粒子帶電粒子在與物質(zhì)相互作用時，仍然主要是在與物質(zhì)相互作用時，仍然主要是與物質(zhì)中原子的核外電子發(fā)生與物質(zhì)中原子的核外電子發(fā)生電離電離相互作用相互作用 與與不同之處：不同之處：粒子質(zhì)量是粒子質(zhì)量是粒子的質(zhì)量的粒子的質(zhì)量的1/73001/7300, , 在與物在與物質(zhì)相互作用過程中質(zhì)

25、相互作用過程中, ,會有很大的差別會有很大的差別全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院主要作用形式有主要作用形式有：電離能量損失電離能量損失輻射能量損失輻射能量損失多次散射多次散射運動軌跡不再是直線，而是十分曲折運動軌跡不再是直線，而是十分曲折全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院存在的問題存在的問題： 粒子的質(zhì)量只有粒子的質(zhì)量只有粒子的粒子的1/73001/7300，所以具有，所以具有相同能量的相同能量的粒子和粒子和粒子速度就要相差很多，大粒子速度就要相差很多，大很多，往往

26、接近光速，因此對很多，往往接近光速，因此對粒子相互作用的情粒子相互作用的情況必須要考慮況必須要考慮相對論效應(yīng)相對論效應(yīng)同為同為4MeV4MeV的的 粒子和粒子和粒子粒子C%.vC%v5995 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 當(dāng)快速電子通過物質(zhì)時，它與物質(zhì)原子的殼層電當(dāng)快速電子通過物質(zhì)時，它與物質(zhì)原子的殼層電子發(fā)生碰撞，入射電子將自己的一部分能量給與原子發(fā)生碰撞，入射電子將自己的一部分能量給與原子殼層電子，使原子電離或激發(fā)。子殼層電子，使原子電離或激發(fā)。 電離能量損失電子在穿過物質(zhì)時，損失能量的電離能量損失電子在穿過物質(zhì)時，損失

27、能量的主要主要方式方式1）電離能量損失）電離能量損失2. 能量損失能量損失全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院表表 幾種物質(zhì)的電子平均電離能幾種物質(zhì)的電子平均電離能物質(zhì)名稱物質(zhì)名稱 空氣空氣 Al CH4 H2 CO2 HeW (eV) 34 26.4 27.0 36.3 32.8 41 電子在吸收物質(zhì)中產(chǎn)生一對粒子對所消耗的平電子在吸收物質(zhì)中產(chǎn)生一對粒子對所消耗的平均能量與電子能量無關(guān)，只依賴于物質(zhì)種類。均能量與電子能量無關(guān)，只依賴于物質(zhì)種類?？梢姡嚎梢姡喝珖派湫l(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州

28、大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 )(1118111122ln12ln222222220204vNZBvIvEmNZvmedxdEe 電子的電離能量損失率電子的電離能量損失率: :全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院電子的電離損失率電子的電離損失率: :粒子粒子的的電離能量損失率電離能量損失率： B(V)VNZzZc11lnIV2mlnVmNZe4dXdE2222202042ion )(1118111122ln12ln222222220204vNZBvIvEmNZvmedxdEe全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與

29、防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院NZvdxdEe21電子的電離能量損失率電子的電離能量損失率: :（1 1）差別僅在與方括號內(nèi)的第二項）差別僅在與方括號內(nèi)的第二項（2 2）(-dE/dx)(-dE/dx)e e與粒子的速度與粒子的速度v v2 2成反比成反比 在相同能量的情況下，電子的速度要比在相同能量的情況下，電子的速度要比粒子粒子的速度大很多，因此電子的電離損失率比的速度大很多，因此電子的電離損失率比粒粒子要小得多，正是由于它的電離損失率小。子要小得多，正是由于它的電離損失率小。結(jié)論結(jié)論: 射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)比射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)比粒子大得多粒子大得多全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督

30、員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 4MeV4MeV粒子粒子 在水中每微米產(chǎn)生在水中每微米產(chǎn)生30003000對電子正離子對對電子正離子對 1MeV1MeV粒子粒子 在水中每微米產(chǎn)生在水中每微米產(chǎn)生5 5對電子正離子對電子正離子對對 SwdxdEe （3 3）電子的電離本領(lǐng)較弱電子的電離本領(lǐng)較弱能量損失率能量損失率平均電離能全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院穿透力強穿透力強 穿過同樣厚度的同一物質(zhì)時，粒子比粒子損失的能量要小得多，所以具有更大的穿透力。電離本領(lǐng)弱電離本領(lǐng)弱 穿過同樣厚度的同一物質(zhì)時，粒子比

31、粒子的能量損失要小得多，所以產(chǎn)生的電子正離子對就少，電離本領(lǐng)弱。電子的電離損失率具有的電子的電離損失率具有的特點特點（與與相比）相比）全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院2 2）輻射能量損失）輻射能量損失作用機制作用機制 當(dāng)快速帶電粒子穿過物質(zhì)時，受核庫倫場作用當(dāng)快速帶電粒子穿過物質(zhì)時，受核庫倫場作用而改變速度，這時粒子的而改變速度，這時粒子的動能的一部分動能的一部分會以電磁波會以電磁波的形式輻射出來的形式輻射出來軔致輻射軔致輻射 222NZmEzdxdErad 入射粒子入射粒子的的電荷電荷、能量能量及及質(zhì)量質(zhì)量輻射能量損失率：輻射

32、能量損失率：吸收物質(zhì)吸收物質(zhì)單位體單位體積的原子數(shù)積的原子數(shù)吸收物質(zhì)吸收物質(zhì)的原子序數(shù)的原子序數(shù)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院結(jié)論結(jié)論: :矛盾的兩個方面矛盾的兩個方面 222NZEmzdxdErad 正比于正比于Z Z2 2 ， raddxdE 用重元素作靶物質(zhì)時，易于發(fā)生軔致輻射用重元素作靶物質(zhì)時，易于發(fā)生軔致輻射全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 與與m m2 2成反比成反比 raddxdE 粒子和質(zhì)子的軔致輻射是電子的粒子和質(zhì)子的軔致輻射是電子的1010-

33、6-6217300 zzmmee速度相同的情況下，速度相同的情況下， 222NZEmzdxdErad 因此因此 對于比對于比質(zhì)子質(zhì)子更重的帶電粒子的輻射能更重的帶電粒子的輻射能量損失完全可以忽略不計量損失完全可以忽略不計全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院c c） 正比于正比于E E 粒子能量高時，軔致輻射才顯著粒子能量高時，軔致輻射才顯著 raddxdE 輻射損失輻射損失輻射損失輻射損失 222NZEmzdxdErad 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院800ZEdx

34、dEdxdEionrad決定因素：決定因素： 入射粒子能量入射粒子能量 靶物質(zhì)原子序數(shù)靶物質(zhì)原子序數(shù)當(dāng)要當(dāng)要吸收吸收、屏蔽屏蔽射線時，射線時，不宜不宜選用重材料選用重材料當(dāng)要當(dāng)要獲得獲得強的強的X X射線時，則射線時，則應(yīng)應(yīng)選用重材料作靶選用重材料作靶全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院圖圖 2.6 2.6 粒子能量損失與能量的關(guān)系粒子能量損失與能量的關(guān)系 粒子粒子與物與物質(zhì)相互作用質(zhì)相互作用時，時，輻射損失輻射損失是是其其重要重要的一的一種能量損失種能量損失方式方式。全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與

35、防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院軔致輻射的軔致輻射的特點特點 入射電子原來的動能入射電子原來的動能 原子核、光子、被偏轉(zhuǎn)原子核、光子、被偏轉(zhuǎn)的電子三者之間分配，所以軔致輻射光子可以具有的電子三者之間分配，所以軔致輻射光子可以具有任何動能，對應(yīng)的光子能量譜是連續(xù)的，任何動能，對應(yīng)的光子能量譜是連續(xù)的，0 0最大最大, , 等于電子的動能等于電子的動能Ee Ee ，故，故： 軔致輻射又稱軔致輻射又稱連續(xù)連續(xù)X X射線射線全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院3 3）粒子的多次粒子的多次散射散射 粒子與靶物質(zhì)原子核庫倫場作用時，只改變粒子

36、與靶物質(zhì)原子核庫倫場作用時，只改變運動方向，而不輻射能量運動方向，而不輻射能量 。這種過程稱為：。這種過程稱為：彈性散射彈性散射 由于電子的質(zhì)量小，因而散射角可以很大由于電子的質(zhì)量小，因而散射角可以很大（與（與粒子相比，粒子相比，粒子的散射要大得多），而且粒子的散射要大得多），而且會發(fā)生多次散射，最后偏離原來的入射方向。入會發(fā)生多次散射，最后偏離原來的入射方向。入射射粒子能量越低，及靶物質(zhì)原子序數(shù)越大，散射粒子能量越低，及靶物質(zhì)原子序數(shù)越大，散射也就越厲害。也就越厲害。全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 多次碰撞多次碰撞多次散射多

37、次散射 ，經(jīng)，經(jīng)多次散射，電子可能返回原來多次散射，電子可能返回原來的入射方向，這就叫做的入射方向，這就叫做“反散反散射射”。 對于對于粒子最后粒子最后散射角大于散射角大于9090的情況，稱為的情況，稱為“反散射反散射” 反散射系數(shù)反散射系數(shù)：反散射電子與入射電子強度之比：反散射電子與入射電子強度之比圖圖2.7全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院3. 射線的吸收射線的吸收 當(dāng)單能電子或當(dāng)單能電子或射線通過物質(zhì)時，由于與物射線通過物質(zhì)時，由于與物質(zhì)相互作用，結(jié)果使它們的質(zhì)相互作用，結(jié)果使它們的強度減弱強度減弱，最后停，最后停留在物質(zhì)中

38、，稱為留在物質(zhì)中，稱為吸收吸收。射線或單能電子束穿過物質(zhì)時，強度減弱的現(xiàn)象射線或單能電子束穿過物質(zhì)時，強度減弱的現(xiàn)象1）射線的吸收射線的吸收全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 粒子在穿過物質(zhì)時的總能量損失率比粒子在穿過物質(zhì)時的總能量損失率比粒子小粒子小 粒子比粒子比粒子具有更大的射程粒子具有更大的射程 例如：例如：能量相同：能量相同：4MeV 被作用物質(zhì)：被作用物質(zhì)：空氣空氣粒子的射程：粒子的射程：2.5 cm粒子的射程：粒子的射程： 15 m全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)

39、與防護(hù)學(xué)院 因因衰變而放出的電子，其能量是連續(xù)分布衰變而放出的電子，其能量是連續(xù)分布的，故沒有射程而言。的，故沒有射程而言。 可用可用射線能量中電子的最大能量射線能量中電子的最大能量 所對應(yīng)的射程來表示所對應(yīng)的射程來表示射線的射程。射線的射程。 maxE maxR 射線的最大射程射線的最大射程全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院測量測量射線射程裝置射線射程裝置示意圖示意圖0/II15 . 0tmReR11ttmaxRmaxR e 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院對于能

40、量在對于能量在 之間之間單能窄束單能窄束射線的吸收曲線，可以近似地表示為：射線的吸收曲線，可以近似地表示為：6MeVE5MeV. 0maxx-0eII mmx-0eII 進(jìn)入吸收物質(zhì)前進(jìn)入吸收物質(zhì)前的的粒子強度粒子強度進(jìn)入吸收物質(zhì)厚進(jìn)入吸收物質(zhì)厚度為度為X或或Xm后的后的粒子強度粒子強度線性吸收系數(shù)線性吸收系數(shù)cm-1線性厚度線性厚度cm質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量吸收系數(shù)質(zhì)量厚度質(zhì)量厚度g/cm2cm2/g全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院在實際工作中在實際工作中, , 常使用經(jīng)驗公式計算常使用經(jīng)驗公式計算射線的射程射線的射程133. 05

41、42. 08 . 0407. 08 . 015. 0maxmax38. 1maxmax ERMeVEERMeVEMeV時時時時射程的單位為質(zhì)量射程的單位為質(zhì)量厚度厚度 mg/cm2能量單位為：能量單位為：MeV全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 3cmg0 . 1 7 . 2 表表2.2 2.2 幾種物質(zhì)中的幾種物質(zhì)中的粒子的射程粒子的射程介 質(zhì) 密度單位： 射線能量射線能量(MeV)空氣空氣生物組織生物組織0.110.1 （0.012）0.016 （0.016）0.005 （0.014）0.231.1 （0.038）0.049

42、（0.049）0.0155 （0.042）0.356.7 （0.07 ）0.089 （0.089）0.028 （0.076）0.485.7 （0.11 ）0.187 （0.187）0.059 （0.159）0.5119.0 （0.146）0.187 （0.187）0.059 （0.159）1.0306 （0.367）0.48 （0.48 ）0.15 （0.41 ）3.01100 （1.35 ）1.74 （1.74 ）0.55 （1.49 ）5.01900 （2.34 ）2.98 （2.98 ）0.94 （2.54 ）0.001293 單位：cm單位：mg/cm2鋁鋁全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放

43、射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院從圖中可知：從圖中可知：單能電子與相同最大能量的單能電子與相同最大能量的射線的吸收曲線，射線的吸收曲線，形狀差別較大。但最大射程相同。形狀差別較大。但最大射程相同。用質(zhì)量厚度來表示射程時，與物質(zhì)的實際密度用質(zhì)量厚度來表示射程時，與物質(zhì)的實際密度和物理狀態(tài)幾乎無關(guān)和物理狀態(tài)幾乎無關(guān) RRm5MeV5MeV的的射線射線2mcmmg542R. 2mcmmg342R. 在鋁中：在鋁中：在空氣中：在空氣中：0.94mmR 1900mmR 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院

44、對于一定能量的對于一定能量的粒子，用質(zhì)量厚度來表示射粒子，用質(zhì)量厚度來表示射程時，幾種介質(zhì)幾乎是相同的。程時，幾種介質(zhì)幾乎是相同的。 所以所以, , 通常用鋁作為標(biāo)準(zhǔn)，來估計通常用鋁作為標(biāo)準(zhǔn)，來估計Z Z相差不大相差不大的物質(zhì)對的物質(zhì)對射線的吸收情況射線的吸收情況全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院快電子與物質(zhì)相互作用的特點快電子與物質(zhì)相互作用的特點：快電子的快電子的速度大速度大； 重帶電粒子相對速度??；重帶電粒子相對速度??；快電子除電離損失外，快電子除電離損失外，輻射損失不可忽略輻射損失不可忽略； 重帶電粒子主要通過電離損失而損失

45、能量；重帶電粒子主要通過電離損失而損失能量；快電子快電子散射嚴(yán)重散射嚴(yán)重 重帶電粒子在介質(zhì)中的運動徑跡近似為直線重帶電粒子在介質(zhì)中的運動徑跡近似為直線全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院三三. .射線與物質(zhì)相互作用射線與物質(zhì)相互作用 概況介紹概況介紹 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 電子對效應(yīng)電子對效應(yīng) 射線吸收射線吸收全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 1. 概況介紹概況介紹a. 伴隨核衰變的伴隨核衰變的射線射線60Co 衰變綱圖137Cs 衰變綱圖 來源來源

46、射線的射線的能量能量原子核初態(tài)與終態(tài)之間的能原子核初態(tài)與終態(tài)之間的能量差，反映子核的能級結(jié)構(gòu)量差，反映子核的能級結(jié)構(gòu)半衰期特征半衰期特征呈現(xiàn)出母核呈現(xiàn)出母核衰變的半衰期衰變的半衰期全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院b. 湮沒輻射湮沒輻射 當(dāng)母核經(jīng)當(dāng)母核經(jīng) 衰變時，還伴有的電磁輻射產(chǎn)衰變時，還伴有的電磁輻射產(chǎn)生，起因在于初級衰變過程產(chǎn)生的生，起因在于初級衰變過程產(chǎn)生的正電子湮沒正電子湮沒。 C. 伴隨核反應(yīng)的伴隨核反應(yīng)的射線射線nOC10*m16813642 s11102 退激產(chǎn)生退激產(chǎn)生光子光子 6.30MeV6.30MeV平均壽

47、命平均壽命 例如：例如：全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院d. 軔致輻射軔致輻射 當(dāng)快電子與物質(zhì)相互作用時，其部分能量轉(zhuǎn)換成當(dāng)快電子與物質(zhì)相互作用時，其部分能量轉(zhuǎn)換成軔致輻射，其轉(zhuǎn)換的份額隨能量的增加而增加；隨軔致輻射，其轉(zhuǎn)換的份額隨能量的增加而增加；隨吸收物質(zhì)的原子序數(shù)的增加而增加，能量連續(xù)分布。吸收物質(zhì)的原子序數(shù)的增加而增加，能量連續(xù)分布。e. 特征特征X X射線射線 多種原因?qū)е略拥膬?nèi)殼層出現(xiàn)空位，外層電子多種原因?qū)е略拥膬?nèi)殼層出現(xiàn)空位，外層電子向內(nèi)殼層填充的過程中，產(chǎn)生向內(nèi)殼層填充的過程中，產(chǎn)生X射線。射線。全國放射衛(wèi)

48、生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院n 規(guī)律規(guī)律 盡管他們產(chǎn)生的原因不同，能量大小不同，均盡管他們產(chǎn)生的原因不同，能量大小不同，均屬于屬于電磁波電磁波 只要它們的只要它們的能量相同能量相同，它們與物質(zhì)相互作用的們與物質(zhì)相互作用的規(guī)律就相同規(guī)律就相同全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院由于由于射線不帶電，在物質(zhì)中的穿透情況射線不帶電，在物質(zhì)中的穿透情況不能不能“射程射程”來描述。來描述。帶電粒子是多次與電子和核碰撞作用帶電粒子是多次與電子和核碰撞作用逐漸損失逐漸損失能能量，光子可以與

49、物質(zhì)中的原子量，光子可以與物質(zhì)中的原子一次碰撞損失全部一次碰撞損失全部或大部分能量?；虼蟛糠帜芰?。射線穿過物質(zhì)時射線穿過物質(zhì)時，其能量不變，強度按指數(shù)規(guī)其能量不變，強度按指數(shù)規(guī) 律衰減律衰減x0eII 射線和帶電粒子與物質(zhì)相互作用的射線和帶電粒子與物質(zhì)相互作用的規(guī)律不同規(guī)律不同 由于由于射線不帶電，它同物質(zhì)相互作用完全不同射線不帶電，它同物質(zhì)相互作用完全不同于帶電粒子，于帶電粒子，主要區(qū)別在主要區(qū)別在： 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 作用方式作用方式光電效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)電子對效應(yīng)時時MeV30E 相

50、干散射相干散射光致核反應(yīng)光致核反應(yīng)核共振反應(yīng)核共振反應(yīng)貢獻(xiàn)小于貢獻(xiàn)小于1%1%MeV30KeV100:E 主要討論主要討論全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 作用截面作用截面 射線與物質(zhì)相互作用的大小也用反應(yīng)截射線與物質(zhì)相互作用的大小也用反應(yīng)截面面 來表示來表示tNII 截面截面 Cross section 入射光子數(shù)入射光子數(shù)發(fā)生作用的光子數(shù)發(fā)生作用的光子數(shù)靶物質(zhì)原子數(shù)靶物質(zhì)原子數(shù)個個/cm3.cm 一個入射光子與單位面積上的靶原子發(fā)生作用一個入射光子與單位面積上的靶原子發(fā)生作用的幾率的幾率用（用（b b）來表示）來表示2241

51、01cmb 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 射線與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定射線與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的概率，仍用截面這個物理量來表示作用概率的大的概率，仍用截面這個物理量來表示作用概率的大小。而且，總截面等于各作用截面之和，即：小。而且，總截面等于各作用截面之和，即：pcph 光電效應(yīng)截面光電效應(yīng)截面康普頓效應(yīng)截面康普頓效應(yīng)截面電子對效應(yīng)截面電子對效應(yīng)截面全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院2. 光電效應(yīng)光電效應(yīng) 射線的全部能量轉(zhuǎn)移給束縛電子，使

52、這些電子射線的全部能量轉(zhuǎn)移給束縛電子，使這些電子從原子中激發(fā)出來，從原子中激發(fā)出來，光子本身消失光子本身消失這種現(xiàn)象這種現(xiàn)象光電效應(yīng)光電效應(yīng)放出的電子放出的電子光電子光電子圖圖2.9 （a）光電效應(yīng)示意圖）光電效應(yīng)示意圖全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院光電效應(yīng)發(fā)生后的原子光電效應(yīng)發(fā)生后的原子 發(fā)生光電效應(yīng)時，從內(nèi)殼發(fā)生光電效應(yīng)時，從內(nèi)殼層打出電子，在此殼層就留層打出電子，在此殼層就留下下空位空位，并使原子處于并使原子處于激發(fā)激發(fā)狀態(tài)狀態(tài)，這種激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)，這種激發(fā)狀態(tài)是不穩(wěn)定的，定的，退激發(fā)過程退激發(fā)過程有兩種：有兩種： 特征

53、特征X X射線射線 俄歇電子俄歇電子圖圖2.9 （b）特征）特征X射線或射線或俄些電子發(fā)射示意圖俄些電子發(fā)射示意圖全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院 入射光子打在原子上，原子吸收了光子的全部入射光子打在原子上，原子吸收了光子的全部能量，其中能量，其中一部分一部分消耗于光電子脫離原子核的束消耗于光電子脫離原子核的束縛所需要的電離能（電子在原子中的結(jié)合能），縛所需要的電離能（電子在原子中的結(jié)合能），另一部分另一部分作為電子的動能，所釋放出來的光電子作為電子的動能，所釋放出來的光電子的能量就是入射光子能量與該光電子所處殼層的的能量就是入

54、射光子能量與該光電子所處殼層的結(jié)合能之差。結(jié)合能之差。a. 光電子的能量光電子的能量ieBhE 入射光子能量入射光子能量殼層結(jié)合能殼層結(jié)合能全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院b. 光電效應(yīng)截面光電效應(yīng)截面在非相對論情況在非相對論情況下下， 時時20cmh 在相對論情況下在相對論情況下時時20cmh N 275th52720421kh1ZZhcm32 h1ZZhcm5 . 15th5204k ANAm 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院圖圖2.10 2.10 光電效應(yīng)吸

55、收截面與入射光子能量的關(guān)系光電效應(yīng)吸收截面與入射光子能量的關(guān)系全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院c. 發(fā)生光電效應(yīng)的條件發(fā)生光電效應(yīng)的條件光子能量光子能量 電子的結(jié)合能電子的結(jié)合能要有原子核參加要有原子核參加80% 的光電子是的光電子是 K K層電子層電子 kphph.54 光電效應(yīng)的截面光電效應(yīng)的截面光電效應(yīng)中光電效應(yīng)中K層層電子的貢獻(xiàn)電子的貢獻(xiàn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院3. 康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)1) 光子穿過物質(zhì)時光子穿過物質(zhì)時而光子則被散而光子則被散射從

56、另一個方射從另一個方向飛出向飛出打出一個電子打出一個電子康普頓電子康普頓電子散射光子散射光子全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院散射光子和反沖電子的能量散射光子和反沖電子的能量散射光子的能量散射光子的能量 coshhcmh1120入射光子的能量入射光子的能量散射光子的散射角散射光子的散射角反沖電子的能量反沖電子的能量 coshcmehE1201換算關(guān)系換算關(guān)系: :2tgcmhctg 201 hhEe全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院特殊情況特殊情況：反沖電子能量最大反

57、沖電子能量最大 EEEe411max 散射光子能量最小散射光子能量最小 EEE41 0180 時，時，反散射反散射表表 入射光子與對應(yīng)的反散射光子能量值（入射光子與對應(yīng)的反散射光子能量值（MeVMeV） EE 0.5 0.662 1.0 1.5 2.0 3.0 4.0 0.169 0.184 0.203 0.218 0.226 0.235 0.240全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院2) 康普頓散射的截面康普頓散射的截面入射光子能量很低時，入射光子能量很低時，20cmh 1cZE 20cmh 入射光子能量較高時入射光子能量較高時，

58、此時截面與光子能量無關(guān)，只與此時截面與光子能量無關(guān)，只與Z Z有關(guān)有關(guān)與光子能量有關(guān)、與光子能量有關(guān)、與與Z有關(guān)有關(guān)圖圖2.13 康普頓散射截康普頓散射截面入射光子能面入射光子能量的關(guān)系量的關(guān)系0083 ZThEc 全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院3.3.電子對效應(yīng)電子對效應(yīng) 當(dāng)當(dāng)光子從原子核光子從原子核旁經(jīng)過時，在原子核旁經(jīng)過時，在原子核的庫侖場作用下，的庫侖場作用下，光子轉(zhuǎn)化為一個正電光子轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負(fù)電子，這子和一個負(fù)電子，這個過程稱為個過程稱為電子對效電子對效應(yīng)。應(yīng)。圖圖2.14. 電子對效應(yīng)示意圖電子對效應(yīng)示

59、意圖全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院正、負(fù)電子對的動能：正、負(fù)電子對的動能： 20ee20e20ecm2EEcmEcmEh 核核反反沖沖能能 MeV.hcmhEEee021220 所以：所以：入射入射光子的能量大于光子的能量大于1.02MeV1.02MeV，才可能發(fā)生電子，才可能發(fā)生電子對效應(yīng)對效應(yīng)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院電子對效應(yīng)的截面電子對效應(yīng)的截面 p 電子對效應(yīng)的截面是電子對效應(yīng)的截面是入射光子的能量入射光子的能量和和吸收物質(zhì)吸收物質(zhì)原子序數(shù)原子序

60、數(shù)的函數(shù)。的函數(shù)。20cmh稍稍大大于于 20cmh EZ2p ElnZ2p 可見：可見：電子對效應(yīng)是隨著靶物質(zhì)電子對效應(yīng)是隨著靶物質(zhì)的的原子序數(shù)原子序數(shù)Z Z和和入射入射光光子能量子能量的的增加而增加增加而增加的的。圖圖2.15 電子對效應(yīng)截電子對效應(yīng)截 面與面與射線能射線能量的關(guān)系量的關(guān)系全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn)全國放射衛(wèi)生監(jiān)督員培訓(xùn) 蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院蘇州大學(xué)放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院電子對效應(yīng)的電子對效應(yīng)的逆過程逆過程湮沒輻射湮沒輻射 由電子對產(chǎn)生的快速正、負(fù)電子在物質(zhì)中通過由電子對產(chǎn)生的快速正、負(fù)電子在物質(zhì)中通過它產(chǎn)生電離損失和輻射損失而損失掉能量，當(dāng)正電它產(chǎn)生電離損失和輻射損失而損失