电离辐射剂量与防护第一章(第二节)课件

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最常见的是：电子、β射线、质子、α粒子等。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。重带电粒子：静止质量大于电子的带电粒子。概论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。用于描述相互作用程度的系数都有其独自的针对性。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。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CNOAlPbZ6781382M12141627207Z/M0.50.50.50.480.40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。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。由此得到结论：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。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：0.1Mev

质子：0.025Mev

电子：0.0135Mev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。2.辐射相互作用（Radiativeinteraction）

（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。5.电子对生成（Pairproduction）

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。3.弹性碰撞（Elasticcollision）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（Nuclearinteraction）高能带电粒子，例如（P，n），（P，2P）等二.阻止本领（Stoppingpower）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除以密度，消除密度的影响。线碰撞阻止本领：Scol=质量碰撞阻止本领：Scol/ρ=（1）碰撞阻止本领分别表示带电粒子在物质中穿行单位（长度或质量厚度）路程时因电离、激发过程损失的能量。电子：质量碰撞阻止本领β＝V(电子速度)/C光速；B(T)：与电子速度相关的一个因子，计算的结果用Mevcm2/g在水中，10keV电子质量碰撞阻止本领（2）辐射阻止本领质量辐射阻止本领（S/ρ)r：线辐射阻止本领Sr：带电粒子在轫致辐射过程中损失的能量称为带电粒子能量的辐射损失，分别可以用线辐射损失本领和质量辐射阻止本领予以定量。分别表示带电粒子在物质中穿行单位（长度或质量厚度）路程时因轫致辐射过程损失的能量。带电粒子的辐射损失依赖于：物质的原子序数Z，带电粒子的静止质量Mo，动能T。产生X线，用高能电子轰击高Z物质，阻挡电子，用低Z物质Srad∝Z2∙T/(Mo)2（3）总阻止本领（TotalStoppingPower）重带电粒子：S≈Scol电子：S=Scol+Srad带电粒子在物质中穿行单位距离时因电离、激发和轫致辐射损失的总能量。意义:描述带电粒子与物质相互作用的程度。（1）E<10MeV，主要是电离损失和辐射损失：说明：（2）重带电粒子，辐射损失可以忽略（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－电子能量一般地：总线阻止本领（Linearstoppingpower）S：极化效应（Polarizationeffect）使（S/ρ）c减少（S/ρ）c与E关系

运动带电粒子产生的电场使介质中的原子极化，减弱了运动的带电粒子产生的电场，降低了与较远的电子作用，从而减少了碰撞能量损失。介质密度越大，近距离原子的极化对较远电子的影响就大（（Densityeffect））。不同重带电粒子

若它们在同一种介质中以相同的速度运行时，壳层修正和密度修正相同，故有（归一化的碰撞阻止本领）。电荷交换效应低能重带电粒子，会“拾掇”电子，使其有效电荷数z减少。E减少,减少。

3.定限碰撞阻止本领（Restrictedmasscollisionstoppingpower）L∆/ρ（1）δ粒子带电粒子径迹δ粒子定义：能够产生分支径迹的次级电子（2)L∆/ρ定义：L∆/ρ=(dE/dl)∆/ρdE为带电粒子在密度为ρ的介质中穿行距离为dl时，由传递能量小于指定值∆的碰撞而损失的能量的数学期望值。L∆亦叫传能线密度LET（Linearenergytransfer）。

LET:特定能量的带电粒子在介质中穿行单位长度路程时，由能量转移小于某一指定值的历次碰撞所造成的平均能量损失。L∞=Sc,L∞/ρ=(S/ρ)c四.射程（Range）带电粒子沿入射方向所行径的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程R。定义：入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度称作路程(Path)。路程>射程重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时，其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其路程相近。若已知能量损失率，从原理上可以求出射程：射程往往通过实验测定：探测器源平均射程外推射程入射粒子能量高，其射程长；反之则短。在某种物质中，确定的入射重带电粒子的射程与粒子能量之间存在着确定的关系，常以曲线的形式给出。2.电子和β射线2.连续慢化近似射程r0（Continuousslowingdownapproximationrange）平均投影射程五.产生一对离子所消耗的平均能量W电子在干燥空气中每形成一个离子对需消耗的平均能量。Wa

=33.97eV/离子