电离辐射剂量与防护课件

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一、相互作用类型带电粒子：电子、重带电粒子带电粒子的种类很多，最常见的是电子、β射线、质子、α粒子等。凡静止质量大于电子的带电粒子，称为重带电粒子，如μ介子，π介子，质子，∑+、∑-、α粒子及被加速的原子核等。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。1.非弹性碰撞（Nonelasticcollision）硬撞或“对面撞”（hardor“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（softcollision）：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）。

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（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。（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。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。电子对效应入射光子hve+e-二.阻止本领（Stoppingpower）总线阻止本领（Linearstoppingpower）S：dE是dl距离上损失能量的数学期望值。1.定义：设带电粒子在质量密度为ρ的介质中、穿过距离dl时损失能量的期望值为dE,则dE除以ρdl的商叫做物质对带电粒子的总质量阻止本领,记作S/ρ。意义:描述带电粒子与物质相互作用的程度总质量阻止本领（Massstoppingpower）S/ρ:质量碰撞阻止本领（Masscollisionstoppingpower）（S/ρ)c质量辐射阻止本领（Massradiativestoppingpower）（S/ρ)r一般地：

对应地：

2.特性（Properties）阻止本领可以用量子力学理论给出计算公式（参考书P.11贝特公式）对重带电粒子，在用理论公式计算（S/ρ）c时，要考虑壳层修正，而对电子往往不需要。原因：重带电粒子以速度v运行时，通过与电子发生碰撞可交给电子的能量为2m0v2，而2m0v2可能小于k电子的激发能，k电子就会成为不相干电子。电子的速率比具有同样能量的重粒子的速率高很多。极化效应（Polarizationeffect）使（S/ρ）c减少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（密度效应（Densityeffect））。（S/ρ）c与E关系

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。（S/ρ）c随z减少而增加平均激发能随z增加而增加；z/MA随原子序数z增加而减少。从而使得（S/ρ）c随z减少而增加。化合物中的阻止本领可以用化合物中每种元素阻止本领的重量加权求得：

fi为指定元素在化合物中所占重量份额。

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定限线碰撞阻止本领:以L△表示。可以写为L△=(dE/dx)△，dx是粒子所经距离，dE是在能量转移小于某一定值△条件下，由于碰撞而损失的平均能量。△通常是指一段射程，也可表示能量。它们分别可以称为射程截止LET和能量截止LET，如无说明，LET通常是指能量截止LET，单位为eV/m。如让△=∞，则LET在数值上与阻止本领相同。4.辐射阻止本领（Radiactivestoppingpower）(S/ρ)r

(1)定义：

(2)特点：(S/ρ)r与z2/m2成正比,重粒子可忽略不计。对高能电子：

x0是电子在介质中的辐射长度。它是电子因辐射电磁波使其能量减小到原来的1/e时所需要的质量厚度（kg.m-2）（对电子，E>3MeVn=700±100MeV）的电子能量称为临界能量

低能电子(S/ρ)c值较大，高能电子(S/ρ)r值较大。三.散射本领（Scatteringpower）四.射程（Range）1.投影射程（Projectedrange）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W1