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1,第一章電離輻射領(lǐng)域中常用的量和單位,2,第一節(jié)輻射場的量和單位,一、輻射場類型二、粒子注量1．粒子注量2．粒子注量率三、譜分布四、能量注量1．能量注量2．能量注量率3．能量注量與粒子注量的關(guān)系,3,一、輻射場的類型1、天然本底輻射場2、放射源3、輻射裝置X射線裝置粒子加速器核反應(yīng)堆,4,二、粒子注量,第一節(jié)輻射場的量和單位,5,1.粒子注量?（particlefluence）,ICRU定義：輻射場中某一點(diǎn)的注量，是進(jìn)入以該點(diǎn)為球心，截面積為da的小球體內(nèi)的粒子數(shù)dN除以da的商，即,式中：dN?進(jìn)入小球體的粒子數(shù)。da?小球體截面積，單位m2。??粒子注量，單位m-2。粒子沒有方向性。,第一節(jié)輻射場的量和單位,6,2.粒子注量率?（particlefluencerate）,式中：d??單位時間粒子注量的增量。??粒子注量率，單位m-2?s-1。,第一節(jié)輻射場的量和單位,7,三、譜分布,粒子注量?：,能量注量?：,第一節(jié)輻射場的量和單位,積分分布：,積分分布表示能量在０－Ｅ之間粒子組成的那部分粒子注量,微分分布是積分分布對能量Ｅ的導(dǎo)數(shù),積分分布與粒子注量有相同的單位：ｍ－２,粒子注量的微分分布的單位是ｍ－２ｊ－１．輻射場的粒子注量可以表示為粒子注量的微分分布在０－Ｅｍａｘ范圍內(nèi)對所有粒子積分,11,四、能量注量,1.能量注量?（energyfluence),進(jìn)入單位截面積的球體內(nèi)的所有粒子能量之和（不包括靜止能量）,式中：dEf1?粒子能量之和，單位J。??能量注量，單位J/m2。,第一節(jié)輻射場的量和單位,12,2.能量注量率?（energyfluencerate）,式中：d??單位時間能量注量的增量。??能量注量率，單位J?m-2?s-1。,第一節(jié)輻射場的量和單位,13,3.能量注量與粒子注量的關(guān)系：,第一節(jié)輻射場的量和單位,14,第二節(jié)相互作用系數(shù),一、質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)及質(zhì)能吸收系數(shù)（一）、X、γ射線與物質(zhì)的相互作用的主要過程和其他過程（二)質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)及質(zhì)能吸收系數(shù),15,一、概述,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,16,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,17,(一）、X、γ射線與物質(zhì)的相互作用的主要過程和其他過程,1.光電效應(yīng),光電子動能：,Ee＝h?－Bi（i＝K，L，M…）,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,18,原子的光電效應(yīng)截面：,單位：cm2,式中：,K－常數(shù),Z－物質(zhì)的原子序數(shù),光電效應(yīng)的幾率與原子序數(shù)Z4成正比；光電效應(yīng)的幾率與光子能量h?3成反比；低能光子與高原子序數(shù)物質(zhì)作用，光電效應(yīng)占優(yōu)勢；光電效應(yīng)主要發(fā)生在K層及L層電子。,第I階段：,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,（每個原子）,19,2.康普頓效應(yīng),第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,20,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,21,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,22,3.電子對效應(yīng),原子核場：能量大于1.02MeV，發(fā)生幾率大；電子場：能量大于2.04MeV，發(fā)生幾率很小。,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,23,X、γ射線與物質(zhì)的相互作用的其他過程,1.相干散射,光子作為電磁波具有波粒二象性；干涉現(xiàn)象的條件：相干光源,勞厄（Laue）發(fā)現(xiàn)X射線的相干散射現(xiàn)象，在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。,瑞利散射（Rayleigh），與束縛得很牢固的電子的彈性散射，束縛電子吸收光子躍遷，隨后又發(fā)出一個能量相同的散射光子。,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,截面與Z2成正比，并隨能量增大而急劇減小；低能時不可忽略，小角度散射。,24,2.光核反應(yīng),光核反應(yīng)：光子與原子核發(fā)生反應(yīng)，有閾能。,常見的光核反應(yīng)：,（γ，n）、（γ，p）、（γ，2n）及（γ，pn）等,典型的光核反應(yīng)閾能（MeV）,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,25,四、質(zhì)量衰減系數(shù)、質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)及質(zhì)能吸收系數(shù),1.質(zhì)量衰減系數(shù)?/?,光子在物質(zhì)中穿行單位距離時，平均發(fā)生總的相互作用的幾率。,式中：,?－線衰減系數(shù)，cm-1；,?－光電線衰減系數(shù)；,?e－總康普頓線衰減系數(shù)；,?coh－相干散射線衰減系數(shù)；,?－電子對線衰減系數(shù)；,質(zhì)量衰減系數(shù)?/?：,線衰減系數(shù)?：,第二節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,單位：cm-1,26,2.質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)?tr/?,線能量轉(zhuǎn)移系數(shù)?tr：,穿行單位距離，光子轉(zhuǎn)移為帶電粒子的動能占總能量的份額。,質(zhì)能轉(zhuǎn)移系數(shù)?tr/?：,第三節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,穿行過單位質(zhì)量厚度，射線把能量轉(zhuǎn)移給電子的份額,27,3.質(zhì)能吸收系數(shù)?en/?,光子轉(zhuǎn)移給帶電粒子的能量有一部分會由于韌致輻射損失掉。,質(zhì)能吸收系數(shù)?en/?：,式中：,g－次級電子由于韌致輻射而損失的能量的份額,第三節(jié)X、γ射線與物質(zhì)的相互作用,28,二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,一、帶電粒子的種類和物理性質(zhì)二、帶電粒子與物質(zhì)相互作用的主要過程三、帶電粒子在物質(zhì)中的射程四、比電離,29,一、帶電粒子的種類和物理性質(zhì),帶電粒子種類：,帶電粒子,電子：核外電子,β射線：原子核發(fā)出的高速電子,質(zhì)子,α粒子,,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,30,二、帶電粒子與物質(zhì)相互作用的主要過程,主要過程,電離和激發(fā),韌致輻射,核反應(yīng),化學(xué)變化,,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,31,1.電離、激發(fā)和碰撞阻止本領(lǐng),帶電粒子,軌道電子,庫侖相互作用,,,電離,激發(fā),,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,32,碰撞阻止本領(lǐng),線碰撞阻止本領(lǐng)：帶電粒子在介質(zhì)中每單位路徑長度上電離損失的平均能量。,,質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)：線碰撞阻止本領(lǐng)除以密度，消除密度的影響。,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,33,分析：,（1）電離損失與重帶電粒子的電荷z2成正比；?庫侖作用力（2）電離損失與重帶電粒子的能量(速度)成反比；?作用時間（3）電離損失與物質(zhì)的電子密度成正比；?作用概率,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,34,2.韌致輻射和輻射阻止本領(lǐng),韌致輻射：帶電粒子在原子核庫侖場中被減速或加速，其部分或全部動能，轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)譜的電磁輻射。其能量損失稱為輻射損失。,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,35,第二節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用,36,3.總質(zhì)量阻止本領(lǐng),,,,（1）E3MeV時，才予以考慮）,特點(diǎn)：,54,,照射量單位（歷史上使用的單位）,倫琴：,在1倫琴X射線照射下，0.001293克空氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1立方厘米空氣的質(zhì)量）中釋放出來的次級電子，在空氣中總共產(chǎn)生電量各為1靜電單位的正離子和負(fù)離子。,1R＝2.58?10-4C/kg,,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,55,2.照射量率,SI單位：C/Kg.s,R/s等,,次級電子在體積以內(nèi)和以外的空氣中走完它們的路程時，總共產(chǎn)生的電離電荷；只適用于X、γ射線；只對空氣；測量時必須滿足電子平衡；不能作為劑量的單位，歷史誤會。,概念理解：,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,56,3.照射量因子,計(jì)算公式：,,照射量因子,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,57,[例：],137Cs源發(fā)射的?射線能量為0.662MeV，離源1m處測得?光子的注量率φ為1107m-2s-1，求該點(diǎn)的照射量率。,解：,由,且,得,58,,Dm－吸收劑量，Gy；fm－因子，J/C；X－照射量，C/kg.,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,4.吸收劑量與照射量的關(guān)系,Dm－吸收劑量，Gy；fm－因子，Gy/R；X－照射量，R.,59,5.吸收劑量、比釋動能和照射量的區(qū)別,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,60,,且電子平衡時,,第五節(jié)輻射劑量學(xué)中使用的量和單位,