电离辐射领域中常用的量和单位.ppt

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1、1,第一章 电离辐射领域中常用的量和单位,2,第一节 辐射场的量和单位,一、辐射场类型二、粒子注量 1 粒子注量 2 粒子注量率三、谱分布四、能量注量 1 能量注量 2 能量注量率 3 能量注量与粒子注量的关系,3,一、辐射场的类型1、天然本底辐射场2、放射源3、辐射装置 X射线装置 粒子加速器 核反应堆,4,二、粒子注量,第一节 辐射场的量和单位,5,1.粒子注量（particle fluence）,ICRU定义：辐射场中某一点的注量，是进入以该点为球心，截面积为da的小球体内的粒子数dN除以da的商，即,式中：dN进入小球体的粒子数。da 小球体截面积，单位m2。粒子注量，单位m-2。粒子

2、没有方向性。,第一节 辐射场的量和单位,6,2.粒子注量率（particle fluence rate）,式中：d 单位时间粒子注量的增量。粒子注量率，单位m-2s-1。,第一节 辐射场的量和单位,7,三、谱分布,粒子注量：,能量注量：,第一节 辐射场的量和单位,积分分布：,积分分布表示能量在之间粒子组成的那部分粒子注量,微分分布是积分分布对能量的导数,积分分布与粒子注量有相同的单位：,粒子注量的微分分布的单位是辐射场的粒子注量可以表示为粒子注量的微分分布在范围内对所有粒子积分,11,四、能量注量,1.能量注量（energy fluence),进入单位截面积的球体内的所有粒子能量之和（不包括静

3、止能量）,式中：dEf1 粒子能量之和，单位 J。能量注量，单位 J/m2。,第一节 辐射场的量和单位,12,2.能量注量率（energy fluence rate）,式中：d 单位时间能量注量的增量。能量注量率，单位 Jm-2s-1。,第一节 辐射场的量和单位,13,3.能量注量与粒子注量的关系：,第一节 辐射场的量和单位,14,第二节 相互作用系数,一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数（一）、X、射线与物质的相互作用的主要过程和其他过程（二)质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数,15,一、概述,第二节 X、射线与物质的相互作用,16,第二节 X、射线与物质的相互作用,17,(一

4、）、X、射线与物质的相互作用的主要过程和其他过程,1.光电效应,光电子动能：,EehBi（iK，L，M）,第二节 X、射线与物质的相互作用,18,原子的光电效应截面：,单位：cm2,式中：,K常数,Z物质的原子序数,光电效应的几率与原子序数 Z4成正比；光电效应的几率与光子能量h3成反比；低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势；光电效应主要发生在K层及L层电子。,第 I 阶段：,第二节 X、射线与物质的相互作用,（每个原子）,19,2.康普顿效应,第二节 X、射线与物质的相互作用,20,第二节 X、射线与物质的相互作用,21,第二节 X、射线与物质的相互作用,22,3.电子对效应,原子核

5、场：能量大于1.02MeV，发生几率大；电子场：能量大于2.04MeV，发生几率很小。,第二节 X、射线与物质的相互作用,23,X、射线与物质的相互作用的其他过程,1.相干散射,光子作为电磁波具有波粒二象性；干涉现象的条件：相干光源,劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象，在0.00050.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。,瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。,第二节 X、射线与物质的相互作用,截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；低能时不可忽略，小角度散射。,24,2.光核反应,光核反应：光子与原子核发

6、生反应，有阈能。,常见的光核反应：,（，n）、（，p）、（，2n）及（，pn）等,典型的光核反应阈能（MeV）,第二节 X、射线与物质的相互作用,25,四、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数,1.质量衰减系数/,光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。,式中：,线衰减系数，cm-1；,光电线衰减系数；,e总康普顿线衰减系数；,coh 相干散射线衰减系数；,电子对线衰减系数；,质量衰减系数/：,线衰减系数：,第二节 X、射线与物质的相互作用,单位：cm-1,26,2.质能转移系数 tr/,线能量转移系数tr：,穿行单位距离，光子转移为带电粒子的动能占总能量的份额。,质能转移

7、系数 tr/：,第三节 X、射线与物质的相互作用,穿行过单位质量厚度，射线把能量转移给电子的份额,27,3.质能吸收系数 en/,光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致辐射损失掉。,质能吸收系数 en/：,式中：,g次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额,第三节 X、射线与物质的相互作用,28,二、带电粒子与物质的相互作用,一、带电粒子的种类和物理性质二、带电粒子与物质相互作用的主要过程三、带电粒子在物质中的射程四、比电离,29,一、带电粒子的种类和物理性质,带电粒子种类：,带电粒子,电子：核外电子,射线：原子核发出的高速电子,质子,粒子,第二节 带电粒子与物质的相互作用,30,二、带电粒

8、子与物质相互作用的主要过程,主要过程,电离和激发,韧致辐射,核反应,化学变化,第二节 带电粒子与物质的相互作用,31,1.电离、激发和碰撞阻止本领,带电粒子,轨道电子,库仑相互作用,电离,激发,第二节 带电粒子与物质的相互作用,32,碰撞阻止本领,线碰撞阻止本领：带电粒子在介质中每单位路径长度上电离损失的平均能量。,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。,第二节 带电粒子与物质的相互作用,33,分析：,（1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比；库仑作用力（2）电离损失与重带电粒子的能量(速度)成反比；作用时间（3）电离损失与物质的电子密度成正比；作用概率,第二节 带电粒子

9、与物质的相互作用,34,2.韧致辐射和辐射阻止本领,韧致辐射：带电粒子在原子核库仑场中被减速或加速，其部分或全部动能，转变为连续谱的电磁 辐射。其能量损失称为辐射损失。,第二节 带电粒子与物质的相互作用,35,第二节 带电粒子与物质的相互作用,36,3.总质量阻止本领,（1）E10MeV，主要是电离损失和辐射损失：,（2）重带电粒子，辐射损失可以忽略,第二节 带电粒子与物质的相互作用,37,（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,第二节 带电粒子与物质的相互作用,38,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,一、吸收剂量 二、比释动能 三、照射量 四、吸收剂量、比释动

10、能和照射量的区别,39,一、吸收剂量1 授予能2 吸收剂量3 吸收剂量率,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,40,剂量：医学专用术语，指药物治疗时需要掌握的用药量。“剂量正是作为将物理测量和辐射生物效应联系起来的一 个物理量而被引入的。,能量沉积是一个随机的过程,单位：J,平均授予能：,1.授予能,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,41,2.吸收剂量（absorbed dose）,电离辐射授予某一体积元中物质的平均能量除以该体积元中物质的质量的商,定义：,SI单位：戈瑞，1Gy1J/kg；历史上曾使用过的单位：拉德，1rad0.01Gy,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,针对“点”的概念

11、；对所有射线适用；适用于所有介质。,42,3.吸收剂量率,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,某一时间间隔内吸收剂量的增量除以该时间间隔的商。,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,定义：,43,二、比释动能,间接电离粒子的能量沉积过程：,间接带电粒子,带电粒子,带电粒子,物质,（比释动能）,（吸收剂量）,1.简介,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,44,2.比释动能（Kerma，kinetic energy released in material）,定义：,间接带电粒子在体积元内产生的所有带电粒子的初始动能的和除以物质质量的商。,SI单位：戈瑞，Gy,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,45,3

12、.比释动能率,定义：,某一时间间隔内比释动能的增量除以该时间间隔的商。,SI单位：戈瑞/秒，Gy/s,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,46,4.比释动能与注量的关系,单能：,连续谱：,比释动能因子：,用于计算,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,47,5.比释动能与吸收剂量的关系,带电粒子平衡：,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,总能量平衡,谱分布平衡,每有一个带电粒子从所考虑体积出来，就有一个相同类型、相同能量的带电粒子从外面进入，要求一一对应。,48,带电粒子平衡的条件：,（1）离介质边界有一定距离，d Rmax；（2）均匀照射条件；（3）介质均匀条件：介质对次级带电粒子的阻止本领，

13、对初级辐射的质能吸收系数不变。,带电粒子平衡不成立：,（1）辐射源附近；（2）两种物质的界面；（3）高能辐射。,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,49,比释动能与吸收剂量的关系：,条件：,带电粒子平衡,其中：,对低能带电粒子，韧致辐射可以忽略时，则,DK,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,一般在10-310-2之间,50,比释动能与吸收剂量在物质中的变化：,第三节 辐射剂量学中使用的量和单位,51,6.比释动能和吸收剂量概念的应用,实现对生物组织中吸收剂量的间接测量,目的：,射线：,中子：,注意谱的问题，此外还需要进行组织厚度的剂量修正,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,52,三.照射量

14、,1.照射量,定义：,X、射线，在空气中，单位体积元内产生的全部电子均被阻留在空气中时，形成的总电荷除以该体积元空气质量。,式中：,dQ在一个体积元的空气中，产生的一种符号的离子总电荷的绝对值；dm体积元内空气的质量。,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,照射量SI单位：C/kg 库伦/千克,53,另一个定义式,X、射线；空气，有些文献提到介质的照射量时，是指在介质中放置少量空气后测得的照射量值。不包括次级电子韧致辐射被吸收后产生的电离（3MeV时，才予以考虑）,特点：,54,照射量单位（历史上使用的单位）,伦琴：,在1伦琴X射线照射下，0.001293克空气（标准状况下，1立方厘米空气的质量

15、）中释放出来的次级电子，在空气中总共产生电量各为1静电单位的正离子和负离子。,1R2.5810-4C/kg,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,55,2.照射量率,SI单位：C/Kg.s,R/s 等,次级电子在体积以内和以外的空气中走完它们的路程时，总共产生的电离电荷；只适用于X、射线；只对空气；测量时必须满足电子平衡；不能作为剂量的单位，历史误会。,概念理解：,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,56,3.照射量因子,计算公式：,照射量因子,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,57,例：,137Cs源发射的射线能量为0.662MeV，离源1m处测得光子的注量率 为1107m-2s-1，求该点的照射量率。,解：,由,且,得,58,Dm吸收剂量，Gy；fm因子，J/C；X照射量，C/kg.,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,4.吸收剂量与照射量的关系,Dm吸收剂量，Gy；fm因子，Gy/R；X照射量，R.,59,5.吸收剂量、比释动能和照射量的区别,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,60,且电子平衡时,第五节 辐射剂量学中使用的量和单位,