電離輻射劑量與防護課件

電離輻射劑量學

第一章電離輻射與物質(zhì)的相互作用第二講帶電粒子與物質(zhì)的相互作用一、相互作用類型帶電粒子：電子、重帶電粒子帶電粒子的種類很多，最常見的是電子、β射線、質(zhì)子、α粒子等。凡靜止質(zhì)量大于電子的帶電粒子，稱為重帶電粒子，如μ介子，π介子，質(zhì)子，∑+、∑-、α粒子及被加速的原子核等。β射線和電子本質(zhì)上是相同的，通常所說的電子是指核外電子，而β射線則是指由原子核發(fā)射出來的高速電子。1.非彈性碰撞（Nonelasticcollision）硬撞或“對面撞”（hardor“knock-on”collision）：b與a同量級，每次作用能量損失大。軟碰撞或“核”碰撞（softcollision）：b>>a，每次作用損失能量小。在透明介質(zhì)中，當v>c/n（n是材料的折射率），發(fā)生切倫科夫輻射（相干的藍-白光發(fā)射）。

說明:a代表原子半徑

b代表帶電粒子同物質(zhì)碰撞過程中其徑跡到原子的最近距離2.輻射相互作用（Radiativeinteraction）

（1）軔致輻射（Bremsstrahlung）

b<<a，受原子核電場作用產(chǎn)生加速度，帶電粒子以正比于其加速度的平方(z2Z2M-2)的幾率輻射電磁波，其是高能電子能量損失的主要方式，而重帶電粒子可忽略。韌致輻射釋放的能量與介質(zhì)的原子序數(shù)的平方成正比，與帶電粒子的質(zhì)量平方成反比，并且隨帶電粒子的能量增大而增大。（2）湮沒輻射（Annihilation）粒子與反粒子相互作用，生成兩個光子。高能正電子飛行中湮沒。3.彈性碰撞（Elasticcollision）

b<<a，軔致輻射可忽略，作用體系總動能不改變4.核相互作用（Nuclearinteraction）高能帶電粒子，例如（P，n），（P，2P）等5.電子對生成（Pairproduction）

b<<a，入射帶電粒子與靶核發(fā)生電磁互相作用。入射粒子的動能遠大于其靜止能量時，這一過程才是重要的。對電子而言，此過程發(fā)生的幾率遠小于軔致輻射、核反應的幾率。電子對效應入射光子hve+e-二.阻止本領（Stoppingpower）總線阻止本領（Linearstoppingpower）S：dE是dl距離上損失能量的數(shù)學期望值。1.定義：設帶電粒子在質(zhì)量密度為ρ的介質(zhì)中、穿過距離dl時損失能量的期望值為dE,則dE除以ρdl的商叫做物質(zhì)對帶電粒子的總質(zhì)量阻止本領,記作S/ρ。意義:描述帶電粒子與物質(zhì)相互作用的程度總質(zhì)量阻止本領（Massstoppingpower）S/ρ:質(zhì)量碰撞阻止本領（Masscollisionstoppingpower）（S/ρ)c質(zhì)量輻射阻止本領（Massradiativestoppingpower）（S/ρ)r一般地：

對應地：

2.特性（Properties）阻止本領可以用量子力學理論給出計算公式（參考書P.11貝特公式）對重帶電粒子，在用理論公式計算（S/ρ）c時，要考慮殼層修正，而對電子往往不需要。原因：重帶電粒子以速度v運行時，通過與電子發(fā)生碰撞可交給電子的能量為2m0v2，而2m0v2可能小于k電子的激發(fā)能，k電子就會成為不相干電子。電子的速率比具有同樣能量的重粒子的速率高很多。極化效應（Polarizationeffect）使（S/ρ）c減少運動帶電粒子產(chǎn)生的電場使介質(zhì)中的原子極化，減弱了運動的帶電粒子產(chǎn)生的電場，降低了與較遠的電子作用，從而減少了碰撞能量損失。介質(zhì)密度越大，近距離原子的極化對較遠電子的影響就大（密度效應（Densityeffect））。（S/ρ）c與E關系

不同重帶電粒子

若它們在同一種介質(zhì)中以相同的速度運行時，殼層修正和密度修正相同，故有（歸一化的碰撞阻止本領）。電荷交換效應低能重帶電粒子，會“拾掇”電子，使其有效電荷數(shù)z減少。E減少,減少。（S/ρ）c隨z減少而增加平均激發(fā)能隨z增加而增加；z/MA隨原子序數(shù)z增加而減少。從而使得（S/ρ）c隨z減少而增加。化合物中的阻止本領可以用化合物中每種元素阻止本領的重量加權求得：

fi為指定元素在化合物中所占重量份額。

3.定限碰撞阻止本領（Restrictedmasscollisionstoppingpower）L?/ρ（1）δ粒子帶電粒子徑跡δ粒子定義：能夠產(chǎn)生分支徑跡的次級電子（2)L?/ρ定義：L?/ρ=(dE/dl)?/ρdE為帶電粒子在密度為ρ的介質(zhì)中穿行距離為dl時，由傳遞能量小于指定值?的碰撞而損失的能量的數(shù)學期望值。L?亦叫傳能線密度LET（Linearenergytransfer）。

LET:特定能量的帶電粒子在介質(zhì)中穿行單位長度路程時，由能量轉移小于某一指定值的歷次碰撞所造成的平均能量損失。L∞=Sc,L∞/ρ=(S/ρ)c定限線碰撞阻止本領:以L△表示?？梢詫憺長△=(dE/dx)△，dx是粒子所經(jīng)距離，dE是在能量轉移小于某一定值△條件下，由于碰撞而損失的平均能量?！魍ǔＪ侵敢欢紊涑蹋部杀硎灸芰?。它們分別可以稱為射程截止LET和能量截止LET，如無說明，LET通常是指能量截止LET，單位為eV/m。如讓△=∞，則LET在數(shù)值上與阻止本領相同。4.輻射阻止本領（Radiactivestoppingpower）(S/ρ)r

(1)定義：

(2)特點：(S/ρ)r與z2/m2成正比,重粒子可忽略不計。對高能電子：

x0是電子在介質(zhì)中的輻射長度。它是電子因輻射電磁波使其能量減小到原來的1/e時所需要的質(zhì)量厚度（kg.m-2）（對電子，E>3MeVn=700±100MeV）的電子能量稱為臨界能量

低能電子(S/ρ)c值較大，高能電子(S/ρ)r值較大。三.散射本領（Scatteringpower）四.射程（Range）1.投影射程（Projectedrange）2.連續(xù)慢化近似射程r0（Continuousslowingdownapproximationrange）平均投影射程五.產(chǎn)生一對離子所消耗的平均能量W1