放射物理与防护全套PPT课件

第一章物质结构1，原子的基本条件目前已知107种地球元素，其中93种是自然存在于地球上的，15种是人造元素。任何原子都由一个小而致密的原子核和在原子核外高速运行的电子组成。一个原子就像太阳系，它的原子核就像太阳，原子核外的电子就像行星，以一定的轨道围绕着原子核旋转。原子核带正电荷，原子核外的电子带负电荷。在正常情况下，原子核带的正电荷数量等于原子核外电子带的负电荷数量。所以整个原子对外是中性的。原子的质量和体积都非常小。氢原子的质量是1.673510-27千克，而较重的铀原子只有3.95110-25千克。原子的直径约为10-10米。如果1亿个原子一个接一个地排成一行，它的长度只有1厘米。原子核的半径只有原子半径的1/10000到1/100000，原子核的几何横截面积只有原子的1/1000亿。假设一个原子有10层楼那么大，原子核像樱桃一样小。这表明原子中有一个相对较大的空间，原子核外的电子在这个巨大的空间中像几粒尘埃一样围绕着原子核旋转。由于原子的“空性”，高速电子或X射线光子在与原子碰撞之前很容易穿过许多原子。原子核和原子核外轨道上的电子核由质子和中子组成，它们通常被称为核子。每个质子带1个单位的正电荷，而中子不带电荷时是中性的。因此，核电荷的数量是由质子的数量决定的。核电荷数用Z表示。也就是说，核荷数(Z)=原子核内质子数=原子核外电子数，其中x代表一个原子，a是质量数；z是质子数(即原子序数)，7，质量数(A)=质子数(z)中子数(n)只要你知道上述三个数字中的任何两个，你就可以计算出另一个的值。如果钨核中有74个质子，质量数是184，那么中子数是：n=az=18474=110。碘的原子质量数是131，原子核有53个质子，那么中子数是：n=az=13153=78。8。外层轨道上的电子按照一定的轨道高速绕原子核运行。通常每个轨道上只有一个电子。因为它的运行受到许多参数的影响，所以具有相似参数的电子在几乎相同的空间中运行。这个包含许多轨道的空间范围叫做电子层。从近到远，原子核可以分为钾、锂、锰、氮、氧.分层。每层轨道电子都有特定的能量。原子能级(P5)的每一层轨道电子都有特定的能量。这是因为原子核外带负电荷的轨道电子处于带正电荷的核场中，并具有负电位能。轨道电子以动能围绕原子核运动。这两种能量的代数和是原子中壳层电子的总能量。当电子在不连续的轨道上运动时，原子所拥有的能量也是不连续的。这种不连续的能量状态被称为原子的能级。在正常情况下，当原子处于最低能量状态(能量最低原理)时，电子首先填充内部轨道，然后依次填充它们。当内轨道的电子从外部获得能量时，它们将以更高的能量转移到外轨道。此时，原子处于不稳定状态(激发态)。根据能量最低的原理，内层轨道的空位会立即被外层的电子填满并释放能量。显然，从原子中除去K电子所需的能量也最多，外层电子较少被原子核吸引，而除去外层电子所需的能量也较少。通常，从原子壳层移除轨道电子所需的最小能量称为原子壳层电子的结合能。基态：原子处于最低能量状态，如果电子运行时不向外界辐射或吸收能量，处于基态的原子是最稳定的。受激态：电子吸收一定量的能量(两个能级的能量)后，会跳到一个更高的能级轨道。这时，原子是不稳定的，叫做激发态。跃迁：外轨道电子或自由电子在发射能量为hv的光子时填补空位。(这个光子的能级取决于两个轨道之间的能级差)电离：电子吸收足够的能量，摆脱原子核的束缚，成为自由电子。16,hv基态激发态基态跃迁激发，17岁。当一个原子从基态回到激发态时，它将发射(或吸收)一定频率的单色光，其频率为：E2E1=-H，18、19、4。同位素具有相同质子数(原子序数)和不同中子数的同类元素称为同位素。几乎所有元素都有同位素。例如，由于不同的质量数，氢元素氢和氢在元素周期表中处于相同的位置。它有三种核素，即氪、氘和氚。其中，protium是一个没有中子的氢原子，氘包含一个中子，也就是氘，氚包含两个中子，它们都是超重的氢，但它们的原子序数是相同的，可以称为同位素。重氢和超重氢是制造氢弹的原料。众所周知，107种元素有2000多种同位素。嘿。20，同位素分为稳定同位素和不稳定同位素，已知有270多种稳定同位素和1700种不稳定同位素。不稳定的同位素也被称为放射性同位素。放射性同位素也分为天然放射性同位素和人工放射性同位素(以下简称人工放射性同位素)。人工放射性同位素主要由反应堆和加速器制备。原子序数很高的重元素，如铀、钍、镭等。具有不稳定的原子核，并自发地发出辐射，成为另一种元素的原子核。核衰变：一种现象，其中放射性同位素的原子核不稳定，并自发发射、和射线，成为另一种元素。阿尔法射线：它由阿尔法粒子组成，阿尔法粒子是氦原子核，带有两个正电荷，由两个质子和两个中子组成。射线：由粒子组成，是从原子核释放出带负电荷的电子。伽马射线：由伽马光子组成，伽马光子是原子核衰变时释放的不带电荷的高能光子。半衰期：将放射性核素数量减少到其原始值一半所需的时间。放射性：单位时间内核衰变的数量称为放射性，简称放射性。第二章x光的产生1。x光的发现是由德国物理学家伦琴于1895年11月8日发现的。x光的发现是科学史上一个极其重要的事件。它给人类历史和科学技术的发展带来了巨大的影响，并由此开创了物理学和影像医学的新时代。X射线成像技术，连同后来发展起来的核医学成像、超声成像、X射线CT、磁共振成像、热成像、介入放射学、内窥镜检查等技术，构成了现代医学成像的一个新领域。X射线产生的条件电子源使电子在空间目标中高速移动，25，3，X射线产生装置，26，26，27，28，29，30，31，32，33，34，4，X射线产生原理(1)电子和物质之间的相互作用1。当电离的电子穿过物质时，它们与原子核外的轨道电子相互作用，导致电子脱离轨道并形成自由电子。失去电子的原子带正电荷，并与前者形成正负离子对。这个过程叫做电离。它是电离辐射的主要机制，也是一些放射性探测器测量辐射的物理基础。当高速电子与原子的外层电子相互作用时，它们会电离原子并失去部分能量 e。当入射电子的能量损失较大且大于外层电子的电离能量时，目标原子被电离，外层电子与目标原子分离并具有一定的动能。如果电离电子的动能大于100电子伏，电离电子称为电子。电子是电离电子的高能部分。像入射电子一样，电子可以激发或电离原子，也可以与原子核和内部电子相互作用，逐渐失去能量当高速电子被激发穿过物质时，它们作用于轨道电子，轨道电子获得的能量从低能态轨道转移到高能态轨道。这种现象叫做兴奋。这时，原子处于激发态，不稳定。当电子被去激发(跃迁)时，获得的能量将以光能或热能的形式释放。当外轨道中的电子被激发和去激发时产生热能，当内轨道中的电子被激发和去激发时产生辐射。被散射的电子被物质核的库仑电场偏转，这叫做散射。散射对测量和防护有一定的影响。4.当轫致辐射电子在介质中被快速阻挡和减速时，部分能量被转化为电磁辐射(即X射线)，这被称为轫致辐射和连续辐射。(2)连续X射线对X射线管发出的X射线进行光谱分析，发现它由两部分组成。一个X射线光谱是连续的，这被称为连续X射线。另一种是线性的，称为特征x光。可见X射线是由这两种成分组成的混合射线。1.连续x光产生的原理。38岁。连续x光产生的物理过程是轫致辐射高速电子进入原子核附近的强电场区，然后飞离强电场区，完成初级电子与原子核的相互作用。电子的速度和方向将不可避免地改变。电子损失的能量将以电磁波(包括x光)的形式向外辐射。这种电子的能量辐射被称为轫致辐射。由于每个高速电子和目标原子的相对位置不同，相互作用前每个电子和目标原子的能量也不同，因此每个相互作用对应的辐射损耗也不同，因此发射的X射线光子频率也不同。大量的x光光子形成一个连续频率的x光光谱。下图是用钨靶x光管绘制的x光光谱，保持管电流不变，将管电压从20KV逐渐增加到50KV，并测量每个波段的相对强度。39、下图是用钨靶x光管绘制的x光光谱。管电流保持不变，管电压从20KV逐渐增加到50KV，测量各波段的相对强度。40，2，连续x光的最短波长、最强波长、平均波长和最大光子能量。41，最短波长：42，43，最强波长：最强=1.5最小平均波长平均=2.5最小最大光子能量=HV最大，44，45，3。影响连续x光的因素：连续x光的总强度与管电流、管电压和目标原子序数之间的关系可由下式近似表示：连续x光=K1，Izun，46、47、(3)识别(特征)x光片1。x射线产生原理的识别X-ray基态受激态基态跃迁激发，49岁。目标原子的特征X射线轨道电子的激发电压在原子中具有确定的结合能。只有当入射的高速电子的动能大于它们的结合能时，它们才能被撞击而产生电子空位并产生特征性的x光。影响特征x光的因素：KVMAS4。连续x光与特征x光的比例。所谓的X射线强度是指单位时间内垂直于X射线传播方向的单位面积内光子数和能量的乘积之和。可以看出，X射线强度由两个因素决定：光子数和光子能量。也就是说，I=Nhv1，实际辐射工作中的x射线量，作为一种简单的方法，管电流(mA)和辐射时间(s)的乘积通常用来反映以毫安秒(mAs)为单位的x射线量。当管电压恒定时，X射线管的管电流反映阴极灯丝的电子发射。大的电子管电流表明每单位时间撞击阳极靶的电子数量很大，因此激发的x光光子数量成比例地增加。当照射时间长时，X射线剂量也成比例增加。因此，管电流和照射时间的乘积可以反映x光的量。相同条件下靶原子序数的影响它的高能端重合，这表明X射线光谱的最大光子能量与管电压有关，但与目标物质无关。低能端的重合是由于x光管固有的过滤和管壁对低能成分的吸收的限制。光线的最大强度出现在相同的光子能量上。管电流的影响：在一定的管电压、相同的目标物质和相同的照射时间下，x光的量与管电流成正比。在一定的管电压下，X射线管的管电流量反映了阴极灯丝的电子发射。管电流越大，阴极发射的电子越多，因此电子撞击阳极靶产生的x光量就越大。发射的X射线强度越大(质量不变，数量增加)。图47和下图显示了在管电压和其它条件不变的情况下，管电流对x射线量的影响。该图显示了两条100毫安和250毫安的曲线，x射线的最短波长和最长波长完全相同，但曲线下覆盖的面积不同。显然，管电流大的X射线量大，而管电流小。图3-9管电流对x射线量的影响。57岁。58，3)管电压的影响：在相同mAs和相同目标物质的条件下，x射线量与管电压的n次方成正比。x射线质量x射线质量也称为线性质量，它表示x射线的硬度，即穿透物质的能力。x射线的质量完全由光子能量决定，与光子的数量无关。在实际应用中，x光质量是由管电压和过滤来反映的。这是因为管电压高，激发的x光光子能量大，即线路硬；滤板较厚，连续光谱中的低能量成分被更多地吸收，通过滤板的高能量成分增加，使得X射线束较硬。当滤波条件不变时，管电压的千伏值通常用来粗略描述x光的质量。除了千伏值，工作中描述的x光质量也用物理量表示，如半价层和半值深度。x光的质量只取决于管电压的千伏值。不管目标物质是什么，在一定的管电压下产生的连续x光光谱的最短波长和最长波长是相同的。光子的最大能量完全由管电压控制。连续x光的质量随着管电压的增加而变硬，但特征x光的质量只与目标物质有关。2)整流方式影响脉动电压产生的x光质量，使其比恒压产生的x光质量更软。因此，管电压波形也会影响x光的质量。三相电源的6脉冲和12脉冲电源的管电压更接近恒定电压，从而减少了产生的x光脉动的变化，其数量和质量都优于单相电源。一般来说，在相同的管电压和过滤条件下，三相全波整流的x光质量比单相全波整流高10%左右。15%.例如，在拍摄侧位头影时，单相全波整流x光机使用72kV，而三相全波整流x光机只需要64kV就能获得同样的摄影效果。管电压波形不仅影响x光的质量，而且对x光的质量有很大的影响。过滤方式的影响过滤对X射线的数量、质量和能谱成分有很大的影响。增加滤板的厚度可以极大地衰减连续光谱中的低能量成分，使光谱变窄并改善线性度，但整体强度会降低。在放射工作中，应掌握影响X射线数量和质量的因素，并能根据临