《文学辐射防护》PPT课件.ppt

1、一、电离辐射场 （Ionizing Radiation Field） 电离辐射在其中 通过、传播乃至经由相互作用 传递辐射能量的整个空间范围。,辐射场性质的内涵 辐射场类型 辐射场，辐射场，辐射场 中子辐射场，混合辐射场 粒子能量 单能辐射场 具有能量分布的辐射场,各向同性辐射场 （Isotropic Radiation Field） 从各个方向到达辐射场某点具有特定能量的同类粒子数目都相同的辐射场,辐射场性质的时空相关性 辐射场的性质常随 观察时间 和 空间位置 的变迁而改变。 完整描述一个辐射场，需要从以下 五个方面进行。,为完整描述辐射场，必须了解： 任意时刻， （T） 沿 任意方向，到

2、达辐射场 （） 任意位置的 （P） 任意类型、 （K） 任意能量的 （E） 粒子数目或它们携带的辐射能量,1.粒子数和辐射能 N R R=NE NE=dN/dE 单位容积的粒子数,2.通量和能通量,通量和注量率区别,7,3、粒子注量,8,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。 粒子没有方向性，单位截面积粒子数不等于粒子注量(平行辐射场才相等)。,剂量计算中，注量往往用粒子轨迹长度表示,dL是在体积元中粒子轨迹长度之和 对于一个不随时间变化

3、的辐射场，具有速度v的粒子组成的此时 注量,10,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,例题：求距源强 中子/秒点源0.5米处的粒子注量率(钴60),11,谱分布,粒子注量：,能量注量 ：,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,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,14,能量注量,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（

4、不包括静止能量）,式中： dR 粒子能量增量，单位 J。 能量注量，单位 J/m2。,15,2. 能量注量率（energy fluence rate）,式中： dR单位时间能量注量的增量。 能量注量率，单位 Jm-2s-1。,16,3. 能量注量与粒子注量的关系：,粒子辐射度和能量辐射度,18,1.辐射防护的含义,1.辐射防护的含义,（1）什么是辐射？,从某种物质中发射出来的电磁波或粒子。 （热辐射、核辐射等）,（2）辐射的分类,非电离辐射：能量小于10eV，如紫外线、可见光、红外线和射频辐射,电离辐射： 能量大于10eV，如X射线、 射线、中子、射线、 射线等,21,（3）什么是电离辐射？,

5、电离：从一个原子、分子从其束缚状态释放一个或多个电子的过程。,电离辐射：能通过初级过程或次级过程引起电离的带电粒子或不带电粒子,1.辐射防护的含义,22,（4）常见的电离辐射,1.辐射防护的含义,26,辐射产生的途径,來自放射性同位素 來自产生辐射的机具 X光检查 、金属元素的定性和定量分析等 來自核反应 核能发电厂、宇宙射线等,辐射来源,28,辐射的特性,辐射有四个重要的特性是大家必須要认识的： 1、放射性蜕变是自发性的反应 放射性同位素（另称放射性核素）的蜕变 是自发性的，无法以物理或化学的手段去 改变它。,29,2、辐射受电磁场影响,30,3、辐射强度随时间的增加而退减,31,4.不同的

6、辐射有不同的穿透能力,32,5为什么对辐射（电离辐射）要进行防护？,辐射,原子、分子,组织、器官,机体损伤,确定性效应,随机性效应,电 离 、激发,修复,1.辐射防护的含义,1. 衰变,1,2,3,一、核衰变类型,核内中子，质子数失衡，核转变同时放出射线,重核，原子序数大于82,2. 衰变与电子俘获,(1). - 衰变,(2). + 衰变,(3). 电子俘获 (E.c),E.c,-,+,原子核从核外获得，K俘获,辐射，同质异能跃迁,3.,伴随性：子核处于激发能级 内转换：有时不发射光子，把多余的能交给核外电子，电子脱离束缚而发射,二、射线与物质的相互作用 本质：能的转移与吸收 带电粒子 非带电

7、粒子,37,（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,带电粒子与物质的相互作用,38,带电粒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,39,1. 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,nuclear,k,L,M,Exciting inter electron,High speed electron,2、特征X射线的产生原理,特征X线的产生过程,高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来脱离原子核束缚作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。,当电子

8、逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波（ X线）由两能级差确定,E2- E1= hf21,直接电离（初级）：入射粒子与物质直接作用产生电离 间接电离（次级）：电离产生的某些电子，具有足够的能量，进一步引起物质电离，总电离的60%-80%,电离损失与核外电子的非弹性碰撞过程,入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。,电离核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。,激发使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。,当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量，我

9、们称它为电离损失。,44,碰撞阻止本领,线碰撞阻止本领 （linear collision stopping power）： 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 (mass collision stopping power)： 线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。,45,(贝特),（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）电离损失与物质的原子密度成正比； 作用概率,具有相同速度的两种带电粒子在同一物质中的碰撞阻止本领之比，等于它们的带电荷数的平方之比,具有相同速度的两种带电

10、粒子在两种物质中的碰撞阻止本领之比，等于它们的相应的原子序数与相对原子量的比值之比 若Z/M约为1/2时，两种物质中的质量碰撞阻止本领近似相等,49,2.韧致辐射和辐射阻止本领,高速电子进入到原子核附近的强电场区域（路程伴随库仑力的变化过程），电子的速度大小和方向必然变化，部分或全部动能以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波长连续分布。,入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射轫致辐射Bremsstrahlung。,

11、辐射损失与原子核的非弹性碰撞过程,当入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子损失其能量，我们称它为辐射损失。,尤其对粒子与物质相互作用时，辐射损失是其重要的一种能量损失方式。,51,线辐射阻止本领,入射粒子质量的平方成反比 与介质原子序数的平方成正比 与入射带电粒子能量成正比,入射带电粒子能量较低时，碰撞为主，高时辐射为主。,当要吸收、屏蔽射线时，不宜选用重材料。,当要获得强的X射线时，则应选用重材料作靶。,带电粒子产生轫致辐射的份额,E单位是MeV, K是比例常数 单能电子束入射在厚靶上,射线入射在厚靶上,55,3.总质量阻止本领,（1）E10MeV，主要是电离损失和辐射损失：,（2

12、）重带电粒子，辐射损失可以忽略,质量核阻止本领是由于弹性库仑碰撞，反冲能量传给了原子，相对较小，通常忽略不计,56,（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MeV,E=10MeV, Z=82铅，近乎相等,Interaction Characteristics: 主要为电离能量损失 单位路径上有多次作用单位路径上会产生许多离子对和较大的能量转移,每次碰撞损失能量少 运动径迹近似为直线 在所有材料中的射程均很短,Heavy Charged Particle Interactions,Electrons and Positrons Interactions,Interaction Characteristics: 辐射能量损失 单位路径上较少相互作用单位路径上产生较少的离子对和较小的能量转移,每次碰撞损失能量大 路径不是直线，散射大,带电粒子在物质中的射程,带电粒子在某种物质中，沿着入射方向从进入到最后被物质吸收