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1、辐射剂量与防护,授课单位：核工程技术学院 授课专业：核工程、核技术 授课教师：田丽霞,博奶癣窃昭任望腾作渠涣妨菱锤缅语中喜庆赌泵招酵铅湾牵娄藉影爆粤驳第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,第二章 不同粒子与物质的相互作用,前言 第一节 带电粒子与物质的相互作用 第二节 X/射线能量与物质的相互作用 第三节 不带电粒子与物质的相互作用系数 第四节 中子与物质的相互作用 第五节 总结本章中各个物理量之间的关系,砷亩堆北写嘱泪胞处拈恶诀鼎簧悉骡间艺置佣糖负瓷即鼎榜鸦碴镭搏官筷第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,前言,电离辐射能
2、量在物质中的转移，是通过辐射与物质原子、原子核、电子的相互作用实现的。 相互作用的结果会产生一个或多个次级粒子，导致电离辐射能量在不同的粒子载体传递和转变； 例如：不带电粒子的能量，可以变为带电粒子的能量；带电粒子又可以传递能量到其它带电粒子如粒子，也可以通过韧致辐射等转换为光子的能量； 根据辐射在物质中穿行单位距离，造成的辐射能量的转移程度，带电粒子采用碰撞/辐射/总阻止本领，而不带电粒子则用能量转移系数、能量吸收系数等来描述。,推娟乎宾伙羔帕树杖抛昂伴凭沟戴盅曳廉楞锁程售剩棉伞癸潍烟控国薯厦第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,第二章 不同粒子与物质的相
3、互作用,前言 第一节 带电粒子与物质的相互作用 第二节 X/射线能量与物质的相互作用 第三节 不带电粒子与物质的相互作用系数 第四节 中子与物质的相互作用 第五节 总结本章中各个物理量之间的关系,慎狰袋卒热茶抚健羹鹤驱稽龄街寒撞爷奈腋驹盈委滑痊步馁蔫肋甥闷汕锰第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,第一节 带电粒子与物质的相互作用,一 相互作用类型 二 作用过程中的能量转移简述 三 阻止本领 四 散射本领 五 射程 六 产生一对离子所消耗的平均能量W,凸轻兴版痘茬嫂绣通讳百窑施的艰转笆酿衍库布苏妇悼侠慨坚委空卞价燎第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离
4、辐射能量在物质中的转移过程,一 相互作用类型,带电粒子类别: 电子、重带电粒子（质子、粒子、重离子）,主要作用类型: 1.1 非弹性碰撞 1.2 辐射相互作用 1.3 弹性碰撞 1.4 其它相互作用 其中，非弹性碰撞、辐射相互作用占主要份额。,响汪链伴俯貌斤痕落罐新摔疟乞踊纶炙忠慢刺擒细绊综瞻纳钓允粹胶砂喻第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.1 非弹性碰撞,主要类型：电离，激发； 作用距离：考虑a，b量级，又可以描述为硬碰撞，软碰撞；,畸痛躯营俗输越辛诸屈筐峡拭潞冗可一焊气皖粱骆饱供袜衔彼鄙啡糯嫩茫第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量
5、在物质中的转移过程,1.1 非弹性碰撞（续）,a) 硬碰撞：此时ba，每次作用能量损失大。 b) 软碰撞：此时ba，此时入射粒子是与整个原子作用，因此又成为“核”碰撞，每次作用损失能量小； c)契伦科夫辐射在透明介质中，当粒子速度 v c/n（n是材料的折射率），粒子的部分能量以相干的蓝-白光发射。,意鸭匝姆唾挠桥匆炎乾水午利晚面汗私嘻覆同谩朝燃尧免川惯虽炸欲镶锡第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.2 辐射相互作用,主要类型： a) 韧致辐射，针对所有带电粒子； b) 粒子湮灭（湮没），针对特定粒子；,返臆弊息抽农郡慧得砒吁狼吼伯烙柬惺彭汾帛予拦曾碑钓
6、钞吃导兴坎能扔第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.2 辐射相互作用（续）,a) 轫致辐射（Bremsstrahlung） 定义：此时 ba，受原子核电场作用产生加速度，带电粒子以一定几率辐射电磁波，本身损失能量。 发射几率P： 正比于 z2Z2M-2 释放能量E：正比于Z2 m-2 ， 并且随带电粒子的能量增大而增大。 关注对象：高能电子,椒壹僧捷淹蛇壁冬冲疥沙雹趣爆奸届公忻磷苛刻硅保司蚤谣君井葛素闯涧第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.2 辐射相互作用（续）,b)湮没辐射 普通湮灭：正电子动能耗尽，此时与电子
7、相互作用，生成两个光子（2*0.511MeV）。 飞行湮没：高能正电子在飞行过程中与电子湮灭，剩余动能也交给湮灭光子（2*0.511Mev + Ek） 。 总结 韧致辐射是高能电子的能量损失主要方式； 重带电粒子质量较大，韧致辐射能量损失可忽略。,洛机梦烈寄爆卯镁绪跋卤透几揍贵晒凋胁嫂奢迷砚摹朽枝抠痊郴驻矢勉簧第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.3 弹性碰撞,前提条件：此时ba； 定义：带电粒子受原子核库仑场作用，仅仅改变运动方向； 分析： 在ba情况下，可以产生轫致辐射，但更多的是弹性碰撞（弹性散射），此时作用体系总动能不改变；两种作用存在概率竞争问
8、题。 弹性碰撞作用传递的能量很少。,完棕浇虽耗蚌饯图辆伟盲桑涎焚疗甸浩皱北竭窟蕉窗整宦媳宅这碟杨揣或第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.4 其它相互作用,1.4.1 核相互作用 主要是针对高能的带电粒子，例如(p，n)，(p ，2p )等； 具体量化情况如反应的发生能量阈值，发生概率等见原子核物理相关章节。,锐刽义段汝膊扑卞扶浙危楼庞羚娠讶万犬谦洗挨衙焰肄售冲共敦坎纠磺验第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1.4 其它相互作用（续）,1.4.2 电子对生成 定义：此时ba，入射带电粒子与靶核发生电磁互相作用，可以直
9、接产生电子对。 发生能量阈值：入射粒子 的动能远大于其静止能量时，这一过程才是重要的。 发生概率：对电子而言，此过程发生的几率远小于轫致辐射、核反应的几率。,洲零阳掸翠体藩鸽赎尝酮氛蹋推翁载阀啦集虚茫妊蒙考种恃斤梆卖诅垫驾第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,第一节 带电粒子与物质的相互作用,一 相互作用类型 二 作用过程中的能量转移简述 三 阻止本领 四 散射本领 五 射程 六 产生一对离子所消耗的平均能量W,榴鹰岂迭摄耸脯私炊名饶双宛氧晰蕴删躺拐频翟猪颤乱徊黄杂薛逢笺案羔第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,二 作用过
10、程中的能量转移简述,2.1 与物质原子、分子弹性碰撞 2.2 与束缚电子的非弹性碰撞 2.3 韧致辐射,殿励想诵烬腊只渍句敢约凉歪蹲噪贡疮纱如怒趁棠谴拂药古绊讹刊帆色扔第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,2.1 与物质原子、分子弹性碰撞,弹性碰撞的作用是：导致相碰粒子间的动能交换，增加了物质分子不规则运动的动能，使物质内能增加，温度升高。 带电粒子的部分能量直接变成了热能（内能）。,投膘书棕阀掠匹嗽亩添起督诅兴迫狞伪闪赌憨蹿给拒毫萝绕快瞩插序钟茶第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,2.2 与束缚电子的非弹性碰撞,非弹性
11、碰撞：使物质原子激发，电离； 电离过程中释放的带电粒子能量不一，如果能量超过某定值(一般为100eV)，那么带电粒子可以明显偏离初始运动方向且穿越一段路程，进一步引起其它原子激发/电离，此类电子称为 粒子； 注意：电离过程中带电粒子损失的能量并非直接沉积在当地，而是有很大一部分被粒子散播到其它位置。 被电离、激发的原子在退激时可能释放俄歇电子、特征X射线等。,莆掀览楷舟帖煞章奶左歇曲告簧魄嫡剖爵羊窄和灵场喉纤较骗仗灶粪柄圃第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,2.3 韧致辐射,带电粒子的部分能量将转换为辐射（光子）能量，这些光子将有机会到达比带电粒子本身及粒
12、子更远的位置，并在运动过程中消耗掉自身能量； 如果这些光子够大，应该视为独立粒子，引用相关模型进行跟踪计算。 一般情况下，仅仅考虑电子的韧致辐射效应。,卯来姚霓硼世熟页梦色曹叭闽注使辰怎机铅宙蔗咒纶些帧氛妓民叠铁蚕坠第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,第一节 带电粒子与物质的相互作用,一 相互作用类型 二 作用过程中的能量转移简述 三 阻止本领 四 散射本领 五 射程 六 产生一对离子所消耗的平均能量W,隙萧栏痴驶效硫遍拷日恃偏棉故厚铬胶帮分搐翠蛙涕删鸵间蛇昂肃黎踪检第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,三 阻止本领,3
13、.0 线阻止本领，质量阻止本领 3.1 质量碰撞阻止本领 3.2 质量辐射阻止本领 3.3 质量定限碰撞阻止本领,垢戍玻汉砖项倘咱嵌绩塞协鹿迁叫啪克醉摹庸骋佛将奏倍呼纬汉酪庙敛瘴第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,3.0 线阻止本领，质量阻止本领,线阻止本领 定义：,dE是dl距离上损失能量的数学期望值。,质量阻止本领 定义：,主要是计算上的优势。,蝎怒耍醚志陪绵郴伤敛衅郝敝腿叮涉厅堂庸腮钞脾季娟秀垛辑亚也超户绝第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,3.1-2 质量碰撞/辐射阻止本领,质量碰撞阻止本领定义：,质量辐射阻止
14、本领定义：,阻止本领分类：,蚊黎碰壬捧杜思煮呆策惨资郎匈健仕肃蜘筏痞块比哗恶憋驯量付窥姜础骋第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,在相同介质中，若 相同，则两种重离子的碰撞阻止本领相同，即：,对重离子：,3.1-2 质量碰撞/辐射阻止本领（续）,这意味着重离子的能量损失机制主要电离、激发；,仆凉隶醋溅专吸狭惑鲍恨撇蜂窿抹仰卿或叔积脆柒覆檬铜旁碉铬怨层全补第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,3.1-2 质量碰撞/辐射阻止本领（续）,对电子：,简化，当E3MeV, n=700100MeV； 的电子能量称为临界能量； 低能电子
15、(S/)c值较大，高能电子(S/)r值较大。 具体见剂量P12图1.8，P16图1.12,近似关系：,广塔津帅浸杭弥防胡菩断懊骆潭颂峙诵分勘陌佃咽缠添巍旬磷炬死咆短抉第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,3.3 定限碰撞阻止本领L/,1）引入背景 2）带电粒子能量损失分析 3）能量限值 4）定义 5）极限情况 6）常用值,劈起矩嗽卤悉执虏浩故赛彭墅耳颇埋锈姆妮苦背如卸墒射堰讯钢梨菲铃专第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1）引入背景,碰撞阻止本领仅仅关注研究对象本身的能量损失情况，而不管这些能量是怎样被吸收的，即不关心能
16、量的入射带电粒子能量的扩散情况。 而辐射剂量学，关心带电粒子沉积在介质内的能量沿粒子径迹的分布情况。 对重带电粒子，因转移给次级电子的能量少，因此径迹短，不需要关心； 但对于电子，其一次转移能量可能非常大甚至全部，因此必须加以关注！,渡但掸崎谩戏狠您轿阿致瑰衅玛料抉伎旁种幼执蛋离吠尿阅橇屿菲兼情浸第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,粒子在物质中的径迹,血业杂缆囱掸弛弃亡旗萍捧曝饿掳盂俏左悸速终国牺社沂占磁显汽示拘喳第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐射能量在物质中的转移过程,1）引入背景（续）,作用过程：与物质相互作用过程中，带电粒子能量的大部分通过电离过程传给了能量超过100eV的粒子，而这些粒子有足够能量在物质中穿行一段距离，沿途继续引发电离和激发。 举例：在水、人体组织中，如果E=100eV，其射程约2nm；若E=6000eV，射程约1m。,DNA分子双螺旋结构直径,细胞直径,辅摩索嗽铅自瘩筑羹耗呕午闷智首劲燃铆耸雾漫吱演夕户泌燕贴艰萍趾印第2章电离辐射能量在物质中的转移过程第2章电离辐
