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1、HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖 北北 省省 肿肿 瘤瘤 医医 院院 放放 射射 治治 疗疗 科科电离辐射电离辐射 常用的物理量和单位常用的物理量和单位湖北省肿瘤医院放疗科徐 利 明HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科电离辐射与物质的相互作用n电离辐射的概念u直接致电离粒子：电子、质子、粒子等带电粒子。u间接致电离粒子：光子、中子等不带电粒子。u中性原子（Neutrul Atom）获得正电荷或负电荷的过程称为电离（Ionization）。由直接致电离粒子或间接致电离粒子或二者混合组成的辐射称为电离辐射。HB
2、CH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科带电粒子带电粒子 （电子、质子、（电子、质子、 粒子等）粒子等） 直接致电离粒子直接致电离粒子不带电粒子 （光子、中子等） 间接致电离粒子间接致电离粒子与原子中的电子碰撞与原子中的电子碰撞 产生电离产生电离与壳层电子或原子核作用产与壳层电子或原子核作用产 生次级粒子，导致原子生次级粒子，导致原子 产生电离产生电离直接电离直接电离间接电离间接电离电电 离离 辐辐 射射 HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科 带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的
3、相互作用作用方式与核外电子发生非弹性碰撞与核外电子发生非弹性碰撞与原子核发生非弹性碰撞与原子核发生非弹性碰撞与原子核发生弹性碰撞与原子核发生弹性碰撞与原子核发生核反应与原子核发生核反应 HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科 带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用总质量阻止本领（total mass stopping power) 定义：定义：带电粒子在某一密度的物质中穿过一定路带电粒子在某一密度的物质中穿过一定路径时的能量损失（电离损失和辐射损失）径时的能量损失（电离损失和辐射损失） 要点：要点：不同能量或不同粒子的能量损失
4、方式不同。不同能量或不同粒子的能量损失方式不同。电子能量较低时，电离损失占优势；能量较电子能量较低时，电离损失占优势；能量较高时，辐射损失份额增加。高时，辐射损失份额增加。HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科 带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用带电粒子的射程 定义：定义：带电粒子进入物质后，沿入射方向至完全带电粒子进入物质后，沿入射方向至完全停止位置所经过的距离停止位置所经过的距离 要点：要点：射程与路径长度的概念不同射程与路径长度的概念不同重粒子的射程方向较直，而电子的射程方重粒子的射程方向较直，而电子的射程方向范围较
5、宽向范围较宽外推射程外推射程HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科0.5mm R90 R50 RpDmaxD90 DsD50DxRqG=Rp/(Rp-Rq)电子束特性参数的定义DxDx：X X线污染线污染DsDs：表面剂量表面剂量( (表面表面下下0.50.5mmmm处吸收处吸收剂量剂量) )RpRp：电子射程电子射程R90R90：90%90%剂量深度剂量深度R50R50：50%50%剂量深度剂量深度HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科 X X（）射线与物质的相互作用射线与物质
6、的相互作用作用特征光子不能直接引起物质原子的电离或激发，而是光子不能直接引起物质原子的电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；首先把能量传递给带电粒子； 光子与物质的一次相互作用可以损失其能量的全光子与物质的一次相互作用可以损失其能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；互作用逐渐损失其能量；光子入射到物质后呈指数衰减，而带电粒子则有光子入射到物质后呈指数衰减，而带电粒子则有确切的射程。确切的射程。HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科X X（ ）射线与物质的相互
7、作用射线与物质的相互作用作用方式光电效应光电效应概念：是一种光子同概念：是一种光子同原子相互作用并从原子原子相互作用并从原子内层内层发射出一个轨道电子的现象发射出一个轨道电子的现象。原子由激发态返回基态时。原子由激发态返回基态时发出发出特征特征X X线线和和俄歇电子俄歇电子。光电子特征辐射俄歇电子HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科X X（ ）射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用反冲电子康普顿效应康普顿效应概念：光子同原概念：光子同原子的子的外层外层电子相互作电子相互作用，光子损失一部分用，光子损失一部分能量，电子获得能量能量，电
8、子获得能量而脱离原子。而脱离原子。HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科X X（ ）射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用电子对效应电子对效应概念：概念：当光子从当光子从原子核旁经过时，在原子原子核旁经过时，在原子核库仑场的作用下形成一核库仑场的作用下形成一对正负电子的过程。入射对正负电子的过程。入射产生电子对效应的能量必产生电子对效应的能量必须大于须大于1.02MeV1.02MeV，获得动，获得动能的电子通过电离或辐射能的电子通过电离或辐射的方式损失能量。的方式损失能量。负电子e-正电子e+HBCH RADIOTHERAPY DEP
9、ARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科各种作用的相对重要性各种作用的相对重要性三种主要作用形式与三种主要作用形式与光子能量和吸收物质的有效光子能量和吸收物质的有效原子序数相关，在原子序数相关，在10keV10keV100 100 MeVMeV能量范围的低端能量范围的低端部分光电效应占优势，依次部分光电效应占优势，依次是康普顿效应和电子对效应是康普顿效应和电子对效应占优势，对水，三种效应占占优势，对水，三种效应占优势的能量范围依次是优势的能量范围依次是10 10 30keV30keV， 30 30 keVkeV 25MeV25MeV，2525 100MeV100MeV。吸收物质的
10、原子序数吸收物质的原子序数12012010010080806060404020200 00.01 0.1 1 10 1000.01 0.1 1 10 100光子能量光子能量( (MeVMeV) ) = = c c c c= = p p光电效用光电效用 占优势占优势电子对效用电子对效用 占优势占优势康普顿效用康普顿效用 占优势占优势HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科有效原子序数对质能吸收系数的影响有效原子序数对质能吸收系数的影响60-150keV60-150keV：骨吸收远远高于脂肪和肌骨吸收远远高于脂肪和肌肉；肉；150-250ke
11、V150-250keV：骨吸收高于脂肪和肌肉；骨吸收高于脂肪和肌肉；2-22MV2-22MV：单位质量的骨吸收略低于单位质量的骨吸收略低于脂肪和肌肉；但单位厚度的脂肪和肌肉；但单位厚度的骨吸收仍高于脂肪和肌肉；骨吸收仍高于脂肪和肌肉；22-25MV22-25MV：骨吸收稍高于脂肪和肌肉骨吸收稍高于脂肪和肌肉；相对质量吸收系数相对质量吸收系数10105 52.52.51.01.00.50.50.20.20.10.1 0.01 0.1 1 10 1000.01 0.1 1 10 100光子能量光子能量( (MeVMeV) )骨骨 肌肉肌肉 脂肪脂肪人体骨、肌肉和脂肪相对于空气的质能吸收系数人体骨、
12、肌肉和脂肪相对于空气的质能吸收系数HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科 光子的衰减光子的衰减设定条件单能窄束光子；单能窄束光子； 探测器与源保持固定探测器与源保持固定 距离，但远离吸收距离，但远离吸收体；体； 只有原射线只有原射线(Primary (Primary Beam Beam）通过吸收）通过吸收体；体；散射光子散射光子探测器探测器准直器准直器吸收体吸收体散射光子散射光子HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科线性减弱系数（线性减弱系数（ ）在上述条件下，光子数在上述条件下
13、，光子数d dNN 的减少与初始入射光子的减少与初始入射光子 数数NN和吸收体厚度和吸收体厚度dxdx成正比：成正比：d dNNNN dxdx 或或 d dNN=-=-NN dxdx上式还可以用于表达光子强度的变化上式还可以用于表达光子强度的变化：d d I I= = I Idxdx 单能电离辐射与物质作用时，其强度与物质的性质和单能电离辐射与物质作用时，其强度与物质的性质和厚度有关，厚度有关，线性减弱系数（线性减弱系数（ ）为辐射能量和物质种类的为辐射能量和物质种类的函数，表示电离辐射穿过单位厚度的物质层时，其强度减函数，表示电离辐射穿过单位厚度的物质层时，其强度减 少的分数值。用吸收物质的
14、密度少的分数值。用吸收物质的密度 去除总的线性减弱系数去除总的线性减弱系数 ，便得到，便得到质量减弱系质量减弱系 数数/ / 。 HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科实验证明，就单能窄束而言，实验证明，就单能窄束而言， I I（x x）与与x x的函数在半的函数在半对数坐标系统内是一条直线，这表明单能光子束的衰减符对数坐标系统内是一条直线，这表明单能光子束的衰减符 合指数吸收规律：合指数吸收规律：I I（x x）= = I I0 0 expexp（- - x x）引入半值层的概念：使束流强度减少到它的初始值的引入半值层的概念：使束流强
15、度减少到它的初始值的 一半所需要的吸收体的厚度一半所需要的吸收体的厚度（HVLHVL）。当当 x = HVL x = HVL 时时 I/II/I0 0 = 1/2 = 1/2 则则HVL = 0.693/HVL = 0.693/ - - 线性衰减系数线性衰减系数 HBCH RADIOTHERAPY DEPARTMENT湖湖北北省省肿肿瘤瘤医医院院放放疗疗科科质能转移系数质能转移系数 （ t rt r/ / ）电离辐射在物质中穿行质量厚度为电离辐射在物质中穿行质量厚度为 m m 2 2kg kg 1 1 时，时， 因相互作用，其能量转移给电子的份额。因相互作用，其能量转移给电子的份额。质量吸收系数（质量吸收系数（ enen / / ）电离辐射在物质中穿行单位长度时，其能量真正被物电离辐射在物质中穿行
