电离辐射剂量与防护课件(2).ppt

电离辐射剂量学第一章 电离辐射与物质的相互作用 第二讲 带电粒子与物质的相互作用 * 一、相互作用类型 带电粒子：电子、重带电粒子 带电粒子的种类很多，最常见的是电子、β射线、质子、α粒子等。凡静止质量大于电子的带电粒子，称为重带电粒子，如μ介子，π介子，质子，∑+、∑-、α粒子及被加速的原子核等。β射线和电子本质上是相同的，通常所说的电子是指核外电子，而β射线则是指由原子核发射出来的高速电子。 1.非弹性碰撞（Nonelastic collision） 硬撞或“对面撞”（hard or “knock-on” collision）：b与 a同量级，每次作用能量损失大。 软碰撞或“核”碰撞（soft collision）：ba，每次作用损失能量小。 在透明介质中，当vc/n（n是材料的折射率），发生切伦科夫辐射（相干的蓝-白光发射）。 说明: a代表原子半径 b代表带电粒子同物质碰撞过程中其径迹到原子的最近距离 2.辐射相互作用（Radiative interaction） （1）轫致辐射（Bremsstrahlung） b a，受原子核电场作用产生加速度，带电粒子以正比于其加速度的平方(z2Z2M-2)的几率辐射电磁波，其是高能电子能量损失的主要方式，而重带电粒子可忽略。 韧致辐射释放的能量与介质的原子序数的平方成正比，与带电粒子的质量平方成反比，并且随带电粒子的能量增大而增大。 （2）湮没辐射（Annihilation） 粒子与反粒子相互作用，生成两个光子。 高能正电子飞行中湮没。 3.弹性碰撞（Elastic collision） ba，轫致辐射可忽略，作用体系总动能不改变 4.核相互作用（Nuclear interaction） 高能带电粒子，例如（P，n），（P，2P）等 5.电子对生成（Pair production） ba，入射带电粒子与靶核发生电磁互相作用。 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。 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。 电子对效应 入射光子hv e + e - 二.阻止本领（Stopping power） 总线阻止本领（Linear stopping power）S： dE是dl距离上损失能量的数学期望值。 1.定义： 设带电粒子在质量密度为ρ的介质中、穿过距离dl时损失能量的期望值为dE,则dE除以ρdl的商叫做物质对带电粒子的总质量阻止本领,记作S/ρ。 意义:描述带电粒子与物质相互作用的程度 总质量阻止本领（Mass stopping power）S/ρ: 质量碰撞阻止本领（Mass collision stopping power）（S/ρ)c 质量辐射阻止本领（Mass radiative stopping power）（S/ρ)r 一般地： 对应地： 2.特性（Properties） 阻止本领可以用量子力学理论给出计算公式（参考书P.11贝特公式） 对重带电粒子，在用理论公式计算（S/ρ）c时，要考虑壳层修正，而对电子往往不需要。 原因：重带电粒子以速度v运行时，通过与电子发生碰撞可交给电子的能量为2m0v2，而2m0v2可能小于k电子的激发能，k电子就会成为不相干电子。电子的速率比具有同样能量的重粒子的速率高很多。 极化效应（Polarization effect）使（S/ρ）c减少 运动带电粒子产生的电场使介质中的原子极化，减弱了运动的带电粒子产生的电场，降低了与较远的电子作用，从而减少了碰撞能量损失。介质密度越大，近距离原子的极化对较远电子的影响就大（密度效应（Density effect））。 （S/ρ）c与E关系 不同重带电粒子 若它们在同一种介质中以相同的速度运行时，壳层修正和密度修正相同，故有 （归一化的碰撞阻止本领）。 电荷交换效应 低能重带电粒子，会“拾掇”电子，使其有效电荷数z减少。E减少, 减少。 （S/ρ）c随z减少而增加 平均激发能随z增加而增加；z/MA随原子序数z增加而减少。从而使得（S/ρ）c随z减少而增加。 化合物中的阻止本领 可以用化合物中每种元素阻止本领的重量加权求得： fi为指定元素在化合物中所占重量份额。