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1、辐射防护第一页，本课件共有60页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第二页，本课件共有60页各向同性辐射场 （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第三页，本课件共有60页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。第四页，本课件共有60页为完整描述辐射场，必须了解：任意时刻，（T）沿 任意方向，到达辐射场 （）任意位置的 （P）任意类型、（K）任意能量的 （E
2、）粒子数目或它们携带的辐射能量第五页，本课件共有60页1.粒子数和辐射能N RR=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第六页，本课件共有60页73、粒 子 注 量 第七页，本课件共有60页8ICRU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。粒粒子子没没有有方方向向性性，单单位位截截面面积积粒粒子子数数不不等等于于粒粒子子注量注量(平行辐射场才相等平行辐射场才相等)。第八页，本课件共有60页剂量计算中，注量往往用粒子轨迹长度表
3、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的辐射场，具有速度v的粒子组成的此时注量第九页，本课件共有60页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)第十页，本课件共有60页11谱分布粒子注量：能量注量：第十一页，本课件共有60页积分分布：积分分布表示能量在之间粒子组成的那部分粒子注量第十二页，本课件共有60页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
4、对所有粒子积分第十三页，本课件共有60页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（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。第十四页，本课件共有60页152.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。第十五页，本课件共有60页163.能量注量与粒子注量的关系：第十六页，本课件共有60页粒子辐射度和能量辐射度第十七页，本课件共有60页181.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
5、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、射线等第十八页，本课件共有60页第十九页，本课件共有60页第二十页，本课件共有60页21（3）什么是电离辐射？电电离离：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。电电离离辐辐射射：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.辐射防护的含义第二十一页，本课件共有60页22辐射辐射组成组成质量质量电荷电荷速度速度 2 protons+2 neutronsRelatively HeavyDouble PositiveSlo
6、w electronRelativelyLightSingle NegativevariousnneutronMiddle weightnonvariousPprotonMiddle weightpositivevarious High Energy Electromagnetic Photonsnonnon3 x 108 m/sXSame as Gamma-Raysnonnon3 x 108 m/s（4）常见的电离辐射1.辐射防护的含义第二十二页，本课件共有60页第二十三页，本课件共有60页第二十四页，本课件共有60页第二十五页，本课件共有60页26辐射产生的途径辐射产生的途径 來自放射性同
7、位素來自放射性同位素來自产生辐射的机具來自产生辐射的机具 X光检查光检查、金属元素的定性和定量分析等來自核反应來自核反应 核能发电厂、宇宙射线等 第二十六页，本课件共有60页类型类型剂量水平剂量水平(mSv)看电视每天看电视每天2小时小时0.01 mSv/a夜光表夜光表0.02 mSv/a乘飞机乘飞机2000km0.005mSv/h眼镜（局部）眼镜（局部）0.010.04mSv/a家用天然气（局部）家用天然气（局部）0.060.09mSv/a假牙（局部）假牙（局部）1Sv/a吸烟每天吸烟每天20支（支（“钋弹钋弹”）0.51 mSv/a诊断诊断X射线人均年有效剂量射线人均年有效剂量0.3CT人
8、均单次有效剂量人均单次有效剂量8.6使用火力发电厂带来的照射使用火力发电厂带来的照射0.005核电站附近人均年有效剂量核电站附近人均年有效剂量0.001-0.02核设施附近人均年有效剂量核设施附近人均年有效剂量0.001-0.2辐射来源第二十七页，本课件共有60页28辐射的特性辐射的特性 辐射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。第二十八页，本课件共有60页292、辐射受电磁场影响、辐射受电磁场影响 第二十九页，本课件共有60页303、辐射强度随时间的增
9、加而退减、辐射强度随时间的增加而退减第三十页，本课件共有60页314.不同的辐射有不同的穿透能力不同的辐射有不同的穿透能力 第三十一页，本课件共有60页325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.辐射防护的含义第三十二页，本课件共有60页1.衰变衰变 1 2 3一、核衰变类型一、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第三十三页，本课件共有60页2.衰变与电子俘获衰变与电子俘获(1).-衰衰变变(2).+衰变衰变(3).电子俘获电子俘获(E.c)E.c-+原子核从核外获得，K俘获第三十四页，本
10、课件共有60页辐射，同质异能跃迁辐射，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第三十五页，本课件共有60页二、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粒子第三十六页，本课件共有60页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第三十七页，本课件共有60页38带电粒子与物质相互作用的主要过程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第三十八页，本课件共有60页391.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
11、电离激发第三十九页，本课件共有60页nuclearkLMExciting inter electronHigh speed electron2、特征特征X射线的产生原理射线的产生原理特征特征X线的产生过程线的产生过程高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内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作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。的动能。当电子逸出后，原子内当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波充，
12、辐射的电磁波（X线）线）由两能级差确定由两能级差确定E2-E1=hf21第四十页，本课件共有60页直接电离（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%第四十一页，本课件共有60页电离损失电离损失与核外电子的非弹性碰撞过程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入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用库仑作用，使电子，使电子获得能量而引起获得能量而引起原子的原子的电离电离或或激发激发。电离电离核外层电子克服核外层电子克服束缚成为束缚成为自由电子自由电子，原子，原子成为正离子。成为正
13、离子。激发激发使核外层电子由低使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子能级跃迁到高能级而使原子处于处于激发状态激发状态，退激发光。，退激发光。第四十二页，本课件共有60页当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物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，我们称它为电质原子电离或激发的方式而损失其能量，我们称它为电离损失。离损失。第四十三页，本课件共有60页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 collis
14、ion stopping power)：线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。第四十四页，本课件共有60页45(贝特)第四十五页，本课件共有60页（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；作用概率第四十六页，本课件共有60页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第四十七页，本课件共有60页具有相同速度的两种带电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
15、近似相等第四十八页，本课件共有60页492.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（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，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，故辐射出的丧失也不确定，故辐
16、射出的X线波长连续分布。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的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射轫致辐射轫致辐射Bremsstrahlung。第四十九页，本课件共有60页辐射损失辐射损失与原子核的非弹性碰撞过程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。损失其能量，我们称它为辐射损失。尤其对尤其对粒子与物质相互作用时，辐射损失是其重要的一粒子与物质相互作用时
17、，辐射损失是其重要的一种能量损失方式。种能量损失方式。第五十页，本课件共有60页51第五十一页，本课件共有60页线辐射阻止本领第五十二页，本课件共有60页1.入射粒子质量的平方成反比2.与介质原子序数的平方成正比3.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、屏蔽当要吸收、屏蔽射线时，不宜选用重材料。射线时，不宜选用重材料。当要获得强的当要获得强的X X射线时，则应选用重材料作靶。射线时，则应选用重材料作靶。第五十三页，本课件共有60页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第五十四页，本课件共有60页
18、553.总质量阻止本领（1）E10MeV，主要是电离损失和辐射损失：（2）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，通常忽略不计第五十五页，本课件共有60页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MeVE=10MeV,Z=82铅，近乎相等第五十六页，本课件共有60页Interaction Characteristics:主要为主要为电离能量损失电离能量损失单位路径上有单位路径上有多次作用多次作用单位路径上会产生单位路径上会产生许多离子许多离子对对和和较大的能量转移较大的能量转移每次碰撞每次碰撞损失能量少损失能量少运
19、动径迹运动径迹近似为近似为直线直线在所有材料中的在所有材料中的射程均很短射程均很短Heavy Charged Particle InteractionsHeavy Charged Particle Interactions第五十七页，本课件共有60页Electrons and Positrons InteractionsInteraction Characteristics:辐射能量损失辐射能量损失单位路径上单位路径上较少相互作用较少相互作用单位路径上产生单位路径上产生较少的离较少的离子对子对和和较小的能量转移较小的能量转移每次碰撞每次碰撞损失能量大损失能量大路径路径不是直线，散射大不是直线，散射大第五十八页，本课件共有60页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所经过的最大直线距离。重带电粒子取时对应的吸收体厚度为粒子射程射线的射程，常用的是最大射程，由于轫致辐射，实际测量时，即使吸收物质的厚度大于最大射程，仍然有高于本底的计数第五十九页，本课件共有60页平均能耗：在气体中产生一对离子所消耗的平均能量比电离：单位径迹长度上产生的离子对数线能量转移（LET）：初级带电粒子沿着dl与电子碰撞，损失的能量，减去动能大于 的次级电子带走的能量，就是局部转移的能量。第六十页，本课件共有60页