肿瘤放射物理学2培训资料.ppt

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1、肿瘤放射物理学2 基本概念基本概念电离：电离：原子的核外电子因与外界相互作用获得足原子的核外电子因与外界相互作用获得足够的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的够的能量，挣脱原子核对它的束缚，造成原子的电离。电离。直接电离：直接电离：由带电粒子通过碰撞直接引起的物质由带电粒子通过碰撞直接引起的物质的原子或分子的电离称为直接电离。的原子或分子的电离称为直接电离。间接电离：间接电离：不带电粒子通过与物质的相互作用产不带电粒子通过与物质的相互作用产生带电粒子引起的原子的电离，称为间接电离。生带电粒子引起的原子的电离，称为间接电离。电离辐射：电离辐射：由带电粒子、不带电粒子、或两者混由带电粒子、不带电

2、粒子、或两者混合组成的辐射称为电离辐射。合组成的辐射称为电离辐射。1 带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子与物质相互作用的主要方式一、带电粒子与物质相互作用的主要方式作用的主要方式：作用的主要方式：（1）与原子核外电子发生非弹性碰撞；）与原子核外电子发生非弹性碰撞；（2）与原子核发生非弹性碰撞；）与原子核发生非弹性碰撞；（3）与原子核发生弹性碰撞；）与原子核发生弹性碰撞；（4）与原子核发生核反应。）与原子核发生核反应。（一）带电粒子与核外电子的非弹性碰撞（一）带电粒子与核外电子的非弹性碰撞 当带电粒子从靶物质的原子近旁经过时，入射当带电粒子从靶物质的原子近旁经过时，入射

3、粒子与轨道电子之间的库仑力使轨道电子受到吸粒子与轨道电子之间的库仑力使轨道电子受到吸引或排斥，从而获得一部分能量。引或排斥，从而获得一部分能量。如果轨道电子获得足够的能量，就会引起原子如果轨道电子获得足够的能量，就会引起原子电离电离，原子成为正离子，轨道电子成为自由电子。，原子成为正离子，轨道电子成为自由电子。如果轨道电子获得的能量不足以电离，则可以如果轨道电子获得的能量不足以电离，则可以引起原子引起原子激发激发，使电子从低能级跃迁到高能级。，使电子从低能级跃迁到高能级。处于激发态的原子很不稳定，跃迁到高能级的电处于激发态的原子很不稳定，跃迁到高能级的电子会自发跃迁到低能级而使原子回到基态，同

4、时子会自发跃迁到低能级而使原子回到基态，同时放出特征放出特征X射线或俄歇电子。射线或俄歇电子。如果电离出来的电子具有足够的动能，能进一如果电离出来的电子具有足够的动能，能进一步引起物质电离，则称它们为步引起物质电离，则称它们为次级电子次级电子或或电子电子，由次级电子引起的电离称为由次级电子引起的电离称为次级电离次级电离。带电粒子因与核外电子的非弹性碰撞，导致物带电粒子因与核外电子的非弹性碰撞，导致物质原子电离和激发而损失的能量称为质原子电离和激发而损失的能量称为碰撞损失或碰撞损失或电离损失电离损失。描述电离（碰撞）损失的两个物理量：描述电离（碰撞）损失的两个物理量：线性碰撞阻止本领线性碰撞阻止

5、本领（linear collision stopping power）入射带电粒子在靶物质中穿）入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时电离损失的平均能量。行单位长度路程时电离损失的平均能量。用用 Scol 或或 表示表示 质量碰撞阻止本领质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）：线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度。）：线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度。用用或或表示表示 电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质的每克电子数之间的关系的每克电子数之间的关系1、重带电粒子质量碰撞阻止本领表达式：、重带电粒子质量碰撞阻止本领

6、表达式：结论：结论：（1）近似与重带电粒子的能量成反比，这是因）近似与重带电粒子的能量成反比，这是因为带电粒子速度越慢，与轨道电子相互作用的时间为带电粒子速度越慢，与轨道电子相互作用的时间越长，轨道电子获得的能量就越大；越长，轨道电子获得的能量就越大；（2）与靶物质的每克电子数成正比；）与靶物质的每克电子数成正比；（3）与重带电粒子的电荷数平方成正比。）与重带电粒子的电荷数平方成正比。2、电子质量碰撞阻止本领表达式：、电子质量碰撞阻止本领表达式：结论：结论：（1）电离损失也和物质的每克电子数成正比；）电离损失也和物质的每克电子数成正比；（2）电离损失与入射电子能量的关系较复杂：）电离损失与入射

7、电子能量的关系较复杂：低能时，公式中方括号外的项起决定作用，电离损低能时，公式中方括号外的项起决定作用，电离损失近似与电子能量成反比；高能时，方括号外的项失近似与电子能量成反比；高能时，方括号外的项近似不变，而方括号内的项随能量缓慢增加，因而近似不变，而方括号内的项随能量缓慢增加，因而高能时电离损失随能量缓慢增加；当电子能量约为高能时电离损失随能量缓慢增加；当电子能量约为1MeV时，电离损失最小。时，电离损失最小。由于铅的每克电子数小于碳的每克电子数，且由于铅的每克电子数小于碳的每克电子数，且铅原子的平均激发能比碳原子的平均激发能高，所铅原子的平均激发能比碳原子的平均激发能高，所以以铅的电离损

8、失小于碳的电离损失铅的电离损失小于碳的电离损失。（二）带电粒子与原子核的非弹性碰撞（二）带电粒子与原子核的非弹性碰撞 当带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库当带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库仑场作用下，运动方向和速度发生变化，此时带电仑场作用下，运动方向和速度发生变化，此时带电粒子的一部分动能就变成具连续能谱的粒子的一部分动能就变成具连续能谱的X射线辐射射线辐射出来，这种辐射称为出来，这种辐射称为韧致辐射韧致辐射。线性辐射阻止本领线性辐射阻止本领：或或质量质量辐射辐射阻止本领阻止本领：或或描述辐射损失的两个物理量：描述辐射损失的两个物理量：关系式：关系式：辐射损失与入射粒子及靶物质部分

9、物理量之辐射损失与入射粒子及靶物质部分物理量之间的关系间的关系结论：结论：（1）与入射带电粒子的质量）与入射带电粒子的质量m的平方成反比；的平方成反比；（2）与）与Z2成正比，说明在重元素物质中的韧致辐成正比，说明在重元素物质中的韧致辐射损失比轻元素物质大；射损失比轻元素物质大；（3）与粒子的能量成正比，这与电离损失的情况）与粒子的能量成正比，这与电离损失的情况不同。不同。（三）带电粒子与原子核的弹性碰撞（三）带电粒子与原子核的弹性碰撞 当带电粒子与靶物质原子核库仑场发生相互作当带电粒子与靶物质原子核库仑场发生相互作用时，尽管带电粒子的运动方向和速度发生变化，用时，尽管带电粒子的运动方向和速度

10、发生变化，但不辐射光子，也不激发原子核，它满足动能和动但不辐射光子，也不激发原子核，它满足动能和动量守恒定律，属弹性碰撞，也称量守恒定律，属弹性碰撞，也称弹性散射弹性散射。当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞。当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞。重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时运动方向改变小，散射现象不明显，因此性碰撞时运动方向改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的径迹比较直。它在物质中的径迹比较直。电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改变可以很大，而且还会与轨道电子发生弹动方

11、向改变可以很大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此它在物质中的径迹很曲折。性碰撞，因此它在物质中的径迹很曲折。（四）带电粒子与原子核发生核反应（四）带电粒子与原子核发生核反应 当一个重带电粒子具有足够高的能量（约当一个重带电粒子具有足够高的能量（约100MeV），并且与原子核的碰撞距离小于原子核），并且与原子核的碰撞距离小于原子核的半径时，如果有一个或数个核子被入射粒子击中，的半径时，如果有一个或数个核子被入射粒子击中，它们将会在一个内部级联过程中离开原子核，其飞它们将会在一个内部级联过程中离开原子核，其飞行方向主要倾向于粒子的入射方向。行方向主要倾向于粒子的入射方向。当核反应发生时，入射粒

12、子的一部分动能被中当核反应发生时，入射粒子的一部分动能被中子和子和射线带走，而不是以原子激发和电离的形式射线带走，而不是以原子激发和电离的形式被局部吸收，这将被局部吸收，这将影响吸收剂量的空间分布影响吸收剂量的空间分布。对于。对于质子束，如果在计算剂量时未考虑核反应，计算值质子束，如果在计算剂量时未考虑核反应，计算值将会偏高将会偏高12。对于电子束，核反应的贡献。对于电子束，核反应的贡献相对于韧致辐射的贡献完全可以忽略。相对于韧致辐射的贡献完全可以忽略。其它一些作用方式其它一些作用方式：淹没辐射、契伦科夫辐射。：淹没辐射、契伦科夫辐射。1 1、总质量阻止本领、总质量阻止本领（total mas

13、s stopping total mass stopping powerpower）带电粒子在密度为）带电粒子在密度为的介质中穿过路程的介质中穿过路程dldl时，一切形式损失的能量时，一切形式损失的能量dEdE除以除以dldl而得的商。而得的商。符号：符号：或或对于电子，在常规的能量范围内：对于电子，在常规的能量范围内：对于重带电粒子，辐射损失可以忽略。对于重带电粒子，辐射损失可以忽略。二、几个基本概念二、几个基本概念2、路径长度与射程、路径长度与射程 路径长度路径长度：粒子从入射位置至完全停止位置：粒子从入射位置至完全停止位置沿运动轨迹所经过的距离。沿运动轨迹所经过的距离。射程射程：沿入射方

14、向从入射位置至完全停止位：沿入射方向从入射位置至完全停止位置所经过的距离。置所经过的距离。由于粒子的运动轨迹总是曲折的，因此射程由于粒子的运动轨迹总是曲折的，因此射程总是小于路径长度。总是小于路径长度。射程可用实验来测量，测量条件为：一束单能平射程可用实验来测量，测量条件为：一束单能平行粒子束垂直入射到不同厚度的吸收块上，用探测行粒子束垂直入射到不同厚度的吸收块上，用探测器测量穿过吸收块的粒子数。器测量穿过吸收块的粒子数。（a）开始时的平坦部分和尾部的快速下降部分。）开始时的平坦部分和尾部的快速下降部分。（b）呈逐渐下降趋势。）呈逐渐下降趋势。3、比电离、比电离 带电粒子在靶物质中单位路程上产

15、生的电子带电粒子在靶物质中单位路程上产生的电子-离子对数目称为比电离，它与带电粒子在靶物质中离子对数目称为比电离，它与带电粒子在靶物质中的碰撞阻止本领成正比。的碰撞阻止本领成正比。重带电粒子束的比电离曲线和百分深度剂量曲重带电粒子束的比电离曲线和百分深度剂量曲线尾部均可以看到明显的峰值，此峰值称为线尾部均可以看到明显的峰值，此峰值称为布拉格布拉格峰峰。在电子束的比电离曲线和百分深度剂量曲线尾在电子束的比电离曲线和百分深度剂量曲线尾部均观察不到峰值，原因是由于电子束的能量歧离部均观察不到峰值，原因是由于电子束的能量歧离和射程歧离现象严重。和射程歧离现象严重。利用重带电粒子束（主要是质子和负利用重

16、带电粒子束（主要是质子和负介子）介子）实施放疗，可以通过调整布拉格峰的位置和宽度使实施放疗，可以通过调整布拉格峰的位置和宽度使其正好包括靶区，从而达到提高靶区剂量和减少正其正好包括靶区，从而达到提高靶区剂量和减少正常组织受照剂量的目的，这正是重带电粒子束相对常组织受照剂量的目的，这正是重带电粒子束相对光子、电子和中子束等所具有的优点。光子、电子和中子束等所具有的优点。靶物质厚度靶物质厚度比比电电离离4 4、传能线密度（、传能线密度（linear energy transferlinear energy transfer，简称简称LETLET）描述辐射品质的物理量。描述辐射品质的物理量。高的辐射

17、比高的辐射比 低的辐射有着更高的生低的辐射有着更高的生物效物效能。能。2 2 X（）射线与物质的相互作用）射线与物质的相互作用一、与带电粒子相比，一、与带电粒子相比，X（）射线与物质的相互）射线与物质的相互作用表现出不同的特点：作用表现出不同的特点：（1）X（）光子）光子不能直接引起物质原子电离或不能直接引起物质原子电离或激发激发，而是先把能量传递给带电粒子；，而是先把能量传递给带电粒子；（2）X（）光子与物质的）光子与物质的一次相互作用可以损一次相互作用可以损失其能量的大部分或全部失其能量的大部分或全部，而带电粒子则是通过许，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；多次相互作用逐渐损

18、失其能量；（3）X（）光子入射到物体时，其）光子入射到物体时，其强度随穿透强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射，而带电粒子有确定的射程，在射程之外观察不到带电粒子。程，在射程之外观察不到带电粒子。二、主要过程二、主要过程 光电效应、康普顿效应、电子对效应；光电效应、康普顿效应、电子对效应；其它次要作用过程有相干散射、光致核反应等。其它次要作用过程有相干散射、光致核反应等。（一）几个概念（一）几个概念1、截面、截面（cross section）：定义为一个入射粒：定义为一个入射粒子与单位面积上一个靶粒子发生相互作用的概率，子与单位面积上一个靶粒子发生相互作

19、用的概率，用符号用符号表示。靶粒子可以是原子、原子核核外电表示。靶粒子可以是原子、原子核核外电子，相应的截面称为原子截面、原子核截面、电子，相应的截面称为原子截面、原子核截面、电子截面。子截面。的的SI单位是单位是m2，专用单位是靶恩，专用单位是靶恩（barn，b），），1b10-24cm210-28m2。2、线性衰减系数、质量衰减系数、线性衰减系数、质量衰减系数 X（）光子与每单位厚度物质发生相互作用的）光子与每单位厚度物质发生相互作用的概率，称为概率，称为线性衰减系数线性衰减系数（linear attenuation coefficient），用），用表示，单位表示，单位m-1或或cm-1

20、。I0:在厚度在厚度t0处，处，X（）光子束入射）光子束入射方向垂直的单位面积上的光子数方向垂直的单位面积上的光子数;I:在厚度在厚度t处，单位面积上的光子数；处，单位面积上的光子数；X（）光子与每单位质量厚度物质发生相互）光子与每单位质量厚度物质发生相互作用的概率称为作用的概率称为质量衰减系数质量衰减系数（mass attenuation coefficient），单位是，单位是m2/kg，或，或cm2/g。与物质密度无关，不与物质密度无关，不会随热力学状态的变会随热力学状态的变化而变化化而变化 与光子束能量和靶与光子束能量和靶物质密度有关，与物质密度有关，与入射光子数无关入射光子数无关 3

21、、线性能量转移系数、质能转移系数、线性能量转移系数、质能转移系数、质能吸、质能吸收系数收系数 线性能量转移系数线性能量转移系数（linear energy transfer coefficiet）定义）定义X（）光子在物质中穿行单位距）光子在物质中穿行单位距离时，其总能量由于各种相互作用而转移为带电离时，其总能量由于各种相互作用而转移为带电粒子动能的份额。粒子动能的份额。质能转移系数质能转移系数（mass energy transfer coefficient）E是入射光子的能量，是入射光子的能量，N是入射光子数。是入射光子数。质能吸收系数质能吸收系数（mass energy absorpti

22、on coefficient）定义为）定义为X（）光子在物质中穿过）光子在物质中穿过单位质量厚度时，其能量真正被受照射物质吸单位质量厚度时，其能量真正被受照射物质吸收的那部分所占份额。收的那部分所占份额。g为次级电子的动能因辐射而损失的份额。为次级电子的动能因辐射而损失的份额。4、半价层、半价层（HVL）定义为定义为X（）射线束流强度衰减到其初始值一）射线束流强度衰减到其初始值一半时所需的某种物质的衰减块的厚度。它与线性半时所需的某种物质的衰减块的厚度。它与线性衰减系数的关系可表示为衰减系数的关系可表示为与与与的意义一样，的意义一样，HVL表示物质对表示物质对X（）光子）光子的衰减能力。的衰减

23、能力。5、平均自由程、平均自由程（l）定义为定义为X（）光子在与物质发生作用前平均的）光子在与物质发生作用前平均的自由运动距离。自由运动距离。.光电效应光电效应.康普顿效应康普顿效应+eehh h.电子对效应电子对效应+h Zee-e+（二）相互作用方式（二）相互作用方式(1).(1).光电效应作用过程光电效应作用过程 光子把全部的能量传递给轨道电子，获得光子把全部的能量传递给轨道电子，获得能量电子挣脱原子核束缚成为自由电子（光能量电子挣脱原子核束缚成为自由电子（光电子），光子消失；放出光电子的原子变成电子），光子消失；放出光电子的原子变成正离子并处于激发态；外层电子向内层填充正离子并处于激发

24、态；外层电子向内层填充产生特征产生特征X X线线;特征线离开原子前又击出外层特征线离开原子前又击出外层(俄歇俄歇)电子电子.光电子、正离子、特征光电子、正离子、特征X X光子、俄光子、俄歇电子歇电子次级粒子次级粒子.光电效应光电效应(光子与原子内层电子作用）光子与原子内层电子作用）(2).(2).作用系数作用系数光电效应总截面：光电效应总截面：低原子序数低原子序数 n4 n4高原子序数高原子序数 n4.8 n4.8光电线性衰减系数：光电线性衰减系数：光电质量衰减系数：光电质量衰减系数：a.a.原子序数的影响原子序数的影响 随能量增大，光电效应效应发生的概率迅速减小。随能量增大，光电效应效应发生

25、的概率迅速减小。b.b.入射光子能量的影响入射光子能量的影响 光电效应几率光电效应几率 1/(hv)3随原子序数增加，光电效应发生的概率迅速增加。随原子序数增加，光电效应发生的概率迅速增加。光电效应总截面光电效应总截面光电线性衰减系数光电线性衰减系数 Z44.8光电质量衰减系数光电质量衰减系数 Z33.8入射入射X（）光子的能量最终转化为两部分：）光子的能量最终转化为两部分：1）次级电子（光电子和俄歇电子）的动能；）次级电子（光电子和俄歇电子）的动能；2）特征）特征X射线能量。射线能量。对于低能对于低能X（）光子和低原子序数的材料，）光子和低原子序数的材料，对于低原子序数材料，轨道电子的结合能

26、很小对于低原子序数材料，轨道电子的结合能很小（如（如K K层电子结合能大约层电子结合能大约500eV500eV），因特征），因特征X X射线能射线能量的平均值应小于结合能，量的平均值应小于结合能，因此以发射特征因此以发射特征X X射线射线形式损失的能量很小可以忽略，从而入射光子的能形式损失的能量很小可以忽略，从而入射光子的能量基本上都转移给了次级电子。量基本上都转移给了次级电子。与其它相互作用相比，低能时光电效应是光子与其它相互作用相比，低能时光电效应是光子与物质相互作用的最主要的形式，而低能光子的光与物质相互作用的最主要的形式，而低能光子的光电效应只能产生低动能的次级电子；当电子动能低电效应

27、只能产生低动能的次级电子；当电子动能低时，其辐射损失能量可以忽略，从而转移给物质的时，其辐射损失能量可以忽略，从而转移给物质的能量基本上都被物质吸收了。能量基本上都被物质吸收了。(3).(3).光电子的角分布光电子的角分布 光光电电子子的的角角分分布布与与入入射射X X光子能量有关光子能量有关能量低能量低 大角度分散大角度分散能量高能量高 小角度集中小角度集中(1).(1).康普顿效应作用过程康普顿效应作用过程.康普顿效应康普顿效应(与原子外层电子作用）与原子外层电子作用）光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获光子损失一部分能量，并改变运动方向，电子获得能量而脱离原子。损失能量后的得能量而

28、脱离原子。损失能量后的X（）光子称）光子称为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。为散射光子，获得能量的电子称为反冲电子。考虑到相对于康普顿效应占优势的光子能量范考虑到相对于康普顿效应占优势的光子能量范围，电子的结合能很小，因此在推导有关的计算公围，电子的结合能很小，因此在推导有关的计算公式时，往往忽略结合能的作用，把康普顿效应看成式时，往往忽略结合能的作用，把康普顿效应看成是光子和静止的自由电子之间的弹性碰撞。是光子和静止的自由电子之间的弹性碰撞。(2).(2).作用系数作用系数康普顿效应总截面、散射截面和转移截面：康普顿效应总截面、散射截面和转移截面：线性衰减系数、线性能量转移系数线性衰减

29、系数、线性能量转移系数：质量衰减系数、质能转移系数质量衰减系数、质能转移系数：总截面总截面散射截面散射截面转移截面转移截面每个原子的康普顿效应每个原子的康普顿效应 Z质量衰减系数质量衰减系数质能转移系数质能转移系数与与Z近似无关近似无关康普顿效应的康普顿效应的除氢元素外，大多数材料除氢元素外，大多数材料具有相同的具有相同的Z/A(3).反冲电子的角分布和能谱反冲电子的角分布和能谱 能量增加，趋向于入射方向。在能量增加，趋向于入射方向。在009090分布。分布。之间分布。(3).反冲电子的角分布和能谱反冲电子的角分布和能谱 之间分布。c.入射入射X（）光子）光子能量小于能量小于1.0MeV时，时

30、，在能量接近零处有一在能量接近零处有一个较低的峰值。个较低的峰值。对于单能入射光子对于单能入射光子a.连续分布连续分布b.反冲电子在能反冲电子在能谱的能量最大处谱的能量最大处数目最多。数目最多。(1).(1).电子对效应电子对效应作用过程作用过程.电子对效应电子对效应 当当X（）光子从原子旁经过时，在原子核库仑场）光子从原子旁经过时，在原子核库仑场的作用下形成一对正负电子，此过程称为电子对效的作用下形成一对正负电子，此过程称为电子对效应。应。与光电效应类似，除了入射与光电效应类似，除了入射X（）光子和轨道）光子和轨道电子外，还需原子核的参与，才能满足动量守恒定电子外，还需原子核的参与，才能满足

31、动量守恒定律。律。原子核的质量大，它获得的能量很小，可以忽略，原子核的质量大，它获得的能量很小，可以忽略，可以认为可以认为X（）光子能量的一部分转变为正负电）光子能量的一部分转变为正负电子的静止质量，另一部分作为正负电子的动能。子的静止质量，另一部分作为正负电子的动能。只有当入射只有当入射X（）光子的能量大于）光子的能量大于1.02MeV，才，才能发生电子对效应。能发生电子对效应。(2).(2).作用系数作用系数随随Z Z迅速增加，随迅速增加，随h线性增加。线性增加。随随Z Z迅速增加，随迅速增加，随h增加逐渐变慢。增加逐渐变慢。时，时，时，时，线性衰减系数：线性衰减系数：线性能量转移系数：线

32、性能量转移系数：质量衰减系数：质量衰减系数：随随Z Z迅速增加，随迅速增加，随h线性增加。线性增加。随随Z Z迅速增加，随迅速增加，随h增加逐渐变慢。增加逐渐变慢。时，时，时，时，质能转移系数：质能转移系数：(3).(3).角分布角分布随着能量的增加，正负电子的角分布趋向于光子的随着能量的增加，正负电子的角分布趋向于光子的入射方向，与光电效应情形相似。入射方向，与光电效应情形相似。获得动能的正负电子在物质中通过电离或辐射的获得动能的正负电子在物质中通过电离或辐射的方式损失能量。当正电子停下来时，与一个自由电方式损失能量。当正电子停下来时，与一个自由电子结合而转变成为两个光子。根据能量和动量守恒

33、子结合而转变成为两个光子。根据能量和动量守恒定律，两个光子的能量均为定律，两个光子的能量均为0.511MeV，飞行方向，飞行方向正好相反。正好相反。正负电子的动能份额正负电子的动能份额 次级光子份额次级光子份额 正负电子的动能其份额 A.A.相干散射相干散射 与物质的其他作用过程与物质的其他作用过程 射线与物质相互作用而产生干涉射线与物质相互作用而产生干涉(衍射衍射)的散的散射过程叫相干散射。比如射过程叫相干散射。比如X X线对晶体的衍射产生的线对晶体的衍射产生的劳厄斑就是相干散射现象劳厄斑就是相干散射现象.相干散射是唯一不产生电离的过程。相干散射是唯一不产生电离的过程。光子与原子核作用发生核

34、反应的过程。比如释放光子与原子核作用发生核反应的过程。比如释放中子、质子、中子、质子、粒子和粒子和光子等。光子等。由于光核反应截由于光核反应截面很小，在剂量学考虑中往往忽略光核反应的贡献。面很小，在剂量学考虑中往往忽略光核反应的贡献。但在机房的防护设计时，如果加速器但在机房的防护设计时，如果加速器X射线能量大射线能量大于于10MV，则需要考虑，则需要考虑（,n,n）反应。）反应。B.B.光核反应光核反应（三）几种相互作用的相对重要性（三）几种相互作用的相对重要性例如：对于水，三种效应占优势的能量范围依次为，例如：对于水，三种效应占优势的能量范围依次为，1030keV，30keV25MeV，25

35、100MeV 将三种人体组织的质能吸收系数对同能量的空将三种人体组织的质能吸收系数对同能量的空气的质能吸收系数归一，得到下图所示的相对质能气的质能吸收系数归一，得到下图所示的相对质能吸收系数曲线：吸收系数曲线：200keV 7MeV有效原有效原子序数子序数12.317.646.46 对于对于60-150 kev低能低能X射线，骨的吸收比肌射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高得多。肉和脂肪的高得多。对于对于150-250 kev低能低能X射线，骨的吸收比肌射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的高。肉和脂肪的高。对于钴对于钴-60射线和射线和222 Mv高能高能X射线，虽射线，虽然单位质量骨的吸收比肌肉和脂肪的低

36、，但由于然单位质量骨的吸收比肌肉和脂肪的低，但由于骨的密度比肌肉和脂肪都要大，所以单位厚度的骨的密度比肌肉和脂肪都要大，所以单位厚度的骨的吸收仍然比肌肉和脂肪的高。骨的吸收仍然比肌肉和脂肪的高。对于对于22-25 MV的高能的高能X射线，骨的吸收比肌射线，骨的吸收比肌肉和脂肪的稍高。肉和脂肪的稍高。临床上相同质量厚度的三种组织对临床上相同质量厚度的三种组织对X（）射线）射线不同的能量吸收差别：不同的能量吸收差别：小结：小结：基本概念基本概念电离辐射，直接致电离辐射，间接致电离辐射电离辐射，直接致电离辐射，间接致电离辐射 一、带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子与物质的相互作用1）与核外电子发生

37、非弹性碰撞）与核外电子发生非弹性碰撞 碰撞阻止本领碰撞阻止本领2）与原子核发生非弹性碰撞）与原子核发生非弹性碰撞 辐射阻止本领辐射阻止本领3）与原子核发生弹性碰撞）与原子核发生弹性碰撞4）与原子核发生核放应）与原子核发生核放应二、二、X（）射线与物质的相互作用）射线与物质的相互作用1、X（）射线与物质相互作用的特点：）射线与物质相互作用的特点：（1）X（）光子不能直接引起物质原子电离或）光子不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；激发，而是首先把能量传递给带电粒子；（2）X（）光子与物质的一次相互作用可以损）光子与物质的一次相互作用可以损失起能量的全部或很大一部分，而带电

38、粒子则是失起能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；通过许多次相互作用逐渐损失其能量；（3）X（）光子束入射到物体时，其强度岁穿）光子束入射到物体时，其强度岁穿透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射程，射程之外观察不到带电粒子。的射程，射程之外观察不到带电粒子。2、X（）射线与物质相互作用的主要过程：）射线与物质相互作用的主要过程：截面、线性衰减系数（截面、线性衰减系数（u）、质量衰减系数、）、质量衰减系数、线性能量转移系数、质能转移系数线性能量转移系数、质能转移系数半价层：半价层：X（）射线束流衰减到其初始值一

39、半时）射线束流衰减到其初始值一半时所需的某种物质的衰减块厚度。所需的某种物质的衰减块厚度。光电效应，康普顿散射，电子对效应光电效应，康普顿散射，电子对效应3、几种相互作用的相对重要性、几种相互作用的相对重要性 临床上相同质量厚度的三种组织对临床上相同质量厚度的三种组织对X（）射）射线不同的能量吸收差别。线不同的能量吸收差别。作业作业2：名词解释：名词解释：电离辐射、半价层、传能线密度电离辐射、半价层、传能线密度问答题：问答题：1、和和 三者之间的关系。三者之间的关系。2、与带电粒子相比，光子与物质的相互作用有与带电粒子相比，光子与物质的相互作用有何特点何特点？3、比较人体骨组织和软组织对临床常用、比较人体骨组织和软组织对临床常用X（）射线能量吸收的差别。射线能量吸收的差别。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢