辐射与物质的相互作用ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,辐射与物质的相互作用,1、辐射与物质的作用类型及能量损失,2、电离辐射的生物学作用,3、生物靶的调节作用,4、影响电离辐射作用的主要因素,辐射与物质的相互作用 1、辐射与物质的作用类型及能量损失,1,1,.,辐射与物质的作,用类型及能量损失,A,.,辐射与物质作用的种类,一.,X（,）,射线与物质的作用,二,.,射线与物质的作用,三.,射线与物质的作用,四.中子,与物质的作用,五.带电重粒子,与物质的作用,1.辐射与物质的作A.辐射与物质作用的种类一.X（）,2,一.,X(,),射线与物质的相互作用,一.X()射线与物质的相互作用,3,.,光电效应,.,康普顿效应,+,+,e,e,h,f,hf,h,f,.,电子对效应,+,h,f,Ze,e,-,e,+,1、,X,线与物质相互作用的过程,.光电效应.康普顿效应+eehfhfhf.,4,(1).光电效应特征,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产生特征,X,线;特征线离开原子前又击出外层(俄歇)电子.,光电子、正离子、特征,X,光子、俄歇电子,光电效应的次级粒子,.光电效应,(,光子与原子内层电子作用,）,(1).光电效应特征 放出光电子的原子变成正离子并处于激发,5,(2).,光电效应的发生几率,a.,原子序数的影响,光电效应几率,Z,4,内层比外层发生几率大45倍,但必须大于结合能,c.,原子边界限吸收的影响,b.,入射光子能量,的影响,光电效应几率,防护材料选取的依据,L,限,K,限,吸收限,吸收限,光子能量,光电质量衰减系数,.光电效应,(,光子与原子内层电子作用,）,(2).光电效应的发生几率a.原子序数的影响 但必须,6,(3).,光电子的角分布,光电子的角分布与入射,X,光子能量有关,能量低,大角度分散,能量高,小角度集中,（电离方向）,.光电效应,(,光子与原子内层电子作用,）,(3).光电子的角分布 光电子的角分布与入射X光子能量有,7,(4).放射诊断学中的光电效应,a.,优点,提高成像质量,b.,缺点,入射,X,线通过光电效应几乎全部被人,放疗时增加对肿瘤组织的剂量,因光电转换减少散射线，故减少照片灰雾,利用造影剂可增加对比度,.光电效应,(,光子与原子内层电子作用,）,体吸收，增加了受检者的剂量，对人体有负面作用。,(4).放射诊断学中的光电效应a.优点 提高成像质量,8,(1).,康普顿效应的发生几率,原子序数的影响,康普顿效应几率,Z/A,除氢元素外，大多数材料具有相同的,Z/A,b.,入射光子能量,的影响,康普顿效应几率,.康普顿效应,(,与原子外层电子作用,）,(1).康普顿效应的发生几率原子序数的影响b.入射光子能,9,Crystal grating,X-Ray,o,（,o,）,康普顿,散射波长,spectra,o,:,入射波长,波长,(2).散射光子的波长,Crystal gratingX-Ray o（o,10,hf,o,X,Y,hf,考虑：,Compton wavelength,electron,hfoXYhf考虑：Compton wavelength,11,(3).散射光子和反冲电子的角分布,散射光子能量,反冲电子动能,散射角与反冲角关系,(3).散射光子和反冲电子的角分布散射光子能量反冲电子动能散,12,(3).散射光子和反冲电子的角分布,注:康普顿效应的散射线，是,X,线检查中最大的散射线来源,且充满整个检查室空间。必须引起工作人员和防护人员的重视,并采取防护措施.,(3).散射光子和反冲电子的角分布 注:康普顿效应的,13,效应发生几率,.,电子对效应,效应发生几率.电子对效应,14,A.,相干散射,2、,X,线与物质作用的其他过程,射线与物质相互作用而产生干涉(衍射)的散射过程叫相干散射。比如,X,线对年晶体衍射产生的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。,光子与原子核作用发生核反应的过程。比如释放中子、质子、,粒子和,光子等。光核作用在,X,线诊断过程中不能发生，在放疗中发生率也很低,。,B,.,光核作用,A.相干散射2、X线与物质作用的其他过程 射线与,15,A,.,X,线引发效应总结,3、,各种作用发生的相对几率,光核作用,普通散射,A.X线引发效应总结3、各种作用发生的相对几率光核作用普通,16,B,.,Z,和,h,f,与三种作用的关系,3、,各种作用发生的相对几率,B.Z和hf与三种作用的关系3、各种作用发生的相对几率,17,C.,放射诊断学中,三种作用发生的相对几率,表2 放射诊断学中作用几率与,Z,和,h,f,的关系,X,射,线能量,(KeV),水,（,Z=7.4),骨,（,Z=13.8),碘化钠,（,Z=49.8),光电,(%),康普顿,(%),光电,(%),康普顿,(%),光电,(%),康普顿,(%),20,70,30,89,11,94,6,60,7,93,31,69,95,5,100,1,99,9,91,88,12,3、,各种作用发生的相对几率,C.放射诊断学中三种作用发生的相对几率表2 放射诊断学中作,18,4.,X(,),射线在物质中的衰减,当,X,线通过物质时，由于光电效应、康普顿效应和电子对效应等作用，使射线的强度衰减。即物质所致的衰减。,射线在物质中的衰减,随距离衰减,物质所致衰减,(,W/m,2,),4.X()射线在物质中的衰减 当X线通过物质,19,A,、,单能,X,线在物质中的衰减规律,(1)、,窄束,X,线在物质中的衰减规律,4.,X(,),射线在物质中的衰减,A、单能X线在物质中的衰减规律(1)、窄束X线在物质中的衰减,20,光子数表示则满足,ln,I,ln,I,0,x,光子数减少但频率不变！,（,=0,.2 cm,-1,),4.,X(,),射线在物质中的衰减,光子数表示则满足lnIlnI0 x 光子数减少但频率不变,21,A,、,单能,X,线在物质中的衰减规律,积累因子:某物质元中,X,光子计数率与未碰撞物质的,X,光子计数率之比,B。,(2)、,宽束,X,线在物质中的衰减规律,N,s,:物质元散射,X,光子计数率,B,是描述散射光子影响反映宽束和窄束区别的物理量,宽束,X,线的衰减规律,B,可以通过台劳级数展开近似计算求得,4.,X(,),射线在物质中的衰减,A、单能X线在物质中的衰减规律积累因子:某物质元中X光子计,22,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,(1)、连续,X,线在物质中的衰减规律,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B、连续X线在物质中的衰减规律(1)、连续X线在物质中的衰减,23,光子数,水模厚度,单能,X,线,连续,X,线,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,(1)连续,X,线在物质中的衰减规律,光子数水模厚度单能X线连续X线4.X()射线在物质中的,24,影响因素,影响因素,25,(2)、,X,线的滤过,低能,X,线不能透过人体(吸收)，对形成,X,线影像不起作用，但却大大增加被检者皮肤照射量。为减少无用低能光子对皮肤和浅表组织的伤害，需采用适当的滤过措施，在管口放置一定均匀厚度的金属，吸掉低能部分，使平均能量增高。,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,(2)、X线的滤过 低能X线不能透过人体(吸收)，,26,(2)、,X,线的滤过,a、,固有滤过,包括,X,线管的玻璃管壁、绝缘油、管套上的窗口和不可拆卸的滤过板。用铝当量表示。,铝当量：指一定厚度的滤过材料用相同衰减效果的铝板厚度表示。一般诊断,X,光机的固有滤过在0.5 2,mmAl。,对软组织摄影则需要低滤过,X,线,以增加软组织对比度.,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,(2)、X线的滤过 a、固有滤过 包括X线管的玻璃管壁、,27,b、,附加滤过,包括附加滤过板、遮光器的滤过等。,根据衰减厚度能量分布不同,依具体情况选择管电压和材料形状厚度,4.,X(,),射线在物质中的衰减,b、附加滤过 包括附加滤过板、遮光器的滤过等。根据衰减厚度,28,滤过板厚度及对照射剂量的影响,使用低滤过高千伏摄影,对受检者十分有害.而厚度滤过技术对受检者降低剂量有重要意义,.,铝板厚度(,mmAl),皮肤照射量(,C/kg),照射量下降百分数(%),0,0.5,1.0,3.0,6.14,10,-4,4.78 10,-4,3.28 10,-4,1.20 10,-4,0,22,47,80,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,滤过板厚度及对照射剂量的影响 使用低滤过高千伏摄影,29,楔形或梯形滤过板,4.,X(,),射线在物质中的衰减,B,、,连续,X,线在物质中的衰减规律,楔形或梯形滤过板4.X()射线在物质中的衰减B、连续X,30,C、,诊断放射学中,X,线的衰减,(1)、,人体的构成元素和组织密度,人体内除少量的钙、磷等中等原子序数物质外，其余全由低原子序数物质组成。人体吸收,X,线最多的是由,Ca,3,(PO,4,),2,组成的门牙，吸收,X,线最少的是充满气体的肺。,4.,X(,),射线在物质中的衰减,C、诊断放射学中X线的衰减(1)、人体的构成元素和组织密度,31,C、,诊断放射学中,X,线的衰减,有效原子序数：在相同照射条件下,1,kg,复杂物质与1,kg,单质吸收辐射能相同时单质的原子序数。,a,i,为第,i,种元素在单位体积中电子数的占有比率,Z,i,为第,i,种元素的原子序数。如水中:氧的电子数比率,2.68:3.34，氢的电子数比率0.66:3.34。氧、氢的原子序数分别为8和1，所以,4.,X(,),射线在物质中的衰减,C、诊断放射学中X线的衰减 有效原子序数：在相同照射条件,32,C、,诊断放射学中,X,线的衰减,有效原子序数的近似公式为,a,i,为第,i,种元素原子在分子中的原子个数，,Z,i,为第,i,种元素的原子序数。如水中：氧原子个数为1，氢原子个数为2，所以占有人体大部分成分的水有效原子序数为,4.,X(,),射线在物质中的衰减,C、诊断放射学中X线的衰减 有效原子序数的近似公式为ai为第,33,C、,诊断放射学中,X,线的衰减,(2)、,X,线通过人体的衰减规律,人体各组织器官,X,线的衰减各异，一般按骨骼、肌肉、脂肪和空气的顺序由大到小排列。而随管电压(,h,f,),增加衰减减小。,以光电效应吸收为主,4.,X(,),射线在物质中的衰减,C、诊断放射学中X线的衰减(2)、X线通过人体的衰减规律,34,C、,诊断放射学中,X,线的衰减,以手部拍片为例，说明,X,线在人体不同组织中的衰减差别及与管电压的关系。用,40kV,拍片,骨,肌肉,而用,150kV,拍片,骨,肌肉,衰减差别大，形成高对比度,4.,X(,),射线在物质中的衰减,(2)、,X,线通过人体的衰减规律,C、诊断放射学中X线的衰减 以手部拍片为例，说明X线在人,35,表5 人体不同组织的线衰减系数,(m,-1,),管电压(,kV),脂肪(,10,2,),肌肉(,10,2,),骨骼(,10,2,),40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,150,0.3393,0.2653,0.2196,0.2009,0.1905,0.1832,0.1801,0.1774,0.1755,0.1742,0.1732,0.1724,0.4012,0.2933,0.2455,0.2213,0.2076,0.1994,0.1942,0.1906,0.1882,0.1864,0.1852,0.1842,2.4434,1.4179,0.9677,0.7342,0.6047,0.5408,0.4865,0.4530,0.4298,0.4132,0.4010,0.3918,表5 人体不同组织的线衰减系数(m-1)管电压(kV)脂