ThePhysicsofRadiology-chapter6-1 放射物理 英文版 教学课件
放射物理学考试知识点

放射物理学考试知识点放射物理学是一门研究电离辐射与物质相互作用规律以及相关应用的学科,在医学、工业、科研等领域都有着重要的地位。
对于即将参加放射物理学考试的同学来说,掌握以下知识点至关重要。
一、电离辐射的基本概念电离辐射是指能够引起物质电离的辐射,包括电磁辐射(如 X 射线、γ 射线)和粒子辐射(如α粒子、β粒子、中子等)。
了解电离辐射的特性,如能量、波长、频率等,是理解其与物质相互作用的基础。
电离辐射的剂量学量是衡量辐射对物质作用程度的重要参数。
常见的剂量学量包括吸收剂量、当量剂量和有效剂量。
吸收剂量是单位质量物质吸收的电离辐射能量,单位为戈瑞(Gy)。
当量剂量则考虑了不同类型辐射的生物效应差异,通过乘以相应的辐射权重因子得到,单位也是戈瑞。
有效剂量则进一步考虑了不同器官或组织对辐射的敏感性差异,通过乘以相应的组织权重因子得到,用于评估辐射对人体产生的总的健康危害,单位为希沃特(Sv)。
二、射线与物质的相互作用射线与物质相互作用的方式主要有光电效应、康普顿效应和电子对效应。
光电效应是指光子与物质原子的内层电子作用,将其全部能量转移给电子,使其脱离原子成为光电子。
此效应在低能光子与高原子序数物质相互作用时较为显著。
康普顿效应是指光子与物质原子的外层电子发生弹性碰撞,光子将部分能量转移给电子,自身改变方向并损失能量。
这是 X 射线与物质相互作用的主要方式。
电子对效应是指当光子能量大于 102 MeV 时,在原子核场的作用下转化为一个正电子和一个负电子。
这种效应在高能光子与物质相互作用时发生。
三、辐射源的种类和特点常见的辐射源包括放射性核素源、X 射线机和加速器。
放射性核素源如钴-60,能自发地发射γ射线。
其特点是能量单一、半衰期固定,常用于远距离治疗。
X 射线机通过高速电子撞击金属靶产生 X 射线。
其能量可调,但强度相对较低,常用于诊断和浅层治疗。
加速器如直线加速器,能产生高能电子束和 X 射线,能量高、剂量率大,适用于深部肿瘤的治疗。
放射物理讲义01

第二章 放射性核素
衰变中的粒子数和能量守衡
衰变方式可用下式表示:以衰变为例
粒子数守衡:AZXA-4Z-2Y+42He 能量守衡:MXc2=MYc2+EY+mc2+E
用粒子数守衡和能量守衡定律作为判断一 种衰变是否可以发生的先决条件
第二章 放射性核素
衰变类型
• 衰变 原子序数大于82的原素都不稳定,会自发放出粒子或 自发地裂变,最后成为铅(Z=82) 镭是最典型的衰变。衰变钢图如下:
第三章 带电粒子与物质相互作用
一般特征
• 带电粒子与原子核外电子的弹性碰撞 入射带电粒子与原子核外电子的库仑场相互作用,使入 射粒子损失一部分动能,这不足以产生激发和电离。这 可以看作与原子核整体的相互作用。在E<100ev的电子 考虑此种效应
第三章 带电粒子与物质相互作用
一般特征
• 带电粒子与原子核的弹性碰撞 入射带电粒子与原子核库仑力相互作用,使入射粒子损 失的一部分动能转变为原子核的反冲动能,使原子发生 位移造成物质的辐射损伤
原子处于激发状态, 从而形成有一定寿命
的能级.
第一章 原子物理基本概念
能级
第一章 原子物理基本概念
• 特征X射线: 若原子激发发生在内壳层,如K,L…. 使电子离开原子而发射出去,形成内壳 层空穴,瞬时被外壳层电子填充,导致 辐射发生,产生特征X射线。
第一章 原子物理基本概念
• 束缚能: 壳层电子束缚能(或结合能)由于壳层 电子能级能量随主量子数n和轨道量子数 l的增大而增大,并且是负值,轨道电子 的结合能随n和1的增大而减小。对于同 一能级,束缚能随原子序数增大而增加。
• 重带电粒子:辐射损失可以忽略 S S = ()col • 电子:辐射损失和电离损失的相对重要性 S S ZE ( )rad / ()col 800MeV Z:靶原子的原子序数 E:入射电子的动能
原子核物理及核辐射探测学第6章习题答案new(免费)

Ee
2.04 1.326 MeV 0.511 1 2.04(1 cos57.65)
6-11 解:
I (t ) I 0 e t ln 4 0.277 cm 1 5 cm
-1
6-12 某一能量的 射线在铅中的线性吸收系数为 0.6cm ,试问它的质量吸收系数及原子的 吸收截面是多少?按防护要求,要用多厚的铅容器才能使源射到容器外的 射线强度减弱 1000 倍? 解: (1) 线性吸收系数的定义为: N ,这里 是γ射线与物质相互作用的截面,N 为铅原子数的密度,关于 N,我们可由它的原子量和密度共同得到:
h 代入光子的能量 2.04MeV, 电子质量 0.511MeV tg , m0c 2 2
需要做个转换: 1 ctg
和 20 度角,得到 ctg 20 1 度方向的能量为:
2.04 tg 57.65 ,于是康普顿反冲电子在 20 0.511 2
6-8 试证明入射光子不能与自由电子发生光电效应。 (这是假设初始电子静止的情况计算得 到的,这个结论是可以推广的,因为总可以找到这样的一个参考系) 证明: 对于某个任意能量 E h 的γ光子,其动量为: P
h 。 c
发生光电效应后,光子消失,则自由电子继承γ光子的动能与动量,于是:
质量厚度为: 2.13 10
3
cm 4.1 g/cm3 8.7 103 g/cm 2
6-3 如果已知质子在某一物质中的射程和能量关系曲线,能否从这一曲线求得 d (氘核)与
t (氚核)在同一物质中的射程值?如能够,请说明如何计算。
解:可以。 某种带电粒子在介质中的射程具有这样的特性: M 其中 M 和 z 是入射带电粒子的质量与电荷,F(v)由 R(v ) 2 F (v ) 入射粒子的速度和 z 介质特性决定。 为求得某种能量下 d 和 t 在该介质中 的射程,首先需要 计算出 d 和 t 速度 v 的大小, 然后在质子的射程-能量关系曲线中找出与该速度 v 对应的射 程 Rp 。 由于同样速度下 d 和 t 的动能分别是质子的 2 和 3 倍, 则对具有某个能量 E 的 d 或 t, 只需在质子的射程-能量关系曲线中找到与质子能量 E/2 或 E/3 对应的射程 Rp, 再分别乘以 2 d 和 t 的 M/z 因子即可得到能量为 E 的 d 和 t 在该介质中的射程。即:d 和 t 的射程分别 Rp 的 2 和 3 倍。 6-4 请估算 4MeV 粒子在硅中的阻止时间。已经 4MeV 粒子在硅中射程为 17.8m。 解: 阻止时间:指的是将带电粒子阻止在吸收体内所需的时间。
《李英放射物理》课件

将数据以图表、图像等形式呈现,便于理解 和分析。
统计分析
对数据进行统计分析,提取有用的信息,如 平均值、标准差等。
结果解读
根据数据处理和分析的结果,解读实验的意 义和价值,为后续研究提供依据。
04
CHAPTER
放射物理的应用案例
医学影像技术
医学影像技术是放射物理应用的重要领域之一, 通过X射线、CT、MRI等影像技术,医生可以观 察到人体内部的结构和病变情况,为诊断和治疗 提供重要依据。
损伤免疫系统
放射性辐射暴露可能削弱免疫系统的 功能,使人体更容易感染疾病。
损伤神经系统
高剂量放射性辐射暴露可能导致记忆 力减退、注意力不集中和情绪波动等 神经系统症状。
安全防护措施与注意事项
合理选用仪器
正确佩戴个人剂量计
选择符合国家标准的仪器,确保测量结果 的准确性和可靠性。
确保个人剂量计佩戴在正确位置,并定期 检查剂量计的读数。
处理方式
根据废弃物的类型和强度选择合适的处理废弃物处置场所 ,确保废弃物永久安全处置。
THANKS
谢谢
《李英放射物理》ppt课件
目录
CONTENTS
• 放射物理概述 • 放射物理的基本原理 • 放射物理实验技术 • 放射物理的应用案例 • 放射物理的安全与防护
01
CHAPTER
放射物理概述
放射物理的定义与特点
总结词
放射物理是一门研究放射性物质特性和应用的学科,具有独特的物理特性和应 用价值。
详细描述
。
03
CHAPTER
放射物理实验技术
实验设备与器材
01
02
03
04
放射源
用于产生放射性粒子的设备, 如放射性同位素、加速器等。
放射物理学ppt课件

间接致电离辐射在放射治疗中主要指X(γ)辐 射,X(γ)光子进入介质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ经与介质相互作用 损失能量,分为两步。 如图(a)入射光子将其部分或全部能量转移给 介质而释放出次级电子; 其次如图(b)获得光子转移能量的大部分次级 电子再与介质原子中的电子作用,以使原子电离 或激发的形式损失其能量,即被介质所吸收;而 少数次级电子与介质原子的原子核作用,发生轫 致辐射产生X射线。
热释光材料的剂量响应与其受辐照和加热历史 有关,在使用前必须退火。如LiF在照射前要经 过1小时400℃高温和24小时80℃低温退火。它 的剂量响应,一般在10Gy以前呈线性变化,大 于10Gy则出现超线性现象。其灵敏度基本不依 赖于X(γ)射线光子的能量,但对于低于10MeV的 电子束,灵敏度下降5%~10%。热释光材料的 剂量响应依赖于许多条件,因此校准要在相同条 件,如同一读出器,近似相同的辐射质和剂量水 平下进行,经过严格校准和对热释光材料的精心 筛选,测量精度可达到95%~97%。
吸收剂量(Absorbed dose) 吸收剂量 Dd E dm 即电离辐射给予质量为dm的介质的平均授 予能。 单位为J/kg,专用名为戈瑞Gray(Gy)。 1 Gy=1 J/kg 1Gy=100cGy 拉德(rad), 1Gy=100 rad
比释动能(kinetic energy released per unit mass,Kerma) 比释动能 K dE tr dm 即不带电粒子在质量为dm的介质中释放的 全部带电粒子的初始动能之和。 K的单位为J/kg,专用名戈瑞(Gy)。
同体积的半导体探测器,要比空气电离室 的灵敏度高18000倍左右。这样的半导体 探头可以做得 非常小(0.3—0.7mm3),除 常规用于测量剂量梯 度比较大的区域, 如剂量建成区、半影区的剂量分布和用于 小野剂量分布的测量外,近十年来,半导 体探测器越来越被广泛用于患者治疗过程 中的剂量监测
ThePhysicsofRadiology-chapter5-3 放射物理 英文版 教学课件

Example. It is required to determine the average dose to a sample of water in a complexly shaped radiation container near a cobalt source. This is most easily done using the Fricke dosimeter. The container is filled with Fricke solution and exposed. A sample of the well-mixed irradiated solution is then placed in a quartz cuvette of 2 cm path length and its absorbance measured against the stock solution at 304 nm. Suppose the measured absorbance is 0.360. Calculate the dose.
a. Select a suitable treatment applicator or b. reference field size (for example 10 by 10 cm) c. and direct the beam in such a way as to avoid d. scattering from nearby objects.
j. These procedures, carefully carried out, should allow an output calibration for the conditions measured, to an accuracy of better than ±2.5%(I7).
放射物理与防护全套
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2、连续X线的最短波长、最强波长、平均波长及最大光子 能量。
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最短波长:
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最强波长:
λ最强 = 1.5 λmin
平均波长 λ平均 = 2.5λmin
最大光子能量 = hvmaX
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3.影响连续X线的因素:
连续X线的总强度(I连)与管电流(i)、管电压(U)、靶原 子序数(Z)的关系可用下面公式近似表示出来:
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基态 :原子处于最低能量状态,电子运行时如既 不向外界辐射也不向外界吸收能量,处于基态的原子最稳 定。
受激态:电子吸收了一定大小的能量后(某两个能 级差的能量),电子跳跃到一更高的能级轨道上,此时原 子不稳定,称受激态。
跃迁:外层轨道电子或自由电子填充空位,同时放出一个 能量为hv的光子。(该光子的能量大小取决于两轨道之间 的能级差)
放射物理与防护
Radiological Physics and Radiation Protection
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第一章 物质结构
一、原子的基本状况
目前已知的地球元素有107种,其中93种
是地球上天然存在的,15种是人造元素。
任何原子都是由小而致密的原子核和核外
高速绕行的电子所组成的。一个原子就如
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3.影响特征X线的因素 : KV MAS
4.连续X线和特征X线的比例大小.
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五、X线的量与质
原子物理学六章X射线PPT课件
靶材由用途 决定
X射线可用高速电子流轰击阳极靶A而获得,或由Z>10的原 子内壳层跃迁而产生.
高速电子流与靶相撞时,电子因受阻失去动能,中约1%转变为X 射线,大部分转变为热能。
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《原子物理学》第六章 X射线
X射线管的结构
封闭式X射线管实质上是一个大 的真空二极管
X射线管的阴极
105 ~ 107 mmHg
A
+
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《原子物理学》第六章 X射线
X射线衍射与散射光束线和实验站
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《原子物理学》第六章 X射线
劳厄实验(1912)
X射线源 d ~ 0.1 nm
~ 0.1 nm 晶片光栅
晶 体 的 三 维 光 栅
劳厄斑
Lane.德 (1879-1960 年)
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《原子物理学》第六章 X射线
对劳厄斑的解释
1913年布喇格父 子建立了布喇格公 式.不但能解释劳厄 斑点,而且能用于对 晶体结构的研究。
当能量很高的X射线射到晶体各层面 的原子时,原子中的电子将发生强迫 振荡,从而向周围发射同频率的电磁 波,即产生了电磁波的散射, 而每个 原子则是散射的子波波源.劳厄斑正 是散射的电磁波的叠加.
X射线的波长数量级为Å,要分辩X射线的光栅也要在Å的数量级才行。 晶体有规范的原子排列,且原子间距也在Å的数量级。是天然的三维光栅。
劳厄想到了这一点,但普朗克对他的想法不予支持。后来去找正在攻读 博士的索末菲,经两次实验后终于成功进行了X射线的衍射实验。
铅板
K-
p
晶片
X射线衍射实验演示
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放射物理学.ppt
2、吸收剂量 (absorbed dose, D) 吸收剂量 D等于dE除以dm的商。即电离 辐射给予质量为dm介质的平均能量dE。
D = dE / dm 单位:焦耳/千克 (J/kg)。 专用名 Gray(Gy),1 Gy = 1 J/kg; 原用单位rad,1rad = 1cGy
3、百分深度剂量
放射物理学
——放射治疗常用放射源及其 物理特性
ludows
临床放射物理学: ① 放疗设备的结构、性能; ② 各种射线的物理特性、在人体内的分布规律; ③ 探讨提高肿瘤剂量,降低正常组织受量的物
理方法。
一、放射源的种类
① γ、 β射线———放射性同位素
② 普通X射线(KV级)——X线治疗机。 高能X射线(MV级)——加速器。
(3)碰撞损失与辐射损失
碰撞损失:由电离激发而引起,用单位长 度的能量损失来量度(dE/dx),在低能时发 生,主要产生热。
辐射损失:由特征辐射和韧致辐射引起的, 在高能范围发生,主要产生X射线,γ射 线
损失比=碰撞损失/辐射损失=816mev/T.Z
T-电子动能,Z—原子序数
2、光子射线与物质的相互作用
光电效应:光子高速前 进,在物质中与原子 的内层电子相撞,光 子将全部能量用于击 出电子,并赋予电子 高速前进的动能,这 种现象叫做光电效应。 与原子序数有关。 (光电效应主要发生 在低kV级的 X线,骨 吸收高于肌肉和脂肪)
康普顿效应:随着入
射光子能量的增加 ( 200kV-7 MV),光子与 轨道上外层电子相撞 ,光子将部分能量转 移给电子,使电子快 速前进(反冲电子),而 光子本身则以减低之 能量,改变方向,继 续前进(散射光子),这 种现象叫做康普顿效 应。与原子序数无关
放射治疗物理学基础
第三章放射治疗物理学基础放射治疗物理是研究放射治疗设备、技术、剂量测量及剂量学、治疗计划设计、质量保证和质量控制、模室技术、特殊放射治疗方法学及学科前沿的新技术、新业务的分支学科,它必须直接为放射治疗临床服务。
放射物理学对推动放疗专业的发展都起着举足轻重的作用,一个医院的放疗科,如果没有一个强有力的放射物理人才和设备技术的合理配置,要走在本专业学科发展的前沿是不可能的。
放射治疗设备、质量保证和质量控制、模室技术等内容将有专门的章节进行介绍,本章就核物理基础知识、放射治疗剂量学和剂量测量等作一介绍。
第一节原子结构和核衰变自然界中的所有物质都由分子和原子构成。
分子保持着物质的基本属性和化学性质,分子由原子组成,目前己知的原子(也称元素)有109种,原子又有着它自己的结构。
了解原子的结构对于我们认识放射线的产生及其与物质的相互作用是十分必要的.因为这些过程都发生在原子的范围内。
一、原子结构原子由原子核和核外电子组成。
原子的中心是带正电荷的原子核,核外是带有等量负电荷的电子,这些电子沿着一定的轨道绕着原子核高速旋转。
早在1913年英国物理学家卢瑟福用散射实验证实原子的结构类似太阳系。
带负电的电子围绕带正电的原子核转动,正像行星绕着太阳旋转一样(图3-1-1)。
原子是很小的结构,其直径约为10-8cm。
图3-1-1 原子模型原子核由质子和中子组成,都是基本粒子,统称核子。
它们数目的总和就是原子量。
原子核小而紧密,其直径约为10-14cm,但集中了几乎整个原子的质量。
1961年后,国际上统一用12C原子量的1/12作为原子质量单位,其符号为amu。
原子质量和原子质量数是不同的概念,前者是指原子的实际质量,后者则是指原子核中核子的总数。
原子核内的电荷与周围电子的总电荷相等(核内质子数等于核外的电子数),故整个原子显中性。
电子或质子的数目,即门捷列夫元素周期表中所列的顺序数,称为原子序数。
标记方法:A Z X,X代表元素符号;A 为原子的质量数,即核内质子和中子总数;Z为原子序数,即核内质子数,显然,核内中子数应等于A—Z。
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NN 0eD /D 0
The mean lethal dose (D0) is the dose required to reduce the population of entities from any value N to 0.37 N
MULTI-TARGET SINGLE HIT SURVIVAL CURVE
an alpha particle 250 keV/μm
SPECTRUM OF LET VALUES
velocity
charge
IMMEDIATE RADIOCHEMICAL EFFECT
Production of Solvated Electrons and Radicals
H 2 O h H 2 O e H 2 O e a q
RADIOBIOLOGICAL EQUIVALENT (RBE)
RBE =
Dose from standard radiation to produce a given biological effect
Dose from the test radiation to produce the same biological effect
ASSAYS FOR PROLIFERATIVE CAPACITY —SURVIVAL CURVES
COLONY ASSAY METHOD-IN VITRO
IN VIVO ASSAYS spleen-colony method
Limiting dilution assay
In situபைடு நூலகம்
ASSAYS FOR PROLIFERATIVE CAPACITY —SURVIVAL CURVES
MATHEMATICAL ASPECTS OF SURVIVAL CURVES THERAPEUTIC RATIO RADIOBIOLOGICAL EQUIVALENT (RBE)
CELL CYCLE AND RADIOSENSITIVITY
COLONY ASSAY METHOD-IN VITRO
IN VIVO ASSAYS spleen-colony method
Limiting dilution assay
In situ
MATHEMATICAL ASPECTS OF SURVIVAL CURVES
SINGLE HIT SURVIVAL CURVE
The Physics of Radiology
Radiobiology Part One
BME College Sherman Sheen(辛学刚)
DISTRIBUTIONS IN SPACE of ENERGY RELEASES LINEAR ENERGY TRANSFER (LET)
the electron tracks 0.25 keV/μm
H 2 O O H H
H 2 O h H 2 O H O
Dependence of Radiation Damage on LET
the relative efficiency of killing the radiobiological equivalent (RBE)
CELL CYCLE AND RADIOSENSITIVITY
Summary
four R's
EFFICIENCY of RADIATION DAMAGE TRACKS of CHARGED PARTICLES IMMEDIATE RADIOCHEMICAL EFFECT ASSAYS FOR PROLIFERATIVE CAPACITY —SURVIVAL CURVES
N N 0 [1 (1 e D /D 0)n ]
THERAPEUTIC RATIO
D2/D1
where D2 is the dose that leads to serious complications in 50% of the patients
and D1 is the dose that gives tumor control in the same % of patients.