2013年1月26日 星期六

『直線能量轉移』LET 、『阻擋本領』S 與『射質因素』Q/QF


『直線能量轉移』LET
直線能量轉移(linear energy transfer,LET)用以描述帶電粒子在介質中因相互作用(interaction)而沿其徑跡(track)損失能量的情形。直線能量轉移LET為一用來描述帶電粒子性質的物理參數,帶電粒子可能是原來的帶電粒子輻射,或油光子輻射經由光電效應、康普吞散射、成對發生所產生的電子,或由中子輻射經由非彈性碰撞所產生的帶電粒子。
直線能量轉移(LET)為每單位距離,輻射所釋放的能量,其單位為keV/μm。
直線能量轉移(linear energy transfer,LET)的定義為:
    LET=dE/d l
其中,dE為帶電粒子穿過單位距離d l所損失的能量。
直線能量轉移(linear energy transfer,LET)亦可以L表示,直線能量轉移(LET)的另一個定義為:
    LET=dE/dx
其中,dE為帶電粒子穿過單位物質厚度dx所損失的能量。
直線能量轉移為局部的吸收(local absorption),不包括電子與介質發生作用所產生的二次電子(δ rays)。直線能量轉移LET)又稱為限制質量阻擋本領LΔ。質子、中子或α粒子等帶有重質量的粒子具有濃密的徑跡,所以LET較高;而電子具有稀疏的徑跡,所以LET較低。
中子比X光更容易誘發白內障,α粒子比β粒子或γ射線的輻射傷害更大,所以在比較各種輻射所產生的潛在傷害更大,所以在比較各種輻射所產生的潛在傷害或相對的毒性時,是以等量的能量吸收為基礎來比較的。通常LET較高的輻射,對生物體會產生較大的輻射傷害。
<表> 各種輻射的直線能量轉移LET
輻射種類
LET(keV/μm)
光子射束

60γ射線
0.2
250keV
2.0
質子射束

10  MeV
4.7
150 MeV
0.5
中子射束

14 MeV
徑跡平均值=12

能量平均值=100
α射束

2.5 MeV
166

『阻擋本領』S
阻擋本領(Stopping power,S)為帶電粒子,尤其是電子,在介質中減速時損失能量的行為,其單位為MeV/cm。
阻擋本領(S)的定義為:
    LET=dE/d l
 或
LET=dE/dx
其中,其中,dE為帶電粒子穿過單位射程d l單位物質厚度dx所損失的能量。
阻擋本領(S)是指單位物質厚度dx單位射程d l的電子能量損失(MeV/cm),其為全部的吸收(whole absorption),包括介質與電子發生作用所產生的二次電子(secondary electron),而二次電子就是δ射線(δ-ray)。δ射線所帶走的能量不包括在限制阻擋本領(restricted stopping power)LΔ或直線能量轉移LET,而是包括在阻擋本領。
通常使用質量阻擋本領(mass stopping power)S/ρ的參數來描述電子的能量損失,其單位為MeV cm2/g。若無特別指明,通常將質量阻擋本領簡稱為阻擋本領。

『射質因素』Q,QF
因為相對生物效能(relative biological effectiveness,RBE)常用於輻射生物學上,。

◎各種輻射的射值因數Q值
輻射種類
Q值
來自與子核平衡的鐳γ射線(以0.5mm厚度的鉑過濾)
1
X光
1
能量大於0.03MeV之β射線與電子射束
1
能量小於0.03MeV之β射線與電子射束
1.7
熱中子
2.3
快中子
10
質子
10
α粒子
20
重的帶電離子
20

◎以前所使用的射質因數Q值與LET的關係
LET(keV/μm,在水中)
Q值
3.5
1
3.5-7.0
1-2
7.0-23
2-5
23-53
5-10
53-175
10-20
任何LET值的X光、γ射線、電子、正子
1








◎目前所使用的射質因數Q值與LET的關係
LET(keV/μm,在水中)
Q值
10
1
10-100
0.32L2.2
100
300/√L

◎各類輻射的Q值與WR
輻射種類
Q值a
WRb
X光、γ射線、β射線
1
1
中子射束


  熱中子
2
5
  0.01MeV
2.5
10
  0.1MeV
7.5
10
  0.5MeV
11
20
  >0.1MeV-2MeV

20
  >2MeV-20MeV

10
  >20MeV

5
  未知能量的中子
10

高能質子
10
5
α粒子、分裂碎片、重核
20
20

a 10CFR20的規定如下:中子能量
En=2.5×10-8~1×10-3 MeV,Q=2。
En=0.01 MeV,Q=2.5。
En=0.1 MeV,Q=7.5。
En=0.5 MeV,Q=11。
En=1 MeV,Q=11。
En=2.5 MeV,Q=9。
En=5 MeV,Q=8。
En=7 MeV,Q=7。
En=10 MeV,Q=6.5。
En=14 MeV,Q=7.5。
En=20 MeV,Q=8。
En=40 MeV,Q=7。
En=60 MeV,Q=5.5。
En=100 MeV,Q=4。
En=200 MeV,Q=3.5。
En=300 MeV,Q=3.5。
En=400 MeV,Q=3.5。

b 對質子與能量大於2MeV的非碰撞質子,NCRP Report No.116規定WR=2,ICRP Publication No.60規定WR=5。

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