放疗物理学习题集解答

物质结构基本概念：原子，原子核，原子质量及能量单位，轨道电子，原子能级，核力，原子核能级，粒子辐射，电磁辐射，波动模型，量子模型问答题：1. 请选择原子核半径的正确数量级？a.10-8mb.10-9mc.10-10md.10-11me.10-12mf.10-13mg.10-14mh.10-15m2.原子的半径大约为10-10m2. 电子电荷的符号是什么？其电量是多少库仑？答：电子电荷的符号是e，电量是1.602×10-19C3. 质子电荷的符号是什么？其电量是多少库仑？答：质子的符号是p，电量是1.602×10-19C4. 在描述原子时下列符号：A、Z和X各代什么？答：，A代表质量数，Z代表原子序数，X代表元素5. 质量数、原子序数、原子量的定义是什么？答：质量数定义为核子即原子核的中子和质子的数目，原子序数即是原子核内的质子的数目（或核外的电子数目），原子量：用amu表示的原子的质量就叫做原子量。1amu定义为碳同位素原子核质量的，因此原子核质量定为12amu，1amu=1.66×10-27kg6. 核素、同位素、同量异位素、同中子异荷素、同质异能素的定义是什么？答：核素：任何特定中子数与质子数，及特定的能态（一般为基态）的原子核同位素：质子数相同、中子数不同的核素同量异位素：两个元素的同位素具有相同质量称其为同量异位素同中子异荷素：中子数相同、质子数不同的原子同质异能素：中子数和质子数都相同，但能态不同的同种核素7. 在放射衰变中，中子数与质子数之比对同位素的稳定性有什么影响？答：对于轻核，中子数和质子数相等的核素较稳定。对于重核，由于核内质子数增多，相互间的库仑斥力增大，要保证原子核稳定，就需要有更多的中子来增加相互间的核吸引力。当Z（质子数）增大到20以上时，稳定原子核中中子与质子的比率将大于1，且随Z的增大而增大。8. 一个原子质量单位是什么？答：原子质量单位用amu表示，1amu定义为碳同位素原子核质量的，因此原子核质量定为12amu，1amu=1.66×10-27kg9. 阿伏伽德罗常数的定义是什么？答：阿伏伽德罗常数定义是0.012千克碳12中包含的碳12的原子的数量。阿伏伽德罗常数用于代表一摩尔物质所含的基本单元（如分子或原子）之数量，而它的数值为： NA=6.022×1023mol-110. 根据原子量推导出任意同位素的原子数/克、克/原子、电子数/克。答：原子数/克=NA/AW克/原子=AW/NA电子数/克=NA×Z/AW11. 质能转换公式是什么？答：E=mc212. 一个原子质量单位相当于多少焦耳的能量，多少Mev?答：1amu=1.66×10-27kg1ev=1.602×10-19C×1V=1.602×10-19JE=mc2=(1.66×10-27)kg×(3×108)2J=14.94×10-9J1amu=14.94×10-9J/（1.602×10-19J）=931Mev13. 根据原子质量数，请计算12C和2H的束缚能。表2-14-1用于以下计算题的原子质量单位表（amu）原子amu原子amu电子0.00054860C059.933813质子60Ni59.930787中子1.00866590Y89.9071631H1.00782590Sr89.9077472H2.014102125I124.9045783H3.01605125Te124.9045783He3.016036131I130.9061274He4.002603131Xe130.90508512C12.000000137Ba136.90550014C14.003242137Cs136.90677014N14.003074192Ir191.96270032P31.973910192Os191.96097032S31.972074198Au197.96823140K39.964000198Hg197.96675640Ar39.962384206Pb205.97446840Ca39.962589222Rn222.01761040K41.962406226Ra226.02543842Ca41.958625234Th234.043636238U238.050081914. 原子中任意壳层上轨道电子数目的最大值是什么？答：某一轨道上电子的最大数目由公式2n2确定，n是轨道数。15. 试用K、L、M、N壳层概念描述原子能级？答：根据泡利不相容原理，在原子中不能有两个电子处在同一状态，也就是说，不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。在原子中具有n量子数的电子构成一个壳层，n=1,2,3,4,5,6,7的各层分别被称为K,L,M,N,O,P,Q层，每个壳层最多可以容纳2n2个电子。在一个壳层内，具有相同l量子数的电子构成一个次壳层，l=0,1,2,3,4,5,6的各次壳层分别用符号s，p，d，f，g，h，i表示，每个次壳层最多可以容纳2（2l+1）个电子。16. 核力的作用范围是多少米？答：核力是当核子之间的距离小于核直径（10-14m）时才会起作用的短程力。17. 用核势垒、核力和量子力学解释冷聚变。18. 光速、频率、与波长三者的关系公式是什么？举例说明。答：光速c=频率v▪波长λ19. 能量、普朗克常数与频率三者的关系公式是什么？举例说明。答：E=hv，h是普朗克常数（6.62×10-34）J·s20. 根据18、19题的公式，请推导出光子能量与波长的关系。答：E=hc/λ21. 一光子能量为15eV，其波长为多少米？答：1ev=1.602*10-19JE=15*1.602*10-19Jλ=hc/E=6.62*10-34*3*108/(15*1.602*10-19)=8.264*10-10m22. 频率为3000MHz的光子的波长为多少米/答：c=λvλ=c/v=(3*108)/(/3000*106)m=0.1m23. 能量为1MeV、10MeV、15MeV、20MeV、的光子的波长分别是多少米？答：1eV=1.602*10-19JE=h*c/λλ=h*c/E24. 能量为100KeV、1MeV、10MeV、20MeV、的光子的频率分别是多少赫兹？答：1eV=1.602*10-19JE=hvv=E/h25. 3H原子的束缚能是多少？（查amu表）26. 2H原子的束缚能是多少？27. 1×10-10J等于多少eV?答：1eV=1.602*10-19J1×10-10J/(1.602*10-19J)=0.624*109eV28. 100eV等于多少J？答：1eV=1.602*10-19J29. 能量为10-3J的光子，其频率是多少？答：E=hvv=E/h30.钨（Z=74）的原子能级为：K=69.525KeV,L1=12.098KeV,L2=11.5441KeV,L3=10.204KeV,M1=2.820KeV,M2=2.575KeV,M3=2.281KeV,N1=0.595KeV,O3=0.036KeV。理论上钨最可能发射的特征光子的能量是多少？由L3到K的α1辐射的能量是多少？由M3到K的β3辐射的能量是多少？31.将钨原子的一个K层电子移走，需要多少能量？32.原子K层束缚能相当于多少kg质量？33.如果60Co衰变为60Ni时，快速释放出1.17MeV和1.33MeV的光子，β粒子获得多少MeV的能量？核衰变和放射性基本概念：放射性衰变常数活度半衰期平均寿命放射系放射平衡问答题：1. 放射性采样，5秒钟有3500,000次衰变，求其活度为多少Bq，μCi，mCi，Ci？答：1Bq=每秒钟衰变一次=1dps3500000/5=7000000Bq1Ci=3.7*1010decay/s（dps），即每秒钟衰变3.7*1010次1mCi=10-3Ci，1μCi=10-6Ci2. 若60Co的活度为9500Ci，那么经过3年7个月12天后其活度为多少？答：60Co的半衰期T1/2=5.26y，衰变常数λ=0.693/T1/2A=A0e-λt，A0为初始放射活度3. 若137Cs源等效为24.5mg226Ra，那么经过7年8个月20天后它将等效为多少镭？答：镭Ra的半衰期T1/2是1622年，衰变常数λ=㏑2/T1/2=0.693/T1/2A=A0e-λt，A0为初始放射活度4. 10000Ci的60Co源有多少个60Co放射性原子？其质量为多少克？答：=10000Ci=5.27a=1.665×108s源的质量，其中为阿伏伽德罗常数，为质量数，60Co的质量数为605. 35mCi的137Cs源有多少个137Cs放射性原子？其质量为多少克？6. 60Co原子的平均寿命是多长？答：平均寿命Ta=1.44T1/260Co的半衰期T1/2=5.26y7. 137Cs原子的平均寿命是多长？8. 60Co、137Cs和226Ra的原子数/克分别是多少？答：原子数/克=NA/AWAW是原子量9. 60Co、137Cs和226Ra的衰变常数K分别是多少？答：衰变常数λ=0.693/T1/2T1/2是半衰期60Co的半衰期是5.26y，137Cs的半衰期是30.16年，226Ra的半衰期是1622年10. 若99Mo半衰期为67小时，其衰变产物99Tc半衰期为6小时，如果在100mCi的反应堆中有89%的99Mo衰变成99Tc，那么12小时后，99Tc的活度是多少？11. 一个226Ra样本与其衰变产物222Rn处于长期平衡状态，若226Ra的活度为1mCi，则样本中有多少222Rn原子？12. 若地球上有XCi的238U，则地球上会有多少Ci的226Ra？13. 假设母放射性核素P以80%的效率衰变成子产物D，且D的半衰期为P半衰期的1/2，在平衡状态下，D与P的活度之比是多少？14. 如果226Ra与其衰变产物222Rn处于平衡，那么活度为1mCi的226Ra中有多少218Po原子（218Po半衰期为3.05分钟）15. 60Co半衰期为5.26年，衰变到1/10用多少年？16. 一放射源活度为74mCi，半衰期为100天，经过34天6小时4分10秒后，其活度为多少Bq？17. 137Cs半衰期为30年，衰变到1/10用多少年？18. 一放射性元素衰变常数为0.0015/周，求每秒、每天、每月、每年的衰变常数是多少？19. 226Ra半衰期为1600年，其原子寿命为多少年？20. 一放射性原子衰变常数为0.01/周，其半衰期是多少秒、天、周、月、年？21. exp（㏑2）的数值为多少？在处理放射衰变问题时，是如何运用它的？22. 若母核和子核处于平衡态，且母核半衰期是子核的15倍，则子核与母核原子数之比为多少？23. 30mCi的137Cs中有多少放射性原子？24. 有活度为100mCi的99Tc样品，求其30小时后的活度？用两个公式计算，其结果有差异吗？25. 假设一放射性核素以85%的效率衰变为子核，其子核半衰期为母核的1/20，当平衡建立后，子核活度与母核活度之比是多少？26. 100mCi的钼反应堆，若99Tc产率为89%，则3小时后反应堆中有多少mCi的99Tc？设零时刻，99Tc活度为0？27. 用2的次幂方法计算65年后137Cs还剩多少？28. 如果一10000Ci的60Co源的密度为8.9g/cm3，那么其放射性比度是多少？29. 若131I的半衰期为8.05天，99Tc的半衰期为6小时，需经过多长时间1000mCi的99Tc源与100mCi的131I的活度相等？此时的活度是多少？30. 137Cs、131I和99Tc的平均寿命是多少？31. 100mCi的137Cs源，需经过多少次完全衰变才能彻底衰变掉？核衰变与放射性基本概念：放射衰变方式，α衰变，β衰变，负电子释放，正电子释放，电子转换，同分异构转换1. 到目前（1989年）为止，已发现了多少种元素？答：103种2. 原子序数Z大于多少以上的核素都有放射性?答：大于82（铅）3. 自然界中存在的原子序数最大的元素是什么？4. 有几种天然的放射系，都是什么？答：铀系、锕系、钍系5. 铀放射系衰变终产物的同位素是什么/答：质量数为206的稳定铅同位素6. 如果238U经α衰变产生钍，那么钍的原子序数Z和原子量是多少？答：α衰变的一般反应式：7. 铀衰变到钍释放多少能量？所释放的能量以什么形式存在（查上面给出的amu表）？8. 从238U衰变到206Pb，需经多少衰变？衰变过程中释放多少能量？这些能量在自然界中以什么形式存在？9. 226Ra衰变到222Rn，释放多少能量？这些能量在自然界中以什么形式存在？10. 用什么实验可以证明α粒子是4He原子核？11. 3He发生负β衰变，衰变产物是什么，衰变能Q是什么，Q以什么形式存在？中微子是如何进入这个过程的？12. 如果14C发生负β衰变，衰变产物是什么？衰变能Q是什么？13. 32P作为β源用于治疗，求衰变能Q并说明能量以什么形式存在？14. 在负β衰变中，大部分反应能Q成为负β粒子和另一种粒子的动能，描述这一过程并说明另一种粒子是什么？15. 比较β-衰变与β+衰变,哪一个衰变的中子数与质子数之比高？16. 根据15题的结论，用中子与质子之比和稳定状况来推断产生β-衰变与β+衰变的一般规律。17. 22Na经β产生衰变22Ne，求衰变能Q，并说明能量是如何分配的。发生β+衰变能量阈值是多少？18. 试阐述22Na经电子俘获产生22Ne的衰变过程。19. 试阐述内转换过程。20. 试阐述同分异构转换过程。21. α粒子与铝反应生成硅和质子，求释放能是多少？22. 质子与2H反应生成3He，求结合能是多少？23. 197Au与中子反应生成198Au，求结合能是多少？24. 光子与14C作用，生成12C和两个中子，求这个反应需要多少能量？25. 238U裂变产生131Xe+90Sr+18个中子，所释放能量是多少？26. 光子与4He作用，生成3H和中子，所释放能量是多少？这个反应需要多少能量？27. 2H和2H反应生成4He，释放多少能量？28. 60Co由核反应产生，如果源的最大活度为30000Ci（99.9%），求经过3、4、5.26、10.52年后的活度是多少？29. 光子或电子需要多少能量才能将2H原子分裂成1H和一个中子？30. 如果一个裂变释放205Mev的能量，求50000个原子裂变能产生多少J能量？31. 用符号描述α衰变，β-衰变与β+衰变，电子俘获。32. 238U经α衰变产生234Th，之后经2次连续的β衰变生成234U，n/p不断减少，问下一最可能的衰变是α衰变吗？33. 已知原子核释放了γ射线，但并没有发射出来，此时可能发生了什么反应？34. 什么是俄歇电子？它与内转换的关系是什么？X射线及其特点基本概念：X射线管，阳极，阴极，基本X射线电路，电压整流，X射线产生物理学，轫致辐射，特征X射线，X射线能谱，运行特点。下面给出答题时将用到的有关公式：质量变化：M=M0/；长度变化:L=L0/时间变化：T=T0/M=运动物体的质量；M0=静止物体的质量；L=运动方向上物体的表征长度L0=静止物体的长度；T=运动物体的行程时间；T0=静止物体的行程时间=运动物体的速度（m/s）；c=真空中光速=299792458m/s≈300000000m/s；在运动方向上，相对于静止的物体，运动物体的质量增加，长度缩短，时间流逝变慢。问答题：1. 产生X射线需要采用哪些先进技术？2. X射线管由哪些部分组成？答：高度真空的玻璃壳、阴极、阳极3. 阐述X射线电路中，电子从产生到打靶的过程。答：X线管由一个抽成高度真空的玻璃壳组成，一端为阴极（负电极）一端为阳极（正电极），它们被密封在管内。阴极是钨丝，它受热时发射出电子，该现象被称之为热电子发射。撞击钨靶的电子会因路径突然偏转或制动减速而产生轫致辐射，即X射线。X射线束通过管球的薄玻璃窗射出，为减少对X线束的固有衰减，通常使用薄玻窗。4. 阐述用于产生X射线的阳极应具备的物理特点。答：原子序数高、熔点高5. X线靶长度为5mm，角度为30o求其表征尺寸是多少？6. X射线管是怎样加速电子的？7. 电压整流的作用是什么？8. 如果输入线电压为110V，那么正弦波的峰值电压是什么？答：1109. 电压、电流相同的条件下，采用全波整流和半波整流对产生X线有什么影响？10. 有哪两种X射线？答：轫致辐射X线、特征辐射X线11. 电子的静止质量是多少？答：9.1×10-31kg12. 经过300000伏电压加速后的电子的总能量是多少？其动能是多少？它能产生的最大X线能量是多少？答：(300000V)×(1.602×10-19C)J13. Cu的原子序数为29，W为74，在负载相同的条件下分别作为靶材料，它们所能产生的X线强度之比为多少？答：29：7414. 电流1mA，电压10000000伏的束流1分钟在X线靶上积累多少焦耳的能量？电功率P=VI，单位W瓦特；V是电压，单位伏特（V）；I为电流，单位为安培（A）？15. 高能电子束击靶，除了产生X线，还产生什么？答：大量的热量16. 电子束初始能量是6000000eV，靶为金靶，Z=79，有多少能量用于生成X射线？910-1017. 从原子能级角度，解释特征辐射。18. 为什么X线辐射能谱呈一定范围的连续分布？X线的最大能量由什么决定？19. 半价层的定义是什么？20. 在进行治疗或进行诊断时，为什么要在X线机上加滤过板？21. 如果深部X线机运行电压为150kv，估算X线光子的平均（或有效）能量是多少？22. 试描述运行电压为662000伏的X线的衰减曲线，将其与137Cs的衰减曲线相比较。23. 100kv的电子束和10MV的电子束打靶，试述X线发射角分布的区别？24. 电子被100MV的加速器加速，求其质量比静止时增加多少倍？25. 一运动的电子由于被加速，质量增加25%，此电子击靶所产生的X线的最大能量是多少？26. 随着电子束能量的增加，X线产额增加，相对论指出在运动方向上，长度缩短，解释上述理论为什么成立？27. 质子数和电子束分别被加速到相同的能量打靶，哪一个产生轫致辐射X线多？28. 保持深部X线机电压300kv，电流20mA，5分钟，会产生多少焦耳能量？若采用钨靶（Z=74），估算有多少能量转换成X线？生成的X线能量是多少焦耳？29. 运行电压100kv的X线管产生的X线的量为R，如果电流不变，估算当电压为120kv时，产生多少X线？30. 对于兆伏级加速器，为什么靶的冷却不是主要问题？31. 对于兆伏级X线，X线输出量变化为电压的4~5次幂。如果幂系数为4.5，当电压变化1.5%时，X线输出量变化多少？临床医用加速器基本概念：千伏设备，临界射线治疗，接触治疗，浅层治疗，深部治疗，高压治疗，谐振变压器，兆伏治疗，60Co机，源，源室，束流准直和半影。问答题：1. 什么是临界X线机，它广泛用于什么病的治疗？2. 接触治疗X线机的电压是多少kv？组织对它的吸收深度是多少cm？3. 浅层治疗的电压、半价层、治疗深度范围是多少？4. 深部治疗的电压、半价层、治疗深度范围是多少？5. 过去用于定义RBE的X线机的kv、HVL是多少？其电压整流方式是什么？6. 用深部X线机治疗肿瘤，野内的骨骼会有什么副作用？7. 高压治疗及的kv范围是多少？用什么方法产生高压？8. 在VandeGraff发生器中加速离子的物理原理是什么？什么是标称上限电压？9. 二战中什么发明使雷达、电视、直线加速器成为可能？10. 直线加速器主要部件是什么？11. 直线加速器应用什么物理原理加速带点粒子？12. 有哪两种直线加速器？哪种效率高？13. 现代放射治疗直线加速器的频率范围是多少？其波长是多少m?14. 直线加速器产生的电子束很窄，采用散射箔加宽用于治疗，用散射箔有什么不良效果？15. 如果运动的电子撞击到直线加速器的某个部位，会产生什么？16. 直线加速器等中心的定义是什么？等中心摆位的优点是什么？17. 直线加速器X线射野的一般范围是多少？18. 随着准直器的开闭程度不同，电子束剂量率会有2~3倍的变化，导致剂量有相当大的不确定性，所以在电子束治疗时采用什么方法来减少这种不确定性的产生？19. 对于电子和质子，哪种射线的剂量率更容易受到准直系统的影响？为什么？20. 电子回旋加速器、直线加速器在加速电子时有何共同点和区别？21. 经10MV直线加速器加速的电子，质量增加多少？22. 18MeV的电子质量比2MeV的电子质量大多少倍？23. 在电子回旋加速器中电子每旋转一圈，获得100eV能量，要获得18MeV的能量需要旋转多少周？24. 要产生相同剂量率的电子束和X线，其束流之比是多少？25. 电子回旋加速器比直线加速器有一突出优点是什么？26. 电子回旋加速器的原理是什么？27. 75V的交流电压接到回旋加速器的2个D端，要使质子获得30MeV的能量，要旋转多少周？质子质量增加多少？28. 用相对论公式，求一粒子的elapsed时间T，静止时为T’。粒子为质子，质量为1.5mo。29. 为保持28题中所述粒子同步加速，回旋加速器的外加频率f应改变多少？30. 一电子回旋加速器的回旋室直径为50cm，如果频率为3000MHz，电子在其中最多可被加速多少周？31. 从电子束产生的角度，比较电子回旋加速器与直线加速器的异同。电子回旋加速器是由哪个国家发明的？32. 回旋加速器中，带电粒子的上线能量由什么决定？怎样改进回旋加速器，使能量达到上限？这个部件是什么？33. 回旋加速器是怎样产生中子的？34. 若60Co的衰变能Q为2.8MeV，60Co源所能产生的最大X线能量是多少？平均能量是多少？35. 一个60Co源活度为10000Ci，制作的尽可能小，它的质量是多少？36. 空气中，10000Ci的60Co源，距源1m处的输出量是多少？37. 若60Co源为柱状，那么治疗时哪个部位面向患者？38. 60Co源半影的定义是什么？39. 60Co的几何半影与投射半影有何不同？40. 设SSD=100cm，源到准直器远端的距离为40cm，源的尺寸为2cm，求体内15cms深度处的几何半影是多少？41. 说明60Co源外照射时，电子污染的副作用是什么？χ（γ）线与物质的相互作用基本概念：电离，光束描述，光束衰减，系数：衰减系数，能量转化系数，能量吸收系数，能量散射系数，光电效应，康普顿效应，康普顿效应的特例，直接碰撞，相切（接触）碰撞，光子90o散射，康普顿效应对能量和原子序数的依赖性，电子对生成，湮灭辐射，电子对生成随能量和原子量的变化及各种相互作用的相对重要性。问答题：1. 当χ（γ）线与物质作用时，会发生什么反应，所释放的能量大部分最终以什么形式转换?答：相干散射、光电效应、康普顿效应、电子对效应、光核反应，所释放的能量大部分最终以热能形式2. 什么是电离？什么是离子对？离子本身能产生离子吗？什么是激发？答：中性原子获得正电荷、或负电荷的过程叫做电离，失去一个轨道电子的原子带正电，与逃逸的电子形成一对离子。如果入射粒子传递的能量不足以使电子从原子内击发出去，而仅被用来将电子能级提高的话，该过程叫做激发。3. 区分直接和间接电离的粒子，并举例九种带电粒子的名称。答：电子、质子和α粒子、β粒子等带电粒子被称作直接电离辐射线，中子、光子等不带电粒子是间接电离辐射线。4. 什么是δ射线？答：入射粒子沿介质中的电离径迹损失能量是以积少成多的方式逐步进行的，有时也偶然发生下述电离作用，使出射电子接受足够的能量产生它自己的次级电离径迹，这类电子叫做δ射线。5. 光子注量、光子注量率、能量注量、能量注量率的定义是什么？说明定义中所用符号的含义。答：光子注量Φ是用来描述进入某个位置电离粒子数量的物理量，单位是m-2，光子注量定义为：进入以某点为中心，且过中心的截面面积为的小球内的电离粒子的总数为，则此点的光子注量为：Φ=，光子注量率Φ是指单位时间内粒子注量的增量，也称为通量密度，单位是m-2s-1。能量注量Ψ就是指进入过球体中心的截面面积为的小球体内的所有粒子的能量总和（不包括粒子的静止能量）除以截面面积，即：，单位是Jm-2。能量注量率则是指单位时间内能量注量的增量，也称能量通量密度，单位是Jm-2s-1。6. 设入射光子为N，吸收介质厚度为dχ，有dN个光子被介质吸收，请定义线性衰减系数μ，并说明其单位。答：在某种特定条件下，光子数的减少与初始入射光子N和吸收体厚度dx成正比，用数学式表达：或，式中的是比例常数，称作衰减系数，负号表示透射光子数随吸收体厚度的增大而减少。上式也可以表达成光子束的强度I的变化：，如果厚度用长度单位表示，那么就称做线性衰减系数，如果厚度用厘米，的单位是1/cm或cm-1。7. 设初始光子数为No，经过厚度为χ的吸收介质后光子数为N，线性衰减系数为μ，请写出它们之间的关系式。答：8. 设初始χ（γ）线的强度为Io（单位为R），经过厚度为χ的吸收介质后强度为I，用上题中的μ，请写出Io与I之间的关系式。答：9. 半价层的定义是什么？请推出半价层HVL与线性衰减系数μ的关系。答：半价层（HVL）定义为χ、γ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厚度，HVL=㏑2/μ=0.693/μ10. 说明2与以e为底的自然对数㏑2的关系。答：e㏑2=211. 写出I与Io的关系式，以介质吸收厚度和HVL作为2的次幂。答：=12. 单能光子束的线性衰减系数为0.2/cm，通过4.3cm介质后，强度是原来的多少？HVL是多少cm?答：强度是原来的，13. 若一光子束的第二HVL是0.3cm，第一HVL是0.25cm，那么此光束是单能还是多能的？答：多能的14. 用2的指数形式公式，计算单能光子束通过HVL=3.1cm的吸收介质5cm后，强度是多少？答：，15. 从散射光子的角度，说明窄束辐射与宽束辐射有何不同？答：窄束是指只有未散射的射线到达器，宽束是指散射和未散射的射线线均到达检测器16. 用窄束辐射和宽束辐射分别测量同一光子源的HVL，哪一种测得的HVL小？答：窄束17. X线随着通过吸收介质厚度的加大，光子平均能量有什么改变？答：不变18. 设线性衰减系数为0.000001/μm，求每mm、cm、m的线性衰减系数是多少？答：，19. 光子通过介质的一般作用过程是什么？20. 运动的带电粒子通过介质，哪些作用过程会使其损失能量？电离粒子与介质相互作用所损失的大部分能量，最终表现为什么形式？21. 用线性衰减系数μ，密度ρ（g/cm3），原子序数Z，原子量Aw和阿佛加德罗常数Na，求出质量衰减系数，原子衰减系数，电子衰减系数，求每克电子束是多少？答：质量衰减系数，表示χ、γ光子与每单位质量厚度物质发生相互作用的概率，等于线性衰减系数除以物质密度之商。22. 设1.25MeV的碳或60Co的线性衰减系数为0.0578/cm，求质量衰减系数，原子衰减系数，电子衰减系数（密度为2.25g/cm3）是多少？将这些值转换成相应的SI单位制。23. 质能吸收系数的定义是什么？若已知质量衰减系数和质能吸收系数，那么质量散射系数是多少？24. 设光子束有106个光子，能量为1MeV，横截面积为0.5cm2，求其能量是多少J/cm2？如果光束发射需要0.4s，那么其能量通量率是多少？25. 若24题中的光束通过150cm的空气，质量衰减系数是0.006359kg/m2，，质能吸收系数为0.00278kg/m2，则在这150cm的路途上将损失多少光子？空气的密度ρ=1.2293kg/m3。26. 接25题，通过空气后，将有多少J的能量转换？有多少J的能量因空气而损失掉？光子损失的能量中，有多少J被散射掉？有多少J被空气所吸收？27. 线性能量转移系数和质量能量转移系数定义是什么？28. 线性能量转移系数和质量能量转移系数与线性能量吸收系数和质能吸收系数的关系是什么？在某一特殊位置，能量既没有吸收也未被散射，这部分能量将会产生什么影响？29. 吸收介质的原子序数Z对能量转移系数和能量吸收系数的关系有什么影响？30. 随着光束能量的增加，能量转移系数和能量吸收系数的关系有什么变化？31. 1克水中有多少电子？多少原子？有多少氧的电子和原子？有多少氢的电子和原子？32. 60Co水中HVL是多少？（线性衰减系数为0.06359/cm）33. 60Co空气中HVL是多少？（质量衰减系数为0.06359/cm）34. 屏蔽光子主要考虑屏蔽材料的质量（或重量），在比较两种屏蔽材料的相对屏蔽能力时，哪种系数最重要？35. 在水模中对60Co光束进行测量发现，随深度的增加，光束的平均能量减小，这是为什么？七、（续）1. 光束与物质相互作用，在放射肿瘤中，有几种主要形式？说出这些作用方式。2. 已知每一个相互作用过程的衰减系数，如何求出总的衰减系数？3. 从入射光束能量损失角度，相干散射和非相干散射的区别？4. 阐述光电效应的过程，并写出能量等式。5. 氮（Z=7）对50KeV和100KeV光子的光电效应截面分别为0.018103和0.018146cm2/g，截面与能量的关系指数是多少？6. 铝（Z=13）对50KeV和100KeV光子的光电效应截面分别为0.169186和0.018035cm2/g，截面与能量的关系指数是多少？7. 用题5和6的结果，分别求50KeV和100KeV时，铝与氮的光电效应截面之比的对数。8. 铝和硅（Z=14）的光电效应截面之比，在K边界猛增到11.93,11.25，从中可以看出Z与比率的关系怎样？9. 根据8题的结论，当进行X线诊断时，在一定能量下，造影剂的质量截面是否有可能比铅还大？也就是说，字啊一定的X线能量下，1克碘或造影剂所吸收的X射线比1克铅吸收的多，这种情况是否可能？10. 在进行浅层和深部放疗时，光电效应的主要副作用是什么？11. 如果铅的K边界的束缚能是88KeV，那么当入射光子的能量为250KeV,与K层电子发生光电效应时，光电子的动能是多少？K层的空位是如何被填上的？12. 若光子以10KeV、100KeV、1MeV、10MeV、100MeV、能量入射时，90o方向上散射光子的能量是多少？在90o方向上康普顿效应所产生的光子的最大能量是多少？13. 接12题，对于每种光子能量，电子发射的角度和能量各是多少？14. 接12题，对于每种光子能量，在180o方向上，散射光子的能量各是多少？在180o方向上，有康普顿效应产生的光子的最大能量是多少？15. 一个10MeV的光子发生康普顿效应，在22o方向上发射散射光子，求散射光子的能量是多少？求反冲电子的能量和角度是多少？16. 物质A密度为1.3g/cm3，电子密度为3.1×1023电子/克，物质B密度为1.7g/cm3，电子密度为3×1023电子/克，求这两种物质的每cm的相对康普顿衰减是多少？17. 由电子湮灭而产生的光子的波长是多少？18. 阐述原子核电场中的电子对生成过程。要发生这一过程，光子的最小阈值能量是多少？19. 阐述电子电场中的电子对生成过程。要发生这一过程，光子的最小阈值能量是多少？20. 在原子核电场电子对生成的过程中，初始光子的能量为E，正电子~电子对能够获得多少能量？正电子~电子对的发射方向与初始光子的夹角可能是多少？21. 电子对生成产生的正电子~电子对的初始动能是如何损失掉的？当正电子速度减慢并与物质相互作用时，会发生什么？22. 所发射的湮灭光子的方向角，最可能是多少？23. 10MeV时，氮的电子对生成系数为1.6×10-26cm2/电子,铝为2.86×10-26cm2/电子。氮和铝的密度分别为0.808g/cm3、2.699g/cm3,原子量分别为14.0067g/GAW、26.9815g/GAW。问电子对生成系数是如何受电子、原子的原子序数Z和线性系数、质量衰减系数的影响而变化的？（GAQ-克原子量）24. 原子序数大的材料，电子对生成截面小于原子序数小的，为什么？25. 氧的密度为1.14g/cm2，原子量为15.994，求光子能量为10MeV时，下列不同作用过程的电子截面，单位为cm2/电子：相干全部C1近似为0非相干全部C2=0.051非相干吸收C2a=0.0336电子对，原子核+电子C2=0.0182，电子对吸收C2a=0.0163光电效应C3=0求在此能量下的原子衰减系数、线性衰减系数和质量衰减系数。26. 若有1×106个光子，1cm内会有多少光子参与发生不同的作用过程？27. 在肿瘤放疗的能量范围内，使用光子最终消失的作用过程是什么？28. 能量为10KeV，100KeV，1MeV，10MeV，100MeV的光子在水中可能发生各种作用过程，分别以它们发生各种作用过程的几率进行排序？29. 在一个体积为1cm3的正方体盒中有一个电子，一束光子从盒的一侧入射，电子对此束的截面为1×10-24cm2，A． 如果光子数为1×10-26cm2，会有多少光子与盒中电子进行相互作用？假设每次作用后，电子仍在盒中B． 假设现将一碳原子放入盒中，其各电子截面同前，如果有1×1026个光子从盒的一侧入射，将有多少光子与盒中电子进行相互作用？C． 碳的密度为2.25g/cm3，如果将盒中装满碳，则盒中有多少碳原子？1×1026个光子入射，将有多少光子与满盒碳原子发生相互作用？D． 以上的光子在碳中的电子、原子、质量及线性衰减系数是多少？30. 对8MeV和80MeV光子，铝具有相同的衰减系数，在这两个能量下，以什么相互作用为主？31. 一个4cm的铝块，受到未知能量的光子的照射，铝块的衰减因子为0.478，铝密度为2.699g/cm3。求光束的能量？32. 60Co光子在水中的衰减系数为0.065/cm，求光子的平均路径长度？平均路径长度与线性衰减系数关系是什么？八、电离辐射的测量基本概念：历史，皮肤红斑剂量，伦琴，自由空气电离室，指形电离室，室壁有效原子序数，电离室刻度，理想电离室特征，实用指形电离室，电容电离室，电离室灵敏度，杆效应，Farmer电离室，静电计，弦线式静电计，外推电离室，平板电离室，饱和，复合效应，极化效应，环境因素，照射量测量问答题：1. 在过去，有哪些方法用于辐射照射的定量测量？2. 对放射剂量第一次进行定量采用的是什么方法？这个值用今天的剂量单位表示大约是多少？它与辐射质有什么关系？3. 放疗发展历程中什么技术的发展使题2中的单位不再使用？4. 60Co机和兆伏机有内置的剂量仪，用于测量机器输出的积分量，这个内置剂量仪是什么？5. 伦琴的定义是什么？伦琴的首次定义是什么？它与现用定义的关系是什么？答：最初伦琴R是指在标准温度和气压（20℃和760mmHg）高能光子束在每立方厘米的干燥空气中产生一个静电系单位（esu）的电荷。即1R=1esu/cm3。现在定义1R=2.58×10-4C/kg，其中电荷用库仑表示1esu=3.333×10-4C，空气中的体积改换成质量（标准温度和气压下1cm3重1.29×10-6kg）6. 在一定体积的空气中，对χ（γ）线进行电离测量，电子平衡指什么？电离室室壁的空气等效性是指什么？答：在辐射场内的小体积△V内，有体积内产生的次级电子从体积内逃逸出去，也有体积外产生的次级电子在体积内沉积能量，次级电子的最大射程为Rmax，和△V相距Rmax以内产生的次级电子皆有在△V内沉积能量的可能；如果逃逸出去的电子带走的次级电子动能和体积外产生的次级电子带入的动能相等，则认为此点存在电子平衡。电离室室壁的空气等效性是指室壁的有效原子序数与空气相同，室壁厚度必须等于或大于在室壁内所释放的电子的最大射程才能建立电子平衡。7. 在自由空气电离室中，测量点是指哪一点？（1） 收集体的中心；（2）χ（□）线的准直光阑缝隙；（3）任意点8. 在收集长度为20cm的自由空气电离室中，光阑缝隙面积为5cm2，60s测得5×10-6C，求照射量是多少R/s？空气密度为1.293kg/m3。9. 接8题，源至裂隙的距离为50cm，光阑缝隙至收集体中心的距离为20cm，求收集体中心的输出量是多少R/s？10. 在使用自由空气电离室测量时，经常要进行哪些修正？答：空气衰减校正，离子复合校正、温度、压力和湿度对空气密度影响的校正、散射光子导致电离的校正11. 用自由空气电离室所能测量的光子能量的上限是多少？为什么？答：用自由空气电离室测量高能X射线会遇到一些困难。当光子能量增大时，空气中所释放出的电子的射程也急剧增大。因此必须增大极板间距来维持电子平衡，但是，极板间距的加大又带来电场不均匀和离子复合等问题，虽然极板间距可采用高压空气的办法使之减小，但空气衰减、光子散射和离子收集效率降低等问题仍然存在，因此客观上对入射光子的能量有一个上限，超过该限度就无法对伦琴作出精确的测定，该限度是3Mev。12. 测量χ（γ）线的指形电离室的壁材料应具备哪些物理特点？答：室壁的有效原子序数与空气相同。13. 在对光子或电子进行测量时，指形电离室的最小厚度有由什么决定？答：建立电子平衡所需厚度14. 引起指形电离室中空气电离的大部分电子来自哪里？答：空气气腔中的电离电荷，是由其四周室壁中的次级电子所产生的15. 空气中某点的光电效应与Z2.85成比例变化，求这点的有效原子序数Z。16. 指形电离室在标准实验室进行刻度时，是否要将电离室室壁的厚度及其所造成的光子、电子衰减因素包含到校正系数中去？也就是说，在某一能量测量时，除了用刻度系数校准，用户是否还要考虑室壁对光子或电子的衰减？答：不需要17. 电离室腔体积为0.6cm3，室壁厚度适中，测一光束为5R，求产生了多少电荷？电离室对光子的衰减系数为0.985。答：照射量X=Q/（ρ·V·A）。X是照射量，Q是气腔中释放的电离电荷，ρ为气腔中的空气密度，V为气腔体积，A为传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于1。18. 电离室壁过后或过薄会对辐射测量产生什么影响？答：欲达到电子平衡必须有适当的壁厚，但是室壁在一定程度上对光子通量产生衰减，当壁厚比建立平衡或最大电离所的厚度小得多时，壁中产生的电子太少，因此，电离室响应低；而当壁厚超过平衡厚度时，因室壁对束流的衰减增大，电离室响应也因此减少。19. 什么是理想电离室的特点？20. 若电离室室壁塑料材料的原子序数Z略小于空气的有效原子序数Z，那么中心电极的原子序数应比空气大还是小？答：通常用做室壁的材料，为石墨、酚醛树脂和塑料，其有效原子序数略小于空气的有效原子序数，这种室壁材料在空气气腔中产生的电离电荷也会略小于自由空气电离室，为此，选用有效原子序数略大的材料，制成中心收集电极，并注意其几何尺寸和在空腔中的位置，可部分补偿室壁材料的不完全空气等效。21. 对某一能量的光子，测得以电离室室壁厚为函数的电离室响应曲线，将曲线外推，得到壁厚为0时，读数为1.05，当室壁厚度为最大建成厚度时，入射光子将被室壁衰减多少？答：照射量X=Q/（ρ·V·A）。X是照射量，Q是气腔中释放的电离电荷，ρ为气腔中的空气密度，V为气腔体积，A为传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于1。=1.05，A=1/1.0522. 电离室体积为2cm3，受到5RX线照射，会产生多少库仑的电荷？室壁衰减系数为0.98，空气密度为1.197kg/m3。答：照射量X=Q/（ρ·V·A）。X是照射量，Q是气腔中释放的电离电荷，ρ为气腔中的空气密度，V为气腔体积，A为传输系数，表示能量通过室壁的份额，其值略小于123. 测量χ（γ）线，什么是杆效应？答：电离室的灵敏度，也会受到电离室金属杆和电缆在电离辐射场中被照射范围的影响，因为电离室的金属杆和绝缘体和电缆，在辐射场中，会形成微弱的电流，叠加在电离室的信号电流中，形成电离室杆的泄露，这一效应称为杆效应。24. 如何测量杆效应？25. 什么是弦线式静电计？它常用于什么情况下的辐射测量？26. 描述弦线式静电计辐射测量系统，并说明这种系统更适于在温度高还是温度低的条件下使用？27. 源至电离室前壁的距离为49cm，到后壁的距离为51cm，求跨电离室的梯度是多大？28. 在决定电离室收集效率时，什么参数最重要？答：收集效应为电离室收集的电离离子对数与由电离辐射产生的电离离子对数之比。电离室的收集效应依赖于电离室的几何尺寸，工作电压的选择和正负离子对产生的速率。29. 什么因素影响电离室的极化效应？答：对给定的电离辐射，电离室收集的电离电荷会因收集极的工作电压极性的改变而变化，这种变化现象称为极化效应。当电离室正常工作在饱和区时，引起极化效应的主要原因是：（1）对指形电离室，因电离室电极结构的形式，造成空间电荷的分布依赖于电离室收集极的极性，因为正负离子的迁移率不同30. 为什么不能无限增加电离室的极端电压？为什么有上限电压？31. 用于决定开放空气电离室修正系数的气体法则是什么？请从这个法则中推出修正系数。32. 摄氏温度的零点在绝对温度中是多少？水的三态点在绝对温度和摄氏温度中各是多少？答：绝对温度T与摄氏温度t的关系是：T（K）=273.15+t(℃)。沸点：99.975℃（气压为一个标准大气压时，也就是101.375kPa）。凝固点：0℃三相点：0.01℃33. 在美国不同地方测得的气压分别为760、740、700和660mm汞柱，60Co机SSD=100cm，输出量均为80R/min，采用相同的开放空气电离室其气压校正前的修正系数为1，求不同气压条件下的修正系数？34. 开放空气电离室，测量60Co机的读数为100R，电离室刻度系数为1.02，此时气压为740mmHg，温度为25℃，如果蒸气压力为80mmHg，求温度压力TP修正系数，并求出修正后的输出量是多少？35. 标称输出=90R，复合校正系数=0.99，气压740mmHg，23℃，所用射野的杆效应修正系数=1.01，电离室刻度系数为1.01，求校正后的输出量是多少？36. 体积为0.6cm3的理想电离室，在标准温度、气压条件下，1R的60Co射线会产生多少库仑的电量？37. 使用标准实验室的现用术语，0.6cm3电离室的观察输出为5.26×109R/C。若用老术语刻度系数表示是多少？电离室衰减系数为0.985，空气密度为1.197kg/cm3。38. 1cm3的电离室刻度系数用老术语表示为0.98，若用现用术语，刻度系数是多少C/R？衰减系数=0.985，空气密度为1.197kg/cm3。39. 2cm3的理想电离室，受照1R将产生多少C的电量？衰减系数为0.985，空气密度为1.293kg/cm3。40. 在放射肿瘤学中电极间距可变的外推电离室应用于测量哪种辐射？答：外推电离室可用于特殊剂量测量，例如测量培养基浅表层剂量以及电子线和β粒子在入射体模表面的剂量测定41. 外推电离室在0.1cm间距时，读数为60R/min，0.05cm间距时，读数为45R/min，求光束的入射剂量？42. 将平板电离室置于60Co光束下，在入射极板上放置一薄层的组织等效塑料，问塑料的厚度多大时，读数最大？九、X线的质基本概念：半价层，滤过板，半价层的测量，峰值电压，有效能量，平均能量，兆伏级光束能量的测量，能谱测量问答题：1. 对X线束进行标识有哪些方法？哪种方法比较好？答：光子通量和能量通量、穿透介质的能力，描述X射线质的理想方式是详细描述它的光谱分布。2. 什么是半价层HVL？答：半值层HVL是是使束流强度衰减到它初始值的一半所需某种吸收体的厚度。3. 影响X线机半价层的因素有哪些？答：X线的半值层与线性衰减系数μ有关，HVL=0.693/μ，4. X线机的内置滤过与外加滤过有什么区别？对多数X线管，内置滤过的厚度约为多少？5. 如何对X线光束进行标识？对于浅层和深部X线束，建议使用什么指标？6. 复合Thoraes滤过板，由铝、铜、锡顺序排列组成，使用时，哪一边朝X线管，哪一边朝向患者？为什么使用Thoraes滤过板？是否要考虑L边界X线？7. 钨（原子序数W=74）的K边界光子能量约为多少kev？8. 为什么X线机在诊断和治疗时都要加滤过板？9. 在什么治疗能量范围内，半价层用铝来表示？在什么治疗能量范围内，半价层用铜表示？10. 推导出χ（γ）线半价层HVL与现行衰减系数的关系。11. 已知HVL=2.5mmAl，求线性衰减系数是多少？12. 已知线性衰减系数为0.2/mm，求X线束的HVL是多少？若要将X线强度衰减到0.05，需要多少mm的铝？13. 测量窄束射线的衰减，经过2.1mmAl后，I/I0=exp（-μ×2.1），求窄束的衰减系数是多少mm-1？宽束时，有相当于10%I0的散射线达到探测器，即I+IS=I0×0.6，求宽束时的HVL和衰减系数是多少？14. 多数电流KVp间接测量仪器不用于测量浅深部X线的KV，说出一用于测量正交电压X线机（Orthovoltage）峰值KV的方法，并说明此方法有什么局限性？15. 什么是X线束的有效能量？怎样确定？16. 什么是X线束的平均能量？怎样用光子注量和能量注量来确定？17. 一束光包括以下光子：N1=10000，E1=80Kev；N2=8000，E1=100Kev；N3=12000，E3=80Kev，根据光子注量和能量分布，求光束的平均能量？18. 有哪些方法用于决定兆伏级X线治疗机的峰值电子能量？19. 确定电子束峰值能量的最佳方法是什么？20. 对于兆伏级X线光子谱，在决定最大概率光子能量时，什么因素最重要，均整器的组成还是SSD？21. 对于兆伏级X线治疗机，要获得组织中或水中的HVL，射野应多大？22. 随X线射野的增大，组织中的HVL如何变化？为什么？23. 线性衰减系数为0.0658/cm，半价层为多少cm的Al？有效X线能量是多少？24. 一X线机在铝中的线性衰减系数为0.152/mm，HVL是多少？有效光子能量是多少kev?25. 0.5cm的铝可将光束强度衰减到46.7%，求X线机HVL是多少？有效光子能量是多少kev?26. 有效能量为1、5、10MV的X线束水中HVL分别是多少？27. 光子能量大于20Mev时，用铅测HVL会发生什么现象？为什么？28. 在使用浅深部X线治疗时，HVL还是峰值KV重要？29. 有如下光束：N1=100000，E1=100Kev；N2=50000，E1=200Kev；N3=150000，E3=300Kev，根据光子注量