电离辐射能量在物质中的转移过程.ppt

辐射剂量与防护 授课单位：核工程技术学院 授课专业：核工程、核技术 授课教师：田丽霞 前言 第一节 带电粒子与物质的相互作用 第二节 X/γ射线能量与物质的相互作用 第三节 不带电粒子与物质的相互作用系数 第四节 中子与物质的相互作用 第五节 总结本章中各个物理量之间的关系 前言 电离辐射能量在物质中的转移，是通过辐射与物质原子、原子核、电子的相互作用实现的。 相互作用的结果会产生一个或多个次级粒子，导致电离辐射能量在不同的粒子载体传递和转变； 例如：不带电粒子的能量，可以变为带电粒子的能量；带电粒子又可以传递能量到其它带电粒子如粒子，也可以通过韧致辐射等转换为光子的能量； 根据辐射在物质中穿行单位距离，造成的辐射能量的转移程度，带电粒子采用碰撞/辐射/总阻止本领，而不带电粒子则用能量转移系数、能量吸收系数等来描述。 前言 第一节 带电粒子与物质的相互作用 第二节 X/γ射线能量与物质的相互作用 第三节 不带电粒子与物质的相互作用系数 第四节 中子与物质的相互作用 第五节 总结本章中各个物理量之间的关系 第一节 带电粒子与物质的相互作用 一 相互作用类型 二 作用过程中的能量转移简述 三 阻止本领 四 散射本领 五 射程 六 产生一对离子所消耗的平均能量W 一 相互作用类型 1.1 非弹性碰撞 主要类型：电离，激发； 作用距离：考虑a，b量级，又可以描述为硬碰撞，软碰撞； 1.1 非弹性碰撞（续） a) 硬碰撞：此时b~a，每次作用能量损失大。 b) 软碰撞：此时ba，此时入射粒子是与整个原子作用，因此又成为“核”碰撞，每次作用损失能量小； c)契伦科夫辐射——在透明介质中，当粒子速度 v c/n（n是材料的折射率），粒子的部分能量以相干的蓝-白光发射。 1.2 辐射相互作用 主要类型： a) 韧致辐射，针对所有带电粒子；； b) 粒子湮灭（湮没），针对特定粒子； 1.2 辐射相互作用（续） a) 轫致辐射（Bremsstrahlung） 定义：此时 ba，受原子核电场作用产生加速度，带电粒子以一定几率辐射电磁波，本身损失能量。 发射几率P： 正比于 z2Z2M-2 释放能量E：正比于Z2 m-2 ， 并且随带电粒子的能量增大而增大。 关注对象：高能电子 1.2 辐射相互作用（续） b)湮没辐射 普通湮灭：正电子动能耗尽，此时与电子相互作用，生成两个光子（2*0.511MeV）。 飞行湮没：高能正电子在飞行过程中与电子湮灭，剩余动能也交给湮灭光子（2*0.511Mev + ΔEk） 。 总结 韧致辐射是高能电子的能量损失主要方式； 重带电粒子质量较大，韧致辐射能量损失可忽略。 1.3 弹性碰撞 前提条件：此时ba； 定义：带电粒子受原子核库仑场作用，仅仅改变运动方向； 分析： 在ba情况下，可以产生轫致辐射，但更多的是弹性碰撞（弹性散射），此时作用体系总动能不改变；两种作用存在概率竞争问题。 弹性碰撞作用传递的能量很少。 1.4 其它相互作用 1.4.1 核相互作用 主要是针对高能的带电粒子，例如(p，n)，(p ，2p )等； 具体量化情况如反应的发生能量阈值，发生概率等见《原子核物理》相关章节。 1.4 其它相互作用（续） 1.4.2 电子对生成 定义：此时ba，入射带电粒子与靶核发生电磁互相作用，可以直接产生电子对。 发生能量阈值：入射粒子 的动能远大于其静止能量时，这一过程才是重要的。 发生概率：对电子而言，此过程发生的几率远小于轫致辐射、核反应的几率。 第一节 带电粒子与物质的相互作用 一 相互作用类型 二 作用过程中的能量转移简述 三 阻止本领 四 散射本领 五 射程 六 产生一对离子所消耗的平均能量W 二 作用过程中的能量转移简述 2.1 与物质原子、分子弹性碰撞 2.2 与束缚电子的非弹性碰撞 2.3 韧致辐射 2.1 与物质原子、分子弹性碰撞 弹性碰撞的作用是：导致相碰粒子间的动能交换，增加了物质分子不规则运动的动能，使物质内能增加，温度升高。 带电粒子的部分能量直接变成了热能（内能）。 2.2 与束缚电子的非弹性碰撞 非弹性碰撞：使物质原子激发，电离； 电离过程中释放的带电粒子能量不一，如果能量超过某定值Δ(一般为100eV)，那么带电粒子可以明显偏离初始运动方向且穿越一段路程，进一步引起其它原子激发/电离，此类电子称为 δ粒子； 注意：电离过程中带电粒子损失的能量并非直接沉积在当地，而是有很大一部分被δ粒子散播到其它位置。 被电离、激发的原子在退激时可能释放俄歇电子、特征X射线等。 2.3 韧致辐射 带电粒子的部分能量将转换为辐射（光子）能量，这些光子将有机会到达比带电粒子本身及δ粒子更远的位置，并在运动过程中消耗掉自身能量； 如果这些光子够大，应该视为独立粒子，