[理学]第二章_辐射防护基础知识三——射线与物质相互作用.ppt

电离辐射与物质相互作用 核辐射与物质相互作用 重带电粒子与物质相互作用 ?射线与物质相互作用 ? 射线与物质相互作用 中子与物质相互作用 一、重带电粒子与物质的相互作用 1. 作用类型 概述—— 重带电粒子可与核外电子发生弹性碰撞，仅在其能量低于100eV时有意义，所以一般只考虑带电粒子与核外电子的非弹性碰撞。 重带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞的结果可使原子发生电离或激发。 1. 作用类型 1. 作用类型 1）电离（ionization)—— δ电子——α粒子与物质原子壳层电子直接碰撞时，可以产生高能电子的电离，出射的电子 δ电子可以使物质原子再电离或激发 1. 作用类型 电离密度（ionization density )： 带电粒子在单位路径长度上形成的离子对数，单位为离子对/厘米。 比电离应包括原电离和次电离产生的离子对 1. 作用类型 1. 作用类型 1. 作用类型 电离和激发两过程构成了重带电粒子在碰撞过程中的主要能量损失。 2.几个重要概念 2）带电粒子在物质中的射程 任何一种带电粒子在进入物质以后，通过与物质相互作用而不断地损失能量。如果物质的厚度是足够的，带电粒子最终将完全停留在物质中，这种现象称为物质对带电粒子的吸收，这种物质称为吸收物质。 带电粒子从进入物质到完全被吸收沿原入射的方向穿过的最大距离，称为该粒子在物质中的射程，常用符号R表示。 如果不指明在哪种物质中，而只是说“射程”多少，就是指粒子在标准状况下的空气中的射程。 2.几个重要概念 相同能量的同一种带电粒子在不同物质中的射程有经验公式： 式中ρa和ρb、Aa和Ab分别为物质a和物质b的密度与相对原子量。 2.几个重要概念 在其它物质中的射程R可用在空气中的射程Rair进行换算，其公式如下： 式中，A和ρ分别表示吸收物质原子的质量数和密度（单位为g/cm3），R的单位为cm。 2.几个重要概念 2.几个重要概念 3）射程歧离 一组单能粒子射程的平均值称为平均射程。 相同能量的粒子在同一种物质中的射程并不完全相同，这种现象称为射程歧离。 产生这种现象的原因—— 每两次碰撞间粒子穿过的距离以及每次碰撞使带电粒子失去的能量不完全相同，因而相同能量的粒子的射程不是一个定值。由于每个粒子都必须经过多次的碰撞，因此，各个粒子的射程间的相互差别并不很大。重带电子粒子的射程涨落一般都很小。 3. 阻止本领 带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能量损失。 把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量损失率，又称为阻止本领。常用符号 　　　　 表示。 脚标“ion”表示是由入射粒子使原子电离或激发所引起的能量损失。 3. 阻止本领 式中：Z：重带电粒子的电荷数； e：一个电子的电量，等于1.602×10-19C; Z：物质原子的原子序数； N：物质在单位体积中包含的原子数目； c：光速； V：重带电粒子的速度； me：电子的静止质量 I ：物质原子中电子的平均等效电离电位。 3. 阻止本领 (1) 　　　　与重带电粒子电荷数的平方成正比。如果α粒子和质子的速度相等，物质对α粒子的阻止本领是对质子阻止本领的4倍。带电粒子的电荷愈多，能量损失率愈大，穿透能力也就愈弱。 (2)　　　　 与带电粒子的质量无关。原因在于重带电粒子的质量比电子质量至少大1800倍。重带电粒子的质量与电子质量相比，都可以近似地被看成是无穷大。因此，重带电粒子的质量的确切数值就对阻止本领没有影响了。 3. 阻止本领 (3) 　　　　与重带电粒子的速度有关。当速度较小时，可以近似地认为电离能量损失率与速度的平方成反比，对数项的数值影响不大；当速度比较高时，　项变化很小，对数项的影响较大。 (4) 　　 与物质的电子密度NZ成正比。物质密度越大，物质中原子的原子序数越高，则此种物质对重带电粒子的阻止本领也越大。 二、β射线与物质相互作用 1. 与物质的相互作用 快速电子或β射线（正电子和电子）与物质发生三种相互作用：非弹性散射、弹性散射和轫致辐射。 由于电子的静止质量约是α粒子的1/7000，所以它与物质相互作用及在物质中的运动轨迹都与重带电粒子有很大差异。 快速电子在物质中的损失一般需考虑电离损失和轫致辐射损失。电子与原子核库仑场作用发生非弹性碰撞，产生轫致辐射，能量为几个MeV的电子在铅中的轫致辐射能量损失率接近电离损失率。 2. 弹性散射 弹性散射概念（简称散射）—— 电子穿过物质时，运动方向的改变虽与原子核和核外电子发生非弹性碰撞有关，但主要是由于原子核的库仑力作用而发生的弹性碰撞结果，发生弹性碰撞时电子的能量变化