第1章-电离辐射与物质相互作用.pptVIP

结 射线与物质的相互作用 小结 射线(入射粒子)与靶物质原子核外壳层电子的非弹性碰撞 入射粒子与壳层电子的弹性碰撞 入射粒子与原子核的非弹性碰撞 入射粒子与原子核的弹性碰撞 重带电粒子(?粒子)与物质的相互作用 主要与核外壳层电子发生非弹性碰撞:使靶物质原子核电离或者激发-入射粒子能量发生电离损失; 与原子核弹性碰撞的几率很小,比与核外壳层电子发生非弹性碰撞的几率小3个量级,只在入射粒子能量很低时才需要考虑; 与原子核的非弹性碰撞引起的辐射能量损失也完全可以忽略不计. 小结 轻带电粒子(?电子)与物质的相互作用 低能电子与核外壳层电子发生非弹性碰撞:使靶物质原子核电离或者激发-入射粒子能量发生电离损失; 高能电子主要与原子核发生非弹性碰撞,产生轫致辐射损失能量; 入射电子与原子核发生弹性碰撞,入射粒子发生散射,改变运动的方向. 正电子与物质的相互作用 正电子与物质的相互作用与负电子与物质的相互作用?能量损失和射程大体相同. 区别:负电子在能量耗尽时,就停留在物质中被吸收;正电子的能量与周围物质达到热平衡时,在径迹的末端,被靶物质的负电子吸引,发生湮灭辐射,放出2-3个湮灭光子. 小结 带电粒子在吸收物质中的能量损失率 入射带电粒子，特别是?粒子和低能电子在吸收物质中主要引起电离,产生电子?离子对。 每产生一对电子－离子对所消耗的平均电离能只与吸收物质的性质有关，而与入射粒子的种类无关。电子在物质中产生一对电子－离子对所需要消耗的能量与α粒子相同。 带电粒子在吸收物质中穿过单位路程长度时的平均能量损失率与入射粒子电荷数平方成正比。?粒子的电离能量损失率比电子大, ?粒子的比电离值大,电离本领大,穿透能力弱。 高能电子在吸收物质中主要产生轫致辐射。随着能量的升高，辐射能量损失逐步占优势。 小结 带电粒子在靶物质(吸收物质)中的射程 ?粒子(重带电粒子)在物质中的射程近似为直线;径迹(路程)与射程近似相等; ?粒子在物质中的射程较短,?粒子在物质中的穿透本领小?易防护; ?电子在吸收物质中的电离能量损失率比?小，因此有比?更长的射程，穿透本领比?大，需要采用轻物质进行防护。 ?电子质量远小于?粒子，易受靶原子核的散射。经过多次散射，径迹曲折，路程远大于射程。 ?射线在空气中的射程很长(4MeV的?粒子射程长达15m)，通常用铝吸收片测量?粒子的射程. β射线在铝中的吸收也服从指数衰减规律： 小结 ?射线与物质的相互作用 ?光子不带电，?射线与物质的相互作用和带电粒子(包括电子)与物质的相互作用有显著的不同 。 ?射线与物质相互作用产生3种效应：光电效应、康普顿散射和电子对效应 光电效应：光子能量全部地转移给靶原子，由靶原子某一壳层飞出一个轨道电子?光电子，光子本身消失。光电子的能量等于入射光子的能量和壳层电子的结合能之差。光电效应通常发生在束缚最紧的k壳层电子上(80%) 光电效应的截面与?射线的能量成反比，与靶物质原子序数的5次方成正比。 康普顿散射：入射的?光子与壳层电子发生非弹性碰撞，把一部分能量转移给壳层电子，壳层电子获得能量，脱离原子核的束缚，变成反冲电子；入射光子能量减少，运动方向发生改变－被散射。康普顿散射总是发生在束缚得最松的外层电子上。 散射光子与入射光子之间夹角－散射角；反冲电子与入射光子之间夹角－反冲角。 散射角＝180度，散射光子沿与入射光子完全相反的方向散射；反冲电子沿入射光子的方向飞出－发生反散射，反冲电子能量达到最大。 入射光子能量低时，康普顿散射截面与入射光子能量无关，与吸收物质原子序数成正比；入射光子能量较高时，康普顿散射截面不仅与吸收物质原子序数成正比，还近似地与入射光子能量成反比。 电子对效应：入射光子从靶物质原子核旁边经过，在库仑场作用下，转化成1个正电子和1个负电子。 入射光子能量大于1.02MeV时才能发生电子对效应。入射光子能量小部分转变为电子对静止质量，其余转换为电子对动能。 电子对效应在壳层电子的库伦场中也能发生，但发生几率比在原子核库伦场中小103倍。 电子对效应产生的正负电子对在吸收物质中也通过电离损失和辐射损失消耗能量。正电子能量与周围物质达到热平衡时在径迹的末端发生湮灭，放出湮灭光子。 第小结 小结 电子对效应的截面与吸收物质原子序数的平方成正比；与入射光子能量成正比；当入射光子能量很大时，与入射光子能量的对数成正比。 对不同的吸收物质和不同的能量区间，三种效应的相对重要性不同： 1).对于低能?射线和原子序数高的物质，光电效应占优势。 2).对于中等能量的?射线和原子序数低的物质，康普顿效应占优势。 3).对于高能?射线和原子序数高的物质，电子对效应占优势。 ?射线的吸收： 入射光子穿过吸收物质时，通过3种效应损失能量，入射光子或者消失，或者被散射后改变能量，偏