《放射物理与防护》教学课件：4第四章1：X线与物质的相互作用.ppt

第二节 X线与物质相互作用的主要过程 一、光电效应 光电效应又称光电吸收，它是X线光子被原子全部吸收的作用过程。 * . X线与物质相互作用---光电效应 一）、光电效应的产生 当一个能量为hv的光子通过物质时，它与原子的某壳层中某个轨道上一个电子发生相互作用，把全部能量传递给这个电子，而光子本身则整个被原子吸收，获得能量的电子摆脱原子的束缚以速度v而自由运动，这种电子称为光电子，这种现象称为光电效应。 * . X线与物质相互作用---光电效应 K L M N hv光子 跃迁 特征辐射 光电子 Ee=hv-EB 光电效应 * . X线与物质相互作用---光电效应 放出光电子的原子变为正离子，原子处于激发态，其电子空位很快被外层电子跃入填充，同时放出特征X线。 有时，特征X线离开原子前，有击出外层的轨道电子，即“俄歇电子”。 * . X线与物质相互作用---光电效应 光电效应的实质：是物质吸收X线使其产生电离的过程。 在此过程中将产生的次级粒子有：光电子、正离子（产生光电子的原子）、新的光子（特征辐射光子）、俄歇电子。 * . X线与物质相互作用---光电效应 二）、光电效应的发生几率 光电质量衰减系数的表达式为： τm =c1/AZ4λ4 A是原子量； Z是物质的原子序数； C1是一个常数； λ是入射线的波长。 * . X线与物质相互作用---光电效应 光电效应的发生几率受以下几个方面的影响： 1.物质原子序数的影响 2.入射光子能量的影响 3.原子边界限吸收的影响 * . X线与物质相互作用---光电效应 1.物质原子序数的影响 与物质原子序数的4次方成正比，即 光电效应几率∝Z4 物质的原子序数越高，光电效应发生的几率就越大。 * . X线与物质相互作用---光电效应 对高原子序数物质由于结合能较大，不仅在K层，其他壳层电子也易发生光电效应。但对于低原子序数物质几乎都发生在K层。 在满足光电效应的能量条件下，内层比外层电子发生光电效应的几率可高出4-5倍。 * . X线与物质相互作用---光电效应 2.入射光子能量的影响 因为光电子的动能Ee=hv-EB，所以光电效应发生的能量条件是： 入射光子的能量hv必须等于或大于轨道电子的结合能EB，否则就不会发生光电效应。 * . X线与物质相互作用---光电效应 光电效应的发生几率与入射线波长的3次方成正比，说明与光子能量的3次方成反比，即： 光电效应几率∝1/（hv）3 * . X线与物质相互作用---光电效应 3.原子边界限吸收的影响 吸收系数（光电效应发生率）一般随入射光子能量的增大而降低，这就是说，波长较短，频率较高的射线的贯穿本领强。 * . X线与物质相互作用---光电效应 当入射光子能量增大到某一数值恰好等于原子轨道电子结合能时，吸收系数突然增加，这些吸收突然增加处称为吸收限。 * . X线与物质相互作用---光电效应 当光子能量等于原子K结合能时，发生K边界限吸收;等于L结合能时，发生L边界限吸收；等于M结合能时，发生M边界限吸收，但最重要的是结合能较大的K边界限吸收，因为光电效应主要发生在结合能较大的K层，而发生在其它层上的机会相对较少。 * . X线与物质相互作用---光电效应 三）、光电效应中的特征放射 这里讲的特征放射与X 线产生中的特征放射意思完全一样，唯一区别就是“子弹”不同。 在X线管中，击脱靶原子轨道电子的是从阴极飞来的高速电子； 靶原子的轨道电子在原子中具有确定的结合能，只有当入射高速电子的动能大于其结合能时，才有可能被击脱造成电子空位，产生特征X线。 * . X线与物质相互作用---光电效应 在光电效应中，则是X线光子。 它们共同的作用结果，都是造成电子空位产生特征辐射。 * . X线与物质相互作用---光电效应 人体软组织中原子的K结合能仅为0.5keV，发生光电效应时，其特征放射光子能量也不会超过0.5keV，如此低能光子，在同一细胞内就可被吸收而变为电子运动能。 * . X线与物质相互作用---光电效应 人体骨骼中钙的K结合能为4keV，发生特征辐射在零点几毫米内就会被吸收。 由此可见，在人体组织内发生的光电效应，其全部能量都将被组织吸收。 * . X线与物质相互作用---光电效应 四）、光电子的角分布 光电子出射的角度分布与入射光子的能量有关。 * . X线与物质相互作用---光电