第4章射線與物質(zhì)的相互作用3.4節(jié)

1、x、 射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 能量傳遞方式能量傳遞方式 ： x、射線是一種比紫外線的波長短得多的電磁波，它與物質(zhì)相互作用時，能產(chǎn)生次級帶電粒子（主要是電子）和次級光子，通過這些次級帶電粒子的電離、激發(fā)把能量傳遞給物質(zhì)； 能量損失方式：能量損失方式： x、射線與物質(zhì)相互作用， 不是通過多次小能量的損失逐漸消耗其能量，而是在一次作用過程中就可能損失大部分或全部能量； 作用過程：作用過程：在0.110mev能量范圍內(nèi)，主要的是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)； 射程：射程： x、射線在物質(zhì)中不存在射程不存在射程的概念。光電效應(yīng)光電效應(yīng) 能量為h的光子通過物質(zhì)時，與原子的某一殼層中的

2、一個軌道電子相互作用，把全部的能量傳遞給這個電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子（光電子）。此效應(yīng)稱為光此效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。電效應(yīng)。 光電效應(yīng)光電效應(yīng)發(fā)生光電效應(yīng)的條件有二： （1）入射光子的能量必須大于某殼層電子的結(jié)合能；即： e=h-be0 （2）為了滿足能量守恒和動量守恒，必須有第三者參加，即發(fā)射光電子后的整個原子參加。因此，自由電子不能吸收射線能量而成為光電子，射線只與受束縛電子才能發(fā)生光電效應(yīng)光電效應(yīng)光電效應(yīng) 束縛的越緊的軌道電子，發(fā)生光電效應(yīng)的幾率越大，所以k層和l層發(fā)生光電效應(yīng)的幾率最大；如果入射光子的能量大于k層電子的結(jié)合能，則k層電子發(fā)生光電效應(yīng)的幾率約為80%；

3、 發(fā)射光電子后留下的空穴被外殼層的電子填充時，將發(fā)射特征x射線、紫外可見光（熒光輻射），或發(fā)射俄歇電子（俄歇效應(yīng)）低能低能光子與高光子與高z物質(zhì)相互作用時，發(fā)生光電效應(yīng)占優(yōu)勢物質(zhì)相互作用時，發(fā)生光電效應(yīng)占優(yōu)勢。光電效應(yīng)光電效應(yīng)光電子的發(fā)射呈角分布，且和入射光子的能量有關(guān)。當(dāng)光子能量很低時，光電子與入射光子成900角射出的概率最大。隨著入射光子能量的增加，光電子的發(fā)射角變小?？灯疹D效應(yīng)康普頓效應(yīng) 能量為h的光子與原子內(nèi)一個軌道電子相互作用時，光子交給軌道電子部分能量后，其頻率發(fā)生改變并與入射方向成角散射（康普頓散射光子），獲得足夠能量的軌道電子與光子入射角成 角方向射出（康普頓反沖電子）。此種過

4、程稱康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)康普頓效應(yīng) 受原子核束縛得愈弱的軌道電子發(fā)生康普頓效應(yīng)的幾率愈大，在實際處理時，忽略軌道電子的結(jié)合能，把康普頓效應(yīng)看成是入射光子和自由電子的彈性碰撞，在這種彈性碰撞過程中，入射光子與散射光子和反沖電子之間，遵循能量守恒和動量守恒，并考慮相對論能量和動量的關(guān)系，可以推得散射光子的能量為：cos11ee2ehehecme上式中，上式中，e e 和和e e 分別為入射與散射光子的能量，分別為入射與散射光子的能量， 為散射角，為散射角，m me ec c2 2為電子的為電子的靜質(zhì)量能靜質(zhì)量能 = 0.511 mev = 0.511 mev?？灯疹D效應(yīng)康普頓效應(yīng) 當(dāng)

5、1時，e e 趨同于一定值。例如： mev25. 0914. 3121eeee mev0.5 957. 111eeee = =180時，時， = 90 = 90o o 散射光子的波長：散射光子的波長： )cos1 (cos111e2ecmhcmhceehccccmhec稱為電子的稱為電子的康普頓波長康普頓波長康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng) 由于入射光子的能量分配給散射光子和入射光子的能量分配給散射光子和反沖電子反沖電子，因此反沖電子的能量e等于入射光子的能量與散射光子的能量之差。cos11cos1 eeee當(dāng)當(dāng)180時，反沖電子的能量最大，為：時，反沖電子的能量最大，為：212 180cos11180c

6、os1oomaxeee電子對效應(yīng)電子對效應(yīng) 在原子核場或原子的電子場中，一個光子轉(zhuǎn)化成一對正、負(fù)電子，稱為電子對效應(yīng)電子對效應(yīng)電子對效應(yīng)電子對效應(yīng)發(fā)生電子對效應(yīng)的條件是： 1.在原子核場中，要求入射光子的能量h2mec2（1.02mev），在原子的電子場中，要求入射光子的能量hv4mec2（2.04mev）。 2.為了滿足電子對效應(yīng)過程中的能量守恒和動量守恒，必須有原子核或殼層電子參加。電子對效應(yīng)在原子核場中發(fā)生的幾率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在原子的電子場中發(fā)生的幾率。 射線三種主要相互作用與光子能量、吸收射線三種主要相互作用與光子能量、吸收物質(zhì)原子序數(shù)的關(guān)系物質(zhì)原子序數(shù)的關(guān)系射線在物質(zhì)中的減弱射線在物質(zhì)中

7、的減弱 光子束穿過一定厚度的物質(zhì)后，由于光子與物質(zhì)的核外電子或原子核的庫侖場發(fā)生各種相互作用后，有的被散射離開了原來的入射束，有的光子經(jīng)過多次相互作用，其全部能量轉(zhuǎn)移給了電子，本身不存在了本身不存在了，從而使原來入射束中的光子數(shù)被減少，這叫做射線在物質(zhì)中的減弱射線在物質(zhì)中的減弱，也稱之為“吸收”。這里所說的“吸收”與帶電粒子耗盡其能量后停留在物質(zhì)中所稱的吸收不同，這里的“吸收”是指光子把它的能量最終轉(zhuǎn)化為電子的動能后，光子本身不存了中子與物質(zhì)的相互作用中子與物質(zhì)的相互作用 輕元素（氫）可以作為快中子的良好減速劑； 在中子的防護中，常用含氫物質(zhì)和原子量小的物質(zhì)（水、聚乙烯、石蠟、石墨、氫化鋰）作為快中子的減速劑。 一個好的中子慢化劑（亦稱減速劑）除了要大以外，其彈性散射的截面也要大，而對中子的吸收截面必須很小。因此，在反應(yīng)堆中常用輕水、重水或石墨作慢化劑。在對快中子的屏蔽防護中，常選用含氫材料如水，石蠟等和石墨作為快中子的減速劑。輻射俘獲輻射俘獲 輻射俘獲又稱為（n,）反應(yīng)。中子射入靶核后，與靶核形成激發(fā)態(tài)的復(fù)合核，然后復(fù)合核通過放出一個或幾個光子而回到基態(tài)，不再發(fā)射其他粒子，中子被靶核吸收，此過程叫輻射俘獲輻射俘獲 對于慢中子和中能中子，主要的反應(yīng)是彈性散射和輻射