第二章射線與物質(zhì)的相互作用

1、第二章 射線與物質(zhì)的相互作用reciprocity of Radial and matter學(xué)時： 6 學(xué)時基本內(nèi)容： 基本概念：電離、激發(fā)、射程、平均電離能、能量損失、軔致輻射、光電效應(yīng)、康 普頓效應(yīng)、電子對效應(yīng) 基礎(chǔ)知識： 帶電粒子與物質(zhì)相互作用的一般過程、 帶電粒子與物質(zhì)相互作用的一般特 點、a粒子與物質(zhì)的相互作用、B粒子與物質(zhì)的相互作用、以及電離能量損失、光電效應(yīng)、 康吳散射、 形成電子對效應(yīng)、核輻射對人身體的影響、劑量當(dāng)量的限值、防護(hù)基本原則 和防護(hù)措施重點、難點：a、B粒子與物質(zhì)的相互作用過程和特點、光電效應(yīng)的結(jié)果與儀器原理的關(guān)系、康一一吳散射的作用與幾率分配關(guān)系、丫射線在物質(zhì)中的

2、衰減規(guī)律、1、齊憧當(dāng)量的限值、防護(hù)基本原則教學(xué)思路：先介紹帶電粒子與物質(zhì)的相互作用，然后講解丫射線與物質(zhì)相互作用的過程。其中，與物質(zhì)相互作用過程等部分詳細(xì)講解。最后知道核輻射對人身體所產(chǎn)生的影響。主要參考書： 程業(yè)勛、王南萍等編著核輻射場與放射性勘查，地質(zhì)出版社，2005. 吳慧山主編核技術(shù)勘查，原子能出版社，1998. 李星洪等編著輻射防護(hù)基礎(chǔ)，原子能出版社，1982復(fù)習(xí)思考題：1、比 較釙的 粒子( Ea =5 .3MeV )在 空氣中，鋁 中和鉛中得射程。在 空氣中 能量完全損耗能產(chǎn)生多少對離子？2、RaE的3射線譜得最大能量為1.17MeV，用鉛屏蔽，吸收90%需要厚度(mm 是多少？

3、3、試求ThC的丫射線通過物質(zhì)發(fā)生康普頓散射，其能量損失25%,問反沖 電子能量多大？4、試求ThC的丫射線(E=2.62MeV ),通過厚度為5cm、10cm鉛板時的衰 減率。5、測量丫射線的探測器與入射射線夾角成90度方向，分別使用137Cs( 0.662MeV )和 65Zn(1.114MeV )作 放射源，分 別以鋁和鉛作散射體，試 問測得 的散射相對強(qiáng)度如何？6、RaA的a粒子在空氣中射程是4.62cm，試求在鉛中射程？（鋁的原子質(zhì)3量是 A=27，密度為 p =2.7g/cm）。7、如果入射光的波長為0.02cm，通過物質(zhì)產(chǎn)生光電反應(yīng)，計算在入射前進(jìn) 方向30度和90度方位得散射光

4、子和反射電子的能量。8、為什么a粒子在空氣中的路徑時一條直線？9、用鋁片作B射線吸收實驗，測得射程為1.05 g/cm2,求該B射線的最大 能量？10、已知丫線能量為3 MeV ,如果吸收其能量得95%,應(yīng)用多厚的鉛板？教學(xué)內(nèi)容提要:第一節(jié)帶電粒子與物質(zhì)的相互作用粒子與物質(zhì)的相互作用 粒子與物質(zhì)的相互作用的過程主要為電離和激發(fā)粒子電離能量的損失率（-dE/dxdEdX ion244 z e 廠 NZ ln m°v2m°v2ln J能量損失率又稱為物質(zhì)的阻止本領(lǐng)。1 ）能量損失率與入射a粒子的速度關(guān)系密切；速度大，能量損失率低。2）能量損失率與NZ成正比。a粒子在物質(zhì)中的射程

5、（R） : a粒子在物質(zhì)中運(yùn)動，不斷損失能量。當(dāng)能量殆盡,運(yùn)動終止，所穿過的最大距離。0匚 dE/( dE/dx)對曲線A求微分得到曲線 B, A曲線與橫坐標(biāo)的交點 Rnax為最大射程。二、B射線與物質(zhì)的作用B射線在物質(zhì)中德主要作用過程是電離、軔致輻射和多次散射1 ）電離與激發(fā)2 ）軔致輻射3 ）B射線的散射4 ）B射線的射程和衰減軔致輻射（又稱軔致 X射線）：B粒子（電子）接近原子核時，受到庫侖場的作用，使 速度迅速降低；一部份動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǎü庾樱贿@種作用過程稱為軔致輻射。B射線的射程和衰減實驗結(jié)果表明，物質(zhì)對B射線的吸收過可以近似用指數(shù)規(guī)律來表示：l°e第二節(jié)丫射線與物質(zhì)相

6、互作用一、光電效應(yīng)丫光子產(chǎn)生光電效應(yīng)的截面是ta則aN式中：N可以由物質(zhì)的密度p、原子質(zhì)量數(shù)和阿伏加德羅常數(shù)Lo求出，即N L°/AT稱為光電吸收系數(shù)，或光電吸收（效應(yīng)）截面不同丫光子能量時光電子分布Y射線通過物質(zhì)，與物質(zhì)原子相碰撞，可能使全部能量傳遞給原子，入射的丫射線（光子）全部消失。能量在原子中分配，使結(jié)合能適當(dāng)?shù)碾娮荧@得能量克服原子核的束縛（結(jié)合 能）發(fā)射出去，并使原子受到反沖。 這樣的作用過程稱為光電效應(yīng)，發(fā)射的電子稱為光電子。散射后能量不變的，僅改變運(yùn)動方向的稱為彈性散射（又稱相干散射）；散射后能量和運(yùn)動方向都發(fā)生變化的散射，稱為康普頓散射（又稱非相干散射）入射丫射線與原

7、子的殼層電子相碰撞，將一部分能量傳給電子， 使獲得的能量的電子沿丫射線入射方向成0角射出原子之外。損失能量之后的光子成B角方向散射出去。如果入射丫射線能量為 Ey ,散射能量為Ey，,反沖電子能量為 曰。根據(jù)能量和動量守恒 定律，三者關(guān)系為：e e / Eoe E/cos mvcosccE /sinmvsi nc式中：m為反沖電子以速度v運(yùn)動時具有的質(zhì)量；c為光速；、mv為丫射線、散射射線和反沖電子的動能。三、電子對效應(yīng)當(dāng)入射光子的能量大于 2mv2時，入射丫光子在庫侖場作用下能量完全被吸收，電子從 負(fù)能級躍遷到正能級，同時放出一對正、負(fù)電子，這就是電子對效應(yīng)。能量關(guān)系為：Ee Ee 2m°c2 E式中：2m0c2 1.022MeVEe、Ee、E 分別為電子、 正電子、入射丫射線的能量。四、丫射線在物質(zhì)中的衰減光子在物質(zhì)中穿行一段距離時，有的與物質(zhì)發(fā)生了相互作用，有的則沒有發(fā)生。經(jīng)過相互作用的光子數(shù)可用發(fā)生相互作用的幾率來表示。線衰減系數(shù)就是入射光子在物質(zhì)中穿行單位距離時，平均發(fā)生總的相互作用的幾率。若吸收物質(zhì)單位體積中原子數(shù)為 N,密度為p,入射初始丫射線強(qiáng)度 （照射量率）為I o, 在物質(zhì)厚度為x處，測得丫射線強(qiáng)度為I