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(shí)：6學(xué)時(shí)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(duì)效應(yīng) 基礎(chǔ)知識(shí)：帶電粒子與物質(zhì)相互作用的一般過(guò)程、帶電粒子與物質(zhì)相互作用的一般特點(diǎn)、粒子與物質(zhì)的相互作用、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(duì)效應(yīng)、核輻射對(duì)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(diǎn)、難點(diǎn)：、粒子與物質(zhì)的相互作用過(guò)程和特點(diǎn)、光電效應(yīng)的結(jié)果與儀器原理的關(guān)系、康吳散射的作用與幾率分配關(guān)系、射線在物質(zhì)中的衰減規(guī)律、1、劑量當(dāng)量的限值、

2、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，然后講解射線與物質(zhì)相互作用的過(guò)程。其中，與物質(zhì)相互作用過(guò)程等部分詳細(xì)講解。最后知道核輻射對(duì)人身體所產(chǎn)生的影響。主要參考書(shū)： 程業(yè)勛、王南萍等編著核輻射場(chǎng)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（E=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(duì)離子？ 2、RaE的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、試求ThC的射線通過(guò)物質(zhì)發(fā)生康普頓散射，其能量

3、損失25%，問(wèn)反沖電子能量多大？ 4、試求ThC的射線（E=2.62MeV），通過(guò)厚度為5cm、10cm鉛板時(shí)的衰減率。 5、測(cè)量射線的探測(cè)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(wèn)測(cè)得的散射相對(duì)強(qiáng)度如何？ 6、RaA的粒子在空氣中射程是4.62cm，試求在鉛中射程？（鋁的原子質(zhì)量是A=27，密度為=2.7g/cm3）。 7、如果入射光的波長(zhǎng)為0.02cm，通過(guò)物質(zhì)產(chǎn)生光電反應(yīng)，計(jì)算在入射前進(jìn)方向30度和90度方位得散射光子和反射電子的能量。 8、為什么粒子在空氣中的路徑時(shí)一條直線？ 9、用鋁片作射線吸

4、收實(shí)驗(yàn)，測(cè)得射程為1.05 g/cm2，求該射線的最大能量？ 10、已知線能量為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 一、 粒子與物質(zhì)的相互作用 粒子與物質(zhì)的相互作用的過(guò)程主要為電離和激發(fā) 粒子電離能量的損失率（-dE/dx） 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。 粒子在物質(zhì)中的射程（R）： 粒子在物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)，不斷損失能量。當(dāng)能量殆盡， 運(yùn)動(dòng)終止，所穿過(guò)的最大距離。 粒子射程對(duì)曲線A求微分得到曲線B，A曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)Rmax為最大射程。二、

5、射線與物質(zhì)的作用 射線在物質(zhì)中德主要作用過(guò)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）射線的散射 4）射線的射程和衰減軔致輻射（又稱軔致X射線）：粒子（電子）接近原子核時(shí)，受到庫(kù)侖場(chǎng)的作用，使速度迅速降低；一部份動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǎü庾樱贿@種作用過(guò)程稱為軔致輻射。 射線的射程和衰減 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，物質(zhì)對(duì)射線的吸收過(guò)可以近似用指數(shù)規(guī)律來(lái)表示： 第二節(jié) 射線與物質(zhì)相互作用 一、光電效應(yīng) 光子產(chǎn)生光電效應(yīng)的截面是a 則 式中：N可以由物質(zhì)的密度、原子質(zhì)量數(shù)和阿伏加德羅常數(shù)L0求出，即 稱為光電吸收系數(shù)，或光電吸收（效應(yīng)）截面 不同光子能量時(shí)光電子分布射線通過(guò)物質(zhì)，與物質(zhì)原子相碰撞

6、，可能使全部能量傳遞給原子，入射的射線（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(guò)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(dòng)方向的稱為彈性散射（又稱相干散射）； 散射后能量和運(yùn)動(dòng)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） 二、康普頓效應(yīng) 康普頓效應(yīng)示意圖入射射線與原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射線入射方向成角射出原子之外。損失能量之后的光子成角方向散射出去。 如果入射射線能量為E,散射能量為E，反沖電子能量為E0。根據(jù)能量和動(dòng)量守恒定律，三者

7、關(guān)系為： 式中：m為反沖電子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)具有的質(zhì)量；c為光速； 、 、mv為射線、散射射線和反沖電子的動(dòng)能。 三、電子對(duì)效應(yīng)當(dāng)入射光子的能量大于2m0v2時(shí)，入射光子在庫(kù)侖場(chǎng)作用下能量完全被吸收，電子從負(fù)能級(jí)躍遷到正能級(jí)，同時(shí)放出一對(duì)正、負(fù)電子，這就是電子對(duì)效應(yīng)。 電子對(duì)效應(yīng)示意圖 能量關(guān)系為： 式中： ； 、 、 分別為電子、 正電子、入射射線的能量。 四、射線在物質(zhì)中的衰減光子在物質(zhì)中穿行一段距離時(shí)，有的與物質(zhì)發(fā)生了相互作用，有的則沒(méi)有發(fā)生。經(jīng)過(guò)相互作用的光子數(shù)可用發(fā)生相互作用的幾率來(lái)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(shí)，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，入射初始射線強(qiáng)度（照射量率）為I0,在物質(zhì)