射線與物質的相互作用

1、第二章 射線與物質的相互作用reciprocity of Radial and matter 學時：6學時基本內容： 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、康普頓效應、電子對效應 基礎知識：帶電粒子與物質相互作用的一般過程、帶電粒子與物質相互作用的一般特點、粒子與物質的相互作用、粒子與物質的相互作用、以及電離能量損失、光電效應、康吳散射、形成電子對效應、核輻射對人身體的影響、劑量當量的限值、防護基本原則和防護措施重點、難點：、粒子與物質的相互作用過程和特點、光電效應的結果與儀器原理的關系、康吳散射的作用與幾率分配關系、射線在物質中的衰減規(guī)律、1、劑量當量的限值、

2、防護基本原則 教學思路：先介紹帶電粒子與物質的相互作用，然后講解射線與物質相互作用的過程。其中，與物質相互作用過程等部分詳細講解。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，地質出版社，2005.吳慧山主編核技術勘查，原子能出版社，1998.李星洪等編著輻射防護基礎，原子能出版社，1982復習思考題： 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的射線通過物質發(fā)生康普頓散射，其能量

3、損失25%，問反沖電子能量多大？ 4、試求ThC的射線（E=2.62MeV），通過厚度為5cm、10cm鉛板時的衰減率。 5、測量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？（鋁的原子質量是A=27，密度為=2.7g/cm3）。 7、如果入射光的波長為0.02cm，通過物質產(chǎn)生光電反應，計算在入射前進方向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一條直線？ 9、用鋁片作射線吸

4、收實驗，測得射程為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%，應用多厚的鉛板？教學內容提要：第一節(jié) 帶電粒子與物質的相互作用 一、 粒子與物質的相互作用 粒子與物質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/dx） 能量損失率又稱為物質的阻止本領。 1）能量損失率與入射粒子的速度關系密切；速度大，能量損失率低。 2）能量損失率與NZ成正比。 粒子在物質中的射程（R）： 粒子在物質中運動，不斷損失能量。當能量殆盡， 運動終止，所穿過的最大距離。 粒子射程對曲線A求微分得到曲線B，A曲線與橫坐標的交點Rmax為最大射程。二、

5、射線與物質的作用 射線在物質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）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，受到庫侖場的作用，使速度迅速降低；一部份動能轉變?yōu)殡姶挪ǎü庾樱?；這種作用過程稱為軔致輻射。 射線的射程和衰減 實驗結果表明，物質對射線的吸收過可以近似用指數(shù)規(guī)律來表示： 第二節(jié) 射線與物質相互作用 一、光電效應 光子產(chǎn)生光電效應的截面是a 則 式中：N可以由物質的密度、原子質量數(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）截面 不同光子能量時光電子分布射線通過物質，與物質原子相碰撞

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，使結合能適當?shù)碾娮荧@得能量克服原子核的束縛（結合能）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，發(fā)射的電子稱為光電子。散射后能量不變的，僅改變運動方向的稱為彈性散射（又稱相干散射）； 散射后能量和運動方向都發(fā)生變化的散射，稱為康普頓散射（又稱非相干散射） 二、康普頓效應 康普頓效應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)能量和動量守恒定律，三者

7、關系為： 式中：m為反沖電子以速度v運動時具有的質量；c為光速； 、 、mv為射線、散射射線和反沖電子的動能。 三、電子對效應當入射光子的能量大于2m0v2時，入射光子在庫侖場作用下能量完全被吸收，電子從負能級躍遷到正能級，同時放出一對正、負電子，這就是電子對效應。 電子對效應示意圖 能量關系為： 式中： ； 、 、 分別為電子、 正電子、入射射線的能量。 四、射線在物質中的衰減光子在物質中穿行一段距離時，有的與物質發(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。 若吸收物質單位體積中原子數(shù)為N，密度為，入射初始射線強度（照射量率）為I0,在物質