[經(jīng)濟學(xué)]第1章 電離輻射與物質(zhì)相互作用ppt課件

1、第一章、電離輻射與物質(zhì)相互作用第一章、電離輻射與物質(zhì)相互作用哈爾濱工程大學(xué)核學(xué)院第一節(jié) 帶電粒子與物質(zhì)相互作用一、射線與物質(zhì)的相互作用一、射線與物質(zhì)的相互作用 射線的種類很多，能量范圍也很寬，但普通只關(guān)注能量在10ev量級以上的輻射，能量大于這個最低能值的輻射稱作電離輻射。 1.輻射的分類 1帶電粒子的輻射：電子、正電子、質(zhì)子、粒子等。亦可稱為直接致電離輻射，帶電粒子經(jīng)過物質(zhì)時，沿著粒子徑跡經(jīng)過許多次的庫倫力的相互作用，將其能量傳送給物質(zhì)。 2非帶電粒子的輻射：電磁輻射射線和X射線和中子等。亦可稱為間接致電離輻射，X/射線或中子經(jīng)過物質(zhì)時，能夠會發(fā)生少數(shù)幾次相對而言較強的相互作用，把其部分或全

2、部能量轉(zhuǎn)移給它們所經(jīng)過物質(zhì)中的某帶電粒子，然后，所產(chǎn)生的快速帶電粒子再按直接致電離輻射的方式將能量傳送給物質(zhì)。 X/射線將其全部或部分能量傳送給物質(zhì)中原子核外的電子，產(chǎn)生次級電子；中子幾乎總是以核反響或核裂變過程產(chǎn)生次級重帶電粒子。中子的世界在中子看來，世界絕大部分都是空空蕩蕩的。中子有多大的能夠性和原子核發(fā)生反響？微觀截面微觀截面 Microscopic Cross section設(shè)有強度為設(shè)有強度為I # / cm2 s 的單能中子束平行入射到一薄靶上，的單能中子束平行入射到一薄靶上，該薄靶厚度為該薄靶厚度為 x，靶的核密度為，靶的核密度為N。平行中子束經(jīng)過薄靶后強度的變平行中子束經(jīng)過薄靶

3、后強度的變化量化量I正比于入射中子束的強度正比于入射中子束的強度I、靶的厚度、靶的厚度x及靶的核密度及靶的核密度N. xNIIxINI/xNII微觀截面微觀截面Microscopic cross section微觀截面表征了一個中子微觀截面表征了一個中子和一個原子核相互作用和一個原子核相互作用發(fā)生核反響的概率發(fā)生核反響的概率大小。大小。2222 # ARINcmcm scm scm微觀截面微觀截面Microscopic cross section2/ / /AR NNumber of reactions nucleus sNumber of incident neutrons cm sI每種類

4、型的核反響都有相應(yīng)的截面，用不同的下標(biāo)表示。每種類型的核反響都有相應(yīng)的截面，用不同的下標(biāo)表示。seinaftsaScattering Absorption Total 微觀截面工程中常用的單位：靶恩微觀截面工程中常用的單位：靶恩 (barn) ，1靶靶=10-24cm2中子束入射到厚靶上中子束入射到厚靶上Neutron beam incident on a thick targettAtdRIdNINdx在在x處處dx間隔內(nèi)單位面積間隔內(nèi)單位面積上發(fā)生反響的中子數(shù)為上發(fā)生反響的中子數(shù)為dxNxIINdxxIdxxIxdItt)()()()(宏觀截面宏觀截面Macroscopic cross s

5、ection N為單位體積內(nèi)原子核的數(shù)目。為單位體積內(nèi)原子核的數(shù)目。where N is the number density of the target nuclei in units cm-3N/#231cmcmcmdxxIxdIt)()(xteIxI0)(方程：方程：給定邊境條件下的解：給定邊境條件下的解：宏觀截面的物了解釋宏觀截面的物了解釋 表征了一個中子和單位體積內(nèi)一切的原子表征了一個中子和單位體積內(nèi)一切的原子核發(fā)生反響的概率大小。核發(fā)生反響的概率大小。 為一個中子在介質(zhì)內(nèi)穿行單位間隔與原子為一個中子在介質(zhì)內(nèi)穿行單位間隔與原子核發(fā)生反響的概率大小。核發(fā)生反響的概率大小。dxIdIN/

6、2.帶電粒子與靶物質(zhì)原子的碰撞過程帶電粒子與靶物質(zhì)原子的碰撞過程 在核工程和核技術(shù)運用領(lǐng)域內(nèi)，主要涉及輻射能量為在核工程和核技術(shù)運用領(lǐng)域內(nèi)，主要涉及輻射能量為幾幾kev到到20Mev的范圍內(nèi)。在這個能量范圍內(nèi)，帶電粒的范圍內(nèi)。在這個能量范圍內(nèi)，帶電粒子穿過靶物質(zhì)時主要經(jīng)過庫倫力與靶物質(zhì)原子發(fā)生相互子穿過靶物質(zhì)時主要經(jīng)過庫倫力與靶物質(zhì)原子發(fā)生相互作用，主要有四種作用方式。作用，主要有四種作用方式。1帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞 入射帶電粒子與物質(zhì)原子的核外電子經(jīng)過庫倫力作用入射帶電粒子與物質(zhì)原子的核外電子經(jīng)過庫倫力作用發(fā)生非彈性碰撞，引起原

7、子電離和激發(fā)。此過程中，核發(fā)生非彈性碰撞，引起原子電離和激發(fā)。此過程中，核外電子獲得能量，帶電粒子的能量減少，速度降低，經(jīng)外電子獲得能量，帶電粒子的能量減少，速度降低，經(jīng)過這種方式損失能量稱為電離能量損失。普通是帶電粒過這種方式損失能量稱為電離能量損失。普通是帶電粒子穿過物質(zhì)時損失能量的主要方式。子穿過物質(zhì)時損失能量的主要方式。 2帶電粒子與靶物質(zhì)原子核的非彈性碰撞帶電粒子與靶物質(zhì)原子核的非彈性碰撞 入射帶電粒子與物質(zhì)原子核經(jīng)過庫倫力的相互作用，入射帶電粒子與物質(zhì)原子核經(jīng)過庫倫力的相互作用，使入射帶電粒子遭到排斥或吸引，導(dǎo)致粒子的速度和方使入射帶電粒子遭到排斥或吸引，導(dǎo)致粒子的速度和方向發(fā)生變

8、化。當(dāng)帶電粒子加速或減速時必然會產(chǎn)生輻射，向發(fā)生變化。當(dāng)帶電粒子加速或減速時必然會產(chǎn)生輻射，因此，這種導(dǎo)致帶電粒子驟然變速時伴隨產(chǎn)生的電磁輻因此，這種導(dǎo)致帶電粒子驟然變速時伴隨產(chǎn)生的電磁輻射稱為軔致輻射，經(jīng)過這種方式損失能量稱為輻射能量射稱為軔致輻射，經(jīng)過這種方式損失能量稱為輻射能量損失。損失。3 3帶電粒子與靶物質(zhì)原子核的彈性碰撞帶電粒子與靶物質(zhì)原子核的彈性碰撞 帶電粒子與靶物質(zhì)原子核在庫倫力作用下發(fā)生彈性散射，帶電粒子與靶物質(zhì)原子核在庫倫力作用下發(fā)生彈性散射，即盧瑟福散射。這種過程不會使原子核激發(fā)也不會產(chǎn)生軔即盧瑟福散射。這種過程不會使原子核激發(fā)也不會產(chǎn)生軔致輻射，只是原子核反沖而帶走入射

9、粒子的一部分能量，致輻射，只是原子核反沖而帶走入射粒子的一部分能量，這種能量損失稱為核碰撞能量損失，這種阻止作用稱為核這種能量損失稱為核碰撞能量損失，這種阻止作用稱為核阻止。此過程是引起電子散射嚴(yán)重的主要要素。阻止。此過程是引起電子散射嚴(yán)重的主要要素。4 4帶電粒子與靶物質(zhì)原子核外電子的彈性碰撞帶電粒子與靶物質(zhì)原子核外電子的彈性碰撞 帶電粒子與靶原子核外電子的彈性碰撞過程只需很小的帶電粒子與靶原子核外電子的彈性碰撞過程只需很小的能量轉(zhuǎn)移。這種相互作用方式只是在能量極低能量轉(zhuǎn)移。這種相互作用方式只是在能量極低100ev100ev的的電子才會思索。因此，對粒子的能量損失奉獻很小，普通電子才會思索。

10、因此，對粒子的能量損失奉獻很小，普通忽略。忽略。3.帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失帶電粒子進入物質(zhì)后，受庫倫力相互作用損失能量的過程帶電粒子進入物質(zhì)后，受庫倫力相互作用損失能量的過程可以看成是被物質(zhì)阻止的過程，把某種吸收物質(zhì)對帶電可以看成是被物質(zhì)阻止的過程，把某種吸收物質(zhì)對帶電粒子的線性阻止身手粒子的線性阻止身手S定義為該粒子在資料中的微分能定義為該粒子在資料中的微分能量損失量損失dE除以相應(yīng)的微分途徑除以相應(yīng)的微分途徑dx，即：，即： 也可以稱為粒子的能量損失率，或比能損失。也可以稱為粒子的能量損失率，或比能損失。根據(jù)帶電粒子與靶物質(zhì)原子碰撞過程的分析，能量損失率根據(jù)帶

11、電粒子與靶物質(zhì)原子碰撞過程的分析，能量損失率由電離能量損失率由電離能量損失率Sion、輻射能量損失率、輻射能量損失率Srad及核碰撞及核碰撞能量損失率能量損失率Sn組成，故有：組成，故有：對不同的帶電粒子三種能量的損失方式所占的比重不一樣。對不同的帶電粒子三種能量的損失方式所占的比重不一樣。radnionradniondxdEdxdEdxdESSSS)()()(dxdES3.帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失將具有一定能量的質(zhì)子、氘核、將具有一定能量的質(zhì)子、氘核、粒子和粒子和介子等重帶電介子等重帶電粒子稱為快重帶電粒子，將一切粒子稱為快重帶電粒子，將一切z2并失去了部分電子并

12、失去了部分電子的原子和裂變碎片等粒子稱為重離子。的原子和裂變碎片等粒子稱為重離子。在我們所關(guān)注的能量范圍里，快重帶電粒子和重離子的在我們所關(guān)注的能量范圍里，快重帶電粒子和重離子的電離能量損失電離能量損失Sion都是最主要的能量損失方式，而輻都是最主要的能量損失方式，而輻射能量損失射能量損失Srad都可以忽略，快重帶電粒子的核碰撞都可以忽略，快重帶電粒子的核碰撞能量損失能量損失Sn普通很小，但重離子特別速度很低時普通很小，但重離子特別速度很低時的核碰撞能量損失的核碰撞能量損失Sn可與電離能量損失可與電離能量損失Sion相當(dāng)。相當(dāng)。對快電子來說，電離能量損失對快電子來說，電離能量損失Sion仍是能

13、量損失的重要仍是能量損失的重要方式，但輻射能量損失方式，但輻射能量損失Srad也占重要的位置，當(dāng)電子也占重要的位置，當(dāng)電子能量到達(dá)幾能量到達(dá)幾Mev時，二者幾乎相當(dāng)。由于電子的質(zhì)量時，二者幾乎相當(dāng)。由于電子的質(zhì)量小，核碰撞能量損失小，核碰撞能量損失Sn所占份額很小，但這會引起嚴(yán)所占份額很小，但這會引起嚴(yán)重的散射。重的散射。二、重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用二、重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 在我們感興趣的能量范圍內(nèi)大約0.1Mev到20Mev的重帶電粒子與物質(zhì)的主要相互作用有：1與原子的電子發(fā)生非彈性碰撞，導(dǎo)致原子電離和激發(fā)，但粒子的運動方向幾乎沒有什么變化；2電荷交換，即俘獲和損失電子；3與核的彈性

14、碰撞盧瑟福散射；4核反響。 呵斥能量損失的主要機制是電離和激發(fā)，即電離能量損失。但是離子的種類不同，相互作用的方式有所差別。1. 能量損失率能量損失率在思索相對論的情況下，從實際上推出：在思索相對論的情況下，從實際上推出：1. 能量損失率能量損失率關(guān)于上式的幾個結(jié)論：關(guān)于上式的幾個結(jié)論：1電離能量損失率與重帶電粒子電荷數(shù)電離能量損失率與重帶電粒子電荷數(shù)z2成正比。如成正比。如和質(zhì)子的速度相等，物質(zhì)對和質(zhì)子的速度相等，物質(zhì)對粒子的阻止身手是對質(zhì)子粒子的阻止身手是對質(zhì)子的的4倍。因此，帶電粒子的電荷越多，能量損失就越大，倍。因此，帶電粒子的電荷越多，能量損失就越大，穿透力越差。穿透力越差。2電離能

15、量損失率與入射粒子速度電離能量損失率與入射粒子速度v有關(guān)，而與質(zhì)量無有關(guān)，而與質(zhì)量無關(guān)。這是由于重帶電粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的靜止質(zhì)量。關(guān)。這是由于重帶電粒子的質(zhì)量遠(yuǎn)大于電子的靜止質(zhì)量。因此，只需兩種入射粒子的速度相等，并具有相等的電因此，只需兩種入射粒子的速度相等，并具有相等的電荷數(shù)，那么他們的能量損失率就相等。荷數(shù)，那么他們的能量損失率就相等。3電離能量損失率與物質(zhì)的電子密度電離能量損失率與物質(zhì)的電子密度NZ成正比。成正比。N表表示單位體積內(nèi)靶物質(zhì)的原子數(shù)，示單位體積內(nèi)靶物質(zhì)的原子數(shù)，Z是其原子序數(shù)，那么是其原子序數(shù)，那么單位體積內(nèi)的電子數(shù)是單位體積內(nèi)的電子數(shù)是NZ。物質(zhì)密度越大，物質(zhì)中原。

16、物質(zhì)密度越大，物質(zhì)中原子的原子序數(shù)越高，那么此種物質(zhì)對粒子的阻止身手越子的原子序數(shù)越高，那么此種物質(zhì)對粒子的阻止身手越強。強。4電離能量損失率與入射粒子的能量有關(guān)。 4Em0/M2m0v21. 能量損失率能量損失率2. 比電離比電離 帶電粒子穿過物質(zhì)時，經(jīng)過電離和激發(fā)產(chǎn)生許多電帶電粒子穿過物質(zhì)時，經(jīng)過電離和激發(fā)產(chǎn)生許多電子子離子對，把單位間隔上產(chǎn)生的平均離子對數(shù)稱作離子對，把單位間隔上產(chǎn)生的平均離子對數(shù)稱作比電離。比電離。3. 射程射程 帶電粒子在物質(zhì)中運動時不斷損失能量，最終會停留帶電粒子在物質(zhì)中運動時不斷損失能量，最終會停留在物質(zhì)中。它沿初始運動方向所行進的最大間隔稱作在物質(zhì)中。它沿初始運

17、動方向所行進的最大間隔稱作入射粒子在該物質(zhì)中的射程。入射粒子在物質(zhì)中行經(jīng)入射粒子在該物質(zhì)中的射程。入射粒子在物質(zhì)中行經(jīng)的實踐軌跡長度稱作路程。的實踐軌跡長度稱作路程。 重帶電粒子的質(zhì)量大，它與電子的相互作用不會導(dǎo)重帶電粒子的質(zhì)量大，它與電子的相互作用不會導(dǎo)致其運動方向有大的改動，其軌跡幾乎是直線，射程致其運動方向有大的改動，其軌跡幾乎是直線，射程根本等于路程。根本等于路程。3. 射程射程能量為能量為E0的帶電粒子的射程的帶電粒子的射程R可以表示為：可以表示為：普通用實驗測定。普通用實驗測定?？梢钥闯隽Ｗ拥挠嫈?shù)率可以看出粒子的計數(shù)率n從開場下降到降為零這段間隔內(nèi)從開場下降到降為零這段間隔內(nèi)被全部

18、吸收，把計數(shù)率下降為一半的透射間隔定義為粒被全部吸收，把計數(shù)率下降為一半的透射間隔定義為粒子的平均射程子的平均射程R0.對曲線對曲線a求導(dǎo)得到曲線求導(dǎo)得到曲線b，稱為微分曲線，代表單位路程上，稱為微分曲線，代表單位路程上的粒子數(shù)隨路程的分布，其峰值正好為平均射程的粒子數(shù)隨路程的分布，其峰值正好為平均射程R0。微分曲線分布的寬度表示射程的漲落，闡明一樣能量的微分曲線分布的寬度表示射程的漲落，闡明一樣能量的粒子在同一物質(zhì)中的射程并不完全一樣，這種漲落稱為粒子在同一物質(zhì)中的射程并不完全一樣，這種漲落稱為射程岐離。射程岐離。粒子在空氣中的射程數(shù)據(jù)總結(jié)出了半閱歷公式：粒子在空氣中的射程數(shù)據(jù)總結(jié)出了半閱歷

19、公式：4. 能量岐離能量岐離上面說到了射程岐離，產(chǎn)生此景象的根本緣由是重帶電上面說到了射程岐離，產(chǎn)生此景象的根本緣由是重帶電粒子沿其徑跡所經(jīng)受的碰撞次數(shù)和每次碰撞所損失的粒子沿其徑跡所經(jīng)受的碰撞次數(shù)和每次碰撞所損失的能量，都是一個隨機量，同樣此緣由導(dǎo)致了能量岐離能量，都是一個隨機量，同樣此緣由導(dǎo)致了能量岐離景象的出現(xiàn)。景象的出現(xiàn)。可以看出，同一能量的大量粒子在進入靶后，在不同深可以看出，同一能量的大量粒子在進入靶后，在不同深度處的能量岐離是不同的，進入靶越深，平均能量越度處的能量岐離是不同的，進入靶越深，平均能量越小，而能量分布越寬，岐離越嚴(yán)重。小，而能量分布越寬，岐離越嚴(yán)重。三、電子與物質(zhì)的

20、相互作用三、電子與物質(zhì)的相互作用 快速電子包括射線正電子和電子和單能電子束。由于電子的靜止質(zhì)量約是粒子的1/7000，所以與物質(zhì)的相互作用及在物質(zhì)中的運動軌跡都與重帶電粒子有很大的差別。 快速電子與物質(zhì)的相互作用有：1與原子的電子發(fā)生非彈性碰撞，引起原子的電離和激發(fā)；2核彈性庫倫散射，散射嚴(yán)重；3在電子減速或加速的過程中發(fā)射電磁輻射軔致輻射；4正電子或負(fù)電子的湮滅。 雖然電離和激發(fā)仍是重要的，但軔致輻射的作用不能隨意的忽略。并且在與軌道電子的一次作用中，可以損失相當(dāng)大份額甚至全部的能量，并顯著改動本人的運動方向。1. 電離損失電離損失快電子的能量損失率有電離損失和輻射損失組成?？祀娮涌祀娮拥哪?/p>

21、量損失率有電離損失和輻射損失組成。快電子與物質(zhì)相互作用的損失能量率遠(yuǎn)小于重帶電粒子，在一與物質(zhì)相互作用的損失能量率遠(yuǎn)小于重帶電粒子，在一樣的能量情況下，電子的速度遠(yuǎn)大于重帶電粒子的速度，樣的能量情況下，電子的速度遠(yuǎn)大于重帶電粒子的速度，因此，電子在單位路程上損失的能量遠(yuǎn)小于重帶電粒子。因此，電子在單位路程上損失的能量遠(yuǎn)小于重帶電粒子。描畫電離能量損失率的公式：描畫電離能量損失率的公式：2. 輻射損失輻射損失帶電粒子在原子核庫侖場中被減速或加速，其部分或全部帶電粒子在原子核庫侖場中被減速或加速，其部分或全部動能，轉(zhuǎn)變?yōu)檠永m(xù)譜的電磁輻射。其能量損失稱為輻射動能，轉(zhuǎn)變?yōu)檠永m(xù)譜的電磁輻射。其能量損失稱

22、為輻射損失。損失。電磁輻射的強度應(yīng)正比于電磁輻射的強度應(yīng)正比于z2Z2 NE /m2。對電子的輻射損。對電子的輻射損失率公式：失率公式：可以看出幾個結(jié)論：可以看出幾個結(jié)論：1輻射能量損失率與輻射能量損失率與m2成反比。粒子質(zhì)量越小，軔致成反比。粒子質(zhì)量越小，軔致輻射強度越大。輻射強度越大。2輻射能量損失率與輻射能量損失率與Z2成正比。電子打到高原子序數(shù)成正比。電子打到高原子序數(shù)的資料時更易產(chǎn)生軔致輻射。用于產(chǎn)生的資料時更易產(chǎn)生軔致輻射。用于產(chǎn)生X射線源。射線源。3輻射能量損失率與粒子能量輻射能量損失率與粒子能量E成正比。成正比。3. 能量損失能量損失快速電子在物質(zhì)中的能量損失率可表示為：快速電

23、子在物質(zhì)中的能量損失率可表示為：有公式可以看出：電子的能量低時，電離損失占有主要的有公式可以看出：電子的能量低時，電離損失占有主要的位置；而電子能量較高時，輻射損失就會越來越占有重位置；而電子能量較高時，輻射損失就會越來越占有重要作用。在相對論區(qū)，有：要作用。在相對論區(qū)，有：4. 彈性散射彈性散射電子穿過物質(zhì)時，運動方向的改動雖與原子核和核外電電子穿過物質(zhì)時，運動方向的改動雖與原子核和核外電子發(fā)生非彈性碰撞有關(guān)，但主要還是由于原子核的庫子發(fā)生非彈性碰撞有關(guān)，但主要還是由于原子核的庫倫力作用而發(fā)生彈性碰撞的結(jié)果。彈性碰撞過程中電倫力作用而發(fā)生彈性碰撞的結(jié)果。彈性碰撞過程中電子的能量變化很小，但方

24、向變化很大，這就是彈性散子的能量變化很小，但方向變化很大，這就是彈性散射。射。電子穿過物質(zhì)時要先后遭到許多次原子核的彈性散射作電子穿過物質(zhì)時要先后遭到許多次原子核的彈性散射作用，稱為多次散射。經(jīng)過多次散射后，散射角可以大用，稱為多次散射。經(jīng)過多次散射后，散射角可以大于于90，甚至能夠是，甚至能夠是180，通常把大于，通常把大于90的散射稱為反的散射稱為反散射。散射。fb隨反散射體厚度添加而增大，但厚度添加到一定程度隨反散射體厚度添加而增大，但厚度添加到一定程度后，后，fb到達(dá)飽和。到達(dá)飽和。5. 電子的吸收電子的吸收實驗闡明，對于不同的吸收介質(zhì)，實驗闡明，對于不同的吸收介質(zhì)，m隨原子序數(shù)的添加

25、隨原子序數(shù)的添加而緩慢的上升，對于同一種介質(zhì)，吸收系數(shù)而緩慢的上升，對于同一種介質(zhì)，吸收系數(shù)m與與粒子粒子最大能量親密相關(guān)。對鋁有如下閱歷公式：最大能量親密相關(guān)。對鋁有如下閱歷公式：max17Em6. 射線的射程射線的射程射線在低射線在低Z資料中的射程有如下閱歷公式，資料中的射程有如下閱歷公式， 當(dāng)當(dāng)0.01E 2.5Mev時：時： 當(dāng)當(dāng)E2.5Mev時：時： R0=0.530E-0.106 其中，射程其中，射程R0用質(zhì)量厚度表示，單位是用質(zhì)量厚度表示，單位是gcm-2，E為為粒子的最大能量，單位是粒子的最大能量，單位是Mev。EERln0954.027.10412.07. 正電子與物質(zhì)的相互

26、作用正電子與物質(zhì)的相互作用正電子在經(jīng)過物質(zhì)時，與核外電子及原子核相互作用，正電子在經(jīng)過物質(zhì)時，與核外電子及原子核相互作用，損失能量的主要過程和負(fù)電子一樣，即電離損失和輻損失能量的主要過程和負(fù)電子一樣，即電離損失和輻射損失。在吸收體中的徑跡類似于負(fù)電子，其能量損射損失。在吸收體中的徑跡類似于負(fù)電子，其能量損失率及射程也與初始能量相等的負(fù)電子一樣。失率及射程也與初始能量相等的負(fù)電子一樣。特點在于，在其慢化而快終止時，會與介質(zhì)中的電子發(fā)特點在于，在其慢化而快終止時，會與介質(zhì)中的電子發(fā)生湮滅而消逝，同時放出兩個光子。兩個湮滅光子能生湮滅而消逝，同時放出兩個光子。兩個湮滅光子能量均是量均是0.511Me

27、v，發(fā)生的方向相差，發(fā)生的方向相差180，即總動量是，即總動量是零。零。四、其它方式的輻射四、其它方式的輻射 上述討論了帶電粒子穿過介質(zhì)時的兩種主要的能量損失方式電離損失和輻射損失，這也是能量低于20Mev的帶電粒子與物質(zhì)相互作用損失能量的主要過程。 對于高能帶電粒子而言，除了上述過程外，還會引起切倫科夫輻射和穿越輻射。 切倫科夫輻射是快速帶電粒子的速度大于光在介質(zhì)中的速度而產(chǎn)生的。 穿越輻射是快速帶電粒子從一種介質(zhì)忽然穿越到另一種具有不同光學(xué)特性如不同介電常數(shù)的介質(zhì)時產(chǎn)生的輻射。 上述兩種輻射的能量損失與電離損失相比占的比例很小，特別是低能的粒子，完全可以不思索在能量損失之中，但是在高能物理

28、中有很重要的意義。第二節(jié)、光子與物質(zhì)的相互作用第二節(jié)、光子與物質(zhì)的相互作用作用方式：作用方式：光電效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)電子對效應(yīng)瑞利散射瑞利散射 1.光電效應(yīng) 光子與原子的一個束縛電子相互作用，并將本身一切能量轉(zhuǎn)移給此束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消逝。T光電子的動能；h入射光子的能量；EB電子的束縛能。BEhT 光電子打出后，在其原來的殼層產(chǎn)生一個空穴，并且原子處于激發(fā)形狀，這種激發(fā)形狀不穩(wěn)定，退激的過程有兩種：1特征X射線產(chǎn)額與Z有關(guān)2俄歇電子 圖1. 光電效應(yīng)、特征X射線和俄歇電子的發(fā)射表示圖 對于K殼層電子，發(fā)生光電效應(yīng)的截面為： 其中，C1、C2為常數(shù)?？梢?/p>

29、， 1原子序數(shù)Z越高越容易發(fā)生光電效應(yīng)； 2光子能量越高越不易發(fā)生光電效應(yīng)。2522527100)1()1(cmhZhCcmhZhCkk 光電子的角分布光電子的角分布 在光電效應(yīng)的實驗中，光子入射方向定為在光電效應(yīng)的實驗中，光子入射方向定為0o方向和方向和反方向上定為反方向上定為180o方向均未察看到光電子。方向均未察看到光電子。 1E很低時，光電子很低時，光電子 趨于趨于90o方向發(fā)射方向發(fā)射 2E添加時，光電子添加時，光電子 逐漸向前方向發(fā)射逐漸向前方向發(fā)射 圖圖2. 不同不同E時的光時的光電子角分布電子角分布 2.康普頓散射康普頓散射 對于能量比較高的對于能量比較高的射線，可以忽略原子殼

30、層電子的束縛射線，可以忽略原子殼層電子的束縛能而將它們視為自在電子，能而將它們視為自在電子，光子可與這些自在電子發(fā)生光子可與這些自在電子發(fā)生非彈性碰撞，稱為康普頓散射。非彈性碰撞，稱為康普頓散射。圖圖3. 康普頓散射表示圖康普頓散射表示圖 康普頓散射符合能量和動量守恒定律：康普頓散射符合能量和動量守恒定律： 其中，其中，是以電子的靜止能量是以電子的靜止能量0.511MeV為單位的入射光為單位的入射光子的能量，可知，當(dāng)子的能量，可知，當(dāng)E很大時，很大時， 定定值值 。2020sinsin)cos1 (1)cos1 (coscos)cos1 (11cmEcmhPchEEEEPchchEEEhhee

31、cos1511. 0E 當(dāng)當(dāng)=0o時時 ；=180o時時 Eemax即所謂的即所謂的“康普頓邊境?？灯疹D邊境。 和和?存在如下關(guān)系：存在如下關(guān)系： 康普頓散射截面：康普頓散射截面：0 eE,EE )(maxmin 21121 EEEEe2)1 (tgctg)()212(ln) 0(2020202020,cmhcmhhcmrZhrZZecc 可見，在光子能量很低時，康普頓散射截面與光子能量無關(guān)，僅與Z成正比，但當(dāng)光子能量較高時，截面與Z成正比，近似地與光子能量成反比。 當(dāng)入射光子能量添加時，康 普頓散射截面下降，但下降 速度比光電截面來得慢。 圖4. 電子的康普頓散射截面與 入射光子能量的關(guān)系

32、雖然電子康普頓反響截面隨入射光子能量升高而降低，雖然電子康普頓反響截面隨入射光子能量升高而降低，但康普頓電子所得到的平均能量和這種能量占入射光子能但康普頓電子所得到的平均能量和這種能量占入射光子能量的份額量的份額fa是隨是隨E升高而不斷添加的，因此可用康普頓散升高而不斷添加的，因此可用康普頓散射截面和的射截面和的fa乘積來表示乘積來表示“康普頓吸收截面?？灯疹D吸收截面。 康普頓電子的角分布康普頓電子的角分布 當(dāng)當(dāng)=0o變化到變化到180o時，時， ?=90o變化到變化到0o；康普頓電子；康普頓電子的角分布的前向散射的程度高于散射光子向前散射的程度。的角分布的前向散射的程度高于散射光子向前散射的

33、程度。 3.電子對效應(yīng)電子對效應(yīng) 當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過時，受核庫侖場的作用，轉(zhuǎn)化為當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過時，受核庫侖場的作用，轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負(fù)電子，而光子本身消逝，此種過程稱一個正電子和一個負(fù)電子，而光子本身消逝，此種過程稱為電子對效應(yīng)。為電子對效應(yīng)。圖圖5. 電子對效應(yīng)表示圖電子對效應(yīng)表示圖 光子的能量轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對的總能量動能加靜止能光子的能量轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對的總能量動能加靜止能量：量： 所以要生成電子對，光子能量必需大于所以要生成電子對，光子能量必需大于2m0c2=1.022MeV,剩余的能量剩余的能量h-2m0c2作為動能在正負(fù)電子間分配。作為動能在正負(fù)電子間分配。 正電子的湮

34、沒正電子的湮沒 正電子經(jīng)減速后就同負(fù)電子復(fù)合，并放出兩個能量為正電子經(jīng)減速后就同負(fù)電子復(fù)合，并放出兩個能量為0.511MeV的湮沒光子。的湮沒光子。)()(2020 cmEcmEh 在對能量較大在對能量較大1.5MeV1.5MeV的的光子進展輻射丈量時，湮光子進展輻射丈量時，湮沒光子的產(chǎn)生會對丈量結(jié)果呵斥一定影響：沒光子的產(chǎn)生會對丈量結(jié)果呵斥一定影響： 湮沒輻射峰湮沒輻射峰 單、雙逃逸峰單、雙逃逸峰 圖圖6.6.運用運用NaINaI探測器丈量探測器丈量24Na 24Na 射線射線 得到的脈沖幅度譜得到的脈沖幅度譜電子對效應(yīng)截面電子對效應(yīng)截面1能量較低時，能量較低時，p隨隨E線性線性 添加，高能

35、時，添加，高能時， p與光子與光子 能量的變化就緩慢一些；能量的變化就緩慢一些；2無論高能低能，都有無論高能低能，都有 關(guān)系。關(guān)系。 圖圖7. 電子對電子對效應(yīng)截面與效應(yīng)截面與E的關(guān)系的關(guān)系)ln)2202202cmhEZcmhEZp稍大于2Zp 4.瑞利散射瑞利散射 即相關(guān)散射，是光子同束縛電子間的散射，散射過程中即相關(guān)散射，是光子同束縛電子間的散射，散射過程中光子偏離原方向，但其能量根本上是不變的。光子偏離原方向，但其能量根本上是不變的。 瑞利散射截面瑞利散射截面 R隨隨E添加而急劇減少，添加而急劇減少，E200keV時，這種散射不能時，這種散射不能忽略；在忽略；在0o時，瑞利散射最強，普

36、通在時，瑞利散射最強，普通在30o范圍內(nèi)，相關(guān)范圍內(nèi)，相關(guān)散射效應(yīng)就大于非相關(guān)散射占主要位置。散射效應(yīng)就大于非相關(guān)散射占主要位置。3,)(2khZkR光子的減弱：光子的減弱： 光子在物質(zhì)中的衰減，是上述多種相互作光子在物質(zhì)中的衰減，是上述多種相互作用的結(jié)果，因此總的減弱系數(shù)為：用的結(jié)果，因此總的減弱系數(shù)為： 由于瑞利散射的散射角度很小，能量根本由于瑞利散射的散射角度很小，能量根本不變，可以看做光子未發(fā)生過任何作用，不變，可以看做光子未發(fā)生過任何作用，因此在寬束輻射中通?？珊雎砸虼嗽趯捠椛渲型ǔ？珊雎訰或或R值，值，而只思索光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對而只思索光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對效應(yīng)對

37、光子衰減的奉獻。效應(yīng)對光子衰減的奉獻。iRpckiRpckN)( 比較比較k、c 和和p可知：可知： 1三種效應(yīng)發(fā)生的幾率都隨三種效應(yīng)發(fā)生的幾率都隨Z值增大而增大，因此高原子序數(shù)的值增大而增大，因此高原子序數(shù)的物質(zhì)對光子具有更好的阻撓作用，這也是物質(zhì)對光子具有更好的阻撓作用，這也是NaI探測器探測效率比探測器探測效率比HPGe高的緣由高的緣由 2三者隨三者隨E的變化不盡一樣，的變化不盡一樣， k、c都隨都隨E添加而降低，但添加而降低，但k降低的速度要比降低的速度要比c快的多，快的多， p隨隨E的添加而增長的添加而增長 圖圖8. 光子三種效應(yīng)的優(yōu)勢區(qū)域光子三種效應(yīng)的優(yōu)勢區(qū)域 圖圖9. 鉛的鉛的射

38、射線截面線截面 射線衰減規(guī)律射線衰減規(guī)律 由由的定義可知的定義可知 兩個相關(guān)概念：兩個相關(guān)概念： 平均自在程平均自在程 半值層半值層xeEExdxExExd), 0 (),(),(),(00001693. 05 . 0lnHVL第三節(jié)、中子與物質(zhì)的相互作用第三節(jié)、中子與物質(zhì)的相互作用主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 作用機理作用機理 作用分類作用分類 反響截面反響截面1. 作用機理作用機理 中子與原子核的相互作用過程有三種：勢散射、直接相互中子與原子核的相互作用過程有三種：勢散射、直接相互作用和復(fù)合核的構(gòu)成。作用和復(fù)合核的構(gòu)成。1勢散射勢散射 最簡單的核反響，中子波和核外表勢相互作用，中子并最簡單的核反響

39、，中子波和核外表勢相互作用，中子并未進入靶核，而是將其本身的部分或全部動能傳給靶核，未進入靶核，而是將其本身的部分或全部動能傳給靶核，成為靶核的動能。成為靶核的動能。 勢散射時入射中子改動運動方向和能量，勢散射前后靶勢散射時入射中子改動運動方向和能量，勢散射前后靶核的內(nèi)能沒有變化，中子與靶核系統(tǒng)的動能和動量守恒，核的內(nèi)能沒有變化，中子與靶核系統(tǒng)的動能和動量守恒，所以勢散射是一種彈性散射。所以勢散射是一種彈性散射。2直接相互作用直接相互作用 入射中子直接與靶核內(nèi)的某個核子碰撞，使該核子從核入射中子直接與靶核內(nèi)的某個核子碰撞，使該核子從核里發(fā)射出來，而中子卻留在核內(nèi)。里發(fā)射出來，而中子卻留在核內(nèi)。

40、 中子要發(fā)生直接相互作用，必需求具有較高的能量，普中子要發(fā)生直接相互作用，必需求具有較高的能量，普通這種作用方式是不重要的。通這種作用方式是不重要的。3復(fù)合核的構(gòu)成復(fù)合核的構(gòu)成 入射中子被靶核入射中子被靶核 吸收構(gòu)成一個新核吸收構(gòu)成一個新核復(fù)合核復(fù)合核 ，復(fù)合核的構(gòu)成是中子與原子核發(fā)生作用的最重要方式。復(fù)合核的構(gòu)成是中子與原子核發(fā)生作用的最重要方式。XAZXAZ1 中子和靶核在質(zhì)心坐標(biāo)系的總動能中子和靶核在質(zhì)心坐標(biāo)系的總動能EC和中子的結(jié)合能和中子的結(jié)合能B構(gòu)成構(gòu)成復(fù)合核的激發(fā)能復(fù)合核的激發(fā)能EX ，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核有幾種衰變或分，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核有幾種衰變或分解方式：解方式：n，p反響反

41、響 n，反響反響n，n反響反響 n，n反響反響n，反響反響 n，f反響反響 圖圖10. 復(fù)合核的構(gòu)成和衰變復(fù)合核的構(gòu)成和衰變 共振景象共振景象 當(dāng)入射中子的能量具有某些特定值恰好使構(gòu)成的復(fù)合核當(dāng)入射中子的能量具有某些特定值恰好使構(gòu)成的復(fù)合核激發(fā)態(tài)接近一個量子能級時，構(gòu)成復(fù)合核的幾率截面激發(fā)態(tài)接近一個量子能級時，構(gòu)成復(fù)合核的幾率截面就顯著地增大，這種景象就叫共振景象。就顯著地增大，這種景象就叫共振景象。 由實驗室坐標(biāo)系的動能由實驗室坐標(biāo)系的動能EL和質(zhì)心坐標(biāo)系的動能和質(zhì)心坐標(biāo)系的動能EC關(guān)系式：關(guān)系式： 可知，當(dāng)可知，當(dāng)EC值等于復(fù)合核的一個量子能級與結(jié)合能值等于復(fù)合核的一個量子能級與結(jié)合能B之

42、之差時，中子反響截面會出現(xiàn)一個峰值，此差時，中子反響截面會出現(xiàn)一個峰值，此EC值對應(yīng)的值對應(yīng)的EL即為發(fā)生共振時中子的動能。即為發(fā)生共振時中子的動能。CAnALEMmME 2. 作用分類作用分類 由上節(jié)的機理分析，我們可把中子與原子核的相互作用由上節(jié)的機理分析，我們可把中子與原子核的相互作用分為兩大類：分為兩大類： 散射：有彈性散射和非彈性散射散射：有彈性散射和非彈性散射 吸收：包括輻射俘獲、核裂變、吸收：包括輻射俘獲、核裂變、n，、n，p反反響等。響等。 中子的散射中子的散射 1非彈性散射非彈性散射 入射中子的一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膬?nèi)能，使靶核處于入射中子的一部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膬?nèi)能，使靶核

43、處于激發(fā)態(tài)，然后靶核經(jīng)過發(fā)生激發(fā)態(tài)，然后靶核經(jīng)過發(fā)生射線又前往到基態(tài)，因此散射線又前往到基態(tài)，因此散射前后中子與靶核系統(tǒng)的動量守恒，但動能不守恒。射前后中子與靶核系統(tǒng)的動量守恒，但動能不守恒。 入射中子的能量必需高于某一數(shù)值才干發(fā)生，具有閾能入射中子的能量必需高于某一數(shù)值才干發(fā)生，具有閾能的特點，這種作用方式在快中子堆中比較常見。的特點，這種作用方式在快中子堆中比較常見。nXXnXAZAZAZ10*110)()( 2彈性散射彈性散射 彈性散射可分為共振彈性散射和勢散射，前者經(jīng)過復(fù)合彈性散射可分為共振彈性散射和勢散射，前者經(jīng)過復(fù)合核的構(gòu)成過程而后者不經(jīng)過；核的構(gòu)成過程而后者不經(jīng)過； 彈性散射過程

44、中，靶核內(nèi)能沒有變化，散射前后中子彈性散射過程中，靶核內(nèi)能沒有變化，散射前后中子靶核系統(tǒng)的動能和動量是守恒的；靶核系統(tǒng)的動能和動量是守恒的； 在熱中子反響堆中，中子從高能慢化到低能起主要作用在熱中子反響堆中，中子從高能慢化到低能起主要作用的是彈性散射。的是彈性散射。nXnXnXXnXAZAZAZAZAZ101010*110)( 中子的吸收中子的吸收 中子吸收反響的重要特點是中子消逝，是反響堆中影響中子吸收反響的重要特點是中子消逝，是反響堆中影響中子平衡的重要要素。中子平衡的重要要素。 1輻射俘獲輻射俘獲n， 發(fā)生在中子的一切能區(qū)，但低能中子與中等質(zhì)量核、重發(fā)生在中子的一切能區(qū)，但低能中子與中等

45、質(zhì)量核、重核作用易于發(fā)生這種反響，此反響往往伴隨較高的放射性。核作用易于發(fā)生這種反響，此反響往往伴隨較高的放射性。 XXnXAZAZAZ1*110)( 2n，、n，p等反響等反響 n，反響反響 此類反響的代表此類反響的代表 n，反響反響 此類反響的代表此類反響的代表HeYXnXAZAZAZ4232*110)( HeLinB427310105 HYXnXAZAZAZ111*110)( HNnO1116710168 3核裂變核裂變 反響堆內(nèi)最重要的核反響，反響堆內(nèi)最重要的核反響，233U、 235U、 239Pu和和 241Pu在各種能量中子作用下均能發(fā)生裂變，且低能中子在各種能量中子作用下均能發(fā)

46、生裂變，且低能中子作用下裂變能夠性較大，稱為易裂變同位素，而作用下裂變能夠性較大，稱為易裂變同位素，而232Th、238U、240Pu等只需在中子能量高于某一閾值時才干發(fā)等只需在中子能量高于某一閾值時才干發(fā)生裂變，稱作可裂變同位素。生裂變，稱作可裂變同位素。 常見的核裂變反響：常見的核裂變反響： 每次裂變釋放出約每次裂變釋放出約200MeV的能量。的能量。nXXUnUAZAZ10*2369210235922211)( 3. 反響截面反響截面 中子與原子核發(fā)生反響的截面與入射中子的能量和靶核中子與原子核發(fā)生反響的截面與入射中子的能量和靶核的性質(zhì)有關(guān)，對于大多數(shù)元素，核反響截面隨中子能量的性質(zhì)有關(guān)

47、，對于大多數(shù)元素，核反響截面隨中子能量E變化的特性大體上存在著三個區(qū)域：變化的特性大體上存在著三個區(qū)域： 1低能區(qū)低能區(qū)E1eV 在該區(qū)吸收截面隨在該區(qū)吸收截面隨E的減小而逐漸增大，即與中子的速度的減小而逐漸增大，即與中子的速度成反比，因此這個區(qū)域也叫成反比，因此這個區(qū)域也叫1/v區(qū)。區(qū)。 2中能區(qū)中能區(qū)1eVE10KeV 此處的中子反響截面通常都較小，多說情況下小于此處的中子反響截面通常都較小，多說情況下小于10bar，而且截面隨能量的變化變得比較平滑了。而且截面隨能量的變化變得比較平滑了。第二章 射線與物質(zhì)的相互作用第一節(jié)第一節(jié) 引言引言學(xué)習(xí)本章的意義學(xué)習(xí)本章的意義、等帶電粒子和物質(zhì)的相互

48、作用等帶電粒子和物質(zhì)的相互作用射線和射線和x射線等不帶電的粒子與物質(zhì)的相互作用射線等不帶電的粒子與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用指的是與物質(zhì)當(dāng)中的原子發(fā)生作用，即與原子核射線與物質(zhì)的相互作用指的是與物質(zhì)當(dāng)中的原子發(fā)生作用，即與原子核和核外電子發(fā)生的作用和核外電子發(fā)生的作用 射線與物質(zhì)相互作用的過程，經(jīng)典力學(xué)將其描畫為一個碰撞過程射線與物質(zhì)相互作用的過程，經(jīng)典力學(xué)將其描畫為一個碰撞過程 彈性碰撞：碰撞前后系統(tǒng)的動能之和相等彈性碰撞：碰撞前后系統(tǒng)的動能之和相等 非彈性碰撞：碰撞前后系統(tǒng)的動能之和不相等非彈性碰撞：碰撞前后系統(tǒng)的動能之和不相等射線與物質(zhì)的相互作用主要分為四類：射線與物質(zhì)的相互作用

49、主要分為四類：1. 射線與核外電子的非彈性碰撞：電離、激發(fā)射線與核外電子的非彈性碰撞：電離、激發(fā)電離：電離：入射的粒子將一部分能量經(jīng)過庫侖力傳送給了靶原子核外的電子。核外電子獲得入射的粒子將一部分能量經(jīng)過庫侖力傳送給了靶原子核外的電子。核外電子獲得能量足以抑制原子核對它的束縛而變成自在電子時，靶物質(zhì)的原子就變成了能量足以抑制原子核對它的束縛而變成自在電子時，靶物質(zhì)的原子就變成了一個失去電子的正離子，即靶物質(zhì)中的原子分別成了一個自在電子和一個正一個失去電子的正離子，即靶物質(zhì)中的原子分別成了一個自在電子和一個正離子。離子。假設(shè)發(fā)射出來的自在電子具有足夠的動能，還能夠與其它的靶原子核繼續(xù)發(fā)生碰假設(shè)發(fā)

50、射出來的自在電子具有足夠的動能，還能夠與其它的靶原子核繼續(xù)發(fā)生碰撞電離。撞電離。原子的最外層電子受原子核的束縛最弱，容易被電離。原子的最外層電子受原子核的束縛最弱，容易被電離。 假設(shè)原子的內(nèi)殼層電子假設(shè)原子的內(nèi)殼層電子(像像K層、層、L層電子層電子)被電離，便會在該殼層上留下空穴被電離，便會在該殼層上留下空穴,外外層的高能級電子就要向內(nèi)層的空穴躍遷層的高能級電子就要向內(nèi)層的空穴躍遷.多余的能量就會以特征多余的能量就會以特征x射線或者俄射線或者俄歇電子的方式發(fā)射出來。歇電子的方式發(fā)射出來。激發(fā)激發(fā): :假設(shè)入射粒子傳送給靶原子核外電子的能量還比較小，缺乏以使其電離，但依然假設(shè)入射粒子傳送給靶原子

51、核外電子的能量還比較小，缺乏以使其電離，但依然可以使其從低能級形狀向高能級形狀躍遷，其結(jié)果是使靶原子處于激發(fā)形狀?？梢允蛊鋸牡湍芗壭螤钕蚋吣芗壭螤钴S遷，其結(jié)果是使靶原子處于激發(fā)形狀。處于激發(fā)形狀的原子是不穩(wěn)定的，一定要發(fā)生退激而回到基態(tài)。退激時釋放出來處于激發(fā)形狀的原子是不穩(wěn)定的，一定要發(fā)生退激而回到基態(tài)。退激時釋放出來的能量以光的方式發(fā)射的能量以光的方式發(fā)射( (這就是受激原子的發(fā)光這就是受激原子的發(fā)光) )。這與原子核處于激發(fā)態(tài)，。這與原子核處于激發(fā)態(tài)，退激時發(fā)出退激時發(fā)出射線的本質(zhì)不同。射線的本質(zhì)不同。 入射粒子與核外電子發(fā)生非彈性碰撞，導(dǎo)致靶物質(zhì)中的原子電離和激發(fā)，是入射粒子與核外電子

52、發(fā)生非彈性碰撞，導(dǎo)致靶物質(zhì)中的原子電離和激發(fā)，是射線穿過物質(zhì)時損失能量的主要方式，稱之為電離損失射線穿過物質(zhì)時損失能量的主要方式，稱之為電離損失. . 2.2.射線與核外電子的彈性碰撞：散射射線與核外電子的彈性碰撞：散射 當(dāng)入射粒子的能量較低時，入射粒子與靶原子核外電子發(fā)生彈性碰撞，入射當(dāng)入射粒子的能量較低時，入射粒子與靶原子核外電子發(fā)生彈性碰撞，入射粒子改動其運動方向，核外電子的能量形狀沒有什么變化。通常把這種景象粒子改動其運動方向，核外電子的能量形狀沒有什么變化。通常把這種景象稱之為散射。稱之為散射。3.3.射線與原子核的非彈性碰撞：軔致輻射射線與原子核的非彈性碰撞：軔致輻射 入射粒子接近

53、靶物質(zhì)的原子核時，遭到靶原子核的吸引或者排斥，入入射粒子接近靶物質(zhì)的原子核時，遭到靶原子核的吸引或者排斥，入射粒子運動的速度和方向發(fā)生改動。隨著入射粒子能量的減弱，有一射粒子運動的速度和方向發(fā)生改動。隨著入射粒子能量的減弱，有一部分動能轉(zhuǎn)化成能量延續(xù)的電磁輻射部分動能轉(zhuǎn)化成能量延續(xù)的電磁輻射軔致輻射。入射粒子與原子核軔致輻射。入射粒子與原子核的這種相互作用叫做非彈性碰撞。的這種相互作用叫做非彈性碰撞。4.4.射線與原子核的彈性碰撞：吸收射線與原子核的彈性碰撞：吸收 入射粒子接近靶物質(zhì)的原子核時，改動了運動的速度和方向。碰撞后入射粒子接近靶物質(zhì)的原子核時，改動了運動的速度和方向。碰撞后入射粒子將

54、動能的絕大部分帶走。損失的能量并不產(chǎn)生電子，也不使入射粒子將動能的絕大部分帶走。損失的能量并不產(chǎn)生電子，也不使核激發(fā)，而是傳送給靶原子核，使其反沖。帶走大部分動能的入射粒核激發(fā)，而是傳送給靶原子核，使其反沖。帶走大部分動能的入射粒子可在靶物質(zhì)中繼續(xù)進展多次彈性碰撞，最后被阻止在靶物質(zhì)中。子可在靶物質(zhì)中繼續(xù)進展多次彈性碰撞，最后被阻止在靶物質(zhì)中。第二節(jié)第二節(jié) 重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 重帶電粒子：比電子質(zhì)量大的多的荷電粒子重帶電粒子：比電子質(zhì)量大的多的荷電粒子(粒子、質(zhì)子、氘核粒子、質(zhì)子、氘核 ). ).主要與物質(zhì)中靶原子核中的核外電子發(fā)生非彈性碰撞主要與物質(zhì)中靶原子

55、核中的核外電子發(fā)生非彈性碰撞( (使得原子發(fā)生電離或者激使得原子發(fā)生電離或者激發(fā)發(fā)) )。與原子核發(fā)生彈性碰撞的幾率很小。與原子核發(fā)生彈性碰撞的幾率很小; ;快速帶電粒子與靶原子核發(fā)生彈性碰撞損失的能量要比與靶原子的核外電子發(fā)生快速帶電粒子與靶原子核發(fā)生彈性碰撞損失的能量要比與靶原子的核外電子發(fā)生非彈性碰撞所損失的能量小三個量級。只是在入射的帶電粒子的能量很低時，非彈性碰撞所損失的能量小三個量級。只是在入射的帶電粒子的能量很低時，才需求思索由它與靶原子核的彈性碰撞引起的能量損失。才需求思索由它與靶原子核的彈性碰撞引起的能量損失。 碰撞后入射粒子的運動方向幾乎堅持不變。重的帶電粒子在物質(zhì)中的運動

56、徑跡近碰撞后入射粒子的運動方向幾乎堅持不變。重的帶電粒子在物質(zhì)中的運動徑跡近似直線。似直線。重帶電粒子的能量損失：重帶電粒子的能量損失：入射粒子的一部分能量轉(zhuǎn)移給核外電子，導(dǎo)致靶物質(zhì)原子電離或者激發(fā)?？焖偃肴肷淞Ｗ拥囊徊糠帜芰哭D(zhuǎn)移給核外電子，導(dǎo)致靶物質(zhì)原子電離或者激發(fā)?？焖偃肷淞Ｗ愚D(zhuǎn)移給核外電子的能量要比核外殼層電子的結(jié)合能大的多。把核外電射粒子轉(zhuǎn)移給核外電子的能量要比核外殼層電子的結(jié)合能大的多。把核外電子看成是靶物質(zhì)中的一個子看成是靶物質(zhì)中的一個“自在電子。入射帶電粒子與靶物質(zhì)核外電子之間自在電子。入射帶電粒子與靶物質(zhì)核外電子之間的作用可以看成是彈性碰撞。和快速入射粒子的運動相比，可以把靶原

57、子中的作用可以看成是彈性碰撞。和快速入射粒子的運動相比，可以把靶原子中作軌道運動的電子，在碰撞前看成是處于作軌道運動的電子，在碰撞前看成是處于“靜止形狀。靜止形狀。1222402024lnm vdEz e NZdxm vI1).能量損失率與入射粒子質(zhì)量無關(guān)，能量損失率與入射粒子質(zhì)量無關(guān)，而只與它的速度有關(guān)。而只與它的速度有關(guān)。2).能量損失率與入射粒子的電荷數(shù)能量損失率與入射粒子的電荷數(shù)平方成正比。平方成正比。3).能量損失率與靶物質(zhì)的能量損失率與靶物質(zhì)的NZ成正比。成正比。密度越大，原子序數(shù)越高的物質(zhì)，對密度越大，原子序數(shù)越高的物質(zhì)，對入射粒子的阻止身手越大。入射粒子的阻止身手越大。在中能區(qū)

58、在中能區(qū)0.2MeV20MeV，入射粒子能量的電離損失隨入射粒子能量的，入射粒子能量的電離損失隨入射粒子能量的添加而減??；在低于添加而減小；在低于500I的能量處，曲線有一最大值；在高能區(qū)的能量處，曲線有一最大值；在高能區(qū)20MeV, 入射粒子的速度接近于光速入射粒子的速度接近于光速c，電離能量損失率隨入射粒子能量的添加而緩，電離能量損失率隨入射粒子能量的添加而緩慢上升，在小于慢上升，在小于3mc2附近的能量處有一寬的極小值。附近的能量處有一寬的極小值。l 帶電粒子在物質(zhì)中運動時，不斷損失能量。待能量耗盡時，便停留在物質(zhì)帶電粒子在物質(zhì)中運動時，不斷損失能量。待能量耗盡時，便停留在物質(zhì) 中。中。

59、 l 入射粒子沿原來運動方向，從入射點到它終止點速度等于入射粒子沿原來運動方向，從入射點到它終止點速度等于0之間的直線之間的直線間隔，即入射粒子沿入射方向穿透物質(zhì)的深度，是路程在入射方向上的投影，間隔，即入射粒子沿入射方向穿透物質(zhì)的深度，是路程在入射方向上的投影， 稱之為入射粒子在該物質(zhì)中的射程，以稱之為入射粒子在該物質(zhì)中的射程，以R表示。表示。 l路程是指入射粒子在吸收體中所經(jīng)過的實踐軌跡的長度。路程大于或者等于路程是指入射粒子在吸收體中所經(jīng)過的實踐軌跡的長度。路程大于或者等于射程。射程。l1).入射粒子在吸收物質(zhì)中的射程入射粒子在吸收物質(zhì)中的射程R與其質(zhì)量與其質(zhì)量m及能量及能量E有關(guān)。入射

60、粒子質(zhì)量有關(guān)。入射粒子質(zhì)量越小，能量約大，速度越大，射程越長越小，能量約大，速度越大，射程越長l2).射程射程R和吸收物質(zhì)的電子密度和吸收物質(zhì)的電子密度NZ成反比。成反比。l粒子在空氣中的射程：粒子在空氣中的射程： l重帶電粒子在其它物質(zhì)中的射程：重帶電粒子在其它物質(zhì)中的射程：000ARRA 0302204VmmdvRze NZB320.318R cmE 粒子在某物質(zhì)中的射程為：粒子在某物質(zhì)中的射程為： 假設(shè)吸收物質(zhì)為化合物或混合物，假設(shè)吸收物質(zhì)為化合物或混合物，403.210ARR1122iiAWAWAWA 第三節(jié)第三節(jié) 電子與物質(zhì)的相互作用電子與物質(zhì)的相互作用 電子與物質(zhì)的相互作用主要有三