射線與物質相互作用

第五節(jié)

射線與物質的相互作用

前面介紹了放射性核素會放出α、β

、γ

和中子等射線。掌握各種射線與物質相互作用的規(guī)律有三方面意義：(1)對射線進行必要的防護，以免對人體造成危害；、、、、(2)對各種射線加以利用，使之用來治病、診斷和測厚、探傷及育種等等；、、人頭核磁共振圖(3)以便制造出各種有效的探測器械。原子核在衰變過程中發(fā)出的各種射線通過物質時，將和物質發(fā)生的一系列相互作用。、、、、粒子軌跡圖一、γ射線與物質的相互作用：

γ射線是電磁波，波長比X

射線更短。γ

射線透過物質時將會逐漸減弱，其強度隨吸收物的厚度按指數(shù)規(guī)律衰減：

、、γ

線衰減有兩種原因，一是吸收，二是散射(改變方向，沒有能量散失)，因此μ是由兩部分構成的。

γ

光子進入物質被吸收的方式有以下幾種：光電效應、康普頓散射和電子對生成。1．光電效應(photoelectriceffect)——

當γ

光子與物質中原子相互作用時，將其全部能量交給原子中的內層電子(主要是

K

殼層電子，也可以是

L

殼層或其他殼層的電子)，電子獲得能量后，隨即脫離原子而飛出。光電效應——

K

殼層電子獲能后，飛出原子。K層2．康普頓散射效應

——

能量較大的γ

光子與原子中比較外層的、束縛不太緊密的電子相碰撞時，γ

光子將其部分能量傳給較外層的電子，使之脫離原子成為反沖電子，而γ光子由于損失一部分能量，就改變了頻率和運動方向。M層電子飛出原子。γ光子損失部分能量，改變了頻率和運動方向。M層對于散射作用來說，入射光束在其前行方向上的射線強度有明顯的減弱。3．對電子生成(pair

production)

——入射光子的能量大于兩個電子的靜止質量所對應的能量(大于1.02MeV)，光子經過原子核附近時，在原子核場的作用下會轉化為一個正電子(positron)和一個負電子，這一現(xiàn)象叫做對電子生成。光子能量一部分轉變?yōu)檎⒇撾娮拥撵o止質量外，剩余能量轉化為正、負電子的動能。雖然在真空中正電子是穩(wěn)定的，但它在物質中卻不能長期存在，正電子與物質中的原子碰撞后將逐漸失去其動能。4.電子對湮滅(pairannihilation)

——

正電子與一個負電子結合，并一起化為兩個反方向飛行的、同能量（0.511MeV）的光子對。軔致輻射——

當帶電粒子深入物質后，受到原子核的阻擋，其速度突然銳減而將其損失的動能以光子的形式輻射出來。

三、不同物質對各種射線的吸收：1、α粒子的吸收用兩、三張普通的紙，就可把α粒子吸收掉。2、β粒子的吸收阻止β

粒子通過吸收物的厚度，決定于該物質密度和電子的初動能。3、γ

粒子的吸收γ射線對物質的穿透力，較α、β射線都強，如鐳的γ線透過10cm

厚的鉛時，才減少到0.5％

以下(此時仍未被全吸收)，在水中通過1.5m時，僅減少約

1％左右。γ粒子的防護鉛可阻止γ

粒子通過，物質密度大的厚鉛可吸收γ粒子。4、中子射線的防護中子不帶電，當它通過物質時，不易直接引起電離和激發(fā)，所以中子在物質中可以穿過很長距離。實驗