射線與物質(zhì)的相互作用

——射線與物質(zhì)的相互作用第二炮兵工程大學(xué)核技術(shù)與核安全教研室王繼虎核武器輻射探測(cè)與防護(hù)基礎(chǔ)內(nèi)容一、引言二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用四、中子與物質(zhì)的相互作用三、γ射線與物質(zhì)的相互作用五、總結(jié)一、引言核武器戰(zhàn)略威懾作用大國(guó)地位象征核材料鈾、钚、氚

一、引言核輻射α粒子、β射線γ射線、中子

一、引言α粒子：氦核，兩個(gè)正電荷β射線：電子或正電子γ射線：光子中子：不帶電核輻射無(wú)聲無(wú)味、無(wú)色無(wú)嗅組織溫度無(wú)明顯升高射線與物質(zhì)的相互作用輻射探測(cè)、防護(hù)的基礎(chǔ)射線與物質(zhì)相互作用的分類帶電粒子輻射非帶電粒子輻射輕帶電粒子（

β射線）電磁輻射（

γ射線）重帶電粒子（

α粒子）中子次級(jí)電子核外電子次級(jí)重帶電粒子原子核帶電粒子與物質(zhì)的相互作用二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用帶電粒子與物質(zhì)的作用，可分為：與物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞過(guò)程與原子核的非彈性碰撞過(guò)程與原子核的彈性碰撞與核外電子彈性碰撞

兩種非彈性碰撞是主要的作用方式二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離激發(fā)2.1與原子核外電子的非彈性碰撞入射帶電粒子與原子的核外電子通過(guò)庫(kù)侖力作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)。

電離損失二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用2.2與原子核的非彈性碰撞入射帶電粒子與原子核之間的庫(kù)侖力作用，使帶電粒子的速度和方向發(fā)生變化，伴隨著發(fā)射電磁輻射——軔致輻射。當(dāng)入射帶電粒子與原子核發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，以輻射光子損失其能量，我們稱它為輻射損失。二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用電離能量損失率輻射能量損失率2.3能量損失率對(duì)于α等重帶電粒子，電離損失是主要方式；對(duì)于β等輕帶電粒子，在高Z物質(zhì)中輻射能量損失是不可忽略的。z入射粒子電荷數(shù)；v入射粒子速度；m入射粒子質(zhì)量；N靶物質(zhì)單位體積的原子數(shù)；Z靶物質(zhì)原子的原子序數(shù)。二、帶電粒子與物質(zhì)的相互作用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果α粒子質(zhì)量大，穿透力弱，一張紙就可以擋??；β射線質(zhì)量小，是α粒子的1/7300，穿透力強(qiáng)，可穿過(guò)皮膚；

與高Z物質(zhì)作用產(chǎn)生較強(qiáng)的軔致輻射，所以使用低Z物質(zhì)防護(hù)，如鋁。射線與物質(zhì)的相互作用三、γ射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)三、γ射線與物質(zhì)的相互作用γ射線對(duì)物質(zhì)的電離作用：射線第1步初級(jí)作用第2步次級(jí)作用電離效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)電子三種作用效應(yīng)次級(jí)電子使物質(zhì)原子電離三、γ射線與物質(zhì)的相互作用3.1光電效應(yīng)(PhotoelectricEffect)射線(光子)與原子中束縛電子作用，把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去(稱為光電子)，而光子本身消失的過(guò)程，稱為光電效應(yīng)。入射光子原子核光電子三、γ射線與物質(zhì)的相互作用3.2康普頓效應(yīng)(ComptonEffect)射線(光子)與核外電子的非彈性碰撞過(guò)程。在作用過(guò)程中，入射光子的一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它脫離原子成為反沖電子，而光子受到散射，運(yùn)動(dòng)方向和能量都發(fā)生變化，稱為散射光子。入射光子h原子核反沖電子散射光子h三、γ射線與物質(zhì)的相互作用3.3電子對(duì)效應(yīng)(ElectronPairEffect)能量較高(>1.022MeV)的射線(光子)從原子核旁經(jīng)過(guò)時(shí)，在核庫(kù)侖場(chǎng)的作用下，入射光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子的過(guò)程。入射光子原子核正電子電子3.3作用截面射線與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面這個(gè)物理量來(lái)表示作用概率的大小。三、γ射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)截面康普頓效應(yīng)截面電子對(duì)效應(yīng)截面采用高Z物質(zhì)可以有效阻擋射線，例如鉛；采用高Z物質(zhì)可提高探測(cè)效率，例如碘化鈉；總的來(lái)說(shuō)，由于射線不帶電、無(wú)靜止質(zhì)量，穿透力較強(qiáng)。射線與物質(zhì)的相互作用四、中子與物質(zhì)的相互作用彈性碰撞非彈性碰撞中子俘獲中子與物質(zhì)的相互作用實(shí)質(zhì)上是中子與物質(zhì)原子核的相互作用。四、中子與物質(zhì)的相互作用4.1彈性散射出射粒子仍為中子、剩余核仍為原有原子核。中子與物質(zhì)中原子核碰撞時(shí)把部分能量傳給原子核，帶有能量的原子核脫出原子,此原子核稱反沖核，而中子本身帶著較低能量改變運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)行進(jìn)成中子散射，這種現(xiàn)象稱彈性碰撞。帶電荷的反沖核獲得能量后，在其運(yùn)動(dòng)途中可引起物質(zhì)電離和激發(fā)。四、中子與物質(zhì)的相互作用4.2非彈性散射入射中子的能量損失不僅使原子核得到反沖，且使原子核處于激發(fā)態(tài)。中子入射到物質(zhì)原子核內(nèi)，部分能量傳給原子核，使核處于激發(fā)態(tài)，中子帶著剩余的能量從核內(nèi)飛出，激發(fā)態(tài)核放出光子損失能量，原子核回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為非彈性碰撞。四、中子與物質(zhì)的相互作用4.3中子俘獲中子俘獲包括(n,γ),(n,f),(n,α)(n,p)四種類型反應(yīng)。中子被物質(zhì)原子核俘獲后，形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的新核素，這種現(xiàn)象稱中子俘獲。三氟化硼正比管氦-3計(jì)數(shù)管四、中子與物質(zhì)的相互作用4.4中子的危害彈性碰撞核反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)子引起物質(zhì)的電離，人體中有大量的H和N原子，中子對(duì)人電離效應(yīng)嚴(yán)重，傷害嚴(yán)重。探測(cè)使用含氫物質(zhì)，如含氫正比管、有機(jī)閃爍體等；防護(hù)使用含氫物質(zhì)，如聚乙烯、石蠟、水等。輻射作用過(guò)程α與束縛電子發(fā)生非彈性碰撞β1、與核外電子發(fā)生非彈性碰撞2、與原子核發(fā)生非彈性碰撞γ1、光電效應(yīng)2、康普頓效應(yīng)3、電子對(duì)效應(yīng)中子1、彈性散射2、非彈性散射3、俘獲過(guò)程五、總結(jié)射線與物質(zhì)的作用過(guò)程射線穿透能力輻射質(zhì)量電荷在空氣重穿過(guò)