射线与物质的相互作用3.4节.ppt

X、射线与物质的相互作用,能量传递方式 ： X、射线是一种比紫外线的波长短得多的电磁波，它与物质相互作用时，能产生次级带电粒子（主要是电子）和次级光子，通过这些次级带电粒子的电离、激发把能量传递给物质； 能量损失方式： X、射线与物质相互作用， 不是通过多次小能量的损失逐渐消耗其能量，而是在一次作用过程中就可能损失大部分或全部能量； 作用过程：在0.110MeV能量范围内，主要的是光电效应、康普顿效应和电子对效应； 射程： X、射线在物质中不存在射程的概念。,光电效应,能量为h的光子通过物质时，与原子的某一壳层中的一个轨道电子相互作用，把全部的能量传递给这个电子，获得能量的电子摆脱原子核的束缚成为自由电子（光电子）。此效应称为光电效应。,光电效应,发生光电效应的条件有二： （1）入射光子的能量必须大于某壳层电子的结合能；即： E=h-Be0 （2）为了满足能量守恒和动量守恒，必须有第三者参加，即发射光电子后的整个原子参加。,因此，自由电子不能吸收射线能量而成为光电子，射线只与受束缚电子才能发生光电效应,光电效应,束缚的越紧的轨道电子，发生光电效应的几率越大，所以K层和L层发生光电效应的几率最大；如果入射光子的能量大于K层电子的结合能，则K层电子发生光电效应的几率约为80%； 发射光电子后留下的空穴被外壳层的电子填充时，将发射特征X射线、紫外可见光（荧光辐射），或发射俄歇电子（俄歇效应）,发生光电效应的特点,低能光子与高Z物质相互作用时，发生光电效应占优势。,光电效应,光电子的发射呈角分布，且和入射光子的能量有关。当光子能量很低时，光电子与入射光子成900角射出的概率最大。随着入射光子能量的增加，光电子的发射角变小。,康普顿效应,能量为h的光子与原子内一个轨道电子相互作用时，光子交给轨道电子部分能量后，其频率发生改变并与入射方向成角散射（康普顿散射光子），获得足够能量的轨道电子与光子入射角成 角方向射出（康普顿反冲电子）。此种过程称康普顿效应。,康普顿效应,受原子核束缚得愈弱的轨道电子发生康普顿效应的几率愈大，在实际处理时，忽略轨道电子的结合能，把康普顿效应看成是入射光子和自由电子的弹性碰撞，在这种弹性碰撞过程中，入射光子与散射光子和反冲电子之间，遵循能量守恒和动量守恒，并考虑相对论能量和动量的关系，可以推得散射光子的能量为：,上式中，Eg 和Eg 分别为入射与散射光子的能量，q为散射角，mec2为电子的静质量能 = 0.511 MeV。,康普顿效应,当 1时，Eg 趋同于一定值。例如：,q =180时，,q = 90o,散射光子的波长：,称为电子的康普顿波长,康普顿效应,由于入射光子的能量分配给散射光子和反冲电子，因此反冲电子的能量E等于入射光子的能量与散射光子的能量之差。,当180时，反冲电子的能量最大，为：,电子对效应,在原子核场或原子的电子场中，一个光子转化成一对正、负电子，称为电子对效应,电子对效应,发生电子对效应的条件是： 1.在原子核场中，要求入射光子的能量h2mec2（1.02MeV），在原子的电子场中，要求入射光子的能量hv4mec2（2.04MeV）。 2.为了满足电子对效应过程中的能量守恒和动量守恒，必须有原子核或壳层电子参加。,电子对效应在原子核场中发生的几率，远远大于在原子的电子场中发生的几率。,射线三种主要相互作用与光子能量、吸收物质原子序数的关系,射线在物质中的减弱,光子束穿过一定厚度的物质后，由于光子与物质的核外电子或原子核的库仑场发生各种相互作用后，有的被散射离开了原来的入射束，有的光子经过多次相互作用，其全部能量转移给了电子，本身不存在了，从而使原来入射束中的光子数被减少，这叫做射线在物质中的减弱，也称之为“吸收”。这里所说的“吸收”与带电粒子耗尽其能量后停留在物质中所称的吸收不同，这里的“吸收”是指光子把它的能量最终转化为电子的动能后，光子本身不存了,中子与物质的相互作用,轻元素（氢）可以作为快中子的良好减速剂； 在中子的防护中，常用含氢物质和原子量小的物质（水、聚乙烯、石蜡、石墨、氢化锂）作为快中子的减速剂。 一个好的中子慢化剂（亦称减速剂）除了要大以外，其弹性散射的截面也要大，而对中子的吸收截面必须很小。因此，在反应堆中常用轻水、重水或石墨作慢化剂。在对快中子的屏蔽防护中，常选用含氢材料如水，石蜡等和石墨作为快中子的减速剂。,辐射俘获,辐射俘获又称为（n,）反应。中子射入靶核后，与靶核形成激发态的复合核，然后复合核通过放出一个或几个光子而回到基态，不再发射其他粒子，中子被靶核吸收，此过程叫辐射俘获 对于慢中子和中能中子，主要的反应是弹性散射和辐射俘获，其他的反应很少发生。对于轻核和中量核主要