第二章射线与物质的相互作用

1、第二章 射线与物质的相互作用reciprocity of Radial and matter学时： 6 学时基本内容： 基本概念：电离、激发、射程、平均电离能、能量损失、轫致辐射、光电效应、康 普顿效应、电子对效应 基础知识： 带电粒子与物质相互作用的一般过程、 带电粒子与物质相互作用的一般特 点、a粒子与物质的相互作用、B粒子与物质的相互作用、以及电离能量损失、光电效应、 康吴散射、 形成电子对效应、核辐射对人身体的影响、剂量当量的限值、防护基本原则 和防护措施重点、难点：a、B粒子与物质的相互作用过程和特点、光电效应的结果与仪器原理的关系、康一一吴散射的作用与几率分配关系、丫射线在物质中的

2、衰减规律、1、齐憧当量的限值、防护基本原则教学思路：先介绍带电粒子与物质的相互作用，然后讲解丫射线与物质相互作用的过程。其中，与物质相互作用过程等部分详细讲解。最后知道核辐射对人身体所产生的影响。主要参考书： 程业勋、王南萍等编著核辐射场与放射性勘查，地质出版社，2005. 吴慧山主编核技术勘查，原子能出版社，1998. 李星洪等编著辐射防护基础，原子能出版社，1982复习思考题：1、比 较钋的 粒子( Ea =5 .3MeV )在 空气中，铝 中和铅中得射程。在 空气中 能量完全损耗能产生多少对离子？2、RaE的3射线谱得最大能量为1.17MeV，用铅屏蔽，吸收90%需要厚度(mm 是多少？

3、3、试求ThC的丫射线通过物质发生康普顿散射，其能量损失25%,问反冲 电子能量多大？4、试求ThC的丫射线(E=2.62MeV ),通过厚度为5cm、10cm铅板时的衰 减率。5、测量丫射线的探测器与入射射线夹角成90度方向，分别使用137Cs( 0.662MeV )和 65Zn(1.114MeV )作 放射源，分 别以铝和铅作散射体，试 问测得 的散射相对强度如何？6、RaA的a粒子在空气中射程是4.62cm，试求在铅中射程？（铝的原子质3量是 A=27，密度为 p =2.7g/cm）。7、如果入射光的波长为0.02cm，通过物质产生光电反应，计算在入射前进 方向30度和90度方位得散射光

4、子和反射电子的能量。8、为什么a粒子在空气中的路径时一条直线？9、用铝片作B射线吸收实验，测得射程为1.05 g/cm2,求该B射线的最大 能量？10、已知丫线能量为3 MeV ,如果吸收其能量得95%,应用多厚的铅板？教学内容提要:第一节带电粒子与物质的相互作用粒子与物质的相互作用 粒子与物质的相互作用的过程主要为电离和激发粒子电离能量的损失率（-dE/dxdEdX ion244 z e 厂 NZ ln m°v2m°v2ln J能量损失率又称为物质的阻止本领。1 ）能量损失率与入射a粒子的速度关系密切；速度大，能量损失率低。2）能量损失率与NZ成正比。a粒子在物质中的射程

5、（R） : a粒子在物质中运动，不断损失能量。当能量殆尽,运动终止，所穿过的最大距离。0匚 dE/( dE/dx)对曲线A求微分得到曲线 B, A曲线与横坐标的交点 Rnax为最大射程。二、B射线与物质的作用B射线在物质中德主要作用过程是电离、轫致辐射和多次散射1 ）电离与激发2 ）轫致辐射3 ）B射线的散射4 ）B射线的射程和衰减轫致辐射（又称轫致 X射线）：B粒子（电子）接近原子核时，受到库仑场的作用，使 速度迅速降低；一部份动能转变为电磁波（光子）；这种作用过程称为轫致辐射。B射线的射程和衰减实验结果表明，物质对B射线的吸收过可以近似用指数规律来表示：l°e第二节丫射线与物质相

6、互作用一、光电效应丫光子产生光电效应的截面是ta则aN式中：N可以由物质的密度p、原子质量数和阿伏加德罗常数Lo求出，即N L°/AT称为光电吸收系数，或光电吸收（效应）截面不同丫光子能量时光电子分布Y射线通过物质，与物质原子相碰撞，可能使全部能量传递给原子，入射的丫射线（光子）全部消失。能量在原子中分配，使结合能适当的电子获得能量克服原子核的束缚（结合 能）发射出去，并使原子受到反冲。 这样的作用过程称为光电效应，发射的电子称为光电子。散射后能量不变的，仅改变运动方向的称为弹性散射（又称相干散射）；散射后能量和运动方向都发生变化的散射，称为康普顿散射（又称非相干散射）入射丫射线与原

7、子的壳层电子相碰撞，将一部分能量传给电子， 使获得的能量的电子沿丫射线入射方向成0角射出原子之外。损失能量之后的光子成B角方向散射出去。如果入射丫射线能量为 Ey ,散射能量为Ey，,反冲电子能量为 曰。根据能量和动量守恒 定律，三者关系为：e e / Eoe E/cos mvcosccE /sinmvsi nc式中：m为反冲电子以速度v运动时具有的质量；c为光速；、mv为丫射线、散射射线和反冲电子的动能。三、电子对效应当入射光子的能量大于 2mv2时，入射丫光子在库仑场作用下能量完全被吸收，电子从 负能级跃迁到正能级，同时放出一对正、负电子，这就是电子对效应。能量关系为：Ee Ee 2m°c2 E式中：2m0c2 1.022MeVEe、Ee、E 分别为电子、 正电子、入射丫射线的能量。四、丫射线在物质中的衰减光子在物质中穿行一段距离时，有的与物质发生了相互作用，有的则没有发生。经过相互作用的光子数可用发生相互作用的几率来表示。线衰减系数就是入射光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。若吸收物质单位体积中原子数为 N,密度为p,入射初始丫射线强度 （照射量率）为I o, 在物质厚度为x处，测得丫射线强度为I