射线与物质相互作用

射线与物质相互作用第一页，共一百二十七页，2022年，8月28日《辐射探测技术基础》课程讲授的主要内容

本课程的理论学时24学时，主要讲授内容包括：放射性测量的基本知识（4学时）；射线与物质相互作用（4学时）；γ射线测量方法（3学时）；核辐射测量的统计误差和数据处理（4学时）；带电粒子测量方法（6学时）；核辐射测量单位及核辐射防护（3学时）；第二页，共一百二十七页，2022年，8月28日第二章射线与物质相互作用§2.1概述§2.2α粒子与物质的相互作用§2.3β射线与物质的相互作用§2.4射线与物质的相互作用§2.5射线在物质中的衰减§2.6中子与物质的相互作用第三页，共一百二十七页，2022年，8月28日第一节概述第四页，共一百二十七页，2022年，8月28日入射带电粒子在靶物质中的慢化过程：具有一定能量的带电粒子，入射到靶物质中，将与物质原子发生相互作用。这些相互作用是入射带电粒子所带电荷与原子中核外电子、原子核发生的库仑相互作用。这些相互作用引起电离或激发、散射和各种形式的辐射损失，结果使入射带电粒子损失动能和改变运动方向。入射带电粒子在相互作用过程中逐渐慢化。当然，入射带电粒子也可穿过原子核的库仑位垒，并与原子核发生核反应。本节不讨论发生核反应的情况。第五页，共一百二十七页，2022年，8月28日载能入射带电粒子与靶物质原子相互作用的主要方式：作用对象：原子（核外电子）；原子核作用方式：载能带电粒子在靶物质中的慢化过程，可分为四种，其中前两种是主要的：(1)

电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程(2)

辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程(3)带电粒子与靶原子核的弹性碰撞(4)带电粒子与靶原子中核外电子的弹性碰撞第六页，共一百二十七页，2022年，8月28日一、电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。电离过程：如果传递给电子的能量足以使电子克服原子核的束缚，则电子将脱离原子，成为自由电子。而原子因失去了一个电子，而成为正离子。原子最外层的电子受原子核的束缚最弱，最容易发生在最外层电子。若发射出来的电子有足够的动能，可进一步使其它原子发生电离作用。这些高速电子被称为δ电子。内壳层电子被电离后，在该壳层留下空位，外层电子向内层跃迁，同时放出特征X射线或俄歇电子。第七页，共一百二十七页，2022年，8月28日激发过程：如果入射粒子传递给电子的能量较少，不足以使电子脱离原子核的吸引成为自由电子，但可以使原子从低能态跃迁到相对高能级状态，这种过程叫激发。处于高能态的原子是不稳定的，瞬间将由高能态跃迁回基态（退激）。退激时，以光的形式释放出多余能量。

带电粒子与靶原子中核外电子的非弹性碰撞，导致原子的电离或激发，是带电粒子穿过物质时损失动能的主要方式——把这种相互作用方式引起的能量损失称为电离损失。第八页，共一百二十七页，2022年，8月28日当入射带电粒子与靶原子中核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失入射粒子的能量——把这种相互作用方式引起的能量损失称为电离损失。载能入射带电粒子靶物质（原子）第九页，共一百二十七页，2022年，8月28日二、辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程核库仑作用入射带电粒子靠近靶物质的原子核时，它与原子核之间的库仑力作用，使入射粒子受到吸引或排斥，从而改变入射粒子的速度和运动方向。当入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子损失其能量，我们称它为辐射损失。入射粒子这种运动状态的改变，伴随着发射电磁辐射—轫致辐射(bremsstrahlung)。α粒子质量大，与原子核碰撞后运动方向变化小。β粒子质量小，运动状态改变大。因此，对β粒子与物质相互作用时，辐射损失是其重要的一种能量损失方式。第十页，共一百二十七页，2022年，8月28日三、带电粒子与靶原子核的弹性碰撞

带电粒子与靶原子核的库仑场作用而发生弹性散射。弹性碰撞过程中，为满足入射粒子和原子核之间的能量和动量守恒，入射粒子损失一部分动能使核得到反冲。碰撞后，绝大部分能量仍由入射粒子带走，但运动方向被偏转。核库仑作用反冲弹性散射过程中，入射粒子和原子核的总动能不变，即入射粒子既不辐射光子，也不激发或电离原子核，但入射粒子受到偏转，其运动方向改变。第十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日这种由入射带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞引起入射粒子的能量损失称之为核碰撞能量损失，我们把原子核对入射粒子的阻止作用称为核阻止。核碰撞能量损失只是在入射带电粒子能量很低或低速重离子入射时，对粒子能量损失的贡献才是重要的。但对电子却是引起反散射的主要过程。α粒子质量大，与核碰撞后运动方向变化小。β粒子质量小，运动状态改变大。而原子核获得的反冲能量，可以使晶体原子位移，形成缺陷，即造成物质辐射损伤。第十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日四、带电粒子与核外电子的弹性碰撞受核外电子的库仑力作用，入射粒子改变运动方向。同样为满足能量和动量守恒，入射粒子要损失一点动能，但这种能量的转移很小，比原子中电子的最低激发能还小，电子的能量状态没有变化，在此过程中不发射辐射。这种相互作用方式只是在极低能量(<100eV)的β入射粒子才需要考虑，其它情况下完全可以忽略掉。原子库仑作用反冲实际上，与核外电子的弹性碰撞是入射粒子与整个靶原子的相互作用。第十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日入射带电粒子在靶物质中的吸收过程：如果靶物质厚度足够大，入射带电粒子与靶原子电子或靶原子核经过多次弹性和非弹性碰撞，发生能量损失和角度偏转，快速运动的带电粒子被慢化，最后带电粒子的动能全部耗尽，停留在靶物质中。即入射带电粒子被物质吸收了。对MeV量级的α粒子和质子，整个慢化过程所用的时间为：毫微秒（气体物质中）~微微秒（固体物质中）。上述讨论中，只考虑了入射带电粒子与靶物质中单个原子的作用。实际上，带电粒子进入靶物质后，会遭到许多原子的许多次这样的碰撞作用。第十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日带电粒子与物质发生各种相互作用方式的几率大小，对于不同种类的带电粒子和粒子的不同能量区域，情况完全不同。同一种相互作用几率大小，与不同的靶物质元素也有关系。这些相互作用中的各种作用方式对入射带电粒子的阻止作用的贡献大小不同，在一定的情况下，可只考虑某一种起主要贡献的相互作用，而忽略其它的相互作用。在讨论带电粒子与物质相互作用的时候，需要区分“轻”带电粒子（如：电子和正电子）和“重”带电粒子（如：质子、氘核d、α粒子等），以及区分快速和慢速粒子，来分别进行讨论。小结：第十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日第二节α粒子与物质的相互作用第十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日一、α粒子与物质相互作用的主要形式α粒子是氦(4He)的原子核，带两个单位正电荷，质量数为4。

天然核素衰变放出的α粒子能量在4~8MeV。初始速度约在(1~2)×109cm/s。α粒子与物质相互作用的主要形式是电离与激发。由于α为重粒子，与物质散射作用不明显，在气体中的径迹是直线。重带电粒子(HeavyChargedParticles)：指质量比电子质量大得多的带电粒子。如α粒子、质子p、氘核d等。本节将具体讨论α粒子与物质的相互作用。第十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日二、α粒子的射程带电粒子沿入射方向所行径的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程R。

重带电粒子的质量大，与物质原子相互作用时，其运动方向几乎不变。因此，重带电粒子的射程与其路程相近。讨论：

⑴一般文献中列出的射程都是指平均射程，因此α粒子的射程用平均射程代表；

⑵α粒子是重粒子，射程涨落小。5MeV的α粒子，射程涨落只有~1％；⑶在同一物质中，α粒子的射程与初始能量有关，能量越大，射程越长；入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长度称作路程(Path)。第十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日⑷能量为4~8MeV的α粒子，在空气中射程可以用经验公式计算：式中，R0为α粒子在101324.72Pa，15ºC的空气中的射程(cm)；E为α粒子的能量(MeV)。天然α粒子在空气中的射程有表可查（教材P48，表2-1）。⑸对于4~8MeVα粒子在其他物质中射程，可以用它在空气中的射程R0来计算（采用布喇格－克利曼经验公式）：式中，ρ—介质密度（g/cm3）；Am—介质原子核质量数；R—α粒子在除空气外的其它介质中的射程（cm）。第十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日对由多种元素组成的化合物或混合物，其等效原子量为：式中：ni和Ai分别表示第i种物质成分的相对含量和原子质量数。对空气（主要由N2和O2构成）：例：210Po，放射源，E=5.3MeV，计算其在空气中和铝（A=27，=2.7g/cm3

）中的射程。E=5.3MeV在空气中的射程R0=3.8cm在铝中的射程R=23.4m

A=27=2.7g/cm3α粒子在固体介质中的射程很小第二十页，共一百二十七页，2022年，8月28日⑹天然α粒子在空气中的射程最大为8.62cm（212Po，能量8.785MeV）。

⑺相同能量的α粒子在不同物质中的射程不同。⑻α粒子在液体与固体物质中的射程为空气中的千分之一。实际上一张纸就可以完全挡住天然α粒子。第二十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日（一）平均电离能α粒子产生的电离：原电离、次级电离原电离—由α粒子与原子壳层电子直接作用形成的电离；次级电离—原电离中产生的电子继续与其他原子作用产生的电离。总电离=原电离+次级电离平均电离能(W)—每产生一对离子（包括原电离与次级电离），带电粒子（如α粒子）所损耗的平均能量。N—初始动能为E的带电粒子被介质完全阻止时形成的离子对数。α粒子在空气中产生一对离子所损耗的平均能量(W值)约35.5eV。+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-带电粒子在穿过介质的路径上经电离作用产生的电子和正离子对三、α粒子与核外电子的作用第二十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）比电离（电离密度）入射带电粒子（如α粒子）在每单位长度路径上产生的离子对总数称比电离（或电离密度）。下图表示了α粒子在空气中的比电离与剩余射程的关系：电离能量损失率与比电离、平均电离能之间的关系：比电离：W—平均电离能—电离能量损失率第二十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日α粒子刚进入介质中时，速度快，与介质原子的作用时间短，比电离小；在射程末端前，α粒子速度慢，作用时间长，有极大值；此后，能量耗尽，比电离快速衰减到0。

α粒子在空气中的比电离约6600离子对/mm，产生此峰值α的粒子能量约700keV。入射粒子越接近射程末端，速度越慢，因而比电离值越大。在曲线开始一段，比电离值上升很慢，到了快接近射程末端，比电离值很快增加，过了峰值之后曲线急剧下降而趋于零，此时即到达了射程的末端。原因第二十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日四、α粒子与原子核的作用α粒子与核作用形式：卢瑟福散射、核反应卢瑟福散射—α粒子与核库仑场作用而改变方向；核反应—α粒子进入原子核，使原来的原子核发生根本性变化，即产生新核并放出1个或几个粒子。记为A（α,b）B。几个利用α射线完成的著名的核反应：利用210Po放出的α粒子轰击9Be制成的靶，可以产生12C和中子（查德威克1932），导致中子的发现：世界上第一个制造的人工放射性核素：1934年，小居里夫妇（约里奥.居里夫妇）第二十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日第一个人工核反应：开辟了人工方法变革原子核的基本途径，人类能够将一种元素变成另一种元素，实现了中世纪“炼金术士们”的梦想。1919年，卢瑟福214Po

α

7.68MeV第二十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日第三节β射线与物质的相互作用第二十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日一、β粒子与物质相互作用的主要形式（一）弹性散射β粒子与轨道电子或原子核在库仑场作用下，仅改变运动方向，动能不变的作用过程（也不辐射能量）

。含义：弹性散射是低能β粒子与物质作用的主要形式。根据量子力学的理论，有：对单个原子核，β粒子散射到θ角的概率与靶物质的原子序数平方成正比，与β粒子的动能成反比：而对于β粒子被原子壳层中电子的散射，与靶物质的原子序数成正比：对于一定能量的β粒子，它被原子核及壳层电子的散射几率的比值为：对于中等元素与重元素，散射形式主要是原子核散射第二十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日反散射：由于β粒子(电子)质量小，因而散射角度可很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的运动方向，β粒子(电子)沿其入射方向发生大角度偏转，又从入射表面发射出来(θ>90°)，称为反散射。从实验曲线看出：对同种材料，入射β粒子(电子)能量越低，反散射越严重；对同样能量的入射β粒子(电子)，原子序数越高的材料，反散射越严重。对低能β粒子(电子)在高原子序数的厚样品物质上的反散射系数可达50％。反散射系数η：I0—源发出β射线强度的初始值；I—未发生反散射的β射线强度。第二十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日

β粒子的运动轨迹：β粒子在物质中的路程，比穿过物质的厚度大很多，一般是1.5~4倍。由于β粒子受到轨道电子或原子核的散射，其运动方向不断改变，因此，β粒子的运动轨迹不是一条直线，而是一条不规则的折线。β粒子的运动径迹是曲折的。β粒子的射程和路程相差很大。β粒子的射程比路程小得多。特征：第三十页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）电离与激发β粒子产生的直接电离约占总电离的20~30％；次级电离约占70~80％。根据电子(β粒子)电离能量损失率的Bethe公式有：m0，e—电子的静止质量与电荷；z，v—电子的电荷数与速度；β＝v/c，c—光速；Z—介质的原子序数；N—介质单位体积（1cm3）内的原子数目；I—吸收介质原子的平均电离电位；E—入射电子动能；第三十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日（三）韧致辐射辐射能量损失：

带电粒子穿过物质时受物质原子核的库仑作用(与原子核的非弹性碰撞过程)，其速度和运动方向发生变化，会伴随发射电磁波，即轫致辐射。

韧致辐射所产生的电磁辐射是连续能量的X射线，其能量与入射带电粒子动能处于同一数量级。原子核入射粒子为单能粒子：产生的电磁辐射平均能量小于入射粒子的能量；入射粒子为β粒子：产生的电磁辐射平均能量小于入射β粒子的平均能量；第三十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日辐射能量损失率：单位路径上，由于轫致辐射而使入射带电粒子在靶物质中损失的能量。量子电动力学计算表明，辐射能量损失率服从：第三十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日讨论：⑴：辐射损失率与带电粒子静止质量m的平方成反比。所以仅对电子才重点考虑。即：电子的辐射损失比α粒子、质子等重粒子大得多。⑵：辐射损失率与带电粒子的能量E成正比。即辐射损失率随粒子动能的增加而增加。⑶：辐射损失率与吸收物质的NZ2成正比。所以当吸收材料原子序数大、密度大时，辐射损失大。因此高速电子打到重介质上容易产生韧致辐射，从而常用较低原子序数的介质（轻介质）去屏蔽韧致辐射射线。第三十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日当要吸收、屏蔽β射线时，不宜选用重材料。当要获得强的X射线时，则应选用重材料作靶物质。⑷对电子，其辐射能量损失率为：探测学中所涉及快电子的能量E

一般不超过几个MeV，所以，辐射能量损失只有在高原子序数(大Z)的吸收材料中才是重要的。电子的两种能量损失率之比：E—入射电子的能量E的单位为MeVZ—吸收材料的原子序数第三十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日当β粒子能量为10MeV，Z＝82(Pb)，电离能量损失率与辐射能量损失率近似相等。天然放射性元素发生β衰变放出的β粒子，其能量一般小于3MeV：

与一般岩石(Z较小)等作用时，辐射损耗可以忽略不计；但当β粒子通过介质的原子序数较高时，韧致辐射损耗仍占一定比例，实际工作中不可忽视。PbAl例：214Bi的β粒子(E=3.17MeV)通过铅、铝介质时：E—入射电子的能量E的单位为MeVZ—吸收材料的原子序数第三十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日当β粒子能量为3MeV时，它打到铅室上会产生韧致辐射射线，会增大本底计数值。在β测置装置的铅室内壁，往往衬上一层轻物质屏（如铝屏或有机玻璃屏）以减少散射射线和韧致辐射射线。引起的问题：解决方案：⑸韧致辐射射线也被用来作为低能X射线源：轫致辐射释放的X射线，可作为X射线源，用于X射线荧光分析，也可用于X光透视。荧光屏也是利用轫致辐射原理制成。如：氚(T)是β辐射体，其β粒子最大能量为18KeV，T发射β粒子打在钛靶或锆靶上，可产生n~n×10KeV的X射线。常把这一X射线用作较低能量的X射线荧光分析的射线源。第三十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日（四）线阻止本领S在核反应可忽略的能量范围内（不是高能电子），带电粒子主要的能量损失方式是碰撞电离损失和轫致辐射损失。总的线阻止本领

S

为：总的质量阻止本领S/ρ

为：单位：Jm2kg-1ρ—靶物质的密度第三十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日（五）正电子（+粒子）的湮没正电子与物质发生相互作用的能量损失机制和电子相同。电子与物质相互作用的全部规律都适用于正电子与物质相互作用过程。正电子的特点：高速正电子进入物质后迅速被慢化，然后在正电子径迹的末端与介质中的电子发生湮没，放出光子。或者，它与一个电子结合成正电子素，即电子—正电子对的束缚态，然后再湮没，放出光子。湮没辐射：正电子湮没放出光子的过程称为湮没辐射。湮没光子：正电子湮没时放出的光子称为湮没光子。由能量守恒和动量守恒可得：两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV。而两个湮没光子的发射方向相反，且发射是各向同性的。第三十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日正电子与负电子相遇发生湮灭，产生两个0.511MeV的γ光子。

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV

质量转化为能量转化效率(100%）

第四十页，共一百二十七页，2022年，8月28日二、β射线在物质中的衰减（一）β射线被物质吸收研究表明，对β射线，当吸收介质的厚度d远小于时，β射线的吸收衰减曲线近似服从指数规律：对于天然核素放出的β射线，在物质中的衰减近似遵从指数衰减规律。或

m—吸收体的质量衰减系数(单位：cm2/g)；dm—吸收体的质量厚度(单位：g/cm2)；—吸收体的线衰减(或线吸收)系数(单位：cm-1)；d—吸收体的厚度(单位：cm)；I0—入射β射线的强度；第四十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日半吸收厚度（半衰减层厚度）：β射线在物质中的强度衰减到一半所经过的厚度。射程R：β射线经过10倍半吸收厚度，强度减少为初始值的1/1024。小于1/1000，可近似认为β射线已被介质完全吸收。故将10倍半吸收厚度定义为β射线的射程。(单位：cm)同理有，质量厚度：(单位：g/cm2)(单位：cm)(单位：g/cm2)第四十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日

β射线的射程计算：对于具有连续能谱的β粒子，吸收曲线的大部分可用以下指数函数描述：

m—吸收体的质量衰减系数(单位：cm2/g)；dm—吸收体的质量厚度(单位：g/cm2)；

质量衰减系数与β粒子最大能量Em(以MeV为单位)之间有如下经验关系：(单位：g/cm2)β射线的射程：第四十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）放射层中β射线的自吸收放射层的自吸收：当β辐射层（β射线放射层）具有一定厚度时，层中某一点的β射线穿过放射层时，同样会产生吸收作用（被衰减），称为放射层的自吸收作用。

β射线强度与放射层厚度的关系：由于自吸收作用，射线的强度不会随放射层厚度的增加而线性增长。对β射线来说，存在以下关系（推导略）：I/I∞hh—放射层厚度；—放射层的自吸收系数；I∞—β射线饱和层的β射线强度；1.0第四十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日当放射层较薄时，β射线强度随厚度增加而线性增大。

分析：当放射层有一定厚度时，β射线强度增加较缓慢。

应用：从天然放射性矿石的实验结果来看，β射线饱和层厚度不太大，在数值上等于被测对象中能量最大的β射线的射程。I/I∞h1.0当放射层增加到某一厚度时，β射线强度不再随厚度增加而增加，这个厚度称为β射线的饱和层厚度。第四十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日查表可知：铀系中β射线最大能量为3.17MeV(辐射体为214Bi)，射程为1.54g/cm2(以质量厚度dm表示射程)。当矿石粉末密度为1.54g/cm3时，β射线饱和层厚度d为：查表可知：钍系中β射线最大能量为2.25MeV(辐射体为212Bi)

，射程为1.02g/cm2(以质量厚度dm表示射程)

。当矿石粉末密度为1.54g/cm3时，β射线饱和层厚度d为：第四十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日第四节γ射线与物质的相互作用第四十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日一、概述（一）射线是什么

射线、韧致辐射、湮没辐射和特征X射线等，虽然它们的起源不一、能量大小不等，但都属于电磁辐射。

电磁辐射谱E=h,=c/小能量高大能量低第四十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日能量E=hν

动量p=hν/cγ射线是波长很短能量高的电磁辐射（﹤10-11米，keV，MeV），来自原子核γ衰变,不带电，静止质量0。

射线具有波、粒二象性，因此也被称为光子；

光子在物质中的穿透能力很强。第四十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日

几种电磁辐射的区别：第五十页，共一百二十七页，2022年，8月28日γ射线对物质的间接电离作用

两步过程产生载能次级电子次级电子使物质原子电离第1步第2步三种相互作用方式：光电效应康普顿效应电子对效应

γ射线与物质原子作用γ射线（二）射线与物质作用的能量损失方式第五十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日二、光电效应(PhotoelectricEffect)（一）作用机制自由电子原子受激原子光子与原子相碰撞时，光子把全部能量传递给原子，壳层中某一个内层电子获得动能，克服原子束缚成为自由电子，而光子本身消失，这种过程称为光电效应。光电效应中发射出来的电子叫光电子。第五十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）光电效应的基本理论问题1、发生光电效应的条件入射光子的全部能量转移给靶原子其中一部分能量用于使壳层电子脱离原子核束缚所需的电离能(电子在原子中的结合能)另一部分能量转化为出射光电子的动能还有一小部分能量用于靶原子核反冲(才能满足动量守恒，这部分能量很小，可忽略)发生光电效应的条件：(入射光子的能量必须大于壳层电子的结合能)如果忽略原子核获得的反冲能，根据能量守恒原理，光电子的动能等于入射光子的能量与电子的电离能之差。第五十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日光电子的动能：

其中：—光电子的动能；—入射光子的能量；—原子的第i壳层电子的电离能。2、光子与自由电子不能发生光电效应在光电效应过程中，除入射光子和光电子外，还需要有一个第三者参加，可认为是原子核，严格来讲是发射光电子之后剩余下来的整个原子(它带走一些反冲能量，但这能量很小)。根据动量守恒要求

推论：

光子只能与原子的束缚电子（实际是整个原子）发生光电效应，而不能与自由电子发生光电效应。第五十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日3、各壳层电子发生光电效应的几率之比

理论上靶原子各壳层的电子都可以吸收光子能量而发射出来成为光电子，所以，K层电子发生光电效应几率最大：~80%；L层次之、M层更小。但电子在原子中束缚得越紧，就越容易使原子核参加相互作用过程，发生光电效应的几率就越大。K：L：M＝100：10：1第五十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日4、原子的退激发射光电子后，靶原子由于内壳层出现电子空位而处于激发状态。这种激发状态是不稳定的，靶原子可以通过两种方式退激：入射γ射线光电子特征X射线⑴发射特征X射线：外层电子直接跃迁填充内层电子空位，使原子恢复到较低的能量状态。跃迁过程中，以特征X射线的形式释放出电磁辐射，其能量等于两个电子壳层的结合能之差。式中：h—普朗克常数；c—光速；Z—原子序数； n1，n2—壳层电子跃迁前后所处壳层的主量子数；an—正数，与内壳层的电子数目有关；R—里德伯常数。（莫塞莱定律）第五十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日从上式可以看出：（与原子序数的平方成正比）外层电子跃迁过程中释放的电磁辐射是一种X射线。由于其能量取决于原子的结构，故对每一种元素来说，都是特征的，故称其为“特征X射线”。每个元素所发射的特征X射线能量是特定的；反之，根据K系、L系的特征X射线能量，可用来探测某个元素的存在。特征X射线强度的高低，表明某介质中存在该元素含量的高低，这就是X射线荧光分析的理论依据。⑵发射俄歇电子：壳层电子在跃迁过程中不发射特征X射线，而是将激发能交给外壳层的一个电子，使它从原子中发射出来。这个电子称为俄歇电子。俄歇电子第五十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日俄歇电子如果在L层电子向K层电子跃迁中不发射特征X射线，则所发射的俄歇电子的能量等于：式中：E俄歇—俄歇电子的能量；

BK、BL—靶原子K层与L层的结合能。5、光电子的能量如果忽略原子核获得的反冲能，根据能量守恒原理，可以写出光电子的动能为：

其中：—光电子的动能；—入射光子的能量；—原子的第i壳层电子的电离能。第五十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日对于原子序数为Z的原子，其各壳层的电子的结合能可以用以下的近似公式计算：以能量为单位的里德伯常数：R=2.179×10-18J=13.6eV可见：电子的结合能Bi与原子序数Z和壳层的层次都有关。由于γ光子能量一般为MeV级，远大于壳层电子结合能，如：I的BK=33keV。对于通常所以：第五十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日6、光电效应截面

原子的光电截面：含义：一个入射光子与单位面积上一个靶原子发生光电效应的几率。相关因素：光电效应截面与入射光子能量和靶物质原子序数有关。σph为原子与入射光子发生光电效应的几率；σK为入射光子在K层发生光电效应的几率；在非相对论情况下，即：在相对论情况下，即：其中：当靶物质为复杂物质时，式中Z应为有效原子序数：式中n在2.2~4间选择可见：光电效应主要发生在K壳层。第六十页，共一百二十七页，2022年，8月28日

物质的光电截面：

讨论：

⑴在以上两种情况下，都有σ∝Z5，随Z的增大，光电截面迅速增大。

原因：光电效应是光子与束缚电子的作用，Z越大，则电子在原子中束缚得越紧，越容易使原子核参与光电过程来满足能量和动量守恒要求，因而产生光电效应的几率就越大。（在非相对论情况下：）（在相对论情况下：）第六十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日

⑵σ随hv的增加而减小。低能时，σ∝(hν)-3.5，减小得更快一些；高能时，σ∝(hν)-1，变化缓慢一些。（在非相对论情况下：）（在相对论情况下：）

原因解释：射线能量低时，相对而言，电子被束缚得也就越紧，越容易发生光电效应；而当射线能量高时，电子的束缚能相对来说可忽略不计，这种电子接近“自由电子”，所以光电效应截面就小。即：对于低能时，电子相对束缚紧些，更易发生光电效应。应用：对于选择探测器的材料的提示：采用高原子序数的材料，可提高射线的探测效率。对防护、屏蔽射线的提示：采用高Z材料（如Pb）可以有效阻挡射线。第六十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日吸收限：产生条件：吸收限是在入射光子能量与K、L、M层电子的结合能相一致时出现的（吸收限等于相应壳层电子结合能）。

原因：当光子能量逐渐增加到等于某一层电子的结合能时，这一壳层的电子就对光电作用有贡献。因而σph就阶跃式地上升到某一较高数值，然后又随能量的增加而下降。含义：当hv<100KeV时，光电截面随入射光子能量变化显示出特征性的锯齿性结构，这种尖锐的突变点，称为吸收限。右图是铅的吸收曲线：

K吸收限为88.3KeV。对L，M层电子，存在着子壳层，各子壳层的结合能有差异，因而吸收曲线中对应于L吸收限和M吸收限存在精细结构。

L层有3个吸收限，M层有5个吸收限。Pb的L3吸收限为13.06KeV，L2吸收限为15.26KeV，L1吸收限为15.91KeV。第六十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日所以，低能光子通过重物质时，光电效应显著，随着光子能量的增大，光电效应明显降低。光子通过轻物质时，光电效应一般不明显。可见：随着入射光子能量的增大，σph变小；随着吸收物质原子序数的增大，σph增大。右图给出不同吸收物质的光电截面与光子能量的关系：吸收(限)原子的光电截面与入射光子能量的关系第六十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日三、康普顿效应(ComptonEffect)（一）康普顿效应的概念hν和hν’为入射和散射光子的能量，Ee为反冲电子的能量；θ为散射光子与入射光子方向之间的夹角，称为散射角；φ为反冲电子的反冲角。在康普顿效应中，光子与原子的核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而散射光子的能量和运动方向发生变化。’

康普顿散射可近似为光子与自由电子发生相互作用。康普顿效应主要发生在原子中结合的最松的外层电子上。康普顿效应也被称为康普顿—吴有训效应。第六十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日康普顿效应与光电效应的区别:①光电效应中光子本身消失，能量完全转移给电子；而康普顿效应中反冲电子只获得光子的一部分能量，并且作用后仍然存在散射光子。②光电效应主要发生在最内层电子上，而康普顿效应发生在外层电子上。（二）散射光子和反冲电子的能量与角度关系根据能量和动量守恒定律，可得：’其中，hν、hν’、Ee分别为入射光子、散射光子的能量、反冲电子的动能；hν/c、hν’/c、mv分别为入射光子、散射光子、反冲电子的动量。第六十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日散射光子的能量为：反冲电子的动能为：θ和φ之间的关系为：①当散射角

=0o时：Er’＝Er()。这时散射光子的能量最大，等于入射光子能量，而反冲电子能量为0。这表明，此时入射光子从电子旁掠过，未受到散射，光子能量没有损失。

结论：’第六十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日②当散射角

=180o时：入射光子与电子对心碰撞后，沿相反方向散射回来，而反冲电子则沿入射光子方向飞出。此时散射光子能量最小而反冲电子的动能达到最大值。通过实际测量表明，对不同能量的入射光子，反散射光子的能量变化不大，大约都在200KeV左右。’从散射光子的能量表达式可见，随入射光子能量变化缓慢。入射光子与对应的反散射光子能量值（单位：MeV）入射光子能量0.50.6621.01.52.03.04.0反散射光子能量0.1690.1840.2030.2180.2260.2350.240第六十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日③散射角与反冲角存在一一对应的关系。散射角θ在0o~180o之间连续变化；反冲角φ在90o~0o相应变化。散射光子和反冲电子发射方向的矢量图第六十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日（三）康普顿散射截面康普顿效应发生于光子和“自由电子”之间，因此散射截面是对电子而言的，记为σc,e。

1、单个电子的康普顿散射截面：可见：σc,e近似与入射光子能量无关，为常数。可见：σc,e近似与入射光子能量成反比。其中，σTh为汤姆逊散射截面，r0为经典电子半径。第七十页，共一百二十七页，2022年，8月28日右图给出了σc,e与入射光子能量的关系。当入射光子能量增加时，康普顿散射截面下降，但下降速度比光电截面缓慢。电子的康普顿散射截面与入射光子能量的关系

2、整个原子的康普顿散射总截面：整个原子的康普顿散射截面σc，是原子中各个电子的康普顿截面σc,e的线性相加，即：第七十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日靶物质的原子序数Z大，康普顿散射截面大；入射光子能量大，康普顿散射截面小。康普顿散射截面与入射光子能量的关系比光电效应要缓和。上式表明:3、介质的康普顿散射截面及质量散射截面：

介质的康普顿散射截面：介质的康普顿散射截面为电子的康普顿散射截面乘以单位体积中的电子数。N=ρNA/A为1cm3体积中的原子数；NA为阿佛加德罗常数；ρ、A分别为介质的密度和原子质量数；第七十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日

介质的康普顿质量散射截面：对于一般造岩元素，上式中Z/A=1/2，从而有：上式表明，对于一定能量的γ射线而言，各种岩石的康普顿效应的散射截面都近似相等。散射截面正比于介质密度介质的康普顿散射截面：第七十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日（四）反冲电子的能量分布由反冲电子能量和方向与散射光子能量和方向的一一对应关系，可以得到以下结论：康普顿边缘：与入射光子能量h相差~200keV。⑵在反冲电子的最大动能处，反冲电子数目最多，而在较低能量处，电子数大体相同，存在一个坪。康普顿坪连续分布。⑴任何一种单能射线产生的反冲电子的动能都是连续分布的：[0,Ee,max]。且存在最大反冲电子动能。几种能量的入射光子的康普顿反冲电子能谱（能量分布）第七十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日四、电子对效应(PairProduction)（一）电子对效应的概念当能量≥1.02MeV的光子与原子核作用，入射光子转化成一对正、负电子的过程，称为电子对效应。能量转化成质量M=E/C2第七十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）正电子湮没

正电子不稳定，以电子状态存在的时间很短(10-10~10-7s)，它很快与物质中的电子结合而湮没。正电子消失时辐射出两个能量为0.511MeV且方向相反的光子。电子对效应之后伴随正电子湮没。原因利用正物质与负物质发生湮灭放出巨大能量的物理原理，人们正在研制反物质武器。第七十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日

e++e-→

γ+γme++me-=0.511+0.511MeV

质量转化为能量转化效率(100%）

问题：电子对效应过程中产生的正负电子来自何方？不是从原子核中释放的；也不是来自原子中的轨道电子；

是射线转化而来，是物质不同形态的转化。

γ

γ电子对效应之后伴随正电子的湮没第七十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日（三）发生电子对效应的条件1、能量条件：根据能量守恒定律，产生一对电子所需的最小能量为：因此只有当：(正—负电子对的静止能量，即动能为0的电子对)入射光子的能量时，才能发生电子对效应。当时，电子对的动能为：2、其它条件：

必须在核库仑场的作用下，即较高能量的入射光子很靠近原子核周围时，才有可能发生电子对效应。第七十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日（四）原子的电子对效应截面原子的电子对效应截面σp可由理论计算得到。它是入射光子能量和吸收物质原子序数的函数。1、当h稍大于2m0c2时，有：当h稍大于2m0c2时，随入射射线能量的增加，电子对截面将迅速增加。2、当h>>2m0c2时，有：当h远大于2m0c2时，随入射射线能量的增加，电子对截面的增加速度变缓慢。第七十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日不论h为多少（不论入射光子能量位于高能区还是低能区），电子对截面都正比于靶物质原子序数的平方（σp∝Z2

）。电子对效应截面与光子能量的关系从右图可见：在能量较低时，σp随光子能量线性增加；高能时，σp与光子能量的变化就缓慢一些。第八十页，共一百二十七页，2022年，8月28日（五）讨论射线与物质相互作用时，三种作用效应是相互竞争的。Pb：对3MeV伽玛射线，电子对效应占总效应的15％；Al：对3MeV伽玛射线，电子对效应占总效应的～0％；天然伽玛射线能量范围：0~3MeV天然岩石有效原子序数：10~20结论：当天然射线与岩石作用时，形成电子对效应的几率很小，可以忽略。第八十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日五、三种相互作用的比较当入射光子能量高于1.02MeV时，这三种效应在射线与物质相互作用时都可能发生。当入射光子能量低于1.02MeV时，只有光电效应与康普顿效应能发生。若用σph、σc、σp分别表示入射光子与物质原子发生光电效应、康普顿效应、电子对效应的截面，则入射光子与物质原子发生作用的总截面μ为：当时σp=0。三种效应的截面均与物质的原子序数有关，存在下述关系：

σph和σc均随入射光子能量增大而降低，而σp在入射光子能量大于等于1.02MeV以后，随E的增大而增大。第八十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日三种主要效应的截面随原子序数和入射光子能量变化的关系

射线与物质的相互作用—三种相互作用方式比较

第八十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日不同介质中各种效应相对为主的射线能量范围元素主要作用区（MeV）起始作用区（MeV）光电康普顿电子对光电康普顿电子对铝<0.050.05-15>15<0.150.05-15>3.0铜<0.150.15-10>10<0.400.15-10>2.0铅<0.500.5-5>5<5.00.5-5>2.0

结论：对中等能量的射线，在各种介质中（不论靶物质的原子序数Z大小），以发生康普顿效应为主；（注：表中主要作用区是指该作用占总效应的50%以上；

起始作用区是指该作用占总效应的5%以上。）对低能射线与重物质(Z大)，以发生光电效应为主；对高能射线与重物质(Z大)，以发生电子对效应为主。第八十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日第五节γ射线在物质中的衰减第八十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日一、单色窄束射线通过物质（一）概述当光子穿过物质时，通过与物质原子发生光电效应、康普顿效应和电子对效应，射线损失其能量。

射线与吸收物质原子一旦发生这三种相互作用，原来能量为hν的光子就消失，或散射后能量改变，并偏离原来的入射方向。总之，光子一旦发生作用（只要发生一次碰撞就是一次大的能量转移），就从原来的入射束中移去。

射线的衰减（或吸收）：

射线通过介质时，由于与物质原子之间的三种相互作用，使光子的数量不断的减少，物质层越厚，光子数量减少得越多，这种现象称做物质对射线的衰减（或吸收）。第八十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日单色窄束射线：所谓单色窄束射线，是指单能，并经过准直处理，只有沿入射方向才有射线射出的测量条件。

准直装置的作用：使射线源放出的射线成为一束窄而平行的射线。探测器周围用屏蔽物质遮挡，从而散射光子不会进入探测器而被记录。厚度X

I0I

I0：入射射线的强度；I：通过厚度为X的吸收屏后，测得的射线强度。“好几何条件”实验装置：能够使散射光子不被探测器记录的实验装置。第八十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）窄束射线强度的衰减规律为光子与吸收物质作用的截面；N为吸收物质单位体积的原子数；I0为射线入射强度；D为吸收物质厚度。设：

设在x深度处的射线强度为I，则在x~x+dx层内单位时间光子数的变化为：（等于在该层物质内单位时间发生作用的光子数）对上面的方程积分：第八十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日光子束通过物质时的强度为：对于，设：则窄束射线强度的衰减规律为：（μ—线性衰减(或吸收)系数，又称为宏观截面）结论：光子的数目随通过介质层厚度增加而减小，服从指数衰减规律。第八十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日（三）讨论

1、线衰减系数μ是由于伽玛射线通过物质时，发生三种衰减效应的总效应之和：μ指数衰减因子线性衰减系数宏观截面

2、线衰减系数μ的单位是：cm-13、线衰减系数μ的物理意义：当射线穿过单位距离介质时，单个光子被损失掉的几率。第九十页，共一百二十七页，2022年，8月28日4、线性衰减系数μ与入射射线、作用介质有关：①射线能量高μ值小③

吸收介质的密度ρ大μ值大5、对于某一确定射线能量，每一种介质有一确定的线性吸收系数μ值，该值是作用介质的吸收特性参数。能量(MeV)铅(Pb)cm-1铝(Al)cm-10.61.60.21.00.80.182.00.50.1铅和铝的衰减系数②吸收物质原子序数高μ值大第九十一页，共一百二十七页，2022年，8月28日μ/ρ质量衰减系数（μm）①射线通过物质时，被吸收的多少，不仅与物质的原子序数有关，尚与其密度有关。为此，引入质量衰减系数。②质量吸收系数μ/ρ的单位是：cm2/g=cm-1/(g/cm3)质量衰减系数与物质状态无关。③引入质量吸收系数后，物质的厚度一般采用质量厚度：xm。单位：第九十二页，共一百二十七页，2022年，8月28日④射线在化合物或混合物中的质量衰减系数为：式中：ci—第i种组分的重量百分比；μmi—第i种组分的质量衰减系数。半吸收厚度(d1/2)射线强度减弱1/2所通过吸收物质层的厚度。可以用半吸收厚度表示指数衰减规律：第九十三页，共一百二十七页，2022年，8月28日半吸收厚度单位：cm物质层厚度0I/I

射线的防护大都选用重金属铅、水泥等，构成很厚的防护墙。第九十四页，共一百二十七页，2022年，8月28日二、宽束射线通过物质（一）单色宽射线束在物质中的衰减窄束装置宽束装置厚度X

I0I

厚度X

I0I

探测器两者测量条件不同处：宽束条件下，散射射线可以被部分记录。

平行窄束：准直后的平行射线束，探测器记录直射光子。

宽束：直射光子＋散射光子。第九十五页，共一百二十七页，2022年，8月28日宽束射线强度的衰减规律：累积因子B与入射射线能量E和探测器的类型有关；还与测量时的几何条件有关。累积因子lnI/I0介质厚度(cm)窄束宽束在宽束条件下，介质的衰减系数小于窄束条件()：第九十六页，共一百二十七页，2022年，8月28日在窄束条件：

可见，在半对数坐标系中，窄束衰减曲线的斜率为衰减系数μ。且μ与入射光子能量及介质原子序数有关，不随介质厚度增加而变化。在半对数坐标系中，衰减曲线呈一条直线，其斜率是多少？lnI/I0介质厚度(cm)窄束宽束第九十七页，共一百二十七页，2022年，8月28日在宽束条件：在半对数坐标系中，衰减曲线是一条斜率不断改变的曲线：lnI/I0介质厚度(cm)窄束宽束衰减曲线开始斜率小，表示衰减系数小；随着吸收介质厚度增加，斜率增大，表示衰减系数增大；当介质厚度达到一定厚度后，斜率几乎不变，这时，衰减系数也不变，而数值上比相应窄射线束明显要小。第九十八页，共一百二十七页，2022年，8月28日（二）点源在无限均匀介质中的衰减

点状放射源产生的射线，在无限均匀介质中传播时，其衰减规律和宽束射线通过介质时的衰减规律相似。当探测器放在介质中测量时，还可以测量(记录)到从探测器后方的介质散射回来的反散射射线，射线强度(计数率)衰减缓慢。随着测量条件的不同，射线的衰减情况也会发生变化。而理论计算则很难考虑各种具体测量条件，所以在放射性方法勘查工作中，有时采用有效衰减系数来作简单计算。用实测射线强度按以下公式求出的衰减系数：或有效衰减系数(或)：第九十九页，共一百二十七页，2022年，8月28日当射线进入介质一定深度后，衰减服从指数衰减规律。如图中红色虚线所示。此时，可以用实际观测的质量衰减系数来计算伽玛射线的衰减。ln(I/I0)ρx(g/cm2)1Q步骤：对实测曲线中需要求解的某点，用其对应的“纵坐标值/横坐标值”—该比值即为该点对应的衰减系数值。第一百页，共一百二十七页，2022年，8月28日

小结1、核辐射同物质作用，仅当把能量和动量传递给物质才发生；没有能量和动量传递就没有作用。2、伽玛射线与物质的主要相互作用有三种：光电效应、康普顿效应、电子对效应。3、σph∝Z5/(h)3.5σc∝Zσp

∝Z2(h)h稍大于2m0c2

σp∝Z2ln(h)h>>2m0c24、窄束伽玛射线通过物质时按指数规律衰减：－－低能、重物质间的主要作用－－中等能量，各种介质的主要作用高能、重物质间的主要作用宽束伽玛射线：引入有效衰减系数。第一百零一页，共一百二十七页，2022年，8月28日第六节中子与物质的相互作用第一百零二页，共一百二十七页，2022年，8月28日中子与物质的相互作用实质上是中子与物质的靶核的相互作用。中子因不带电，能进入核内组成复合核。复合核的寿命很短，它很快放出中子，γ光子或其他带电粒子，甚至核裂变。中子与物质相互作用的基本特点：作用对象：原子核作用方式：各种核反应主要核反应形式弹性散射(n,n)非弹性散射(n,n’)辐射俘获(n,γ)核裂变反应(n,f)带电粒子发射(n,α),(n,p)多粒子发射(n,2n),(n,np)当中子能量不同，原子核质量不同时，产生的主要作用形式也不同。第一百零三页，共一百二十七页，2022年，8月28日（一）弹性散射(n,n)中子与靶核碰撞过程中，动能、动量守恒，靶核的能级状态没有改变。相当于两个弹性球的碰撞过程。碰撞后，中子的能量和运动方向均有所改变。中子的弹性散射更易于发生在与质量数较小的原子核的碰撞过程中。（二）非弹性散射(n,n’)

中子与靶核的碰撞过程，类似于弹性散射，但是靶核的能级状态有所升高。碰撞后，中子的能量和运动方向均有所改变，伴随着靶核的γ衰变。高能中子与重核的散射反应主要是非弹性散射。非弹性散射的反应式可以表示如下：第一百零四页，共一百二十七页，2022年，8月28日（三）辐射俘获(n,γ)

中子进入原子核，被吸收后形成复合核。复合核比原来的核多了一个中子，往往处于激发态，在回到基态时放出γ光子。

作用后，中子已不存在，生成核是靶核的另一种同位素。

辐射俘获是最常见的核反应。结果是生成核比原来原子核大一个质量数的同位素，即。生成核往往具有放射性。中子活化：

一个稳定的同位素经中子照射后，生成放射性核，这种现象称为激化或活化。相应的放射性称为人工放射性或感生放射性。（n,γ）是制备放射性同位素的重要途径：

例如：放射性同位素60Co就是利用（n,γ）反应得到的。或60Co是一种常用的放射性γ源。半衰期为5.25a，衰变时放出1.17MeV和1.33MeV两种能量的γ射线。第一百零五页，共一百二十七页，2022年，8月28日（四）核裂变反应(n,f)含义：

并非所有的物质与中子作用都可以发生裂变。自然界中存在的物质只有235U与中子作用可以发生裂变反应。人工制造的裂变材料包括233U、239U、241Pu等。

中子与重原子核作用时，被靶核所吸收/俘获之后，靶核变成了两个碎片（其它物质的原子核），同时释放出2~3个中子和大量的能量（结合能）。第一百零六页，共一百二十七页，2022年，8月28日（五）产生带电粒子的核反应中子与某些轻核发生作用时，形成复合核并发出带电粒子（质子或α粒子）。带电粒子发射：和

(n,α)反应：探测中子的重要途径：通过测量与中子反应产生的带电粒子获得中子的信息例：n+14N→14C+p

第一步：核反应产生质子第二步：质子对物质产生电离作用

(n,p)反应：人体有大量H和N原子，中子对人体电离效应严重、伤害也严重。多粒子发射：如(n,2n)、(n,np)等，这些反应的阈能较高，只有特快中子轰击靶核时才能发生。第一百零七页，共一百二十七页，2022年，8月28日本章结束

谢谢！第一百零八页，共一百二十七页，2022年，8月28日思考题：

1、请说明载能入射带电粒子在靶物质中的吸收过程，在其慢化过程中有哪些相互作用方式，其中哪两种是主要的作用方式。

3、212Po，放射源，E=8.785MeV，计算其在空气中和铝（A=27，=2.7g/cm3

）中的射程。

4、请说明入射带电粒子(如α粒子)的平均电离能、比电离的含义、以及电离能量损失率与比电离、平均电离能之间的关系。并说明α粒子在空气中的比电离与剩余射程的关系及其原因。

2、请说明α粒子与物质相互作用的主要形式、α粒子的射程特点以及天然α粒子在物质中的穿透能力。第一百零九页，共一百二十七页，2022年，8月28日

8、β粒子的射程定义及其表达式。随着β辐射层厚度的增大，β射线强度将如何变化？6、请说明正电子(β+粒子)发生湮没辐射的过程及特点。7、请写出β射线在介质中的衰减规律的两种表达形式。其中，线衰减系数和质量衰减系数、吸收体的厚度及其质量厚度之间满足什么关系，单位各是什么？5、请说明β粒子(电子)与物质相互作用的主要形式。β粒子(电子)的辐射能量损失率与电离能量损失率之间满足什么关系，对实际工作的指导意义是什么。散射作用对β粒子在物质中的运动轨迹产生的影响是什么。第一百一十页，共一百二十七页，2022年，8月28日