射线与物质的相互作用节

射线与物质的相互作用节第一页，共十六页，编辑于2023年，星期二光电效应能量为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。

第二页，共十六页，编辑于2023年，星期二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-Be>0（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γ射线能量而成为光电子，γ射线只与受束缚电子才能发生光电效应第三页，共十六页，编辑于2023年，星期二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γ光子与高Z物质相互作用时，发生光电效应占优势。第四页，共十六页，编辑于2023年，星期二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。第五页，共十六页，编辑于2023年，星期二康普顿效应能量为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。第六页，共十六页，编辑于2023年，星期二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

ʹ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=0.511MeV。第七页，共十六页，编辑于2023年，星期二康普顿效应当α>>1时，Eg

ʹ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第八页，共十六页，编辑于2023年，星期二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θ＝180°时，反冲电子的能量最大，为：第九页，共十六页，编辑于2023年，星期二电子对效应

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，称为电子对效应第十页，共十六页，编辑于2023年，星期二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hѵ≥2mec2（1.02MeV），在原子的电子场中，要求入射光子的能量hv≥4mec2（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。第十一页，共十六页，编辑于2023年，星期二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第十二页，共十六页，编辑于2023年，星期二γ射线在物质中的减弱γ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γ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γ光子把它的能量最终转化为电子的动能后，光子本身不存了第十三页，共十六页，编辑于2023年，星期二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。第十四页，共十六页，编辑于2023年，星期二辐射俘获辐射俘获又称为（n,γ）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是弹性散射，对于重核（非幻数核）主要是辐射俘获，重核对慢中子的俘获截面很大第十五页，共十六页，