入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用

1.

衰变

1

2

3一、核衰变类型核内中子，质子数失衡，核转变同时放出射线重核，原子序数大于821.衰变123一、核衰变类型核内中子，质子数失12.

衰变与电子俘获(1).

-

衰变(2).

+

衰变(3).电子俘获(E.c)E.c

-

+原子核从核外获得，K俘获2.衰变与电子俘获(1).-衰变(2).+2辐射，同质异能跃迁3.伴随性：子核处于激发能级内转换：有时不发射光子，把多余的能交给核外电子，电子脱离束缚而发射γ辐射，同质异能跃迁3.伴随性：子核处于激发能级γ3二、射线与物质的相互作用本质：能的转移与吸收带电粒子非带电粒子二、射线与物质的相互作用45（一）带电粒子的种类和物理性质

带电粒子种类：带电粒子电子：核外电子β射线：原子核发出的高速电子质子α粒子带电粒子与物质的相互作用5（一）带电粒子的种类和物理性质

带电粒子种类：带电粒子电子56带电粒子与物质相互作用的主要过程主要过程电离和激发韧致辐射6带电粒子与物质相互作用的主要过程主要过程电离和激发韧致辐射671.电离、激发和碰撞阻止本领带电粒子轨道电子库仑相互作用电离激发71.电离、激发和碰撞阻止本领带电粒子轨道电子库仑相互作用7nuclearkLMExcitinginterelectronHighspeedelectron2、特征X射线的产生原理特征X线的产生过程高速电子进入靶物质后，其动能被靶原子内壳层电子获得，一部分用来脱离原子核束缚作功（逸出功）；另一部分变成逸出后电子的动能。当电子逸出后，原子内壳层就出现了空位，外壳层电子将向内壳层填充，辐射的电磁波（X线）由两能级差确定E2-E1=hf21nuclearkLMExcitinginterelect8直接电离（初级）：入射粒子与物质直接作用产生电离间接电离（次级）：电离产生的某些电子，具有足够的能量，进一步引起物质电离，总电离的60%-80%直接电离（初级）：入射粒子与物质直接作用产生电离9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——核外层电子克服束缚成为自由电子，原子成为正离子。激发——使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子处于激发状态，退激发光。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10当入射带电粒子与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其能量，我们称它为电离损失。当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物质原子电离或1112碰撞阻止本领线碰撞阻止本领（linearcollisionstoppingpower）：带电粒子在介质中每单位路径长度上电离损失的平均能量。质量碰撞阻止本领(masscollisionstoppingpower)：线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。12碰撞阻止本领线碰撞阻止本领（li1213（(贝特)13（(贝特)13（1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比；

库仑作用力（2）电离损失与重带电粒子的能量(速度)成反比；

作用时间（3）电离损失与物质的原子密度成正比；作用概率（1）电离损失与重带电粒子的电荷z2成正比；14152.韧致辐射和辐射阻止本领高速电子进入到原子核附近的强电场区域（路程伴随库仑力的变化过程），电子的速度大小和方向必然变化，部分或全部动能以电磁波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波长连续分布。入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入射带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射—轫致辐射Bremsstrahlung。152.韧致辐射和辐射阻止本领高速电子进入到原15辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程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。尤其对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。辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程当入射带电粒子与原子核发16171717线辐射阻止本领线辐射阻止本领18入射粒子质量的平方成反比与介质原子序数的平方成正比与入射带电粒子能量成正比,入射带电粒子能量较低时，碰撞为主，高时辐射为主。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。入射粒子质量的平方成反比当要吸收、屏蔽β射线时，不宜选用重材19203.总质量阻止本领（1）E<10MeV，主要是电离损失和辐射损失：（2）重带电粒子，辐射损失可以忽略203.总质量阻止本领（1）E<10MeV，主要是电离损失和2021（3）电子的电离损失与辐射损失比例式中：Z－物质原子序数；E－电子能量E=10MeV,Z=82铅，近乎相等21（3）电子的电离损失与辐射损失比例式中：Z－物质原子序数21InteractionCharacteristics:主要为电离能量损失单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对和较大的能量转移每次碰撞损失能量少运动径迹近似为直线在所有材料中的射程均很短HeavyChargedParticleInteractions射程：带电粒子在某种物质中，沿着入射方向从进入到最后被物质吸收所经过的最大直线距离。InteractionCharacteristics:每次22ElectronsandPositronsInteractionsInteractionCharacteristics:电离能量损失和辐射能量损失单位路径上较少相互作用——单位路径上产生较少的离子对和较小的能量转移每次碰撞损失能量大路径不是直线，散射大ElectronsandPositronsIntera23（二）非带电粒子与物质的相互作用1.X、γ射线与物质的相互作用2.中子与物质的相互作用与带电粒子完全不同，不能完全被吸收，增加物质的厚度，只能减弱其强度。（二）非带电粒子与物质的相互作用1.X、γ射线与物质的相互作24251.X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和其他过程1.1光电效应光电子动能：Ee＝h－Bi（i＝K，L，M…）X、γ射线与物质的相互作用特征X射线251.X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和其他过程1.12526X、γ射线与物质的相互作用俄歇电子26X、γ射线与物质的相互作用俄歇电子26光电效应PhotoelectricEffect

射线(光子)与物质原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子photoelectron)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。

光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。因此，光电效应主要发生在原子中结合的最紧的

K层电子上。

光电效应发生后，由于原子内层电子出现空位，将发生发出特征X射线或俄歇电子的过程。光电效应PhotoelectricEffect射线27只有光子能量大于壳层电子的结合能时，才能发生光电效应，当光子能量较低，而作用物质的原子序数较大时，光电效应的概率很大。只有光子能量大于壳层电子的结合能时，才能发生光电效应，当光子2829原子的光电效应截面：单位：cm2式中：K－常数

Z－物质的原子序数 光电效应的几率与原子序数Z4成正比；光电效应的几率与光子能量h

3成反比；低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势；光电效应主要发生在K层及L层电子。X、γ射线与物质的相互作用（每个原子）29原子的光电效应截面：单位：cm2式中：K－常数 Z－物质291.2、康普顿效应ComptonEffect康普顿效应是射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。康普顿散射可近似为光子与自由电子发生相互作用（弹性碰撞）。康普顿效应主要发生在原子中结合的最松的外层电子上。1.2、康普顿效应ComptonEffect康普顿301.3、电子对效应PairProduction

电子对效应是当入射射线(光子)能量较高(>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的能量必须大于1.022MeV。能量可以转化成物质，高Z物质易发生1.3、电子对效应PairProduction电子对3132X、γ射线与物质的相互作用低能光子，原子序数高的物质中能光子，原子序数低的物质高能光子，原子序数高的物质32X、γ射线与物质的相互作用低能光子，原子序数高的物质3233相互作用系数一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数（一）、X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和其他过程（二)质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数33相互作用系数一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数33光子与物质相互作用产生的次级粒子，光电子，康普顿散射电子，正负电子对，俄歇电子，淹没光子，核特征X射线，与物质发生各种相互作用，直到能量全部耗尽为止。光子与物质相互作用产生的次级粒子，光电子，康普顿散射电子，正3435X、γ射线与物质的相互作用的其他过程1.相干散射光子作为电磁波具有波粒二象性；干涉现象的条件：相干光源劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象，在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。X、γ射线与物质的相互作用截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；低能时不可忽略，小角度散射。35X、γ射线与物质的相互作用的其他过程1.相干散射光子作3536质量衰减系数、质能转移系数

及质能吸收系数1.质量衰减系数/

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。式中：－线衰减系数，m-1；－光电线衰减系数；

e－总康普顿线衰减系数；

coh－相干散射线衰减系数；－电子对线衰减系数；质量衰减系数/：线衰减系数：X、γ射线与物质的相互作用单位：m-136质量衰减系数、质能转移系数

及质能吸收系数1.质量衰减36不带电粒子在物质中穿过质量厚度的物质层后，因相互作用使不带电粒子减少的份额。不带电粒子在物质中穿过质量厚度的物质层后，因相互作用使不带电37382.质能转移系数

tr/

线能量转移系数

tr：

穿行单位距离，光子转移为带电粒子的动能占总能量的份额。质能转移系数

tr/：

X、γ射线与物质的相互作用穿行过单位质量厚度，射线把能量转移给电子的份额382.质能转移系数tr/线能量转移系数tr：38393.质能吸收系数

en/

光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致辐射损失掉。质能吸收系数

en/：

式中：g－次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额X、γ射线与物质的相互作用393.质能吸收系数en/光子转移给带电粒子的能392.中子与物质的相互作用2.1、中子的分类2)中能中子：1KeV～0.5MeV。1)慢中子：0～1KeV。包括冷中子、热中子、超热中子、共振中子。3)快中子：0.5MeV～10MeV。4)特快中子：>10MeV。热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s.2.中子与物质的相互作用2.1、中子的分类2)中能中子：140不带电，质量接近质子，自由中子不稳定，12min，无法储存来源：同位素反应堆加速器不带电，质量接近质子，自由中子不稳定，12min，无法储存412.2.中子的散射

1)弹性散射(n,n)

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。出射粒子仍为中子、剩余核仍为靶核。能量不高时，与轻核作用，原子核反冲角度不同，传能不同与氢对碰100%与石墨28.4%与重核2%2.2.中子的散射1