核物理基础与辐射防护

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1、第五章射线与物质的相互作用RadiationInteractionswithMatter2009-05-3015.1概述1、什么是射线？射线，指的是如X射线、射线、射线、射线等，本质都是辐射粒子。射线与物质相互作用是辐射探测的基础，也是认识微观世界的基本手段。本课程讨论对象为致电离辐射，辐射能量大于10eV。即可使探测介质的原子发生电离的能量。2009-05-3022、射线与物质相互作用的分类ChargedParticulateRadiationsUnchargedRadiationsHeavychargedparticlesNeutronsFastelect

2、ronsX-raysandrays2009-05-3033、弹性碰撞与非弹性碰撞为内能项弹性碰撞（即动能守恒）非弹性碰撞（即动能不守恒）为第一类非弹性碰撞，如入射粒子与处于基态的核碰撞，且使核激发；为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与处于激发态的核碰撞，且使其退激。2009-05-3044、带电粒子在靶物质中的慢化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：(a)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。(b)辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。(c)带电粒子与靶原子核的弹性碰撞(d)带电粒子与核外电子弹性碰撞2009-0

3、5-305(1)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，自身损失能量，称为电离损失。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。2009-05-306(2)、辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程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。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

4、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。2009-05-307(3)、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。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。这种由入射

5、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。2009-05-308(4)、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。实际上，这是入射粒子与整个靶原子的相互作用。这种相互作用方式只是在极低能量(100eV)的β粒子方需考虑,其它情况下完全可以忽略掉。2009-05-3095.2重带电粒子与物质的相互作用1、重带电粒子与物质相互作用的特点重带电

6、粒子均为带正电荷的离子；重带电粒子主要通过电离损失而损失能量，同时使介质原子电离或激发；重带电粒子在介质中的运动径迹近似为直线。2009-05-30102、重带电粒子在物质中的能量损失规律1)能量损失率(SpecificEnergyLoss)指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止本领(StoppingPower)。按能量损失作用的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”。对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。2009-05-30112)Bethe公式(Betheformula)Beth

7、e公式是描写电离能量损失率Sion与带电粒子速度v、电荷Z等关系的经典公式。(1)与带电粒子质量M无关，仅与其速度v和电荷数z有关。(2)与带电粒子的电荷z的关系；与带电粒子的速度v的关系：非相对论情况下，B随v变化缓慢，近似与v无关。(4)，吸收材料密度大，原子序数高的，阻止本领大。z入射粒子电荷数，v入射粒子速度，m0为电子静止质量，N靶物质单位体积的原子数，Z靶物质原子的原子序数，I靶物质平均等效电离电位。2009-05-30123、重带电粒子在物质中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。入射粒子在物质中行径