核武器辐射探测与防护基础

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1、核武器辐射探测与防护基础——射线与物质的相互作用一、引言核武器战略威慑作用大国地位象征核材料铀、钚、氚一、引言核辐射α粒子、β射线γ射线、中子一、引言无声无味、无色无嗅组织温度无明显升高射线与物质的相互作用辐射探测、防护的基础能量高，电离原子主要内容β射线与物质的相互作用γ射线与物质的相互作用α粒子与物质的相互作用中子与物质的相互作用α粒子：氦核，两个正电荷β射线：电子或正电子γ射线：光子中子：不带电核辐射带电粒子非带电粒子射线分类二、β射线与物质的相互作用β射线与物质的作用，可分为：与核外电子的非弹性碰撞过程与原子核的非弹性碰撞过程与原子核的弹性碰撞与核外电子弹性碰撞

2、两种非弹性碰撞是主要的作用方式2.1与原子核外电子的非弹性碰撞原子被激发原子核KMβ射线与原子的核外电子通过库仑力作用，使电子获得能量。激发二、β射线与物质的相互作用2.1与原子核外电子的非弹性碰撞自由电子原子核KM带正电的离子β射线与原子的核外电子通过库仑力作用，使电子获得能量。电离二、β射线与物质的相互作用2.1与原子核外电子的非弹性碰撞β射线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。zβ射线电荷数；vβ射线速度；N物质单位体积的原子数；Z物质原子的原子序数。用高NZ元素，如铅来阻挡β射线比较有利。二、β射线与物质的相

3、互作用2.2与原子核的非弹性碰撞当β射线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。原子核KMβ射线与原子核之间的库仑力作用，使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。轫致辐射二、β射线与物质的相互作用由轫致辐射引起的能量损失zβ射线电荷数；mβ射线质量；N物质单位体积的原子数；Z物质原子的原子序数。2.2与原子核的非弹性碰撞二、β射线与物质的相互作用辐射损失与电离损失之比综合考虑防护β射线采用低Z物质，如铝。二、β射线与物质的相互作用2.3β射线的吸收和射程吸收β射线在经过一定厚度的物质时，电子的数目随着距离的增加而逐步减

4、少，这种现象称为吸收。射程β射线从进入物质到完全被吸收沿原入射方向穿过的最大距离，称为该粒子在物质中的射程。β射线在物质中所经过的实际路程的长度称作路径。二、β射线与物质的相互作用β射线的射程比路程小得多。2.3β射线的吸收和射程二、β射线与物质的相互作用电离能量损失辐射能量损失α粒子其能量损失方式主要是电离能量损失，辐射能量损失可以忽略不计。射线质量电荷α73202β11三、α粒子与物质的相互作用α粒子射程约等于其路程。α粒子在空气中的射程为几个厘米。三、α粒子与物质的相互作用射线与物质的相互作用四、γ射线与物质的相互作用光电效应康普顿效应电子对效应四、γ射线与物质的

5、相互作用4.1光电效应(PhotoelectricEffect)射线(光子)与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)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。入射光子原子核光电子四、γ射线与物质的相互作用4.2康普顿效应(ComptonEffect)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，运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。入射光子h原子核反冲电子散射光子h四、γ射线与物质的相互作用4.3电子对效应(ElectronPairEffe

6、ct)能量较高(>1.022MeV)的射线(光子)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。入射光子原子核正电子电子四、γ射线与物质的相互作用γ射线对物质的电离作用：射线第1步初级作用第2步次级作用电离效应光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子三种作用效应次级电子使物质原子电离4.3作用截面射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面来表示作用概率的大小。四、γ射线与物质的相互作用光电效应截面康普顿效应截面电子对效应截面采用高Z物质可以有效阻挡射线，例如铅；采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠；总的来说，由于射

7、线不带电、无静止质量，穿透力较强。射线与物质的相互作用五、中子与物质的相互作用弹性碰撞非弹性碰撞中子俘获五、中子与物质的相互作用5.1弹性碰撞出射粒子仍为中子、剩余核仍为原有原子核。中子与物质中原子核碰撞时把部分能量传给原子核，带有能量的原子核脱离出原子,此原子核称反冲核，而中子本身带着较低能量改变运动方向继续行进，形成散射中子，这种现象称弹性碰撞。带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引起物质电离和激发。五、中子与物质的相互作用5.2非弹性碰撞入射中子的能量损失不仅使原子核得到反冲，且使原子核处于激发态。中子入射到物质原子核内，部分能