射线与物质的相互作用201104COPY.ppt

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1、第二章射线与物质的相互作用为何要研究射线与物质的相互作用射线如何对机体造成危害?如何探测粒子或射线?射线经过介质的行为?射线与物质的相互作用是辐射探测的基础，也是射线危害和认识微观世界的基础理论。带电粒子与物质的相互作用伽马射线与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用电离（ionization）激发（excitation）散射（scattering）轫致辐射（bremsstrahlung）吸收（absorption）威尔逊云室中见到的α粒子的径迹图带电粒子与物质的相互作用-Alpha电离和激发运动轨迹为直线穿透能力很弱，空气中的射程为几厘米带电粒子与物质的

2、相互作用（1）带电粒子能量损失方式一—电离损失（2）带电粒子能量损失方式二—辐射损失电离入射带电粒子在从吸收物质原子旁掠过时，由于它们与壳层电子之间发生静电库仑作用，壳层电子便获得能量。如果壳层电子获得的能量足够大，它便能够克服原子核的束缚而脱离出来成为自由电子。产生了电子和正离子。激发带电粒子给予壳层电子的能量较小，还不足以使它脱离原子的束缚而成为自由电子，但是却由能量较低的轨道跃迁到较高的轨道上去，这个现象称为原子的激发。处于激发态的原子是不稳定的，它要自发地跳回到原来的基态。能量损失率比电离单位路程上产生的离子对总数称为比电离。P.23图2-1-1A

3、lpha衰变（射程）射程在空气中的射程只有几厘米，在15度、一个标准大气压下R（厘米）＝0.56E(当E小于4MeV)＝0.318E3/2(当E大于4MeV且小于7MeV)Beta衰变性质比电离阻止本领韧致辐射射程指数式的β粒子吸收Beta衰变（性质）放射性核素的核里有一个中子转变为一个质子，并放出β粒子。β粒子是高速运动的电子流（正电子和电子）。平均能量能量是不连续的，平均能量大约是1/3E最大，正电子大约是0.43E最大沿折线径迹运动(散射很大)56Ba-137β(5%)Eβ=1.18MeVγEγ=0.661MeVβ(95%)Eβ=0.514MeV13

4、7Cs55E最大能量（MeV）Β粒子数典型的β能谱Beta衰变（性质）Beta衰变（比电离）比电离在空气中的W＝34eV/离子对比电离能量β粒子的比电离对能量关系曲线的一般形状比电离比电离值随粒子损失能量而逐渐增加，最后比电离达到一个峰值，当粒子能量全部损失时下降为零。Beta衰变（比电离）电子的平均比电离为：比电离=形成的离子对数目／射程长度＝Ee／WR离子对／厘米近似关系式：比电离≈33+63E最大－0.9Beta衰变阻止本领N－介质中的原子数目／厘米3，B’－原子阻止数。电子与吸收物质的原子核之间相互作用。电子的某些能量也可以在物质中产生X射线的形式

5、释放。这种X射线称为韧致辐射。电子能量低于1MeV时，不足以发生韧致辐射作用。每个原子的总韧致辐射大致正比于（Z／m）2Beta衰变(韧致辐射)带电粒子能量损失方式之二———辐射损失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，伴随发射电磁辐射-轫致辐射(bremsstrahlung).它是X射线的一种，具有连续的能量分布。轫致辐射（bremsstrahlung）带电粒子与被通过的介质原子核相互作用，带电粒子突然减速，一部分动能转变为电磁辐射释放出来。这种作用随粒子的能量增加而增大。与粒子的质量平方成反比。与介质的原子序数Z的平

6、方成正比。Beta衰变(韧致辐射)1.对于电子束入射到厚靶上，电子初始能量转化为X射线的部分近似为：F≈7×10-4ZKk2.对于Beta射线源，Beta粒子转化为X射线部分近似为：F≈3.33×10-4ZK最大Beta衰变(射程)对电子的阻止本领随吸收体原子序数Z的增加而减少。因散射而使真实路程增加（大约为1.2-1.4倍直线路程）电子的射程通常用质量厚度表示：d(厘米）p（毫克／厘米3）＝R射程（毫克／厘米2）Katz和Penfold公式：R＝412E1.265-0.09541lnE(E大于0.01且小于2.5MeV)R＝530E－106（E大于2.5

7、MeV）指数式的Beta粒子吸收Beta吸收服从指数规律，公式如下：μ－吸收系数d－吸收物质的厚度指数式的Beta粒子吸收用质量吸收系数表示（重点）绝大部分物质的质量吸收系数可表示为：Beta电离，激发，韧致辐射，散射运动轨迹为折线穿透能力较大散射散射是带电粒子与被通过的介质的原子核发生相互作用的结果。弹性散射作用下，带电粒子只改变运动方向，不改变能量。方向改变的大小与带电粒子的质量有关。非弹性散射放射性物质层的自吸收饱和强度饱和层厚度Gamma与物质的相互作用性质与物质的相互作用光电效应康普顿效应电子对效应X和γ射线的吸收质量能量吸收系数伽马射线与物质的

8、相互作用三种作用形式光电，康普顿，电子对衰减规律线衰减系数，质量衰