射线与物质的相互作用2（硕）ppt课件.pptx

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1、电离辐射与物质相互作用上海交通大学王德忠教授2013年3月20日物质对射线的吸收射线窄束衰减(narrow-beamattenuation)规律γ射线通过物质时，如果发生几种效应中间的一种效应，γ光子就从光子束中分离出来（在康普顿散射时，认为散射γ光子不能算在原来γ光子入射束内），这种情况称为γ射线窄束衰减情况γ射线窄束衰减实验发现，γ射线在窄束衰减情况下服从I0：单位时间内入射到垂直于光子束单位面积物质上的光子数目I：单位时间内穿透厚度为的物质以后垂直于原来光子方向单位面积上的光子数目N：物质单位体积内的原子数目σ：每个原子对γ光子的作用截面，是三种效应的总截面令，可以得到，

2、μ称为物质对γ射线的线性衰减系数线性衰减系数(Linearattenuationcoefficient)线性衰减系数的物理意义是单位路程上γ射线与物质发生相互作用的总几率定义：质量衰减系数质量衰减系数与ρ即物质状态无关相应质量厚度表示为：吸收规律的另一种更常用的表达式半吸收厚度(half-absorptionthickness)与带电粒子不同，射线没有射程的概念窄束射线强度衰减服从指数衰减规律，只有衰减（吸收）系数及相应的半吸收厚度的概念半吸收厚度:当穿过吸收层后其强度减小到初始强度一半时的吸收层厚度宽束条件下的吸收规律平行窄束：准直后的平行射线束，探测器记录直射光子宽束：

3、直射光子＋散射光子宽束条件下的衰减规律累积因子B:与入射能量E和探测器的类型有关；还与测量时的几何条件有关。三种效应质量衰减系数的比较每个原子的三种效应截面都与γ射线能量有关，但在一定的能量区域只有一种效应占优势，对于低能γ射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势对一种特定物质来说，存在一个γ射线能量值，具有此能量的γ射线最易穿透该物质，该能量通常称为γ射线的临界吸收能量临界吸收能量：电子对效应截面的升高速度等于光电效应截面和康普顿效应截面的降低速度时的能量。影响三种效应截面的因素三种效应的截面都与原子序数Z有关，σph与Z5成正比，σc与Z成正比，σp与Z2成正比，所以

4、物质的衰减系数与物质原子的原子序数有密切的关系，也与γ射线的能量有关三种效应的相对重要性与Z及能量hv的关系低能射线和原子序数高的吸收物质，光电效应占优势中能射线和原子序数低的吸收物质，康普顿效应占优势高能射线和原子序数高的吸收物质，电子对效应占优势三种效应质量衰减系数的比较质量衰减系数μ/ρ、质能转移系数μtr/ρ和质能吸收系数μen/ρ三个系数，都是针对不带电粒子(X、Y射线和中子)穿过物质时发生的物理现象而定义的质量衰减系数度量：平均有多少粒子减少质能转移系数度量：平均有多少能量转移为带电粒子的动能质能吸收系数度量：平均有多少能量被物质所吸收三者的单位都是m2·kg-1质

5、量衰减系数(massattenuationcoefficient)描述不带电粒子在物质中，经各种相互作用发生了能量或方向的改变而减弱。定义：某物质对不带电致电离粒子的质量衰减系数μ/ρ是dN/N除以ρdl所得的商：ρ是介质的密度dN/N是粒子穿行距离dl时发生相互作用的份额质量衰减系数质量衰减系数μ/ρ，只涉及到物质中入射不带电粒子数目的减少，并不涉及进一步的物理过程，它的数值不因材料物理状态的改变而改变。以γ射线为例，γ射线与物质相互作用主要分为三种过程：光电效应、康普顿散射和电子对效应γ射线在物质中的衰减，通常是几种过程叠加的结果质量衰减系数元素的质量衰减系数massatt

6、enuationcoefficient材料的质量衰减系数质量能量转移系数(massenergytransfercoefficient)定义：某物质对不带电粒子的质量能量转移系数μtr/ρ，是dEtr/NE除以ρdl所得的商，即ρ是物质的密度；N是粒子数，E是每—粒子的能量(不包括静止能量)；dEtr/NE是入射粒子在物质中穿过质量厚度ρdl的物质层后，因相互作用，其能量转移给带电粒子的份额。质量能量转移系数μtr/ρ的单位也是m2·kg-1。质量能量转移系数μtr/ρ，只涉及到在物质中入射不带电粒子能量的转移，而不涉及能量是否被物质吸收的问题。质量能量转移系数在γ射线与物质相互

7、作用的三种主要过程中，光子能量都有一部分转变为电子(如光电子、反冲电子和正、负电子对)的动能，而另一部分能量被能量较低的光子(如特征X射线、散射光子和淹灭辐射)所带走μp表示光子能量的辐射转移部分；μtr表示光子能量的电子转移部分，称之为线性能量转移系数质量能量转移系数在辐射剂量学中，重要的是确定光子能量的电子转移部分，因为光子最后在物质中被吸收的能量来自这部分。μtr可表示为表示辐射在物质中穿过单位长度距离后，由于相互作用，其能量转移给电子的份额。τa、σa和κa分别表示光电效应、康普顿散