第1章——射線與物質相互作用

1、核輻射測量與防護核輻射測量與防護授課對象：核工本授課對象：核工本121121 輻射防護是：原子能科學技術的一個重要分支，輻射防護是：原子能科學技術的一個重要分支，它是研究人類免受或少受電離危害的一門綜合性它是研究人類免受或少受電離危害的一門綜合性的邊緣學科。它涉及到原子核物理、放射化學、的邊緣學科。它涉及到原子核物理、放射化學、輻射劑量學、核電子學、放射醫(yī)學、放射生物學輻射劑量學、核電子學、放射醫(yī)學、放射生物學及放射生態(tài)學等學科。及放射生態(tài)學等學科。 8、放射源警示標志、放射源警示標志國家標準規(guī)定，所有放射性工作場所及放射源的包裝容器上都必須有警示標志。 放射源放射源放射源放射源放射源放射源世

2、界最大錫產地云南個舊世界最大錫產地云南個舊:3000錫礦工死于肺癌錫礦工死于肺癌 輻射防護基本任務輻射防護基本任務：保護環(huán)境、保障從事放射性工：保護環(huán)境、保障從事放射性工作的人員和一般居民的健康與安全、保護他們的后作的人員和一般居民的健康與安全、保護他們的后代、促進原子能事業(yè)的發(fā)展。代、促進原子能事業(yè)的發(fā)展。u平時20%（課堂表現(xiàn)、出勤率+作業(yè)）u期中10%+期末70%（考試）第第1 1章章 電離輻射與物質的相互作用電離輻射與物質的相互作用第第2 2章章 輻射防護中常用的輻射量和單位輻射防護中常用的輻射量和單位第第3 3章章 電離輻射對人體的危害及輻射防護標準電離輻射對人體的危害及輻射防護標準

3、 第第4 4章章 外照射劑量的計算外照射劑量的計算 第第5 5章章 射線和射線和X射線的防護射線的防護 第第6 6章章 帶電粒子防護帶電粒子防護 第第7 7章章 中子的防護中子的防護 第第8 8章章 內照射劑量的計算及其防護內照射劑量的計算及其防護 第第9 9章章 核輻射探測器及測量方法核輻射探測器及測量方法 電離輻射防護與安全基礎電離輻射防護與安全基礎 楊朝文楊朝文 主編主編 教教材材輻射防護導論輻射防護導論 方杰方杰 主編主編輻射防護基礎輻射防護基礎 李星洪李星洪 主編主編 網(wǎng)絡教學平臺下載網(wǎng)絡教學平臺下載 1.1 1.1 粒子與物質相互作用粒子與物質相互作用1.2 1.2 射線射線與物質

4、相互作用與物質相互作用1.3 1.3 和和X X射線與物質相互作用射線與物質相互作用1.4 1.4 中子與物質相互作用中子與物質相互作用1.5 1.5 射線與物質相互作用特點小結射線與物質相互作用特點小結 1.1.1 1.1.1 粒子粒子的性質的性質 高速運動的氦核，帶兩個正電荷，質量數(shù)為高速運動的氦核，帶兩個正電荷，質量數(shù)為4 4，約為電子，約為電子質量的質量的73007300倍。能進行衰變的天然放射性核素絕大部分原倍。能進行衰變的天然放射性核素絕大部分原子序數(shù)大于子序數(shù)大于8282，如，如Ra22688Po21084Am24195原子序數(shù)小于原子序數(shù)小于82是極個別，且半衰期相當長，如：是

5、極個別，且半衰期相當長，如：Sm14762Nd14460Pt19078T1/2=1.71011aT1/2=21015aT1/2=6.11011a1.1.2 粒子與物質相互作用粒子與物質相互作用一、作用方式一、作用方式重帶電粒子可與核外電子發(fā)生重帶電粒子可與核外電子發(fā)生彈性碰撞彈性碰撞，僅在其，僅在其能量能量低于低于100eV100eV時有意義，所以一般只考慮帶電粒子與核外時有意義，所以一般只考慮帶電粒子與核外電子的非彈性碰撞。電子的非彈性碰撞。 重帶電粒子與核外電子發(fā)生重帶電粒子與核外電子發(fā)生非彈性碰撞非彈性碰撞的結果可使原的結果可使原子發(fā)生子發(fā)生電離或激發(fā)電離或激發(fā)。 二、電離和激發(fā)二、電離

6、和激發(fā)自由電子自由電子正離子正離子 + 靶原子靶原子 正離子正離子 + 電子電子 + 4He + Ar Ar+ + e- + 4He物質中原子被電離，在物質中原子被電離，在粒子通過的路徑上形成粒子通過的路徑上形成許多離子對：許多離子對：正離子和自由電子正離子和自由電子 + e-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -庫侖作用庫侖作用庫侖力庫侖力作用作用：自由電子、 離子自由電子與離子構成離子對。這種使物質中性原子變成離子對的過程稱為電離電離。原電離原電離入射粒子

7、直接作用引起的電離次級電離次級電離由原電離產生的電子如果具有足夠的動能，它也能使原子電離電子。電離（電離（ionization）帶電粒子通過物質時，殼層電子獲得的能量不足以使殼層電子脫離軌道，則從能量較低的軌道躍遷到能量較高的軌道，即原子由基態(tài)轉入高能態(tài)，這種過程稱為激發(fā)激發(fā)。原子退激原子退激激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，處在高能態(tài)的電子要跳回低能態(tài)軌道來，以發(fā)射光子的形式放出相應的能量 。原子發(fā)光現(xiàn)象 激發(fā)激發(fā)(excitation)電離和激發(fā)兩過程構成了重帶電粒子在碰撞過程電離和激發(fā)兩過程構成了重帶電粒子在碰撞過程中的主要能量損失。中的主要能量損失。-電離能量損失電離能量損失 -電子阻止電子阻止核阻

8、止核阻止三、電子阻止三、電子阻止式中：式中：z z：重帶電粒子的電荷數(shù)；：重帶電粒子的電荷數(shù)； e e：一個電子的電量，等于：一個電子的電量，等于1.6021.6021010-19-19C;C; Z Z：物質原子的原子序數(shù)；：物質原子的原子序數(shù)； N N：物質在單位體積中包含的原子數(shù)目；：物質在單位體積中包含的原子數(shù)目； c c：光速；：光速； V V：重帶電粒子的速度；：重帶電粒子的速度； m me e：電子的靜止質量：電子的靜止質量 I I ：物質原子中電子的平均等效電離電位。：物質原子中電子的平均等效電離電位。 -+=-22222e2421ln2ln4ccZCImNZmezdxdEeio

9、nuuuup腳標腳標“ion”表示是由入射粒子使原子電離或激發(fā)所引起的能量損失。表示是由入射粒子使原子電離或激發(fā)所引起的能量損失。(1) (1) 與重帶電粒子電荷數(shù)的平方成正比。與重帶電粒子電荷數(shù)的平方成正比。如果如果粒子粒子和質子的速度相等，物質對和質子的速度相等，物質對粒子的阻止本領是對質子阻止粒子的阻止本領是對質子阻止本領的本領的4 4倍。帶電粒子的電荷愈多，能量損失率愈大，穿透倍。帶電粒子的電荷愈多，能量損失率愈大，穿透能力也就愈弱。能力也就愈弱。 (2)(2) 與帶電粒子的質量無關與帶電粒子的質量無關。原因在于重帶電粒子。原因在于重帶電粒子的質量比電子質量至少大的質量比電子質量至少大

10、18001800倍。重帶電粒子的質量與電子倍。重帶電粒子的質量與電子質量相比，都可以近似地被看成是無窮大。因此，重帶電粒質量相比，都可以近似地被看成是無窮大。因此，重帶電粒子的質量的確切數(shù)值就對阻止本領沒有影響了。子的質量的確切數(shù)值就對阻止本領沒有影響了。 iondxdE)/(-iondxdE)/(-(3) (3) 與重帶電粒子的速度有關與重帶電粒子的速度有關。當速度較小時，。當速度較小時，可以近似地認為電離能量損失率與速度的平方成反比，對可以近似地認為電離能量損失率與速度的平方成反比，對數(shù)項的數(shù)值影響不大；當速度比較高時，項變化很小，數(shù)項的數(shù)值影響不大；當速度比較高時，項變化很小，對數(shù)項的影

11、響較大。當兩種粒子的速度相等時，即具有相對數(shù)項的影響較大。當兩種粒子的速度相等時，即具有相同的同的E/mE/m和相等的電荷，則兩種粒子在同一靶物質中的阻止和相等的電荷，則兩種粒子在同一靶物質中的阻止本領就相同。例如質子、氘核和氚核，它們的質量不同，本領就相同。例如質子、氘核和氚核，它們的質量不同，如果它們的速度一樣，則它們在同一物質中的阻止本領就如果它們的速度一樣，則它們在同一物質中的阻止本領就一樣。一樣。(4)(4) 與物質的電子密度與物質的電子密度NZNZ成正比。成正比。物質密度越物質密度越大，物質中原子的原子序數(shù)越高，則此種物質對重帶電粒大，物質中原子的原子序數(shù)越高，則此種物質對重帶電粒

12、子的阻止本領也越大。子的阻止本領也越大。 iondxdE)/(-21uiondxdE)/(-（5）在中能區(qū)，阻止本領與入射粒子的能量成反比）在中能區(qū)，阻止本領與入射粒子的能量成反比電子的阻止截面：電子的阻止截面：eedxdEN)(1-= 帶電粒子在單位路徑帶電粒子在單位路徑長度上形成的離子對數(shù)，長度上形成的離子對數(shù)，單位為離子對單位為離子對/ /厘米。厘米。比比電離應包括原電離和次電電離應包括原電離和次電離產生的離子對。離產生的離子對。 帶電粒子的吸收射程：帶電粒子從進入物質到完全被吸收沿原入射的方向穿過的最大距離，稱為該粒子在物質中的射程，常用符號R表示。如果不指明在哪種物質中，而只是說“射

13、程”多少，就是指粒子在標準狀況下的空氣中的射程。帶電粒子的射程和路程 對于能量為對于能量為3-7MeV3-7MeV的的粒子在標準狀態(tài)下空氣中的平均射程可用下面的經(jīng)粒子在標準狀態(tài)下空氣中的平均射程可用下面的經(jīng)驗公式表示：驗公式表示：230318. 0ER =E 是是粒子的能量，單位是粒子的能量，單位是MeV.R0 是是粒子在標準狀態(tài)下的空氣中的平均射程，單位是粒子在標準狀態(tài)下的空氣中的平均射程，單位是cm. = = =00E0E0dE/dx-dxdxR相同能量的同一種帶電粒子在不同物質中的射程有經(jīng)驗相同能量的同一種帶電粒子在不同物質中的射程有經(jīng)驗公式：公式：式中式中a a和和b b、A Aa a

14、和和A Ab b分別為物質分別為物質a a和物質和物質b b的密度與相對的密度與相對原子量。原子量。 baabbaAARR=在其它物質中的射程在其它物質中的射程R R可用在空氣中的射程可用在空氣中的射程R R0 0進行換算，其進行換算，其公式如下：公式如下：式中，式中，A A和和分別表示吸收物質原子的質量數(shù)和密度（單位分別表示吸收物質原子的質量數(shù)和密度（單位為為g/cmg/cm3 3），），R R的單位的單位為為cmcm。 aivRAR4102 . 3-=問題一：問題一：已知已知5MeV的的粒子在空氣中的平均射程是粒子在空氣中的平均射程是3.5cm，求其在，求其在鋁和鉛中的平均射程？鋁和鉛中的

15、平均射程？粒子能粒子能/MeV空氣空氣R/cmR/cm生物組織生物組織/ /鋁鋁/ /42.5311653.5432364.6563075.9723887.4914898.9110581010.613069mm粒子在幾種物質中的平均射程粒子在幾種物質中的平均射程1.2 1.2 射線與物質相互作用射線與物質相互作用快速電子或快速電子或射線（正電子和電子）與物質發(fā)生三種相互作用：射線（正電子和電子）與物質發(fā)生三種相互作用：非彈性散射、彈性散射和軔致輻射非彈性散射、彈性散射和軔致輻射。由于電子的靜止質量約是由于電子的靜止質量約是粒子的粒子的1/70001/7000，所以它與物質相互，所以它與物質相互

16、作用及在物質中的運動軌跡都與重帶電粒子有很大差異。作用及在物質中的運動軌跡都與重帶電粒子有很大差異?？焖匐娮釉谖镔|中的損失一般需考慮電離損失和軔致輻射損失?？焖匐娮釉谖镔|中的損失一般需考慮電離損失和軔致輻射損失。電子與原子核庫侖場作用發(fā)生非彈性碰撞，產生軔致輻射，能電子與原子核庫侖場作用發(fā)生非彈性碰撞，產生軔致輻射，能量為幾個量為幾個MeVMeV的電子在鉛中的軔致輻射能量損失率接近電離損失的電子在鉛中的軔致輻射能量損失率接近電離損失率。率。2202042329. 1ln2)(vNZIvmvmNZedxdEion+=-p22222220204)11 (81)1 ()112 ( 2ln)1 (2l

17、n2)(vNZIEvmvmNZedxdEion-+-+-=-p低能時：低能時：高能時：高能時：快速運動電子通過原子核附近時，受到原子核庫侖電場的作用，速度大小和運動方向都發(fā)生變化，一部分能量以電磁波的形式輻射出來，這種輻射稱為軔致輻射。電子打在熒光屏上電子打在熒光屏上產生產生X射線射線電視機顯像管電視機顯像管特征特征: x 射線能量連續(xù)射線能量連續(xù) 0 EMax(電子能量電子能量) 電視機電視機 高壓高壓15 kV 電子束能量電子束能量15 keV x 射線能量射線能量 0 -15 keV產生機制產生機制原子核原子核軔致輻射軔致輻射輻射能量損失率公式：輻射能量損失率公式：NEmZzdxdEra

18、d222)(-m: 入射粒子的質量入射粒子的質量E：入射粒子的能量：入射粒子的能量z：入射粒子的電荷數(shù)：入射粒子的電荷數(shù)Z：靶物質的原子序數(shù)：靶物質的原子序數(shù)N：單位體積內靶物質的原子序數(shù)：單位體積內靶物質的原子序數(shù)（1）輻射能量損失率與）輻射能量損失率與z2成正比，與成正比，與m2成反比。由于電子的質量小，在成反比。由于電子的質量小，在能量相同的情況下，電子的輻射能量損失要比能量相同的情況下，電子的輻射能量損失要比粒子、質子和重帶電粒子粒子、質子和重帶電粒子大得多。大得多。（2）輻射能量損失率與）輻射能量損失率與Z2和和N成正比。表明成正比。表明粒子打在重元素中，容易粒子打在重元素中，容易發(fā)

19、生軔致輻射。發(fā)生軔致輻射。（3）輻射能量損失率與入射粒子能量）輻射能量損失率與入射粒子能量E成正比。成正比。800)()(ZEdxdEdxdEionrad=-20MeV的電子穿過的電子穿過 時，輻射損失和電離損失之比是多少時，輻射損失和電離損失之比是多少? 問題二問題二Pb20682粒子的多次粒子的多次彈性散射概念彈性散射概念（簡稱散射）（簡稱散射）電子穿過物質時，運動方向的改變雖與原子核和核外電子發(fā)生非彈性碰撞有關，但主要是由于原子核的庫侖力作用而發(fā)生的彈性碰撞結果，發(fā)生彈性碰撞時電子的能量變化很小，但電子的運行方向變化很大，電子愈靠近原子核，散射愈厲害，散射角度也愈大。 多次散射和反散射多

20、次散射和反散射電子穿過物質時先后受到許多原子核的彈性散射作用，稱為“多次散射”。電子在物質中的行程較大，散射次數(shù)愈多，電子的偏轉就顯著。電子經(jīng)過多次散射，最終散射角可以大于900，甚至可能是折返去，這種大于900的散射稱為反散射。 在放射源的活度測量中，為了減少散射的影響，放射源的襯托物、支架等都利用原子序數(shù)Z低的物質，這是因為Z低，原子核的庫侖場作用小一些。在進行源活度的絕對測量時，必須對放射線的反散射襯托物的反射因素造成計數(shù)的增長予以修正，利用射線的反散射計數(shù)變化與散射體厚度的關系，可以做成反散射厚度計來測量各種金屬薄層及膠片、塑料布等材料的厚度，這是射線反散射技術的一項專門應用。 粒子多

21、次散射和反散射的應用粒子多次散射和反散射的應用非彈性碰撞非彈性碰撞當快速電子通過物質時，它與物質原子的殼層電子發(fā)生碰撞，而體系動能不守恒，入射電子將自己的一部分能量給于原子殼層電子，使原子發(fā)生電離或激發(fā)。電子電子碰撞：實質上是靜電相互作用。吸收吸收無論是單能電子束，還是能量連續(xù)分布的無論是單能電子束，還是能量連續(xù)分布的射線，在經(jīng)過一定射線，在經(jīng)過一定厚度的物質時，電子的數(shù)目隨著距離的增加而逐步減少，這種厚度的物質時，電子的數(shù)目隨著距離的增加而逐步減少，這種現(xiàn)象稱為吸收。現(xiàn)象稱為吸收。 mmtteIeII-=00md/693. 021=半吸收厚度：半吸收厚度：為何不能用為何不能用粒子那樣的平均射

22、程的概念來說明粒子那樣的平均射程的概念來說明粒子的粒子的情況情況 一束單能一束單能粒子具有平均射程，這個射程與粒子具有平均射程，這個射程與粒子能量有關，粒子能量有關，對于對于射線來說，因為射線來說，因為粒子的能量是從零到粒子的能量是從零到E最大最大連續(xù)分布，所連續(xù)分布，所以各個以各個粒子的射程差別很大。即使是初始能量相同的一束電子，粒子的射程差別很大。即使是初始能量相同的一束電子，由于它們在電離過程中損失的能量漲落很大，同時還存在軔致由于它們在電離過程中損失的能量漲落很大，同時還存在軔致輻射和多次散射，因而它們在同一物質中經(jīng)過直線距離差別也輻射和多次散射，因而它們在同一物質中經(jīng)過直線距離差別也

23、是很大的，所以是很大的，所以不能不能用用粒子那樣的平均射程的概念來說明粒子那樣的平均射程的概念來說明粒粒子的情況子的情況。 射線與射線與射線射線電離效應比較電離效應比較 射線射線 射線射線徑跡徑跡 粗粗 直直 細細 彎彎 電離作用強電離作用強 電離作用嚴重電離作用嚴重 產生離子對數(shù)目多產生離子對數(shù)目多 電離作用電離作用 Z1Z2 /v2 Z1 入射粒子原子序數(shù)入射粒子原子序數(shù) Z2 靶粒子原子序數(shù)靶粒子原子序數(shù) v 入射粒子速度入射粒子速度 實驗結果實驗結果38. 1maxmaxE407. 0R,VeM8 . 0EVeM15. 0 = = 133. 0-E542. 0R,VeM3EVeM8 .

24、 0maxmax = = 射線能量射線能量/MeV空氣空氣(cm)(cm)生物組織生物組織(cm)(cm)鋁鋁(cm)(cm)0.110.10.0160.0050.231.10.0490.01550.356.70.0890.0280.485.70.1870.0590.5119.00.1870.0591.03060.480.153.011001.740.555.019002.980.94幾種物質中幾種物質中粒子的射程粒子的射程 當e+ 粒子與物質作用，正電子的速度接近于零時，與附近原子中的電子（e -）結合，正負電荷抵消，兩個電子的靜止質量轉化為兩個方向相反，能量各為0.511Mev 的 光子而

25、自身消失的過程成為湮沒輻射或光化輻射。正電子與負電子相遇發(fā)生湮正電子與負電子相遇發(fā)生湮滅，產生兩個滅，產生兩個 0.511 MeV的的 光子。光子。 e+ + e- + me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 質量轉化為能量質量轉化為能量 轉化效率轉化效率 (100 %） 1.3 射線與物質的相互作用X和 射線的區(qū)別是什么？射線對物質的電離射線對物質的電離作用作用:兩步過程兩步過程三種作用效應三種作用效應 光電效應光電效應 康普頓效應康普頓效應 電子對效應電子對效應 產生次級電子產生次級電子電離效應電離效應次級電子使次級電子使物質原子電離物質原子電離射線射線第第 1 步步

26、初級作用初級作用第第 2 步步次級作用次級作用 光子與物質原子相撞時，把全部能量交給原子的一個軌道電子，光子本身消失，電子獲得能量后成為高能電子而擺脫原子核的束縛成為自由電子，使物質電離，此過程稱為光電效應。光子能量越低，物質原子序數(shù)越大，發(fā)生光電效應的幾率也越高。 1.3.1光電效應光電效應 （photoelectric effect)自由電子自由電子作用機制：作用機制：光子同光子同(整個整個)原子作用把自己的全部能量傳遞給原子原子作用把自己的全部能量傳遞給原子,殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來殼層中某一電子獲得動能克服原子束縛跑出來,成為成為自由電子，光子本身消失了。自由電子，光子

27、本身消失了。 + A A* + e- （光電子）（光電子） 原子原子 A + X 射線射線原子原子受激原子受激原子光電子的能量光電子的能量ieBhE-= Bi是殼層電子的結合能，不僅與原子序數(shù)是殼層電子的結合能，不僅與原子序數(shù)Z有關，也與電子所在殼層有有關，也與電子所在殼層有關。光子的能量必須大于殼層電子的結合能才能發(fā)生光電效應。關。光子的能量必須大于殼層電子的結合能才能發(fā)生光電效應。725,)1(hZKph)1(5,hZKph20cmE 20cmE 光電效應的截面光電效應的截面 稱為光電截面，它表示一個入射光子與單位面積上稱為光電截面，它表示一個入射光子與單位面積上一個靶原子發(fā)生光電效應的概

28、率。光電效應截面的大小與光子能量和吸收物一個靶原子發(fā)生光電效應的概率。光電效應截面的大小與光子能量和吸收物質的原子序數(shù)有關，而與物質所處的化學和物理狀態(tài)無關。質的原子序數(shù)有關，而與物質所處的化學和物理狀態(tài)無關。Kph,光電效應發(fā)生在束縛最緊的內層電子上，光電效應發(fā)生在束縛最緊的內層電子上，K殼層發(fā)生光電效應的概率最大。殼層發(fā)生光電效應的概率最大。 當光子與核外電子發(fā)生非彈性相撞時，將部分能量傳給電子，電子獲得能量后脫離原子而運動，該電子稱康普頓吳有訓電子，而使物質電離。光子本身能量減少又改變了運動方向。當光子的能量為0.5-1.0MeV時，該效應比較明顯。1.3.2 康普頓吳友訓效應（康普頓吳

29、友訓效應（Compton-Wu effect) 康普頓效應康普頓效應)cos1(120-+=cmEEE散射光子與反沖電子散射光子與反沖電子EEEe-=2tan)1 (cot20cmE+=00=0180=EE=20min21cmEEE+=EcmEEe2120max+入射光子能量入射光子能量（MeV）0.50.6621.01.52.03.04.0反散射光子能反散射光子能量（量（MeV）0.169 0.184 0.203 0.218 0.226 0.2350.24不同入射光子能量對應的反散射光子的能量不同入射光子能量對應的反散射光子的能量康普頓散射截面康普頓散射截面2038Zrcp=pEZcmEEc

30、mrc1)212(ln2202020+=當光子能量很低時當光子能量很高時當入射光子能量大于1.022MeV時，光子在原子核的庫侖電場作用下，射線消失射線消失，轉換成一對正負電子（二者又可結合轉化為光子） ， 此過程稱為電子對生成。電子對效應通常發(fā)生在能量較大的光子。 1.3.3 電子對生成（電子對生成（pair production)能量能量1.02 MeV 的的射線射線與原子核作用可能產生一對與原子核作用可能產生一對正正-負電子。負電子。 M M + e+ + e- 1 + 2 1.02 MeV me me 0.511MeV 0.511MeV基本條件：基本條件： 射線能量射線能量 E 1.0

31、2 MeV 為什么？為什么？能量轉化成能量轉化成質量質量M = E /C2電子對生成電子對生成h稍大于2m0c2時，h遠大于2m0c2時，三種效應與原子序數(shù)和光子能量的關系寬束：n 射線穿過物質時，強度按指數(shù)規(guī)律衰減，沿入射方向透過的射線穿過物質時，強度按指數(shù)規(guī)律衰減，沿入射方向透過的 光子的光子的能量不變。能量不變。n 射線比帶電粒子的穿透本領大得多，因此屏蔽和防護射線比帶電粒子的穿透本領大得多，因此屏蔽和防護 射線比帶電粒射線比帶電粒子要困難。子要困難。n 不同能量的不同能量的 射線，在入射到物質中時，三種相互作用對總吸收的貢射線，在入射到物質中時，三種相互作用對總吸收的貢獻是不一樣的。獻

32、是不一樣的。瑞利散射瑞利散射當光子能量很低時，它進入物質后與原子殼層電子發(fā)生彈性碰撞，受到電子的散射，瑞利散射的幾率用R 表示：R常量Z，N物質原子序數(shù)與原子密度E 入射 光子的能量22/ERNZR=1.4 1.4 中子與物質的相互作用自由中子不穩(wěn)定，能自發(fā)地衰變?yōu)橘|子，同時發(fā)射電子和反中微子自由中子不穩(wěn)定，能自發(fā)地衰變?yōu)橘|子，同時發(fā)射電子和反中微子中子波長與它的動能及動量的關系：中子波長與它的動能及動量的關系：慢中子：小于1KeV 中能中子：1100KeV 快中子：0.1100MeV 熱中子：0.0253eV 冷中子：小于0.005eV u放射性同位素中子源放射性同位素中子源（，n）中子源：

33、）中子源：光（光（，n ）中子源）中子源自發(fā)裂變（自發(fā)裂變（f，n）中子源）中子源u反應堆中子源反應堆中子源u加速器中子源加速器中子源1.4.3 中子與物質相互作用中子與物質相互作用散射和吸收散射和吸收散射：彈性散射和非彈性散射散射：彈性散射和非彈性散射吸收：輻射俘獲、核裂變等吸收：輻射俘獲、核裂變等 中子與物質中原子核碰撞時把部分能量傳給原子核，帶有能量的原子核脫出原子,此原子核稱反沖核，而中子本身帶著較低能量改變運動方向繼續(xù)行進成中子散射，這種現(xiàn)象稱彈性碰撞。帶電荷的反沖核獲得能量后，在其運動途中可引起物質電離和激發(fā)。1) 彈性碰撞(elastic collision)（一）作用類型（一）

34、作用類型1) 彈性碰撞(elastic collision)在彈性散射過程中，由于散射后靶核的內能沒有變在彈性散射過程中，由于散射后靶核的內能沒有變化，它仍保持在基態(tài)，散射前后中子化，它仍保持在基態(tài)，散射前后中子靶核系統(tǒng)靶核系統(tǒng)的動能和動量守恒，可以把這一過程看作的動能和動量守恒，可以把這一過程看作“彈性球彈性球”式的碰撞，對此種過程，可根據(jù)動能和動量守恒，式的碰撞，對此種過程，可根據(jù)動能和動量守恒，用經(jīng)典的方法來處理。用經(jīng)典的方法來處理。 快中子沖入物質原子核內，把部分能量傳給原子核 使核處于激發(fā)態(tài)，中子帶著剩余的能量從核內飛出，激發(fā)態(tài)核從中子得到能量以光子的形式釋出，原子核回到基態(tài)，這種現(xiàn)

35、象稱為非彈性碰撞。2) 非彈性碰撞( inelastic collision)+XnXXnXAZAZAZAZ10110)()(2) 非彈性碰撞( inelastic collision)非彈性碰撞中，入射中子的一部分（通常為絕大部分）動能非彈性碰撞中，入射中子的一部分（通常為絕大部分）動能轉變成靶核的內能，使靶核處于激發(fā)態(tài)，然后靶核通過發(fā)射轉變成靶核的內能，使靶核處于激發(fā)態(tài)，然后靶核通過發(fā)射射線又反射回到基態(tài)。散射前后中子與靶核系統(tǒng)的動量守恒，射線又反射回到基態(tài)。散射前后中子與靶核系統(tǒng)的動量守恒，但動能不守恒。只有入射中子的動能高于靶核的第一激發(fā)態(tài)但動能不守恒。只有入射中子的動能高于靶核的第一

36、激發(fā)態(tài)的能量時才能使靶核激發(fā)，即只有入射中子的能量高于某一的能量時才能使靶核激發(fā)，即只有入射中子的能量高于某一數(shù)值時才能發(fā)生非彈性散射，非彈性散射具有閾能的特點數(shù)值時才能發(fā)生非彈性散射，非彈性散射具有閾能的特點 。慢中子被物質原子核俘獲后，形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的新核素，這種現(xiàn)象稱中子俘獲。常被用來生產人工放射性核素 中子俘獲包括(n, ),(n,f),(n, )(n,p)四種類型反應 ）中子俘獲）中子俘獲（1 1）輻射俘獲）輻射俘獲 (n, )(n, )反應反應+XXnXAZAZAZ1110)(+UnU239921023892PuNpUd239943 . 223993min2323992-）中子俘

37、獲(2) (n,)(n,p(2) (n,)(n,p) )等反應等反應）中子俘獲(3) (3) 核裂變核裂變（二）作用特點 彈性散射：運動方向改變彈性散射：運動方向改變 非彈性散射：中子的一部分能量使核非彈性散射：中子的一部分能量使核 激發(fā)、產生激發(fā)、產生光子光子 A. 中子不與原子核外層電子發(fā)生作用B、中子不帶電不能直接使原子、中子不帶電不能直接使原子電離但中子容易進入原子核內電離但中子容易進入原子核內同原子核發(fā)生作用引起核反應同原子核發(fā)生作用引起核反應1）與）與 H 原子核的彈性碰撞原子核的彈性碰撞 傳遞能量傳遞能量 質子跑出來質子跑出來 中子被慢化中子被慢化 n + H n + p 第一步第一步 打出質子（載能）打出質子（載能） 第二步第二步 質子引起物質電離質子引起物質電離 慢化劑慢化劑:輕水輕水(1H2O) 重水重水(2D2O)nHnnp電離電離 2） 中子核反應 例如( n,p)反應 n + 14N 14C + p 第一步 核反應產生質子 第二步 質子對物質產生 電離作