射線與物質(zhì)相互作用

第五節(jié)

射線與物質(zhì)的相互作用

前面介紹了放射性核素會(huì)放出α、β

、γ

和中子等射線。掌握各種射線與物質(zhì)相互作用的規(guī)律有三方面意義：(1)對(duì)射線進(jìn)行必要的防護(hù)，以免對(duì)人體造成危害；、、、、(2)對(duì)各種射線加以利用，使之用來(lái)治病、診斷和測(cè)厚、探傷及育種等等；、、人頭核磁共振圖(3)以便制造出各種有效的探測(cè)器械。原子核在衰變過(guò)程中發(fā)出的各種射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，將和物質(zhì)發(fā)生的一系列相互作用。、、、、粒子軌跡圖一、γ射線與物質(zhì)的相互作用：

γ射線是電磁波，波長(zhǎng)比X

射線更短。γ

射線透過(guò)物質(zhì)時(shí)將會(huì)逐漸減弱，其強(qiáng)度隨吸收物的厚度按指數(shù)規(guī)律衰減：

、、γ

線衰減有兩種原因，一是吸收，二是散射(改變方向，沒(méi)有能量散失)，因此μ是由兩部分構(gòu)成的。

γ

光子進(jìn)入物質(zhì)被吸收的方式有以下幾種：光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)生成。1．光電效應(yīng)(photoelectriceffect)——

當(dāng)γ

光子與物質(zhì)中原子相互作用時(shí)，將其全部能量交給原子中的內(nèi)層電子(主要是

K

殼層電子，也可以是

L

殼層或其他殼層的電子)，電子獲得能量后，隨即脫離原子而飛出。光電效應(yīng)——

K

殼層電子獲能后，飛出原子。K層2．康普頓散射效應(yīng)

——

能量較大的γ

光子與原子中比較外層的、束縛不太緊密的電子相碰撞時(shí)，γ

光子將其部分能量傳給較外層的電子，使之脫離原子成為反沖電子，而γ光子由于損失一部分能量，就改變了頻率和運(yùn)動(dòng)方向。M層電子飛出原子。γ光子損失部分能量，改變了頻率和運(yùn)動(dòng)方向。M層對(duì)于散射作用來(lái)說(shuō)，入射光束在其前行方向上的射線強(qiáng)度有明顯的減弱。3．對(duì)電子生成(pair

production)

——入射光子的能量大于兩個(gè)電子的靜止質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的能量(大于1.02MeV)，光子經(jīng)過(guò)原子核附近時(shí)，在原子核場(chǎng)的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子(positron)和一個(gè)負(fù)電子，這一現(xiàn)象叫做對(duì)電子生成。光子能量一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎?、?fù)電子的靜止質(zhì)量外，剩余能量轉(zhuǎn)化為正、負(fù)電子的動(dòng)能。雖然在真空中正電子是穩(wěn)定的，但它在物質(zhì)中卻不能長(zhǎng)期存在，正電子與物質(zhì)中的原子碰撞后將逐漸失去其動(dòng)能。4.電子對(duì)湮滅(pairannihilation)

——

正電子與一個(gè)負(fù)電子結(jié)合，并一起化為兩個(gè)反方向飛行的、同能量（0.511MeV）的光子對(duì)。軔致輻射——

當(dāng)帶電粒子深入物質(zhì)后，受到原子核的阻擋，其速度突然銳減而將其損失的動(dòng)能以光子的形式輻射出來(lái)。

三、不同物質(zhì)對(duì)各種射線的吸收：1、α粒子的吸收用兩、三張普通的紙，就可把α粒子吸收掉。2、β粒子的吸收阻止β

粒子通過(guò)吸收物的厚度，決定于該物質(zhì)密度和電子的初動(dòng)能。3、γ

粒子的吸收γ射線對(duì)物質(zhì)的穿透力，較α、β射線都強(qiáng)，如鐳的γ線透過(guò)10cm

厚的鉛時(shí)，才減少到0.5％

以下(此時(shí)仍未被全吸收)，在水中通過(guò)1.5m時(shí)，僅減少約

1％左右。γ粒子的防護(hù)鉛可阻止γ

粒子通過(guò)，物質(zhì)密度大的厚鉛可吸收γ粒子。4、中子射線的防護(hù)中子不帶電，當(dāng)它通過(guò)物質(zhì)時(shí)，不易直接引起電離和激發(fā)，所以中子在物質(zhì)中可以穿過(guò)很長(zhǎng)距離。實(shí)驗(yàn)