射線與物質(zhì)的相互作用節(jié).ppt

1、X、射線與物質(zhì)的相互作用,能量傳遞方式 ： X、射線是一種比紫外線的波長(zhǎng)短得多的電磁波，它與物質(zhì)相互作用時(shí)，能產(chǎn)生次級(jí)帶電粒子（主要是電子）和次級(jí)光子，通過(guò)這些次級(jí)帶電粒子的電離、激發(fā)把能量傳遞給物質(zhì)； 能量損失方式： X、射線與物質(zhì)相互作用， 不是通過(guò)多次小能量的損失逐漸消耗其能量，而是在一次作用過(guò)程中就可能損失大部分或全部能量； 作用過(guò)程：在0.110MeV能量范圍內(nèi)，主要的是光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)； 射程： X、射線在物質(zhì)中不存在射程的概念。,光電效應(yīng),能量為h的光子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，與原子的某一殼層中的一個(gè)軌道電子相互作用，把全部的能量傳遞給這個(gè)電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛

2、成為自由電子（光電子）。此效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。,光電效應(yīng),發(fā)生光電效應(yīng)的條件有二： （1）入射光子的能量必須大于某殼層電子的結(jié)合能；即： E=h-Be0 （2）為了滿足能量守恒和動(dòng)量守恒，必須有第三者參加，即發(fā)射光電子后的整個(gè)原子參加。,因此，自由電子不能吸收射線能量而成為光電子，射線只與受束縛電子才能發(fā)生光電效應(yīng),光電效應(yīng),束縛的越緊的軌道電子，發(fā)生光電效應(yīng)的幾率越大，所以K層和L層發(fā)生光電效應(yīng)的幾率最大；如果入射光子的能量大于K層電子的結(jié)合能，則K層電子發(fā)生光電效應(yīng)的幾率約為80%； 發(fā)射光電子后留下的空穴被外殼層的電子填充時(shí)，將發(fā)射特征X射線、紫外可見(jiàn)光（熒光輻射），或發(fā)射俄歇電子（俄歇效

3、應(yīng)）,發(fā)生光電效應(yīng)的特點(diǎn),低能光子與高Z物質(zhì)相互作用時(shí)，發(fā)生光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。,光電效應(yīng),光電子的發(fā)射呈角分布，且和入射光子的能量有關(guān)。當(dāng)光子能量很低時(shí)，光電子與入射光子成900角射出的概率最大。隨著入射光子能量的增加，光電子的發(fā)射角變小。,康普頓效應(yīng),能量為h的光子與原子內(nèi)一個(gè)軌道電子相互作用時(shí)，光子交給軌道電子部分能量后，其頻率發(fā)生改變并與入射方向成角散射（康普頓散射光子），獲得足夠能量的軌道電子與光子入射角成 角方向射出（康普頓反沖電子）。此種過(guò)程稱康普頓效應(yīng)。,康普頓效應(yīng),受原子核束縛得愈弱的軌道電子發(fā)生康普頓效應(yīng)的幾率愈大，在實(shí)際處理時(shí)，忽略軌道電子的結(jié)合能，把康普頓效應(yīng)看成是入射光子

4、和自由電子的彈性碰撞，在這種彈性碰撞過(guò)程中，入射光子與散射光子和反沖電子之間，遵循能量守恒和動(dòng)量守恒，并考慮相對(duì)論能量和動(dòng)量的關(guān)系，可以推得散射光子的能量為：,上式中，Eg 和Eg 分別為入射與散射光子的能量，q為散射角，mec2為電子的靜質(zhì)量能 = 0.511 MeV。,康普頓效應(yīng),當(dāng) 1時(shí)，Eg 趨同于一定值。例如：,q =180時(shí)，,q = 90o,散射光子的波長(zhǎng)：,稱為電子的康普頓波長(zhǎng),康普頓效應(yīng),由于入射光子的能量分配給散射光子和反沖電子，因此反沖電子的能量E等于入射光子的能量與散射光子的能量之差。,當(dāng)180時(shí)，反沖電子的能量最大，為：,電子對(duì)效應(yīng),在原子核場(chǎng)或原子的電子場(chǎng)中，一個(gè)光

5、子轉(zhuǎn)化成一對(duì)正、負(fù)電子，稱為電子對(duì)效應(yīng),電子對(duì)效應(yīng),發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)的條件是： 1.在原子核場(chǎng)中，要求入射光子的能量h2mec2（1.02MeV），在原子的電子場(chǎng)中，要求入射光子的能量hv4mec2（2.04MeV）。 2.為了滿足電子對(duì)效應(yīng)過(guò)程中的能量守恒和動(dòng)量守恒，必須有原子核或殼層電子參加。,電子對(duì)效應(yīng)在原子核場(chǎng)中發(fā)生的幾率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在原子的電子場(chǎng)中發(fā)生的幾率。,射線三種主要相互作用與光子能量、吸收物質(zhì)原子序數(shù)的關(guān)系,射線在物質(zhì)中的減弱,光子束穿過(guò)一定厚度的物質(zhì)后，由于光子與物質(zhì)的核外電子或原子核的庫(kù)侖場(chǎng)發(fā)生各種相互作用后，有的被散射離開(kāi)了原來(lái)的入射束，有的光子經(jīng)過(guò)多次相互作用，其全部能量

6、轉(zhuǎn)移給了電子，本身不存在了，從而使原來(lái)入射束中的光子數(shù)被減少，這叫做射線在物質(zhì)中的減弱，也稱之為“吸收”。這里所說(shuō)的“吸收”與帶電粒子耗盡其能量后停留在物質(zhì)中所稱的吸收不同，這里的“吸收”是指光子把它的能量最終轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能后，光子本身不存了,中子與物質(zhì)的相互作用,輕元素（氫）可以作為快中子的良好減速劑； 在中子的防護(hù)中，常用含氫物質(zhì)和原子量小的物質(zhì)（水、聚乙烯、石蠟、石墨、氫化鋰）作為快中子的減速劑。 一個(gè)好的中子慢化劑（亦稱減速劑）除了要大以外，其彈性散射的截面也要大，而對(duì)中子的吸收截面必須很小。因此，在反應(yīng)堆中常用輕水、重水或石墨作慢化劑。在對(duì)快中子的屏蔽防護(hù)中，常選用含氫材料如水，石蠟等和石墨作為快中子的減速劑。,輻射俘獲,輻射俘獲又稱為（n,）反應(yīng)。中子射入靶核后，與靶核形成激發(fā)態(tài)的復(fù)合核，然后復(fù)合核通過(guò)放出一個(gè)或幾個(gè)光子而回到基態(tài)，不再發(fā)射其他粒子，中子被靶核吸收，此過(guò)程叫輻射俘獲 對(duì)于慢中子和中能中子，主要的反應(yīng)是彈性散射和輻射俘獲，其他的反應(yīng)很少發(fā)生。對(duì)于輕核和中量核主要