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1、-第二章 射线与物质的相互作用-第 5 页第二章 射线与物质的相互作用reciprocity of Radial and matter 学时：6学时基本内容： 基本概念：电离、激发、射程、平均电离能、能量损失、轫致辐射、光电效应、康普顿效应、电子对效应 基础知识：带电粒子与物质相互作用的一般过程、带电粒子与物质相互作用的一般特点、粒子与物质的相互作用、粒子与物质的相互作用、以及电离能量损失、光电效应、康吴散射、形成电子对效应、核辐射对人身体的影响、剂量当量的限值、防护基本原则和防护措施重点、难点：、粒子与物质的相互作用过程和特点、光电效应的结果与仪器原理的关系、康吴散射的作用与几率分配关系、射
2、线在物质中的衰减规律、1、剂量当量的限值、防护基本原则 教学思路：先介绍带电粒子与物质的相互作用，然后讲解射线与物质相互作用的过程。其中，与物质相互作用过程等部分详细讲解。最后知道核辐射对人身体所产生的影响。主要参考书： 程业勋、王南萍等编著核辐射场与放射性勘查，地质出版社，2005.吴慧山主编核技术勘查，原子能出版社，1998.李星洪等编著辐射防护基础，原子能出版社，1982复习思考题： 1、比较钋的 粒子（E）在空气中，铝中和铅中得射程。在空气中能量完全损耗能产生多少对离子？ 2、RaE的射线谱得最大能量为1.17MeV，用铅屏蔽，吸收90%需要厚度（mm）是多少？ 3、试求ThC的射线通
3、过物质发生康普顿散射，其能量损失25%，问反冲电子能量多大？ 4、试求ThC的射线（），通过厚度为5cm、10cm铅板时的衰减率。 5、测量射线的探测器与入射射线夹角成90度方向，分别使用137Cs（0.662MeV）和65Zn（1.114MeV）作放射源，分别以铝和铅作散射体，试问测得的散射相对强度如何？ 6、RaA的粒子在空气中射程是4.62cm，试求在铅中射程？（铝的原子质量是A=27，密度为=3）。 7、如果入射光的波长为0.02cm，通过物质产生光电反应，计算在入射前进方向30度和90度方位得散射光子和反射电子的能量。 8、为什么粒子在空气中的路径时一条直线？ 9、用铝片作射线吸收实
4、验，测得射程为1.05 g/cm2，求该射线的最大能量？ 10、已知线能量为3 MeV，如果吸收其能量得95%，应用多厚的铅板？教学内容提要：第一节 带电粒子与物质的相互作用 一、 粒子与物质的相互作用 粒子与物质的相互作用的过程主要为电离和激发 粒子电离能量的损失率（-dE/dx） 能量损失率又称为物质的阻止本领。 1）能量损失率与入射粒子的速度关系密切；速度大，能量损失率低。 2）能量损失率与NZ成正比。 粒子在物质中的射程（R）： 粒子在物质中运动，不断损失能量。当能量殆尽， 运动终止，所穿过的最大距离。粒子射程对曲线A求微分得到曲线B，A曲线与横坐标的交点Rmax为最大射程。二、射线与
5、物质的作用 射线在物质中德主要作用过程是电离、轫致辐射和多次散射 1）电离与激发 2）轫致辐射 3）射线的散射 4）射线的射程和衰减轫致辐射（又称轫致X射线）：粒子（电子）接近原子核时，受到库仑场的作用，使速度迅速降低；一部份动能转变为电磁波（光子）；这种作用过程称为轫致辐射。 射线的射程和衰减 实验结果表明，物质对射线的吸收过可以近似用指数规律来表示： 第二节 射线与物质相互作用 一、光电效应 光子产生光电效应的截面是a 则 式中：N可以由物质的密度、原子质量数和阿伏加德罗常数L0求出，即 称为光电吸收系数，或光电吸收（效应）截面不同光子能量时光电子分布射线通过物质，与物质原子相碰撞，可能使
6、全部能量传递给原子，入射的射线（光子）全部消失。能量在原子中分配，使结合能适当的电子获得能量克服原子核的束缚（结合能）发射出去，并使原子受到反冲。这样的作用过程称为光电效应，发射的电子称为光电子。散射后能量不变的，仅改变运动方向的称为弹性散射（又称相干散射）； 散射后能量和运动方向都发生变化的散射，称为康普顿散射（又称非相干散射） 二、康普顿效应康普顿效应示意图入射射线与原子的壳层电子相碰撞，将一部分能量传给电子，使获得的能量的电子沿射线入射方向成角射出原子之外。损失能量之后的光子成角方向散射出去。 如果入射射线能量为E,散射能量为E，反冲电子能量为E0。根据能量和动量守恒定律，三者关系为：
7、式中：m为反冲电子以速度v运动时具有的质量；c为光速； 、 、mv为射线、散射射线和反冲电子的动能。 三、电子对效应当入射光子的能量大于2m0v2时，入射光子在库仑场作用下能量完全被吸收，电子从负能级跃迁到正能级，同时放出一对正、负电子，这就是电子对效应。 电子对效应示意图 能量关系为： 式中： ； 、 、 分别为电子、 正电子、入射射线的能量。 四、射线在物质中的衰减光子在物质中穿行一段距离时，有的与物质发生了相互作用，有的则没有发生。经过相互作用的光子数可用发生相互作用的几率来表示。线衰减系数就是入射光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总的相互作用的几率。 若吸收物质单位体积中原子数为N，密度为，入射初始射线强度（照射量率）为I0,在物质厚度为x处，测得射线强度为I；则通过dx厚度， 射线强度的变化为dI，可用下式表示： 解得： 在一些情况下为避免密度的影响，公式表示为： 式中：dM= 称质量厚度，单位为g/cm2。 m=/称质量衰减系数，单位为cm2/g。