4-3带电粒子中子与物质的相互作用.pdfVIP

1.12 .2带电粒子与物质的相互作用 具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中时，带电 粒子与其路径上靶物质的原子核或电子会发生库伦 相互作用，从而把一部分动能转移给靶物质的电子 或原子核而逐渐损失能量，最终停止在靶物质中， 这个过程称为慢化过程。 (1) 带电粒子与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞 (2) 带电粒子与靶原子的核外电子发生弹性碰撞 (3) 带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞 (4) 带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞 带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞 当入射带电粒子到达靶原子核的库仑场时，其库 仑引力或斥力会使入射粒子的速度和方向发生变 化。由电磁学理论可知，伴随着这种运动状态的 改变会产生电磁辐射（称为“韧致辐射”），从 而造成入射粒子的能量损失，这种能量损失称为 “辐射损失”。(辐射损失是轻带电粒子损失能量 的一种重要方式) 如电子撞击阳极靶 重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，可能 使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称 为库仑激发。一般库仑激发概率太小，将不予考 虑。 带电粒子与靶原子核的弹性碰撞 带电粒子与靶原子核发生库仑相互作用而改变其 运动速度和方向，但不辐射光子，也不激发原子 核，碰撞前后保持动量守恒，入射粒子损失能量 ，靶原子核反冲。入射粒子可以多次与靶原子核 发生这种弹性碰撞，造成能量损失。同时反冲的 靶原子核如果能量较高，也可以与靶原子核发生 弹性碰撞，这种级联碰撞可造成靶物质的辐射损 伤。从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，这种 作用过程也称为 “核阻止”。 入射带电粒子的能量很低，或入射粒子质量很大 时作用明显。 带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞 当入射带电粒子从靶原子附近掠过时，靶原子的核外电 子因库仑相互作用而受到吸引或排斥，获得一部分能量。  如果核外电子获得的能量大于轨道结合能，电子脱离原子 核的束缚逸出，成为一个自由电子，原子成为正离子。即 入射带电粒子引起的靶原子的电离过程。原子的最外层电 子受核的束缚最弱，最容易被电离。  如果核外电子在库仑相互作用中获得的动能较小，不足以 被电离，但有可能从原来较低的能级跃迁到较高的能级， 从而使原子处于激发状态，这种过程称为激发，处于激发 态的原子不稳定，会通过跃迁返回基态(退激)，退激过程 中会释放出可见光或紫外线，这就是受激原子的发光现象 。 带电粒子与核外电子的弹性碰撞 在这种弹性碰撞中，入射粒子与核外电子发 生库仑相互作用，碰撞前后体系的能量和动 量守恒。入射粒子将微小的一部分能量转移 给靶原子的核外电子，但不足以改变核外电 子的能量状态。这种相互作用可以看成是入 射粒子与整个靶原子的相互作用。 α射线与物质相互作用 (1) α射线与核外电子作用 α粒子在物质中通过时，由于α粒子和原子核外电子 的库仑作用，使电子获得能量。如果这种能量能够 使电子克服核的束缚，电子将脱离原子而成为自由 电子，即为电离。如果α粒子传给电子的能量较小 ，还不能使电子脱离核的束缚变成自由电子，但是 电子有可能从原来的能级跃迁到更高的能级上去， 使原子处于较高的能量状态，即为激发。 荧光光子 散射光子 α射线 α射线   e e (a) 激发 (b) 电离 α射线与物质相互作用 (2)α粒子与原子核作用 α粒子在介质中通过时，它可能与原子核发生 库仑作用而改变运动方向。此外，α粒子还可 能进入原子核，使原子核发生根本性变化， 即