γ射线与物质相互作用.pptVIP

Pb元素光电截面与入射射线能量的关系 康普顿散射光子的微分截面与散射角的关系 γ粒子与物质相互作用过程 带电粒子与物质相互作用过程 * * 1）γ射线是什么 电磁辐射谱 ? 小 能量高 大 能量低 E=h ? , ? =c / ? γ与物质相互作用 1 概述 两步过程 三种作用效应 光电效应 康普顿效应 电子对效应 产生次级电子 电离效应 次级电子使 物质原子电离 γ射线 第 1 步 初级作用 第 2 步 次级作用 2）γ射线对物质的电离作用 γ与物质相互作用 1 概述 自由电子 原子 受激原子 γ与物质相互作用 2 光电效应 1）作用机制 γ与物质相互作用 2 光电效应 1）作用机制 光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。 γ + A ? A* + e- （光电子） 原子 ? A + X 射线 入射γ光子的能量必须大于壳层电子结合能，才能发生光电效应。 γ光子与自由电子不能发生光电效应，只有原子核参加反应，才能满足动量守恒。 K层电子发生光电效应几率最大、L层次之、M层更小…。实际上，80％得光电效应发生在与K层电子得作用上。 光电效应伴随着特征X射线或俄歇电子的发射。发射光电子后，靶原子由于内壳层出现电子空位而处于激发态。 γ与物质相互作用 2 光电效应 2）特点 入射γ射线　光电子　特征X射线 处于激发态的靶原子可以通过两种方式退激：①外层电子直接跃迁填充内层电子空位，使原子回复到较低的能量状态，跃迁过程中，放出电磁辐射，其能量等于两个电子壳层的结合能之差。 γ与物质相互作用 2 光电效应 2）特点 壳层电子在跃迁过程中不发射特征X射线，而是将激发能转移给一外壳层电子，使它从原子中发射出来。 俄歇电子 电子跃迁过程中释放的电磁辐射是一种X射线。由于其能量取决于原子的结构，故对每一种元素来说，都是特征的，故称其为“特征X射线”。 γ与物质相互作用 2 光电效应 2）特点 如果忽略原子核获得的反冲能，根据能量守恒原理，可以写出光电子的能量为 γ与物质相互作用 2 光电效应 3）光电子的能量 4）光电效应截面 原子的光电截面：一个入射光子与电位面积上一个靶原子发生光电效应的几率。 光电效应截面与入射光子能量核靶物质原子序数有关 τa为原子与入射光子发生光电效应的几率； τK为入射光子在K层发生光电效应的几率； 当靶物质为复杂物质时，式中Z应为有效原子序数 式中n在2.2～4间选择 γ与物质相互作用 2 光电效应 4）光电效应截面 γ光子与原子的外层电子发生碰撞，一部分能量传给电子使它脱离原子射出而成为“反冲电子”，同时光子损失能量并改变方向成为“散射光子”。 康普顿效应与光电效应的不同之处主要有两点，一是康普顿效应中反冲电子只获得光子一部分能量，并且作用完后仍然存在散射光子。二是康普顿效应发生在外层电子上，而光电效应主要发生在最内层电子上。 γ与物质相互作用 3 康普顿效应 1）概念 设入射光子能量hv，动量为hv/c。散射光子能量为hv’，动量为hv’/c。反冲电子的动能为Ee，能量为E，动量为P。散射角θ，反冲角φ。则有下列关系式成立： γ与物质相互作用 3 康普顿效应 2）康普顿散射射线能量 在不同的散射角θ方向上，散射光子数为： 单位立体角的微分截面可以按下式计算 式中，r0—电子的经典半径， r0 =e2/m0C2=2.818×10-13cm ω0—以静止电子为单位的光子能量ω0 =hν/ m0C2 γ与物质相互作用 3 康普顿效应 3）康普顿散射光子的角分布 能量≥1.02 MeV 的γ射线 与原子核作用产生一对正-负电子的过程。 能量转化成质量 M = E /C2 γ与物质相互作用 4 电子对效应 1）概念 正电子在自然界是不稳定的，寿命10-10～10-7s，当其与负电子相遇时，会发生湮灭，产生两个 0.511 MeV的 γ光子。利用正物质与负物质发生湮灭放出巨大能量的物理原理，人们正在研制反物质武器。 e+ + e- → γ + γ me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率 (100 %） γ γ 2）正电子湮灭 M ＋ γ →