单能电子物质阻止本领.doc

实验十 单能电子物质阻止本领 和半吸收厚度的测定 实验目的 1、了解(粒子与物质相互作用的特性； 2、了解(粒子在物质中能量损失的方式； 3、测量单能电子在物质中的吸收规律。 实验原理 一、β衰变及β谱的连续性 放射性核素的原子核放射出β粒子而变为原子序数差1、质量数相同的核素称为β衰变。测量β粒子的荷质比可知β粒子是高速运动的电子，其速度与β粒子的能量或动量有关。高能β粒子的速度可接近光速：如pc为1MeV时V=0.89C，2MeV时V=0.97C。 β衰变可以看成核中有一个中子转变为质子的结果，在发射β粒子的同时还发射出一个反中微子。中微子是一个静止质量近似为0的中性粒子。衰变中释 放出的衰变能Q将被β粒子、反中微子和反冲核三者分配；由于三个粒子之间的发射角度是任意的，所以每个粒子所携带的能量并不固定，β粒子的动能可以在零至Q之间变化，形成一个连续谱。图(a)为本实验所用的源的衰变图。的半衰期为28.6年，它发射的β粒子最大能量为0.546MeV。衰变后成为，的半衰期为64.1小时，它发射的β粒子的最大能量为2.27MeV。因而源在0至2.27MeV的范围内形成一连续的β谱（如上图(b)所示），其强度随着动能的增加而减弱。 二、β射线的防护 于β是连续谱，因而一般近代物理实验中只测(-粒子的吸收和散射。利用本实验装置当然可以轻易地完成这方面的研究。下面两张图显示了吸收体材料铝和有机玻璃对β谱（强度：1毫居里）的吸收（测量时间已归一）。对于同一种吸收体，β源越强所需屏蔽材料越厚；同一种β源，不同的吸收体对其阻挡的本领也是不同的。可以看到，吸收材料厚度为5mm时已经起到了很好的屏蔽作用。 三、(粒子与物质的相互作用 (粒子与物质相互作用时能量损失的两种方式，即电离损失和辐射损失。 种类 性质 与物质作用的类型 特点 (射线 (射线实际上是高速运动的电子流，其质量很轻，约为α粒子(He原子核)质量的倍，因此能量与α粒子相同的(粒子，其速度要比α粒子大许多倍。这是(射线的一个重要特征。此外，原子核衰变产生的(粒子的能量都是连续的，这又不同于α以及γ射线。 电子与靶原子的作用类型主要有电离、激发、散射、反散射和轫致辐射。能量的损失主要由电离、激发和辐射引起。 (粒子经过吸收物质时能量和强度逐渐减小，当能量耗尽,便停留在吸收物质中,因而有射程的概念。当吸收层后其强度减小到初始强度一半时的吸收层厚度称为半吸收厚度。射程与半吸收厚度存在一定的比例关系。 (射线 γ射线是一种波长很短的电磁波，从本质上看，它同无线电波、光波和χ射线一样，都是电磁辐射。γ射线还具有量子性，即在发射和吸收时，能量是一份一份的，故又称γ射线为γ量子或γ光子。γ光子没有静止质量。也就是说，静止的γ光子是不存在的。 γ射线与物质的相互作用时主要产生三种效应：光电效应、康普顿效应（散射效应）、电子对效应。 γ射线与物质的相互作用要比带电粒子弱得多，因而它具有较强的穿透本领。γ射线与物质相互作用在单次事件中便能导致完全的吸收或散射，因而没有射程的概念。 β射线（包括负电子和正电子）是轻带电粒子，电子与靶原子的作用类型主要有电离、激发、散射和轫致辐射，能量的损失主要由电离、激发和辐射引起。电子在物质中的径迹十分曲折。 离与激发 电子通过靶物质时，与核外电子的库仑场作用(非弹性碰撞)，把部分能量转移给核外电子，若这个能量足以使核外电子克服原子核束缚而脱离，原子就被分离成一个自由电子和一个正离子，这个过程叫做电离。若传递给电子的能量比较少，但可使电子从低能级跃迁到较高能级上使整个原子处于激发态，这个过程叫作激发。 射与反散射 (粒子与原子核发生作用，由于原子核的吸引，使(粒子的运动方向发生改变，这个过程叫散射.因电子的质量轻，散射角度可以很大，而且会受到多次散射，偏离原来的方向，最后散射角可以大于90o，此时称为反散射。 轫致辐射 任何作加速运动的带电粒子都会以电磁波的形式辐射能量，这种辐射叫轫致辐射。 能量损失的两种方式 1、电离或激发都会使(粒子损失能量.电离损失是(粒子在物质中损失能量的重要方式.。但由于入射电子质量与跟它发生作用的靶原子的轨道电子质量一样，所以一次碰撞可能损失很大能量（最大能量转移可为电子能量的一半，大多数情况下的平均能量转移为几个keV）。碰撞后入射电子运动方向会有较大的改变。 由非弹性碰撞所引起的电子能量损失的表达式，在低能时为 （4－1） 在高能时，考虑相对论效应，表达式还要更复杂一些。电子的与粒子的速度平方成反比，在能量相同的情况下，电子的速度比(粒子的速度大的多，因而电子的电离损失率比(粒子要小的多。因而它穿透物质的能力比(粒子大得多。 2、当(粒子受到原子核的静电作用，运动方向发生改变时，(粒子处于加速状态，就会产生