[工程科技]06带电粒子的防护.pptVIP

带电粒子的防护 主讲：崔 莹 * * 带电粒子的种类 复习：带电粒子与物质的相互作用 带电粒子种类：轻带电粒子(电子) 重带电粒子(质量大于电子) 带电粒子与物质相互作用的主要过程 带电粒子与物质相互作用的过程也就是将自身的全部或部分能量以各种方式传递给物质的过程－这是一个能量传递的过程 带电粒子与物质相互作用的主要过程 1、带电粒子与核外电子的非弹性碰撞（电离损失） 核外电子获得能量，引起电离或激发。 电离：产生自由电子、正离子，主要在最外层电子。 激发：电子跃迁，原子处于激发态，退激发光。 2、带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞（辐射损失） 入射带电粒子速度和方向发生变化，同时发射电磁辐射——韧致辐射。 复习：带电粒子与物质的相互作用 当具有一定动能的带电粒子与原子的轨道电子发生库伦作用时，把本身的部分能量传递给轨道电子。如果轨道电子获得的能量足以克服原子核的束缚，逃出原子壳层而成为自由电子，此过程称为电离。电离后的原子带正电，它与逃出的电子合称为离子对。如果轨道电子获得的能量不足以摆脱原子核的束缚，而是从低能级跃迁到高能级，使原子处于激发态，此过程称为激发。处于激发态的原子是不稳定的，它将通过跃迁到高能级的电子自发地跃迁到低能级而回到基态。多余的能量可以以X射线的形式放出，此种X射线能量不连续，它等于电子跃迁的两能级之差，称之为标识X射线或特征X射线。 带电粒子与物质相互作用的主要过程 复习：带电粒子与物质的相互作用 1 电离和激发 3、带电粒子与靶原子核的弹性散射（核碰撞损失，核阻止） 入射粒子不辐射光子，不激发原子核，方向偏转； 入射粒子损失一部分动能，靶核得到反冲。 4、带电粒子与核外电子的弹性散射 与电子的库仑作用，使入射粒子方向偏转； 入射粒子损失一部分动能，但能量转移很小，电子能量状态不发生改变。 带电粒子与物质相互作用的主要过程 100eV以下的?粒子才需考虑。 复习：带电粒子与物质的相互作用 1. 能量损失率： 入射带电粒子在物质中经过单位路程损失的能量。 有：电离损失率，辐射损失率。 所以， 也叫线性阻止本领。 复习：带电粒子与物质的相互作用 1. 能量损失率： 其中： Bethe-Block公式(描写电离能量损失率Sion与带电粒子速度v、电荷Z等关系)：电子碰撞能量损失率的近似表达式为： 复习：带电粒子与物质的相互作用 几点讨论： 1、S与入射粒子质量无关，只与电荷与速度有关。 1. 能量损失率： 4、S与v2的关系 2、S与入射粒子的电荷平方z2成正比 3、S与靶物质的电子密度NZ成正比 v2较大，对数项增大，S上升 ； v2较小，S ? 1/v2 ； v2很小，电荷交换效应，俘获； v2极小，核阻止作用。 复习：带电粒子与物质的相互作用 在单位路程上通过辐射损失的能量叫做辐射损失率： 1. 能量损失率： 几点讨论： 1、辐射损失率与入射粒子质量平方成反比， 重带电粒子的辐射损失可以忽略不计； 2、辐射损失率与靶物质NZ2成正比； 3、辐射损失率与入射粒子能量E成正比。 对于电子，电离能量损失率与辐射能量损失率的关系为： 复习：带电粒子与物质的相互作用 2. 带电粒子在物质中的射程： 射程R ： 带电粒子在物质中沿初始入射方向行进的最大距离。 电子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量的过程称为弹性散射。由于电子质量小，因而散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。 对同种材料，入射电子能量越低，反散射越严重； 对同样能量的入射电子，原子序数越高的材料，反散射越严重。 从实验数据中有以下结论： 复习：带电粒子与物质的相互作用 ?粒子在标准状态空气中的射程 适用范围：3MeV ? E ? 7MeV。 在不同的物质中， 与空气对比，可得?粒子在其他物质中的射程， 其中，空气是由多种元素组成的混合物，对此： 2. 带电粒子在物质中的射程： 复习：带电粒子与物质的相互作用 例：210Po，?放射源，E=5.3MeV，计算得到：R0=3.8cm。 在人体组织中，R =43 ?m，R? =4.3mg/cm2 ； 而人体皮肤的厚度 R? =7 mg/cm2 。 在Al中，A =27，? =2.7， 计算得到：R =23.4 ?m 。 典型物质中?射线的射程： Ge ：R~E?max ， (mm, MeV) Al