第二章射线和 与物质的相互作用 辐射测量原理课件.ppt

第二章 射线与物质的相互作用;2.1 带电粒子与靶物质原子的碰撞;2.1.2 带电粒子在靶物质中的慢化 ;(1)电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程 ;当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量，我们称它为电离损失。;(3)带电粒子与靶原子核的弹性碰撞;(4)带电粒子与核外电子的弹性碰撞;2.2 重带电粒子与物质的相互作用;11;α 射线与β射线电离效应比较 ;2.2.2重带电粒子在物质中的能量损失规律; 对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于其电离能量损失率。;Bethe公式的推导;重带电粒子与单个电子的碰撞情况：;在x方向，电子获得的动量为：;由于：;碰撞参量为b时，单个电子所得动量为：;在dx距离内,物质中所有电子得到的总动能(也就是入射粒子在dx距离内损失的动能)为：;可以容易知道， 对应电子获得最大??量的情况，按经典碰撞理论，重粒子与电子对心碰撞时，电子将获得最大动能，约为; 对应电子获得最小能量的情况，可以由电子在原子中的结合能来考虑。入射粒子传给电子的能量必须大于其激发能级值，才能使其激发或电离，否则将不起作用。也就是说，电子只能从入射粒子处接受大于其激发能级 的能量。;代入; 考虑相对论与其他修正因子，可得到重带电粒子电离能量损失率的精确表达式，称为Bethe-Block公式：;(3) Bethe 公式的讨论;(4) Bragg曲线与能量歧离;能量歧离(Energy Straggling)： 单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的，而发生了能量的离散。;2.2.3 重带电粒子在物质中的射程;若已知能量损失率，从原理上可以求出射程：;射程往往通过实验测定：;射程歧离：;2) ?粒子在空气中的射程;阻止时间：;取k＝0.6;2.2.4 重带电粒子在薄吸收体中的能量损失;物件探伤（?辐射探伤仪） 工作原理 一束平行?射线射向被检测物件，在物件的另一侧放置探测器，如下图;常用方法 强度测量法 辐射探伤常用 ? 源： 60Co,137Cs 辐射探伤常用源活度：1011 Bq ～1012 Bq 示意图:;2.2.5 裂变碎片的能量损失;2.3 快电子与物质的相互作用;40;2.3.1快电子的能量损失率;辐射能量损失：;讨论：;对电子，其辐射能量损失率为：;2.3.2 快电子的射程与吸收;1) 单能电子的吸收与β粒子吸收的差别;对单能电子，初始能量相等的电子在各种材料中的射程与吸收体密度的乘积近似为常数：;单能电子在吸收介质中的射程Rm(mg/cm2)与其能量E(MeV)之间的关系：;对?粒子，当吸收介质的厚度远小于 时，?粒子的吸收衰减曲线近似服从指数规律：;?射线在铝中的射程：;2) 电子的散射与反散射; 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。对低能电子在高原子序数的厚样品物质上的反散射系数可达50％。;反散射的利用与避免;2.3.3 正电子与物质的相互作用;55; 正电子湮没时一般放出两个光子，放出三个光子的概率仅为放出两个光子概率的0.37％。; 因此，两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV。;小结;Interaction Characteristics: 主要为电离能量损失 单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对;Electrons and Positrons Interactions;特征?射线：;特点：;?射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，常用截面这个物理量来表示作用概率的大小。而且，总截面等于各作用截面之和，即：;2.4.1 光电效应Photoelectric Effect;(1) 光电子的能量;(2) 光电截面;对：;光电效应截面小结：;+;在不同出射方向光电子的产额是不同的，这种截面对于空间的微分，也就是微分截面。;71;72;2.4.2 康普顿效应 Compton Effect;1) 反冲电子与散射光子的能量与散射角及入射光子能量之间的关系;由能量守恒;小结：;77;2) 康普顿散射截面;对整个原子的康普顿散射的总截面;其中;微分截面有时也用 表示;82;3) 反冲电子的角分布和能量分布;84;为反冲电子落在Ee处单位能量间隔的概率。;86;2.4.3 电子对效应 Pair Production;88;1) 正负电子的能量;3) 电子对效应的截面;4) 电子对效应的后续过程;光电效应;93;2.4.4 其他作用过程;2.4.5 物质对?射线的吸收;微观截面（microscopic cross section) 表示平均一个入射光子与单位面积靶上一 个靶核发生相互作用的