大学伽马射线与物质的相互作

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1、伽马射线与物质的相互作用---节选自《原子核物理实验方法》本节课程提纲1.伽马射线与物质作用一般特性（了解）2.光电效应（掌握）3.康普顿效应（掌握）4.电子对效应（掌握）教学内容5.伽马射线的吸收（理解）教学小结1.一般特性伽马射线定义处于激发态的原子核向稳定的低能激发状态或基态跃迁时放出的伽马光子与物质作用的一般特性发生一次相互作用就导致损失其大部分或全部能量，光子要么完全消失，要么大角度散射伽马光子不带电，无法使靶核电离激发截面表征发生相互作用的概率大小与伽马能量和靶核性质有关2.光电效应(1/2)定义光子与靶核原子所束缚的电子作用时，把全部能量转移给某个束缚

2、电子，使之发射出去（光电子），而光子本身消失掉，并伴随发出特征X射线或低能俄歇电子的现象。发生条件伽马光子的能量必须大于电子在原子中的结合能示意图2.光电效应(2/2)结果光电截面-产生光电效应的截面该截面随光子的能量增大而减少随靶核原子序数的增大而增大光电子能量-光电子获得的动能-入射光子的能量-第i层电子的结合能3.康普顿效应(1/2)定义入射光子与靶核原子核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使之反冲出来（康普顿电子），而光子的运动方向和能量都发生了变化，成为散射光子的现象。1923年康普顿发现X光与电子散射时波长会发生移动的现象，称为康普顿效应。外层

3、电子可看成自由电子，该效应可认为是光子与处于静止状态的自由电子之间的弹性碰撞，符合相对论的能量动量守恒。入射光子与散射光子能量反冲电子能量入射光子与散射光子夹角（散射角）反冲电子的反冲角3.康普顿效应(2/2)运动学关系当散射角180度时，入射光子与电子对头碰撞后，沿相反方向散射回来，而反冲电子沿入射光子方向飞出，称为反散射。此时散射光子能量最小。康普顿截面与靶核原子序数成正比，但随光子能量增加而减小。4.电子对效应定义当伽马光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，伽马光子转化为一个正电子和一个负电子的过程。发生条件根据能量守恒定律，只有当入射光子能量大于，即

4、1.02MeV时，才能发生电子对效应。分别为正、负电子的动能。电子对效应截面入射光子原子核正负电子对5.伽马射线的吸收(1/2)定义伽马光子与吸收物质的原子发生相互作用（前面讲的三种效应）后，或者完全消失或者散射后能量改变，偏离原来入射方向，即从原来入射的伽马束中移去。特点伽马射线强度逐渐减弱，没有射程的概念。伽马射线不易被吸收，穿透物质的能力比alpha，beta粒子以及带电重离子等强。例子-铅对伽马的吸收光电效应在低能区显著电子对效应在高能区显著康普顿效应覆盖能区最广5.伽马射线的吸收(2/2)定量分析吸收物质单位体积原子数为N，在厚度t处的伽马射线强度为I，通

5、过dt薄层后，强度变为I-dI,有如下关系射线强度衰减遵循指数规律基本概念吸收截面线性吸收系数质量吸收系数表示在单位路程上伽马射线与物质发生相互作用的总概率与吸收物质的密度有关与吸收物质的密度及物理状态无关，更方便使用教学小结基本概念光电效应、康普顿效应、电子对效应基础知识三大效应发生的条件、特点、变化规律重点难点伽马射线与物质作用三大效应所涉及的物理过程截面、线性吸收系数、质量吸收系数伽马射线在物质中的吸收规律伽马射线在物质中吸收规律的定量分析谢谢各位老师，敬请批评指正！