(化学)射线与物质的相互作用

《(化学)射线与物质的相互作用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章射线与物质的相互作用核技术应用与辐射防护本章所提的射线不仅包括放射性核素衰变过程中产生的带电粒子、不带电粒子或由二者混合形成的任何电离辐射，也包括由射线装置产生的电离辐射。射线与受照射物质相互作用时，不仅射线能量不断损耗，而且强度也不断降低，甚至还会引起受照射物质原子核的核反应。这些现象对于射线探测、射线特性研究、射线应用及辐射防护等具有十分重要的意义。根据实际应用情况，这里着重讨论α射线、β射线、γ射线及中子与物质的相互作用。核技术应用与辐射防护§2.1α射线与物质的相互作用1．α粒子与核外电子的作用引起电离或激发。电

2、离能量损失率为式中：z为α粒子的电荷（2-1）m0、e为电子静止质量和电荷；N为1cm3体积吸收物质包含的原子数；Z为吸收物质原子序数；υ是入射α粒子的速度；β＝υ/c，c是光速；I为吸收物质原子的平均电离电位；E为入射α粒子的平均动能；α粒子电离能量损失，与粒子本身的质量无关，但与吸收物质的密度和原子序数Z成正比，与它的电荷数的平方成正比，与速度的平方成反比，能量越低，损失越大。核技术应用与辐射防护2．α粒子与原子核的作用α粒子通过物质时，可能与原子核发生库仑作用而改变运动方向，即卢瑟福散射，还可能进入原子核，使原来的原子核

3、发生根本性变化，即产生一新核并放出一个或几个粒子，属于核反应过程。例如用210Po放出的α粒子打击9Be制成的靶，产生12C和中子，这一过程可写成核反应式：或简单写成：核技术应用与辐射防护3．α粒子的吸收与射程粒子在穿过一定物质时，强度会减弱。如果物质的厚度足够大，最后它们会完全停留在物质中，这种现象称之为吸收。带电粒子从进入物质到完全被吸收，在其原来的运动方向上穿过的最大距离，称为某带电粒子在该物质中的射程。α粒子的路径近乎一条直线，只是在它路径的末端略有一些弯曲。对于一束单能的α粒子，它们在物质中的射程几乎相同。图2-1α

4、粒子在核乳胶中的径迹核技术应用与辐射防护不同α粒子在空气、生物阻织和铝中的射程已由实验测出，其结果列于表2-1。表2-1α粒子在空气、生物组织、铝中的平均射程Eα/MeV4.04.55.05.56.06.57.07.58.08.59.010.0空气/cm生物组织/μm铝/μm2.531163.037203.543234.049264.656305.264345.972386.681437.491488.1100538.91105810.613069能量范围在4～8MeV之间的α粒子在空气中的射程与能量关系的经验公式为（2-2）

5、式中：R为平均射程，单位取cm；Eα为α粒子能量，单位MeV。核技术应用与辐射防护在其他物质中α粒子射程可由布拉格－克利曼（Bragg-Kleeman）公式计算，即（2-3）式中：Ri为α粒子在i吸收物质中的平均射程；ρi为i吸收物质的密度；Ai是i吸收物质原子质量数；R是空气中α粒子的平均射程。§2.2β射线与物质的相互作用1．β粒子引起的电离和激发核技术应用与辐射防护图2-2电子与原子的弹性碰撞与非弹性碰撞示意图（a）弹性碰撞（b）非弹性碰撞核技术应用与辐射防护电子在某物质中通过单位长度路径时，由于电离和激发而引起的能量损

6、失称为电离能量损失率，用由原入射电子产生的电离称为直接电离。在直接电离中产生的电子叫做次级电子，如果次级电子具有足够高的能量，它还能引起其他原子产生电离，称为次级电离。表示（COL代表碰撞），根据贝特（Bether）公式，电子的电离能量损失率具体可以表示为核技术应用与辐射防护式中：m0、e为电子静止质量和电荷；N为1cm3体积吸收物质包含的原子数；Z为吸收物质原子序数；υ是入射电子的速度；β＝υ/c，c是光速；I为吸收物质原子的平均电离电位；E为入射电子的平均动能；显然，电子的电离能量损失率除依赖于入射电子的能量外，还与吸收物

7、质的密度ρ和原子序数Z成正比。（2-4）核技术应用与辐射防护2．韧致辐射当快速运动的电子通过物质时，由于受到原子核外库仑场的作用速度突然降低，这时电子能量一部分或全部转变为连续能量的电磁辐射，这就是韧致辐射，又称韧致X射线。产生的韧致辐射能量范围可以从零连续到电子的最大动能。电子在物质中通过单位长度路径时，由于韧致辐射而损失的能量称为辐射能量损失率，用表示，贝特（Bether）给出的具体表达式为核技术应用与辐射防护由于辐射能量损失率与吸收物质原子序数Z的平方成正比，这表明高能电子射到重元素上更容易产生韧致辐射。辐射能量损失率还

8、与入射粒子质量的平方成反比，这一点使得只有电子才是韧致辐射的有意义的来源，对于其他重粒子，由于质量很大，韧致辐射可以忽略。（2-5）其中各物理量的意义与前式相同。核技术应用与辐射防护在电子能量很大时，它的能量损失主要是韧致辐射损失，能量较小时，仍以电离损失为主。电子的辐射损失