01电离辐射与物质的相互作用

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1、辐射防护主讲人：崔莹cuiying@lzu.edu.cn1问题:问题一：什么是辐射？问题二：什么是电离辐射？问题三：辐射的种类有哪些？问题四：电离辐射从哪里来？21概述来源：劳伦斯伯克利实验室3第一章：电离辐射与物质的相互作用基础知识复习：基本的概念：辐射：能量通过物质或空间的传播，有电磁波和高能粒子两种形式电离辐射：能够从原子中轰击出电子，即电离，凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射非电离辐射：没有足够的能量使与之作用的物质原子发生电离由于能量低，不能引起物质电离。42一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的种类⎧

2、重带电粒子辐射(p,d,t,αL)带电粒子辐射⎨±⎩快速电子(e)⎧电磁辐射(x,γ,L)非带电粒子辐射⎨⎩中子电离辐射：能量大于～10eV量级的射线。5一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源放射性：原子核自发的发射各种射线的现象能自发的发射各种射线的核素称为放射性核素，也叫不稳定的核素。(天然放射性核素、人工放射性核素)放射性与原子核衰变密切相关。天然放射线主要有三种：α，β和γ射线①α射线是高速运动的氦原子核（又称α粒子）组成的，所以，它在磁场中的偏转方向与正离子流的偏转相同。它的电离作用大，贯穿本领小。②β射线是高速

3、运动的电子流。它的电离作用较小，贯穿本领较大。③γ射线是波长很短的电磁波。它的电离作用小，贯穿本领大。63一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β等粒子而发生的转变。（1）α衰变定义：不稳定核自发地放出α粒子，并转变成另一种原子核的现象，称为α衰变。能量分布：α粒子能量分布在4~9MeV能量是分立的表达式：AX→A−4Y+4HeZZ−22α衰变实例：210206Po→Pb+α7一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源（2）β衰变定义：原子核自发地放出β粒子或俘获轨道电子，并转变成另一种原

4、子核的现象，称为β衰变。原子核衰变时发射β−粒子，称为β−衰变；原子核衰变时发射β+粒子，称为β+衰变；原子核从核外的电子壳层俘获一个轨道电子，称为轨道电子俘获。能量范围：几十keV～几MeV（最大能量）能量连续8有确定的最大能量Eβmax4一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源（2）β衰变表达式：在β−衰变过程中放出电子和反中微子，33−H→He+e+νe在β+衰变过程中放出正电子和中微子，1313+N→C+e+νe在轨道电子俘获过程中放出中微子，7−7Be+ek→Li+νe9一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源（2

5、）β衰变费米理论的基本思想：质子和中子是核子两种不同的量子态，β衰变是核中质子和中子两种量子态之间的跃迁；在核子两种量子态跃迁过程中放出电子和中微子，电子和中微子是核子不同状态跃迁的产物；β−衰变：−n→p+e+νeβ+衰变：p→n+e++νe轨道电子俘获：−10p+e→n+νie5一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源（3）γ衰变定义：原子核通过发射γ光子从激发态跃迁到较低能态的过程，称为γ跃迁，也称为γ衰变。与原子的情况类似，原子核的内部能量是量子化的，也就是说原子核可以处于不同的分立的能级状态。能量最低的状态称为基态

6、，高于基态的能级统称为激发态。原子核将退激能量交给核外电子，使电子从原子中电离的现象，称为内转换。通过原子核的电磁场与壳层电子相互作用，直接把核的激发能交给壳层电子，形成内转换。内转换过程不产生γ光子。内转换过程总是伴随着特征x射线或俄歇电子发射。11一：电离辐射的种类及来源¢电离辐射的来源中子：自然界不存在自由中子，要获得自由中子必须通过核反应，使原子核的激发能大于中子在核中的结合能才能把中子释放出来。可以用A（a，n）B表示这个核反应中子源：借助核反应产生中子并提供使用的装置叫做中子源常用的有放射性核素中子源、加速器中子

7、源、反应堆中子源126二．弹性碰撞和非弹性碰撞带电粒子通过库仑力与物质发生相互作用。相互作用过程中，满足能量守恒：12121'21'2mv+MV=mv+MV+∆E2222当∆E=0时，弹性碰撞；当∆E≠0时，非弹性碰撞；当∆E>0时，与基态原子碰撞，原子被激发；当∆E<0时，与激发态原子碰撞。13二．弹性碰撞和非弹性碰撞从微观上看：碰撞机制：与原子、原子核碰撞；弹性、非弹性碰撞。碰撞后：入射粒子能量损失；或能量、方向改变后出射；或入射粒子消失，产生新粒子。从宏观上看：不管作用机制如何，穿过物质的射线强度比入射强度减小。147

8、第一节：带电粒子与物质的相互作用电离辐射作用于物质，所引起的某些物理、化学变化，或作用于生物体时所产生的某些生物效应，几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。即使是间接电离粒子，如X、γ射线或中子，他们与物质作用过程中的能量传递，最终也是通过在此作用过程中产生的。本节主要介绍带电粒子