辐射防护_第3章辐射与物质的相互作用.pdf

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1、第三章辐射与物质的相互作用1问题导读有哪些作用类型？作用的过程？作用的后果？能量是如何沉积的？宏观上如何描述的？以剂量为目标，关注能量的转移、沉积。2内容第一节带电粒子与物质的相互作用第二节X、γ射线与物质的相互作用第三节中子与物质的相互作用第四节高能射线与物质的相互作用3第一节带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子的种类和特性二、带电粒子与物质相互作用的主要过程三、带电粒子在物质中的射程四、比电离与LET4一、带电粒子的种类和特性带电粒子种类：重带电粒子：α粒子、质子、μ介子带电粒子电子：β射

2、线、电子二者区别：（1）质量不同碰撞能力不同；（2）电荷数不同电离能力不同。5二、带电粒子与物质相互作用的主要过程电离和激发（与核外电子的非弹性碰撞）韧致辐射（与原子核的非弹性碰撞）主要弹性散射（与核外电子或原子核发生弹性碰撞）过程入射粒子能量很低，100eV核反应带电粒子能量很高湮没辐射与切伦科夫辐射61、电离、激发—碰撞阻止本领重带电粒子转移给轨道库仑相互作用电子的能量：带电粒子轨道电子电离激发7碰撞阻止本领dEdE线碰撞阻止本领：宏观平均dlcoldx带电粒子在介质中每单位路径

3、长度上由于电离和激发而损失的平均能量。1dE1dE质量碰撞阻止本领：ρdlcolρdx线碰撞阻止本领除以密度，消除密度的影响。8重带电粒子dE42e4NZ(3109)4v2z2m022ln()ln(1)2-6dxm0v(1.610)I单位：MeV/cm式中：z=带电粒子的电荷数；e=单位电荷，1.610-19C；注：动能单位要与I一m0=电子的静止质量，g致，加个转换系数，v=带电粒子的速度，cm/s6.23×105MeV/(g.cm2/s2)N=介质中每

4、立方厘米的原子个数；Z=介质的原子序数；NZ=介质中每立方厘米的电子数；=相对速度，=v/cI=介质原子各壳层电子的激发和电离能的平均值，MeV55对空气，I8.610对其他物质，I1.3510Z。9重带电粒子例：1MeV质子在铝中的碰撞阻止本领。解：已知，质子质量m=1.67×10-24g，电子质量m=9.11×10-28g。0对于1MeV质子在铝中的情况，有：ଵmv2=1MeVv=1.385×109cm/s；ଶ又，已知铝的摩尔质量为27g/mol，密度为2.7g/cm3，铝的有效原

5、子序数为13，可得N=6.02×1022，1/cm3，NZ=7.826×1023，1/cm3;β=v/c=0.046152；代人公式，最终得到：dE/dx=471MeV/cm10重带电粒子2dEzNZ分析：2dxv（1）电离损失与介质的电子密度（NZ）成正比；（2）电离损失与重带电粒子的速度（v2）成反比；（3）电离损失与重带电粒子的电荷数z2成正比；（4）电离损失与重带电粒子的能量E关系复杂；11重带电粒子2dEzNZ~2dxv碰撞阻止本领随粒子能量的变化12重带电粒子dEkeneticene

6、rgy平均碰撞阻止本领：dlRangeStoppingpowerS1dEdl13电子24942dEeNZ(310)EmEk22-62ln22dxEm(1.610)I(1)单位：MeV/cm式中：e=单位电荷，1.610-19C；N=介质中每立方厘米的原子个数；Z=介质的原子序数；NZ=介质中每立方厘米的电子数；Em=电子质量的等效能量，0.511MeV；Ek=电子或贝他粒子的动能，MeV；β：相对速度，v/cI=介质原子各壳层电子的激发和电离能的

7、平均值，MeV对空气，5，对其他物质，5I8.610I1.3510Z14电子dENZ分析：2dxβ（1）电离损失与物质的电子密度（NZ）成正比；作用概率（2）电离损失与电子的能量（β2）成反比；作用时间15电子例：一个0.1MeV的电子通过标准空气时1cm可产生多少离子对？（空气每立方厘米的电子个数为3.881020，空气每产生一个离子对约需34eV）解：162、韧致辐射—辐射阻止本领韧致辐射：带电粒子在原子核库仑场中被减速或加速，其部分或全部动能，转变为连续谱的电磁辐射。其能量损失

8、称为辐射损失。17辐射阻止本领辐射阻止本领：计算韧致辐射的能量损失没有简单的表达式。mc2<>137mc2Z-1/3时：21dEK1EmcZZ18322124ln1/3MeVcmgdxrad2Mamc