射线检测 教学课件 作者 张小海 4-3带电粒子、中子与物质的相互作用.ppt

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1、4.9带电粒子与物质的相互作用具有一定能量的带电粒子入射到靶物质中时，带电粒子与其路径上靶物质的原子核或电子会发生库伦相互作用，从而把一部分动能转移给靶物质的电子或原子核而逐渐损失能量，最终停止在靶物质中，这个过程称为慢化过程。(1)带电粒子与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞(2)带电粒子与靶原子的核外电子发生弹性碰撞(3)带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞(4)带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞当入射带电粒子到达靶原子核的库仑场时，其库仑引力或斥力会使入射粒子的速度和方向发生变化。由电磁学理论可知，伴随着这种运动状态的改变会产生电磁辐

2、射（称为“韧致辐射”），从而造成入射粒子的能量损失，这种能量损失称为“辐射损失”。(辐射损失是轻带电粒子损失能量的一种重要方式)如电子撞击阳极靶重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，可能使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称为库仑激发。一般库仑激发概率太小，将不予考虑。带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核发生库仑相互作用而改变其运动速度和方向，但不辐射光子，也不激发原子核，碰撞前后保持动量守恒，入射粒子损失能量，靶原子核反冲。入射粒子可以多次与靶原子核发生这种弹性碰撞，造成能量损失。同时反冲的靶原子核如果能量较高，也可以与靶原子核发生弹性碰撞，

3、这种级联碰撞可造成靶物质的辐射损伤。从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，这种作用过程也称为“核阻止”。入射带电粒子的能量很低，或入射粒子质量很大时作用明显。带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞当入射带电粒子从靶原子附近掠过时，靶原子的核外电子因库仑相互作用而受到吸引或排斥，获得一部分能量。如果核外电子获得的能量大于轨道结合能，电子脱离原子核的束缚逸出，成为一个自由电子，原子成为正离子。即入射带电粒子引起的靶原子的电离过程。原子的最外层电子受核的束缚最弱，最容易被电离。如果核外电子在库仑相互作用中获得的动能较小，不足以被电离，但有可能从原来较低的能级跃迁到较高的能级

4、，从而使原子处于激发状态，这种过程称为激发，处于激发态的原子不稳定，会通过跃迁返回基态(退激)，退激过程中会释放出可见光或紫外线，这就是受激原子的发光现象。带电粒子与核外电子的弹性碰撞在这种弹性碰撞中，入射粒子与核外电子发生库仑相互作用，碰撞前后体系的能量和动量守恒。入射粒子将微小的一部分能量转移给靶原子的核外电子，但不足以改变核外电子的能量状态。这种相互作用可以看成是入射粒子与整个靶原子的相互作用。α射线与物质相互作用(1)α射线与核外电子作用α粒子在物质中通过时，由于α粒子和原子核外电子的库仑作用，使电子获得能量。如果这种能量能够使电子克服核的束缚，电子

5、将脱离原子而成为自由电子，即为电离。如果α粒子传给电子的能量较小，还不能使电子脱离核的束缚变成自由电子，但是电子有可能从原来的能级跃迁到更高的能级上去，使原子处于较高的能量状态，即为激发。α射线与物质相互作用(2)α粒子与原子核作用α粒子在介质中通过时，它可能与原子核发生库仑作用而改变运动方向。此外，α粒子还可能进入原子核，使原子核发生根本性变化，即产生一新核并放出一个或几个粒子，这一过程称为核反应。α射线与物质相互作用(3)α射线的射程α粒子它沿入射方向所穿过的平均距离，就称为入射粒子在该物质中的平均射程。α射线在不同物质中有不同的射程。在同一物质中，α离

6、子射程与其能量有关。能量越大，射程越长。对于能量在3～7MeV的α粒子在空气中的平均射程可用下面的经验公式表示：β射线与物质相互作用电子与靶物质的相互作用，主要有电离、激发快电子穿过靶物质时，与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞，从而把一部分能量转给核外电子，使靶原子电离或激发。轫致辐射由于电子质量轻，当入射电子与靶原子核发生非弹性碰撞时，其速度和方向都会发生很大的变化，根据经典电磁理论，将产生电磁辐射，这种电磁辐射称为轫致辐射。带电粒子的轫致辐射引起的辐射能量损失率为所以X射线管中用高能量电子、高原子序数靶多次散射电子与靶原子核库仑场发生相互作用时，还可能发生

7、弹性散射，即只改变运动方向，不辐射能量。由于电子质量比原子核小得多，因此散射角度可以很大，而且会发生多次散射，最后有可能偏离原来的入射方向。中子射线与物质相互作用中子通过物质时，由于不带电荷几乎不能和原子的电子相互作用，因而不能直接使物质电离，需要通过物质相互作用产生次级粒子来使物质电离。中子与物质相互作用可分为散射和吸收，中子的散射可分为弹性散射、非弹性散射及去弹性散射。中子的吸收分为辐射俘获与散裂反应。中子射线与物质相互作用(1)弹性散射弹性散射使中子的一部分能量转变为原子核的动能，该原子核即称为反冲核，而中子本身则改变了原来的运动方向。弹性散射前后，中

8、子与原子核两者的总动能保持不变。当中子能量不高时，中