核数据处理原理.ppt

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1、核辐射探测原理什么是核辐射和核辐射探测？所谓核辐射是指在各种核跃迁中，从原子核中释放出来中子、质子、α粒子、β粒子、X射线、γ射线等。由于它们本身具有波粒二象性，所以也将它们称为粒子或射线。而核辐射探测主要是用各种类型和规格的核辐射探测器记录粒子数目，测定放射源的活度，确定粒子的质量、电荷、寿命、能量以及动量等。在核辐射探测原理中，最基本的是利用带电粒子在物质中对物质原子产生的电离和激发效应或快速轻带电粒子穿过物质时的电磁效应。X射线和γ射线在物质中没有直接电离和激发效应，因此，不能直接被探测到。只有利用它们在物质中的光电效应、

2、康普顿散射和电子对产生效应等产生的次级电子再引起的电离和激发才能探测到。射线的探测射线与物质的相互作用主要有三个过程：光电效应康普顿效应电子对效应一、光电效应光子通过物质时和物质原子相互作用，光子被原子吸收后发射轨道电子的现象，称为光电效应，也称光电吸收。光电效应发出来的电子叫做光电子。图书1.5光电效应、特征X射线和俄歇电的发射示意图光电子可以从原子的K、L、M等各壳层中发射出来。在光电效应过程中，因为动量守恒要求，除入射光子和光电外，还必需有第三者参加，即原子核，严格的讲是发射光电子之后余下的整个原子。所以自由电子不能产

3、生光电效应，而且原子的内层电子由于受到原子核的强束缚更容易满足动量守恒而更容易发射光电子。一般的说，如果入射光子的能量超过K层电子结合能，那么，大约80%的光电吸收发生在K层电子上。1、光电子的能量入射光电子的能量（E0=hν)一部分用来克服电子在原子核中的结合能，另一部分转化为光电子的动能。i=K,L,M….式中Bi为第i壳层的电子的结合能，式中，h为普朗克常量（h=6.582*10-22)；原子发射光电子，从内壳层打出电子，便处于激发状态。退激有两种形式，一种是外层电子向内层跃迁伴随着放射特征X射线，其能量为两个壳层结合能之

4、差（以K层为例，EKX=BK-BL）另一种是原子的激发能直接交给外壳层的其它电子，使外壳层电子从原子中发射出来，即发射俄歇电子，其能量也仅以K层为例：光电子的角分布与入射光子的能量有关。实验上没有观察到00方向的光电子，这也证明了光电效应过程中的能量和动量守恒要求有第三者参加。实验和理论计算还证明在1800没有光电子。在光子能量很低时，光电子在900方向发射的概率最大，随着光子能量的增加，光电子发射方向逐渐趋向前方。2、光电子的角度分布二、康普顿散射康普顿散射是发生在入射光子与物质原子核外的轨道电子之间的非弹性碰撞。入射γ光子被

5、电子散射后，不仅改变其运动方向而且损失能量。散射情况因入射γ光子能量不同而不同。在低能范围内（hν<

6、出下列方程：(1.61式)由(1.61式)可知，当hν一定时，θ与ψ之间有一一对应的关系。散射光子的能量hv’、康普顿电子的能量Ece及θ与ψ之间的关系式分别为：显然散射后光子的波长与入射光子之差为：系数h/mec2=λc=0.24*10-9cm是所谓的康普顿波长。散射后光子的波长变长。康普顿散射示意图当θ=00时，ψ=900，hv’=hv,Ece=0,相应于光子从电旁边掠过而未受到散射。当θ=1800时，ψ=00，即γ光子与电子对心碰撞，入射光子被反弹回来，反冲电子沿光子入射方向飞出，这种情况称为反散射。反散射光子的能量最小：

7、反冲电子的能量达到最大：根据(1.63式)，通过测Eemax就可以确定入射光子γ的能量。(1.63式)三、电子对产生效应当γ光子能量大于1.02Mev时，γ光子经过阻止介质的原子核时，与原子核发生电磁相互作用，γ光子消失而产生一个电子和一个正电子（简称正电子对），这就是电子对产生效应。入射光子原子核正负电子对EE+E-电子对产生效应必须有第三者——原子核参加，才能满足能量守恒和动量守恒定律。电子对产生效应的能量分配如下：显然，对于一定能量的入射光子，电对产生效应的正电子和负电子的动能之和为常量。但是，电子和正电子之的能量分配是

8、任意的，它的动能0~（hν-2mec2)之间都是可能的。由于动量守恒关系，电子和正电子的发射几乎都是沿着光子的入射方向前倾的。入射光子能量越大，正负电子的发射方向越是前倾。电子对产生效应中产生的正电子和电子与物质相互作用同前面介绍的一样，负电子最终被吸收，但正电