核物理基礎(chǔ)與輻射防護(hù)5

1、5.1 概述1、什么是射線？射線，指的是如X射線、射線、射線、射線等，本質(zhì)都是輻射粒子。射線與物質(zhì)相互作用是輻射探測的基礎(chǔ)，也是認(rèn)識(shí)微觀世界的基本手段。 本課程討論對(duì)象為致電離輻射，輻射能量大于10eV。即可使探測介質(zhì)的原子發(fā)生電離的能量。 2、射線與物質(zhì)相互作用的分類Charged Particulate RadiationsUncharged RadiationsHeavy charged particlesNeutronsFast electronsX-rays and rays.,Tdp e 3、彈性碰撞與非彈性碰撞EMVmvMVmv 222221212121E 為內(nèi)能項(xiàng) 0 E彈性碰

2、撞（即動(dòng)能守恒） 0 E非彈性碰撞（即動(dòng)能不守恒） 0 E為第一類非彈性碰撞，如入射粒子與處于基態(tài)的核碰撞，且使核激發(fā)； 0 E為第二類非彈性碰撞，如入射粒子與處于激發(fā)態(tài)的核碰撞，且使其退激。 4、帶電粒子在靶物質(zhì)中的慢化 載能帶電粒子在靶物質(zhì)中的慢化過程，可分為四種，其中前兩種是主要的：(a) 電離損失帶電粒子與靶物質(zhì)原子中核外電子的非彈性碰撞過程。 (b) 輻射損失帶電粒子與靶原子核的非彈性碰撞過程。(c) 帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞(d) 帶電粒子與核外電子彈性碰撞(1)電離損失與核外電子的非彈性碰撞過程 入射帶電粒子與靶原子的核外電子通過庫侖作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)

3、，自身損失能量，稱為電離損失。 電離核外層電子克服束縛成為自由電子，原子成為正離子。激發(fā)使核外層電子由低能級(jí)躍遷到高能級(jí)而使原子處于激發(fā)狀態(tài)。(2)、輻射損失與原子核的非彈性碰撞過程入射帶電粒子與原子核之間的庫侖力作用，使入射帶電粒子的速度和方向發(fā)生變化，伴隨著發(fā)射電磁輻射軔致輻射Bremsstrahlung。當(dāng)入射帶電粒子與原子核發(fā)生非彈性碰撞時(shí)，以輻射光子損失其能量，我們稱它為輻射損失。尤其對(duì)粒子與物質(zhì)相互作用時(shí)，輻射損失是其重要的一種能量損失方式。(3)、帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的庫侖場作用而發(fā)生彈性散射。彈性散射過程中，入射粒子和原子核的總動(dòng)能不變，即入射粒子既不

4、輻射光子，也不激發(fā)或電離原子核，但入射粒子受到偏轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)方向改變。彈性碰撞過程中，為滿足入射粒子和原子核之間的能量和動(dòng)量守恒，入射粒子損失一部分動(dòng)能使核得到反沖。碰撞后，絕大部分能量仍由入射粒子帶走，但運(yùn)動(dòng)方向被偏轉(zhuǎn)。核碰撞能量損失只是在入射帶電粒子能量很低或低速重離子入射時(shí)，對(duì)粒子能量損失的貢獻(xiàn)才是重要的。但對(duì)電子卻是引起反散射的主要過程。這種由入射帶電粒子與靶原子核發(fā)生彈性碰撞引起入射粒子的能量損失稱之為核碰撞能量損失，我們把原子核對(duì)入射粒子的阻止作用稱為核阻止。(4)、帶電粒子與核外電子的彈性碰撞受核外電子的庫侖力作用，入射粒子改變運(yùn)動(dòng)方向。同樣為滿足能量和動(dòng)量守恒，入射粒子要損失一點(diǎn)

5、動(dòng)能，但這種能量的轉(zhuǎn)移很小，比原子中電子的最低激發(fā)能還小，電子的能量狀態(tài)沒有變化。實(shí)際上，這是入射粒子與整個(gè)靶原子的相互作用。這種相互作用方式只是在極低能量(100eV)的粒子方需考慮, 其它情況下完全可以忽略掉。5.2 重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用1、重帶電粒子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)重帶電粒子均為帶正電荷的離子；重帶電粒子主要通過電離損失而損失能量，同時(shí)使介質(zhì)原子電離或激發(fā)； 重帶電粒子在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)徑跡近似為直線。 2、重帶電粒子在物質(zhì)中的能量損失規(guī)律1) 能量損失率(Specific Energy Loss)指單位路徑上引起的能量損失，又稱為比能損失或阻止本領(lǐng)(Stopping Power)

6、。 按能量損失作用的不同，能量損失率可分為“電離能量損失率”和“輻射能量損失率”。 dxdES radionSSS radiondxdEdxdE 對(duì)重帶電粒子，輻射能量損失率相比小的多，因此重帶電粒子的能量損失率就約等于其電離能量損失率。ioniondxdESS 2) Bethe 公式(Bethe formula) Bethe公式是描寫電離能量損失率Sion與帶電粒子速度v、電荷Z等關(guān)系的經(jīng)典公式。NBvmezIvmvmNZezdxdEion20422/120204242ln4 2/1202ln IvmZB(1) 與帶電粒子質(zhì)量M無關(guān)，僅與其速度v和電荷數(shù)z有關(guān)。ionS(2) 與帶電粒子的電

7、荷z的關(guān)系；2zSion ionS(3) 與帶電粒子的速度v的關(guān)系： 非相對(duì)論情況下，B隨v變化緩慢，近似與v無關(guān)。21vSion E1 (4) ，吸收材料密度大，原子序數(shù)高的，阻止本領(lǐng)大。 NZSion z入射粒子電荷數(shù)，v入射粒子速度，m0為電子靜止質(zhì)量，N靶物質(zhì)單位體積的原子數(shù)，Z靶物質(zhì)原子的原子序數(shù)，I靶物質(zhì)平均等效電離電位。2009-05-30123、重帶電粒子在物質(zhì)中的射程帶電粒子沿入射方向所行徑的最大距離，稱為入射粒子在該物質(zhì)中的射程R。入射粒子在物質(zhì)中行徑的實(shí)際軌跡的長度稱作路程（Path)。路程 射程重帶電粒子的質(zhì)量大，與物質(zhì)原子相互作用時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方向幾乎不變。因此，重帶電粒

8、子的射程與其路程相近。若已知能量損失率，從原理上可以求出射程：dEdxdEdEdEdxdxREER 00000)/(1射程往往通過實(shí)驗(yàn)測定。入射粒子能量高，其射程長；反之則短。2009-05-30135.3 快電子與物質(zhì)的相互作用快電子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)：快電子的速度大；快電子除電離損失外，輻射損失不可忽略； 快電子散射嚴(yán)重。 重帶電粒子相對(duì)速度小；重帶電粒子主要通過電離損失而損失能量；重帶電粒子在介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)徑跡近似為直線。1、快電子的能量損失率對(duì)快電子，必須考慮相對(duì)論效應(yīng)的電離能量損失和輻射能量損失。 222222220204)11(81)1()112)(2(ln)1(2ln2 IEvm

9、vmNZedxdEion電子電離能量損失率的Bethe公式：2009-05-3014輻射能量損失：帶電粒子穿過物質(zhì)時(shí)受物質(zhì)原子核的庫侖作用，其速度和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，會(huì)伴隨發(fā)射電磁波，即軔致輻射。輻射能量損失率：單位路徑上，由于軔致輻射而損失的能量。量子電動(dòng)力學(xué)計(jì)算表明，輻射能量損失率服從：入射粒子的電荷、能量及質(zhì)量222NZmEzdxdErad 吸收物質(zhì)的原子序數(shù)和單位體積的原子數(shù)2009-05-3015222NZmEzdxdESradrad 討論：(1) ：輻射損失率與帶電粒子靜止質(zhì)量m的 平方成反比。所以僅對(duì)電子才重點(diǎn)考慮。21mSrad 當(dāng)要吸收、屏蔽射線時(shí)，不宜選用重材料。當(dāng)要獲得強(qiáng)

10、的X射線時(shí)，則應(yīng)選用重材料作靶。(2) ：輻射損失率與帶電粒子的能量E成正比。即輻射損失率隨粒子動(dòng)能的增加而增加。ESrad (3) ：輻射損失率與吸收物質(zhì)的NZ2成正比。所以當(dāng)吸收材料原子序數(shù)大、密度大時(shí)，輻射損失大。2NZSrad 2009-05-3016 342ln4137)1(204204cmEcmeZNEZdxdErad對(duì)電子，其輻射能量損失率為： 700/ZEdxdEdxdEionrad 電子的兩種能量損失率之比：E的單位為MeV探測學(xué)中所涉及快電子的能量E 一般不超過幾個(gè)MeV，所以，輻射能量損失只有在高原子序數(shù)(大Z)的吸收材料中才是重要的。2009-05-30172、快電子的

11、吸收與射程電子的運(yùn)動(dòng)徑跡是曲折的。電子的射程和路程相差很大。電子的射程比路程小得多。2009-05-30181) 單能電子的吸收與粒子吸收的差別由于單能電子和粒子易受散射，其吸收衰減規(guī)律不同于粒子。但均存在最大射程 Rmax。對(duì)單能電子，初始能量相等的電子在各種材料中的射程與吸收體密度的乘積近似為常數(shù)：)(maxERRm 質(zhì)量厚度表示的射程,單位為：2/cmgnmEER412)( Enln0954. 0265. 1 MeVEMeV301. 0 MeVEMeV201 106530)( EERm單能電子在吸收介質(zhì)中的射程Rm(mg/cm2)與其能量E(MeV)之間的關(guān)系(經(jīng)驗(yàn)公式)：2009-05

12、-3019對(duì)粒子，當(dāng)吸收介質(zhì)的厚度遠(yuǎn)小于 時(shí)，粒子的吸收衰減曲線近似服從指數(shù)規(guī)律：max RteItI 0)(為吸收體的吸收系數(shù)t 為吸收體的厚度mmtmeItI 0)(m為吸收體的質(zhì)量吸收系數(shù)tm 為吸收體的質(zhì)量厚度 ttm / m2009-05-3020射線在鋁中的射程：1.38max0.407RE 當(dāng) 時(shí)，max0.15MeV0.8MeVE max0.5420.133RE當(dāng) 時(shí)，max0.8MeV3MeVE 其它典型物質(zhì)中射線的射程： Ge ：REmax ， (mm, MeV) Al ：R2Emax ， (mm, MeV) Air ：R400Emax ，(cm, MeV) 對(duì)比：4MeV

13、 在空氣中的射程約為2.5cm。2009-05-30212) 電子的散射與反散射 電子與靶物質(zhì)原子核庫侖場作用時(shí)，只改變運(yùn)動(dòng)方向，而不輻射能量的過程稱為。由于電子質(zhì)量小，因而散射的角度可以很大，而且會(huì)發(fā)生多次散射，最后偏離原來的運(yùn)動(dòng)方向，電子沿其入射方向發(fā)生大角度偏轉(zhuǎn)，稱為。對(duì)同種材料，入射電子能量越低，反散射越嚴(yán)重；對(duì)同樣能量的入射電子，原子序數(shù)越高的材料，反散射越嚴(yán)重。對(duì)低能電子在高原子序數(shù)的厚樣品物質(zhì)上的反散射系數(shù)可達(dá)50。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：2009-05-3022反散射的利用與避免1) 對(duì)放射源而言，利用反散射可以提高源的產(chǎn)額。2) 對(duì)探測器而言，要避免反散射造成的測量偏差。0II給源加一個(gè)高

14、Z厚襯底。使用低Z材料作探測器的入射窗和探測器。探測器I2009-05-30233、正電子的湮沒 正電子與物質(zhì)發(fā)生相互作用的能量損失機(jī)制和電子相同。 高速正電子進(jìn)入物質(zhì)后迅速被慢化，然后在正電子徑跡的末端與介質(zhì)中的電子發(fā)生湮沒，放出光子。 或者，它與一個(gè)電子結(jié)合成正電子素，即電子正電子對(duì)的束縛態(tài)，然后再湮沒，放出光子。正電子的特點(diǎn)是： 正電子湮沒放出光子的過程稱為湮沒輻射。 正電子湮沒時(shí)放出的光子稱為湮沒光子。2009-05-3024 正電子湮沒時(shí)一般放出兩個(gè)光子，放出三個(gè)光子的概率僅為放出兩個(gè)光子概率的0.37。 從能量守恒出發(fā)：在發(fā)生湮沒時(shí)，正、負(fù)電子的動(dòng)能為零，所以，兩個(gè)湮沒光子的總能量

15、應(yīng)等于正、負(fù)電子的靜止質(zhì)量。即：2221cmcmhhee 從動(dòng)量守恒出發(fā)：湮沒前正、負(fù)電子的總動(dòng)量為零，則，湮沒后兩個(gè)湮沒光子的總動(dòng)量也應(yīng)為零。即：chch21 因此，兩個(gè)湮沒光子的能量相同，各等于0.511MeV。MeVcmhhe511. 0221 2009-05-3025探測學(xué)中射線含義電磁輻射 X特征射線：湮沒輻射：核能級(jí)躍遷正電子湮沒產(chǎn)生MeVE511. 0 特征X射線：原子能級(jí)躍遷軔致輻射：帶電粒子速度或運(yùn)動(dòng)方向改變產(chǎn)生5.4 2009-05-3026特點(diǎn)：光子是通過次級(jí)效應(yīng)(一種“單次性”的隨機(jī)事件)與物質(zhì)的原子或原子核外電子作用，一旦光子與物質(zhì)發(fā)生作用，光子或者消失或者受到散射而

16、損失能量，同時(shí)產(chǎn)生次電子； 次級(jí)效應(yīng)主要的方式有三種，即光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。 射線與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的概率，仍用截面這個(gè)物理量來表示作用概率的大小。而且，總截面等于各作用截面之和，即：pcph 總截面光電效應(yīng)截面康普頓效應(yīng)截面電子對(duì)效應(yīng)截面2009-05-30271、光電效應(yīng) 射線(光子)與物質(zhì)原子中束縛電子作用，把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去(稱為光電子)，而光子本身消失的過程，稱為光電效應(yīng)。 光電效應(yīng)是光子與原子整體相互作用，而不是與自由電子發(fā)生相互作用。因此，光電效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的最緊的 K層電子上。 光電效應(yīng)發(fā)生后，由于原子內(nèi)層電子出現(xiàn)

17、空位，將發(fā)生發(fā)出特征X射線或俄歇電子的過程。1) 光電子的能量由能量守恒：iehvE ireEEhv ieE 因此，光電子能量為：2009-05-30282) 光電截面入射光子與物質(zhì)原子發(fā)生光電效應(yīng)的截面稱之為光電截面。kph 45 k為k層光電截面理論上可給出的光電效應(yīng)截面公式。2009-05-302920cmh 對(duì)：，即非相對(duì)論情況 27552042113227 hZZhcmthk，經(jīng)典電子散射截面，又稱Thomson截面。 20cmh 對(duì)：，即相對(duì)論情況 hZZhcmthk15 . 155204220238 cmeth KeVh100 對(duì)：與吸收限有關(guān)，在吸收限 ,LK 處出現(xiàn)階躍而成鋸

18、齒狀。2009-05-3030光電效應(yīng)截面小結(jié)：對(duì)于選擇探測器的材料的提示：對(duì)防護(hù)、屏蔽射線的提示：(1) 與吸收材料Z的關(guān)系5Zph 光子能量越高，光電效應(yīng)截面越小。(2) 與射線能量的關(guān)系ph hv 采用高原子序數(shù)的材料，可提高探測效率。采用高Z材料可以有效阻擋射線。2009-05-3031+3) 光電子的角分布光電子的角分布代表進(jìn)入平均角度為 方向的單位立體角內(nèi)的光電子數(shù)的比例。相對(duì)于入射光子方向的角度。 2009-05-3032在不同出射方向光電子的產(chǎn)額是不同的，這種截面對(duì)于空間的微分，也就是微分截面。)( 光電子角分布的特點(diǎn)：(1) 在 0 和 180 方向沒有光電子飛出；(2) 光

19、電子在哪一角度出現(xiàn)最大概率與入射光子能量有關(guān)；當(dāng)入射光子能量低時(shí)，光電子趨于垂直方向發(fā)射，當(dāng)光子能量較高時(shí)，光電子趨于向前發(fā)射。2009-05-30332、康普頓效應(yīng) 康普頓效應(yīng)是射線(光子)與核外電子的非彈性碰撞過程。在作用過程中，入射光子的一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它脫離原子成為反沖電子，而光子受到散射，其運(yùn)動(dòng)方向和能量都發(fā)生變化，稱為散射光子。 康普頓散射可近似為光子與自由電子發(fā)生相互作用（彈性碰撞）?？灯疹D效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的最松的外層電子上。 2009-05-30341) 反沖電子與散射光子的能量與散射角及入射光子能量之間的關(guān)系hvE 光子的能量：201 cmmvPe /hchv

20、P 電子的動(dòng)能：光子的動(dòng)量：20220201cmcmcmEEe 電子的動(dòng)量：相對(duì)論關(guān)系：420222cmcPE cv/ 2009-05-3035由能量守恒由動(dòng)量守恒eEvhhv coscosehvhvPcc sinsinehvPc 可得到：)cos1()cos1(202 EcmEEe)cos1(120 cmhvhvE2012Ectgtgm c 散射光子能量：反沖電子能量：反沖角：2009-05-3036小結(jié)：(1) 散射角 0 時(shí)，hvvh 表明：入射光子從電子旁邊掠過，未受到散射，光子未發(fā)生變化。(2) 散射角 180 時(shí)，散射光子能量最小，而反沖電子能量最大。20min21cmhvhvvh

21、 hvcmhvEe2120max, (3) 散射角 在0180之間連續(xù)變化；反沖角 在900相應(yīng)變化。2009-05-30372) 康普頓散射截面入射光子與單個(gè)電子發(fā)生康普頓效應(yīng)的截面稱之為康普頓散射截面。200,38rthhvec 近似與光子能量成反比。20cmhv 2020cmer 20cmhv 212ln202020,cmhvhvcmrec 近似與入射光子能量無關(guān)，為常數(shù)。2009-05-3038對(duì)整個(gè)原子的康普頓散射的總截面hvhvZZecc2ln, Z 大，康普頓散射截面大；入射粒子能量大，康普頓散射截面小?？灯疹D散射截面與入射光子能量的關(guān)系比光電效應(yīng)要緩和。2009-05-3039

22、其中康普頓散射的微分截面 ddec)(, 20cmhv 表示散射光子落在某方向單位立體角內(nèi)的概率。 cos11cos1cos112cos1cos1112222220,rddec2020cmer 可由KleinNihsina公式給出：2009-05-3040微分截面有時(shí)也用 表示 ddec)(, ddec)(, 那么， 和 什么關(guān)系？ ddec)(, dddsin ddsin2 ddddececsin2)()(, ddec)(sin21, ddddecec)(sin2)(, 2009-05-30413) 反沖電子的角分布和能量分布為反沖電子落在方向單位立體角內(nèi)的概率。( )eedd ,( )(

23、)sinsinc eeedddddd 為反沖電子落在方向單位反沖角內(nèi)的概率。( )edd ( )( )2 sineeedddd 2009-05-3042為反沖電子落在Ee處單位能量間隔的概率。( )eeddE ( )( )eeeeddddEddE 反沖電子的能量分布，即反沖電子的能譜。小結(jié)：(1) 任何一種單能射線產(chǎn)生的反沖電子的動(dòng)能都是連續(xù)分布的。且存在最大反沖電子動(dòng)能。(2) 在最大反沖電子動(dòng)能處，反沖電子數(shù)目最多，在能量較小處，存在一個(gè)坪。2009-05-30433、電子對(duì)效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)是當(dāng)入射射線(光子)能量較高(1.022MeV)時(shí)，當(dāng)它從原子核旁經(jīng)過時(shí)，在核庫侖場的作用下，入射光子

24、轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子的過程。 電子對(duì)效應(yīng)除涉及入射光子與電子對(duì)以外，必須有第三者原子核的參與，否則不能同時(shí)滿足能量和動(dòng)量守恒。電子對(duì)效應(yīng)要求入射光子的能量必須大于1.022MeV。2009-05-30441) 正負(fù)電子的能量202cmEEhvee 由能量守恒：202cmhvEEee 因此，正負(fù)電子的總動(dòng)能為：總動(dòng)能是在電子和正電子之間隨機(jī)分配的，都可以從 取值。)2(020cmhv 由動(dòng)量守恒，電子和正電子應(yīng)沿著入射光子方向的前向角度發(fā)射。2) 正負(fù)電子的運(yùn)動(dòng)方向 而且，入射光子的能量越高，正負(fù)電子的發(fā)射方向越是前傾。2009-05-30453) 電子對(duì)效應(yīng)的截面 EZp2 202cmh

25、v 當(dāng)： 時(shí)：電子對(duì)效應(yīng)截面隨Z的增加而增加，也隨入射粒子的能量的增加而增加。hv當(dāng)： 稍大于 時(shí)：202cm EZpln2 2009-05-30464、其他作用過程(1) 相干散射Rayleigh散射，是低能光子與束縛電子間的彈性散射。其機(jī)制是電子在電磁輻射的作用下受迫振動(dòng)變成電偶極子，向外輻射電磁輻射，入射光子頻率不變，所以是彈性散射。而康普頓散射是非彈性散射。(2) 三產(chǎn)生當(dāng)入射光子能量大于10MeV后，在電子對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，核外還會(huì)發(fā)射一個(gè)電子，即產(chǎn)生“一電子對(duì)”加“一反沖電子”。2009-05-30475、物質(zhì)對(duì)射線的吸收(1) 窄束射線強(qiáng)度的衰減規(guī)律為光子與吸收物質(zhì)作用的截面；N為吸

26、收物質(zhì)單位體積的原子數(shù)；I0為射線入射強(qiáng)度；D為吸收物質(zhì)厚度。0IDIDtdt2009-05-3048對(duì)上面的方程積分：0)0(ItI 在tt+dt層內(nèi)單位時(shí)間光子數(shù)的變化為：INdtdI 等于在該層物質(zhì)內(nèi)單位時(shí)間發(fā)生的作用數(shù)。NteItI 0)(光子束通過物質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度為：NDDeII 0其中：N teItI 0)(線性吸收系數(shù)，又稱為宏觀截面 ANA 1 cmpcph 2009-05-3049質(zhì)量吸收系數(shù)：ANAm gcm2質(zhì)量厚度： ttm 2cmg質(zhì)量吸收系數(shù)與物質(zhì)狀態(tài)無關(guān)。mmteItI 0)(pmcmphmm, 與帶電粒子不同， 射線沒有射程的概念。窄束 射線強(qiáng)度衰減服從指數(shù)衰減規(guī)律

27、，只有吸收系數(shù)及相應(yīng)的半吸收厚度的概念。 693. 02/1 t(2) 非窄束射線強(qiáng)度的衰減規(guī)律teIEtBtI 0),()(積累因子2009-05-30505.5 1、中子的分類包括冷中子、熱中子、超熱中子、共振中子。熱中子：與吸收物質(zhì)原子處于熱平衡狀態(tài)，能量為0.0253eV，中子速度2.2103m/s.2009-05-30512、中子的性質(zhì)mn1.008665u939.565300MeV/c2sn1/2, 費(fèi)米子0，中性粒子n1.913042N發(fā)生衰變的半衰期T1/2=10.60min2009-05-30521. 中子的散射 1) 彈性散射 (n,n)222222sincos)( mMm

28、MmTTnn 中子不帶電，與物質(zhì)的相互作用實(shí)質(zhì)上是中子與物質(zhì)的靶核的相互作用。出射粒子仍為中子、剩余核仍為靶核。出射中子的動(dòng)能：反沖核的動(dòng)能： 22cos)(4nMTmMmMT 當(dāng)反沖核為質(zhì)子(氫核)時(shí)，Mm，上式變?yōu)椋寒?dāng) = 0 時(shí)，反沖質(zhì)子能量最大，Tp = Tn 2cosnpTT 2009-05-3053反沖質(zhì)子在實(shí)驗(yàn)室座標(biāo)系中的能量分布的概率密度函數(shù)為：npTTP1)( 即對(duì)入射的單能中子而言，實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中，其反沖質(zhì)子的能量分布是一個(gè)矩形，最大能量為Tn，最小為零。這個(gè)關(guān)系可用于快中子能譜測量。2) 非彈性散射 (n, n) 入射中子的能量損失不僅使靶核得到反沖，且使靶核處于激發(fā)態(tài)。

29、處于激發(fā)態(tài)的靶核退激時(shí)放出一個(gè)或幾個(gè)特征光子，在核分析技術(shù)中有重要的應(yīng)用。2009-05-30542. 中子的俘獲1) 中子的輻射俘獲 (n,) 中子射入靶核后與靶核形成一個(gè)復(fù)合核，而后復(fù)合核通過發(fā)射一個(gè)或幾個(gè)特征光子躍遷到基態(tài)。這些特征 光子不同于 (n, n) 的特征 光子。由于這些 光子的發(fā)射與復(fù)合核的壽命相關(guān)，一般很快，故稱為“中子感生瞬發(fā)射線”，同樣在核分析技術(shù)中有重要的應(yīng)用。復(fù)合核的形成。 當(dāng)發(fā)生(n,)反應(yīng)后，新形成的核素是放射性的，就是常說的“活化”，測量活化核素的放射性可以用來測量中子流的注量率區(qū)分中子的能量范圍。2009-05-30552) 發(fā)射帶電粒子的中子核反應(yīng) 如(n

30、,)，(n,p)等，這些反應(yīng)在中子探測中應(yīng)用很多，成為探測中子的主要手段。 如(n,2n)，(n,np)等，這些反應(yīng)的閾能較高，在810MeV以上，只有特快中子才能發(fā)生。3) 裂變反應(yīng) (n,f)4) 多粒子發(fā)射(3)、帶電粒子與靶原子核的彈性碰撞帶電粒子與靶原子核的庫侖場作用而發(fā)生彈性散射。彈性散射過程中，入射粒子和原子核的總動(dòng)能不變，即入射粒子既不輻射光子，也不激發(fā)或電離原子核，但入射粒子受到偏轉(zhuǎn)，其運(yùn)動(dòng)方向改變。彈性碰撞過程中，為滿足入射粒子和原子核之間的能量和動(dòng)量守恒，入射粒子損失一部分動(dòng)能使核得到反沖。碰撞后，絕大部分能量仍由入射粒子帶走，但運(yùn)動(dòng)方向被偏轉(zhuǎn)。核碰撞能量損失只是在入射帶電粒子能量很低或低速重離子入射時(shí)，對(duì)粒子能量損失的貢獻(xiàn)才是重要的。但對(duì)電子卻是引起反散射的主要過程。這種由入射帶電粒子與