電離輻射跟物質兩者的相互作用

PAGEPAGE5電離輻射跟物質兩者的相互作用在弄清楚電離輻射對人體產生的危害之前,我們首先需要了解電離輻射和物體是如何相互作用的,現在說明4種主要的電離輻射和物體相互作用的情況,即alpha;粒子,beta;粒子,gamma;射線(包括X射線)和中子。alpha;粒子alpha;粒子是帶2個單位正電荷,質量數為4的氦原子核,是個帶電的粒子,一般由質量較重的放射性原子核發(fā)射,能量為不連續(xù)的,能量通常為4~9Mev。alpha;粒子通過物質時,能量轉移(損失)的主要方式是電離和激發(fā)。在射線和物質相互作用時,電離也是其他各種射線損失能量的主要方式。alpha;粒子的射程非常短。1個5Mev的alpha;粒子在空氣中的射程大約是3。5cm,在鋁金屬中也只有23mu;m,因此,一般認為alpha;粒子不會對人體造成外照射的損害。但當其進入人體的組織或器官時,其能量會全部被組織和器管所吸收,所以內照射的危害時必須考慮的。beta;粒子beta;射線是高速運動的電子,帶有1個負電荷,質量為氫原子質量的1/1840,當其和物質相互作用時,也會引起物質原子的電離和激發(fā),beta;粒子的質量比alpha;粒子的質量要小得多,所以1個與alpha;粒子的能量相同的beta;粒子,在同一種物質中的射程要比alpha;粒子長得多。例如,1個能量為5Mev的alpha;粒子,在空氣中的射程只有3。5cm,而1個能量為5Mev的beta;粒子,在空氣中的最大射程可達20m。與alpha;粒子不同,beta;粒子穿過物質時,有明顯的散射現象,其特點是beta;粒子的運動方向發(fā)生了改變。當運動方向發(fā)生大的改變(例如偏折)時,beta;粒子的一局部動能會以X射線的形式輻射出來,這種輻射叫韌致輻射。韌致輻射的強度既與阻止物質的原子序數Z的平方成反比,還與beta;射線的能量成正比。由于對X射線的屏蔽要比對beta;射線本身的屏蔽困難得多,所以對beta;射線的屏蔽,通常要選用原子序數比擬低的物質,諸如像有機玻璃和鋁這樣的材料,作為beta;射線的屏蔽物質,從而使得beta;射線在屏蔽材料中轉變?yōu)轫g致輻射的份額較少。但對于放射性活度及beta;粒子的能量均較高的beta;輻射源,最好在輕材料屏蔽的后面,再添加一定厚度的重物質屏蔽材料,以屏蔽掉韌致輻射。gamma;射線gamma;射線是不帶電的中性粒子(也即是電磁波),其靜止質量等于零,也稱為光子。當gamma;射線和物質相互作用時,同帶電粒子與物質的相互作用情況大不相同,gamma;射線不能使物質直接電離和激發(fā),也沒有射程的概念。gamma;射線與物質相互作用有3種主要形式,即光電效應,康普敦效應和電子對效應。能量較低的gamma;射線,在物質中主要產生光電效應;中等能量時,主要產生康普敦效應;而能量較高時,主要是電子對效應。3種效應都會產生能使物質的原子電離或激發(fā)的次級電子,而次級電子在物質中的射程不長,所以在考慮對gamma;射線的屏蔽時,不需要另外采取防護措施。這就是說,3種效應產生次數的多少,即是物質吸收gamma;輻射多少的標志。理論和實踐都證明,光電效應正比于吸收物質的原子序數Z的4次方,康普頓效應正比于Z/A,而電子對效應正比于Z平方。因此屏蔽gamma;射線時,以采用原子序數高的重物質為最好,例如鉛。中子中子的質量與質子的質量大約相等,并且中子與gamma;射線一樣也不帶電。因此,中子與原子核或電子之間沒有靜電作用。當中子與物質相互作用時,主要是和原子核內的核力相互作用,與外殼層的電子不會發(fā)生作用。中子與物質相互作用的類型主要取決于中子的能量。在輻射防護中,根據中子能量的上下,可以把中子分為慢中子(能量小于5kev,其中能量為0。025ev的稱為熱中子),中能中子(其能量范圍為5-100kev),和快中子(0。1-500Mev)3種。中子與物質的原子核相互作用過程根本上可以分為兩類:散射和吸收。散射又可以分為彈性散射和非彈性散射。慢中子與原子核作用的主要形式是吸收。中能中子和快中子與物質作用的主要形式是彈性散射。對于能量大于10Mev的快中子。以非彈性散射為主。在上述的中子和物質的相互作用過程中,除了彈性散射之外,其余各種現象均會產生次級輻射。從輻射防護的觀點來看,是相當重要的。在實際工作中,大多數情況遇到的是快中子,快中子與輕物質發(fā)生彈性散射時,損失的能量要比與重物質作用時多得多,例如,當快中子與氫核碰撞時,交給反沖質子的能量可以到達中子能量的一半。因此含氫多的物質,像水和石蠟等均是屏蔽中子的最好材料,同時水和石蠟,由于價格低廉,容易獲得,效果又好,是最常用的中子屏蔽材料。 內容總結

〔1〕電離輻射跟物質兩者的相互作用

在弄清楚電離輻射對人體產生的危害之前,我們首先需要了解電離輻射和物體是如何相互作用的,現在說明4種主要的電離輻射和物體相互作用的情況,即alpha

〔2〕電離輻