射線與物質的相互作用

——射線與物質的相互作用第二炮兵工程大學核技術與核安全教研室王繼虎核武器輻射探測與防護基礎內容一、引言二、帶電粒子與物質的相互作用四、中子與物質的相互作用三、γ射線與物質的相互作用五、總結一、引言核武器戰(zhàn)略威懾作用大國地位象征核材料鈾、钚、氚

一、引言核輻射α粒子、β射線γ射線、中子

一、引言α粒子：氦核，兩個正電荷β射線：電子或正電子γ射線：光子中子：不帶電核輻射無聲無味、無色無嗅組織溫度無明顯升高射線與物質的相互作用輻射探測、防護的基礎射線與物質相互作用的分類帶電粒子輻射非帶電粒子輻射輕帶電粒子（

β射線）電磁輻射（

γ射線）重帶電粒子（

α粒子）中子次級電子核外電子次級重帶電粒子原子核帶電粒子與物質的相互作用二、帶電粒子與物質的相互作用帶電粒子與物質的作用，可分為：與物質原子中核外電子的非彈性碰撞過程與原子核的非彈性碰撞過程與原子核的彈性碰撞與核外電子彈性碰撞

兩種非彈性碰撞是主要的作用方式二、帶電粒子與物質的相互作用電離激發(fā)2.1與原子核外電子的非彈性碰撞入射帶電粒子與原子的核外電子通過庫侖力作用，使電子獲得能量而引起原子的電離或激發(fā)。

電離損失二、帶電粒子與物質的相互作用2.2與原子核的非彈性碰撞入射帶電粒子與原子核之間的庫侖力作用，使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。當入射帶電粒子與原子核發(fā)生非彈性碰撞時，以輻射光子損失其能量，我們稱它為輻射損失。二、帶電粒子與物質的相互作用電離能量損失率輻射能量損失率2.3能量損失率對于α等重帶電粒子，電離損失是主要方式；對于β等輕帶電粒子，在高Z物質中輻射能量損失是不可忽略的。z入射粒子電荷數(shù)；v入射粒子速度；m入射粒子質量；N靶物質單位體積的原子數(shù)；Z靶物質原子的原子序數(shù)。二、帶電粒子與物質的相互作用

實驗結果α粒子質量大，穿透力弱，一張紙就可以擋?。沪律渚€質量小，是α粒子的1/7300，穿透力強，可穿過皮膚；

與高Z物質作用產(chǎn)生較強的軔致輻射，所以使用低Z物質防護，如鋁。射線與物質的相互作用三、γ射線與物質的相互作用光電效應康普頓效應電子對效應三、γ射線與物質的相互作用γ射線對物質的電離作用：射線第1步初級作用第2步次級作用電離效應光電效應康普頓效應電子對效應產(chǎn)生次級電子三種作用效應次級電子使物質原子電離三、γ射線與物質的相互作用3.1光電效應(PhotoelectricEffect)射線(光子)與原子中束縛電子作用，把全部能量轉移給某個束縛電子，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。入射光子原子核光電子三、γ射線與物質的相互作用3.2康普頓效應(ComptonEffect)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移給電子，使它脫離原子成為反沖電子，而光子受到散射，運動方向和能量都發(fā)生變化，稱為散射光子。入射光子h原子核反沖電子散射光子h三、γ射線與物質的相互作用3.3電子對效應(ElectronPairEffect)能量較高(>1.022MeV)的射線(光子)從原子核旁經(jīng)過時，在核庫侖場的作用下，入射光子轉化為一個正電子和一個電子的過程。入射光子原子核正電子電子3.3作用截面射線與物質發(fā)生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面這個物理量來表示作用概率的大小。三、γ射線與物質的相互作用光電效應截面康普頓效應截面電子對效應截面采用高Z物質可以有效阻擋射線，例如鉛；采用高Z物質可提高探測效率，例如碘化鈉；總的來說，由于射線不帶電、無靜止質量，穿透力較強。射線與物質的相互作用四、中子與物質的相互作用彈性碰撞非彈性碰撞中子俘獲中子與物質的相互作用實質上是中子與物質原子核的相互作用。四、中子與物質的相互作用4.1彈性散射出射粒子仍為中子、剩余核仍為原有原子核。中子與物質中原子核碰撞時把部分能量傳給原子核，帶有能量的原子核脫出原子,此原子核稱反沖核，而中子本身帶著較低能量改變運動方向繼續(xù)行進成中子散射，這種現(xiàn)象稱彈性碰撞。帶電荷的反沖核獲得能量后，在其運動途中可引起物質電離和激發(fā)。四、中子與物質的相互作用4.2非彈性散射入射中子的能量損失不僅使原子核得到反沖，且使原子核處于激發(fā)態(tài)。中子入射到物質原子核內，部分能量傳給原子核，使核處于激發(fā)態(tài)，中子帶著剩余的能量從核內飛出，激發(fā)態(tài)核放出光子損失能量，原子核回到基態(tài)，這種現(xiàn)象稱為非彈性碰撞。四、中子與物質的相互作用4.3中子俘獲中子俘獲包括(n,γ),(n,f),(n,α)(n,p)四種類型反應。中子被物質原子核俘獲后，形成穩(wěn)定或不穩(wěn)定的新核素，這種現(xiàn)象稱中子俘獲。三氟化硼正比管氦-3計數(shù)管四、中子與物質的相互作用4.4中子的危害彈性碰撞核反應產(chǎn)生的質子引起物質的電離，人體中有大量的H和N原子，中子對人電離效應嚴重，傷害嚴重。探測使用含氫物質，如含氫正比管、有機閃爍體等；防護使用含氫物質，如聚乙烯、石蠟、水等。輻射作用過程α與束縛電子發(fā)生非彈性碰撞β1、與核外電子發(fā)生非彈性碰撞2、與原子核發(fā)生非彈性碰撞γ1、光電效應2、康普頓效應3、電子對效應中子1、彈性散射2、非彈性散射3、俘獲過程五、總結射線與物質的作用過程射線穿透能力輻射質量電荷在空氣重穿過