核武器輻射探測(cè)與防護(hù)基礎(chǔ)課件

核武器輻射探測(cè)與防護(hù)基礎(chǔ)——射線與物質(zhì)的相互作用一、引言核武器戰(zhàn)略威懾作用大國(guó)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

主要內(nèi)容

β射線與物質(zhì)的相互作用γ射線與物質(zhì)的相互作用α粒子與物質(zhì)的相互作用中子與物質(zhì)的相互作用α粒子：氦核，兩個(gè)正電荷β射線：電子或正電子γ射線：光子中子：不帶電核輻射帶電粒子非帶電粒子射線分類二、β射線與物質(zhì)的相互作用β射線與物質(zhì)的作用，可分為：與核外電子的非彈性碰撞過(guò)程與原子核的非彈性碰撞過(guò)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2.1與原子核外電子的非彈性碰撞自由電子原子核KM帶正電的離子β射線與原子的核外電子通過(guò)庫(kù)侖力作用，使電子獲得能量。

電離二、β射線與物質(zhì)的相互作用2.1與原子核外電子的非彈性碰撞β射線與核外電子發(fā)生非彈性碰撞，以使靶物質(zhì)原子電離或激發(fā)的方式而損失其能量，我們稱它為電離損失。zβ射線電荷數(shù)；vβ射線速度；N物質(zhì)單位體積的原子數(shù)；Z物質(zhì)原子的原子序數(shù)。用高NZ元素，如鉛來(lái)阻擋β射線比較有利。二、β射線與物質(zhì)的相互作用2.2與原子核的非彈性碰撞當(dāng)β射線與原子核發(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。原子核KMβ射線與原子核之間的庫(kù)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。軔致輻射二、β射線與物質(zhì)的相互作用輻射損失與電離損失之比綜合考慮防護(hù)β射線采用低Z物質(zhì)，如鋁。二、β射線與物質(zhì)的相互作用2.3β射線的吸收和射程吸收β射線在經(jīng)過(guò)一定厚度的物質(zhì)時(shí)，電子的數(shù)目隨著距離的增加而逐步減少，這種現(xiàn)象稱為吸收。射程β射線從進(jìn)入物質(zhì)到完全被吸收沿原入射方向穿過(guò)的最大距離，稱為該粒子在物質(zhì)中的射程。β射線在物質(zhì)中所經(jīng)過(guò)的實(shí)際路程的長(zhǎng)度稱作路徑。二、β射線與物質(zhì)的相互作用β射線的射程比路程小得多。2.3β射線的吸收和射程二、β射線與物質(zhì)的相互作用α粒子射程約等于其路程。α粒子在空氣中的射程為幾個(gè)厘米。三、α粒子與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用四、γ射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)四、γ射線與物質(zhì)的相互作用4.1光電效應(yīng)(PhotoelectricEffect)射線(光子)與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(guò)程，稱為光電效應(yīng)。入射光子原子核光電子四、γ射線與物質(zhì)的相互作用4.3電子對(duì)效應(yīng)(ElectronPairEffect)能量較高(>1.022MeV)的射線(光子)從原子核旁經(jīng)過(guò)時(shí)，在核庫(kù)侖場(chǎng)的作用下，入射光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)電子的過(guò)程。入射光子原子核正電子電子四、γ射線與物質(zhì)的相互作用γ射線對(duì)物質(zhì)的電離作用：射線第1步初級(jí)作用第2步次級(jí)作用電離效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生次級(jí)電子三種作用效應(yīng)次級(jí)電子使物質(zhì)原子電離4.3作用截面射線與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面來(lái)表示作用概率的大小。四、γ射線與物質(zhì)的相互作用光電效應(yīng)截面康普頓效應(yīng)截面電子對(duì)效應(yīng)截面采用高Z物質(zhì)可以有效阻擋射線，例如鉛；采用高Z物質(zhì)可提高探測(cè)效率，例如碘化鈉；總的來(lái)說(shuō)，由于射線不帶電、無(wú)靜止質(zhì)量，穿透力較強(qiáng)。五、中子與物質(zhì)的相互作用5.1彈性碰撞出射粒子仍為中子、剩余核仍為原有原子核。中子與物質(zhì)中原子核碰撞時(shí)把部分能量傳給原子核，帶有能量的原子核脫離出原子,此原子核稱反沖核，而中子本身帶著較低能量改變運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)行進(jìn)，形成散射中子，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(yùn)動(dòng)途中可引起物質(zhì)電離和激發(fā)。五、中子與物質(zhì)的相互作用5.2非彈性碰撞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(zhì)原子核內(nèi)，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(nèi)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。輻射作用過(guò)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