射線與物質(zhì)的相互作用節(jié)

射線與物質(zhì)的相互作用α粒子及重粒子束與物質(zhì)的相互作用β射線與物質(zhì)的相互作用γ射線與物質(zhì)的相互作用中子與物質(zhì)的相互作用第1頁(yè)/共14頁(yè)α粒子及重粒子束與物質(zhì)的相互作用

α粒子及重粒子束與物質(zhì)作用的主要過(guò)程α粒子及重粒子束在物質(zhì)中的能量損失α粒子及重粒子束在物質(zhì)中的比電離α粒子及重粒子束在物質(zhì)中的射程第2頁(yè)/共14頁(yè)Ionization(電離)

具有一定動(dòng)能的帶電粒子與原子的軌道電子發(fā)生庫(kù)侖作用時(shí)，把本身的部分能量傳遞給軌道電子。如果軌道電子獲得的動(dòng)能足以克服原子核的束縛，逃出原子殼層而成為自由電子，此過(guò)程稱為電離。在電離過(guò)程產(chǎn)生的某些自由電子，具有足夠的動(dòng)能，能進(jìn)一步引起物質(zhì)電離和激發(fā)，這些電子稱為次級(jí)電子或電子。由帶電粒子與軌道電子作用產(chǎn)生的電離，稱為直接電離（式初級(jí)電離），由次級(jí)電子引起的電離稱為間接電離（或次級(jí)電離），直接電離和間接電離合在一起稱為總電離

α粒子與物質(zhì)作用的主要過(guò)程第3頁(yè)/共14頁(yè)α粒子與物質(zhì)作用的主要過(guò)程

具有一定動(dòng)能的帶電粒子與原子的軌道電子發(fā)生庫(kù)侖作用時(shí)，把本身的部分能量傳遞給軌道電子如果軌道電子獲得的能量不足以擺脫原子核的束縛，而是從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，使原子處于激發(fā)態(tài)，此過(guò)程稱為激發(fā)。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的。躍遷到高能級(jí)的電子將自發(fā)地躍遷到低能級(jí)而使處于激發(fā)態(tài)的原子退激，激發(fā)能（等于電子躍遷前后兩能級(jí)的能量差）將以X射線的形式放出，稱為標(biāo)識(shí)X射線或特征X射線。該激發(fā)能也可傳遞給核外電子，使該電子獲得足夠的動(dòng)能，逃離原子核的束縛而成為一個(gè)自由電子（俄歇電子），這種過(guò)程稱為俄歇效應(yīng)。Excitation（

激發(fā)）第4頁(yè)/共14頁(yè)質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)結(jié)論：能量損失率與入射粒子的速度的平方成反比，說(shuō)明帶電粒子傳遞給軌道電子的能量與相互作用時(shí)間有關(guān)，速度越小，作用時(shí)間越長(zhǎng)，傳遞給軌道電子的能量越多；帶電粒子在停下來(lái)以前的某一段路程上的能量損失將達(dá)到最大值。而與其質(zhì)量無(wú)關(guān)；（由于mparticle>>me，重帶電粒子受到的反沖可忽略；入射粒子的能量越小，單位徑跡上的能量損失率越大）。第5頁(yè)/共14頁(yè)質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)能量損失率與帶電粒子電荷數(shù)的平方成正比。說(shuō)明帶電粒子的電荷越大，與軌道電子的庫(kù)倫作用越強(qiáng)，因此傳遞給軌道電子的能量越多；（同樣能量的粒子與質(zhì)子通過(guò)同一物質(zhì)時(shí)，粒子的能量損失率要比質(zhì)子大4倍。因此，在物質(zhì)中的穿透能力弱）。第6頁(yè)/共14頁(yè)質(zhì)量碰撞阻止本領(lǐng)能量損失率與吸收物質(zhì)的電子密度和原子序數(shù)成正比；（帶電粒子在液體、固體中的能量損失率比在氣體中的大，在高原子序數(shù)的物質(zhì)中的能量損失率比低原子序數(shù)的物質(zhì)中的大）。第7頁(yè)/共14頁(yè)帶電粒子在物質(zhì)中的比電離帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，以不同的方式損失能量，引起物質(zhì)的電離。直接電離：由帶電粒子直接作用產(chǎn)生的電離；間接電離：由直接電離產(chǎn)生的射線引起的電離。比電離：?jiǎn)挝粡桔E長(zhǎng)度上產(chǎn)生的離子對(duì)數(shù)。比電離又稱為電離密度。氣體中每產(chǎn)生一對(duì)離子所消耗的平均能量第8頁(yè)/共14頁(yè)比電離

離子和質(zhì)子在空氣中的相對(duì)比電離在比電離曲線中，隨著剩余射程的減少，比電離逐漸增加，在剩余射程的末端達(dá)到最大值。出現(xiàn)在帶電粒子射程末端的比電離峰稱為Bragg峰，比電離曲線又稱為Bragg曲線。質(zhì)子束射程末端的高比電離效應(yīng)已經(jīng)被用于治療癌癥。第9頁(yè)/共14頁(yè)帶電粒子在物質(zhì)中的射程包括粒子在內(nèi)的帶電粒子，通過(guò)與物質(zhì)的不斷相互作用，耗盡其能量后而停留于物質(zhì)中，稱為被物質(zhì)吸收。帶電粒子在某種物質(zhì)中沿入射方向從進(jìn)入到被物質(zhì)吸收所經(jīng)歷的最大直線距離——帶電粒子在該物質(zhì)中的射程。射程的大小與粒子的類型、初始能量及吸收物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。第10頁(yè)/共14頁(yè)射線與物質(zhì)的相互作用β射線是由原子核轉(zhuǎn)變過(guò)程中放射出來(lái)的具有連續(xù)譜的快速電子流。與α粒子相比，與物質(zhì)相互作用過(guò)程雖然相似，但在具體的作用過(guò)程中，由于其質(zhì)量小而具有其特點(diǎn)。例如與軌道電子的非彈性散射，每次碰撞的能量損失比α粒子小，而且運(yùn)動(dòng)方向?qū)l(fā)生很大的改變。在與原子核的庫(kù)侖場(chǎng)發(fā)生非彈性散射時(shí)，產(chǎn)生韌致輻射，其能量損失可以與電離能量損失相當(dāng)。電離損失和輻射損失是β射線與物質(zhì)相互作用過(guò)程中能量損失的主要形式。第11頁(yè)/共14頁(yè)輻射損失軔致輻射當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子從原子核的庫(kù)侖場(chǎng)附近掠過(guò)時(shí)，它將受到原子核庫(kù)侖場(chǎng)的作用而產(chǎn)生加速度，包括速度的降低和方向的改變，其部分或全部能量，將轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)譜的電磁輻射，這就是軔致輻射。以這種形式的能量損失，稱為輻射損失第12頁(yè)/共14頁(yè)韌致輻射（bremsstrahlung）以韌致輻射形勢(shì)造成的能量損失稱為輻射損失。物質(zhì)的原子序數(shù)帶電粒子的電荷帶電粒子的質(zhì)量第13頁(yè)/共14頁(yè)射線在物質(zhì)中的吸收和射程淹滅反應(yīng)進(jìn)入物質(zhì)中的粒子，通過(guò)電離損失和輻射損失等過(guò)程耗盡其能量后，停留于物質(zhì)中，稱之為被物質(zhì)所吸收。β+粒子最終與介質(zhì)中的電子發(fā)生淹滅反應(yīng)，釋放出兩個(gè)能量相等，方向相反的光子b射線由具有連續(xù)譜的電子組成。不同能量的電子在