文档介绍：第二章电离辐射与物质的相互作用
王德忠教授
核科学与工程学院
2009/9/14 1/41
辐射:电离辐射,非电离辐射。
有些辐射如红外线、微波等,由于能量低,不
能引起物质电离,称为非电离辐射。
凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的
一切辐射,称为电离辐射。
电离辐射:直接或间接电离粒子或由两者混合
组成的任何辐射。
直接电离粒子:那些具有足够大的动能,以至
通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子。
间接电离粒子:能够释放出直接电离粒子或引
起核变化的非带电粒子,如光子、中子等。
2009/9/14 2/41
带电粒子与物质相互作用机理
电离辐射作用于物质,所引起的某些物理、化学变
化,或作用于生物体时所产生的生物效应,几乎都
是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。
即使是间接电离粒子也是通过和物质发生作用产生
带电粒子实现的。
了解带电粒子与物质相互作用的机理及能量传递的
一般规律,对于解决辐射剂量学、辐射屏蔽的基本
问题具有重要意义。
2009/9/14 3/41
带电粒子的种类
最常见的有电子、β射线、质子、α粒子
等。
凡静止质量大于电子的带电粒子,称为重
带电粒子,如μ介子、π质子、α粒子、被
加速的原子核等。
β射线和电子本质上是相同的,通常所说
的电子是指核外电子,而β射线则是指原
子核发射出来的高速电子。
2009/9/14 4/41
带电粒子与物质相互作用的
主要过程
带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的,
主要过程是电离和激发,弹性散射和轫致辐
射。
带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量,
其次是通过轫致辐射。
这两种过程构成了带电粒子在碰撞过程中的
能量损失。
2009/9/14 5/41
带电粒子能量损失方式之一---电离损失
入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作
用,使电子获得能量而引起原子的电离或激发
电离——核外层电子克服束激发——使核外层电子由低能级
缚成为自由电子,原子成为跃迁到高能级而使原子处于激发
正离子。2009/9/14 状态,退激发光。 6
带电粒子通过物质物质中原子被电离,在
粒子通过的路径上形成
许多离子对:
正离子和自由电子
+ ++
++- +--
+ ++ - --
自由电子++-+-+---
库仑作用 e- ---
+-+- -
+ + -
- -
+ 正离子+ -+
+ - -
-
α+ 靶原子→正离子+ 电子+ α
4He + Ar → Ar+ + e- + 4He
2009/9/14 7
散射(scattering )
带电粒子通过物质时,因受物质原子核库仑电场
作用,与带正电的原子核发生库仑排斥作用而改变
其本身的运动方向,称为散射
入射粒子相对于核的质量愈大,则散射愈小。对
于重带电粒子,散射现象不太明显
2009/9/14 8/41
轫致辐射(Bremsstrahlung)
带电粒子与被通过的介质
原子核相互作用,带电粒
子突然减速,一部分动能
转变为连续能谱的电磁辐
射释放出来。这种作用随
粒子的能量增加而增大,
与粒子的质量平方成反比,
与被通过介质的原子序数Z
的平方成正比。
2009/9/14 9/41
湮没辐射(Annihilation)
一个粒子与其相应的反粒子发生碰撞时,其
质量可能转化为光辐射,这种辐射称为湮没
辐射。湮没辐射与两个碰撞粒子之间遵循质
量守恒和能量守恒定律。
2009/9/14 10/41