射线与物质的相互作用

——射线与物质的相互作用第二炮兵工程大学核技术与核安全教研室王继虎核武器辐射探测与防护基础内容一、引言二、带电粒子与物质的相互作用四、中子与物质的相互作用三、γ射线与物质的相互作用五、总结一、引言核武器战略威慑作用大国地位象征核材料铀、钚、氚一、引言核辐射α粒子、β射线γ射线、中子一、引言α粒子：氦核，两个正电荷β射线：电子或正电子γ射线：光子中子：不带电核辐射无声无味、无色无嗅组织温度无明显升高射线与物质的相互作用辐射探测、防护的基础射线与物质相互作用的分类带电粒子辐射非带电粒子辐射轻带电粒子（β射线）电磁辐射（γ射线）重带电粒子（α粒子）中子次级电子核外电子次级重带电粒子原子核带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的作用，可分为：与物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程与原子核的非弹性碰撞过程与原子核的弹性碰撞与核外电子弹性碰撞两种非弹性碰撞是主要的作用方式二、带电粒子与物质的相互作用电离激发2.1与原子核外电子的非弹性碰撞入射带电粒子与原子的核外电子通过库仑力作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。电离损失二、带电粒子与物质的相互作用2.2与原子核的非弹性碰撞入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使带电粒子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射——轫致辐射。当入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子损失其能量，我们称它为辐射损失。二、带电粒子与物质的相互作用电离能量损失率辐射能量损失率2.3能量损失率22iondEzNZdxv222raddEzENZdxm对于α等重带电粒子，电离损失是主要方式；对于β等轻带电粒子，在高Z物质中辐射能量损失是不可忽略的。z入射粒子电荷数；v入射粒子速度；m入射粒子质量；N靶物质单位体积的原子数；Z靶物质原子的原子序数。二、带电粒子与物质的相互作用实验结果α粒子质量大，穿透力弱，一张纸就可以挡住；β射线质量小，是α粒子的1/7300，穿透力强，可穿过皮肤；与高Z物质作用产生较强的轫致辐射，所以使用低Z物质防护，如铝。射线与物质的相互作用三、γ射线与物质的相互作用光电效应康普顿效应电子对效应三、γ射线与物质的相互作用γ射线对物质的电离作用：射线第1步初级作用第2步次级作用电离效应光电效应康普顿效应电子对效应产生次级电子三种作用效应次级电子使物质原子电离三、γ射线与物质的相互作用3.1光电效应(PhotoelectricEffect)射线(光子)与原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。入射光子原子核光电子020406080100-1.0-0.50.00.51.0YAxisTitleXAxisTitleB三、γ射线与物质的相互作用3.2康普顿效应(ComptonEffect)射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。入射光子h原子核反冲电子散射光子h020406080100-1.0-0.50.00.51.0YAxisTitleXAxisTitleB三、γ射线与物质的相互作用3.3电子对效应(ElectronPairEffect)能量较高(1.022MeV)的射线(光子)从原子核旁经过时，在核库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。入射光子原子核正电子020406080100-1.0-0.50.00.51.0YAxisTitleXAxisTitleB电子3.3作用截面射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面这个物理量来表示作用概率的大小。三、γ射线与物质的相互作用光电效应截面572phZE康普顿效应截面电子对效应截面cZE2pZE采用高Z物质可以有效阻挡射线，例如铅；采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠；总的来说，由于射线不带电、无静止质量，穿透力较强。射线与物质的相互作用四、中子与物质的相互作用弹性碰撞非弹性碰撞中子俘获中子与物质的相互作用实质上是中子与物质原子核的相互作用。四、中子与物质的相互作用4.1弹性散射出射粒子仍为中子、剩余核仍为原有原子核。中子与物质中原子核碰撞时把部分能量传给原子核，带有能量的原子核脱出原子,此原子核称反冲核，而中子本身带着较低能量改变运动方向继续行进成中子散射，这种现象称弹性碰撞。带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引起物质电离和激发。四、中子与物质的相互作用4.2非弹性散射入射中子的能量损失不仅使原子核得到反冲，且使原子核处于激发态。中子入射到物质原子核内，部分能量传给原子核，使核处于激发态，中子带着剩余的能量从核内飞出，激发态核放出光子损失能量，原子核回到基态，这种现象称为非弹性碰撞。四、中子与物质的相互作用4.3中子俘获中子俘获包括(n,γ),(n,f),(n,α)(n,p)四种类型反应。中子被物质原子核俘获后，形成稳定或不稳定的新核素，这种现象称中子俘获。1017503BnLi313201HenTp三氟化硼正比管氦-3计数管四、中子与物质的相互作用4.4中子的危害弹性碰撞14114706NnCp111010nHnp核反应产生的质子引起物质的电离，人体中有大量的H和N原子，中子对人电离效应严重，伤害严重。探测使用含氢物质，如含氢正比管、有机闪烁体等；防护使用含氢物质，如聚乙烯、石蜡、水等。辐射作用过程α与束缚电子发生非弹性碰撞β1、与核外电子发生非弹性碰撞2、与原子核发生非弹性碰撞γ1、光电效应2、康普顿效应3、电子对效应中子1、弹性散射2、非弹性散射3、俘获过程五、总结射线与物质的作用过程射线穿透能力辐射质量电荷在空气重穿过的距离在生物组织穿过的距离α4+20.03米0.04毫米β1/1840-1（+1）3米5毫米γ00很大穿过人体中子10很大穿过人体五、总结射线穿透能力五、总结CompanyLogo