射線與物質的相互作用節(jié)

射線與物質的相互作用節(jié)第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二光電效應能量為h的光子通過物質時，與原子的某一殼層中的一個軌道電子相互作用，把全部的能量傳遞給這個電子，獲得能量的電子擺脫原子核的束縛成為自由電子（光電子）。此效應稱為光電效應。

第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二光電效應發(fā)生光電效應的條件有二：（1）入射光子的能量必須大于某殼層電子的結合能；即：

E=h-Be>0（2）為了滿足能量守恒和動量守恒，必須有第三者參加，即發(fā)射光電子后的整個原子參加。因此，自由電子不能吸收γ射線能量而成為光電子，γ射線只與受束縛電子才能發(fā)生光電效應第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二光電效應束縛的越緊的軌道電子，發(fā)生光電效應的幾率越大，所以K層和L層發(fā)生光電效應的幾率最大；如果入射光子的能量大于K層電子的結合能，則K層電子發(fā)生光電效應的幾率約為80%；發(fā)射光電子后留下的空穴被外殼層的電子填充時，將發(fā)射特征X射線、紫外可見光（熒光輻射），或發(fā)射俄歇電子（俄歇效應）發(fā)生光電效應的特點低能γ光子與高Z物質相互作用時，發(fā)生光電效應占優(yōu)勢。第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二光電效應光電子的發(fā)射呈角分布，且和入射光子的能量有關。當光子能量很低時，光電子與入射光子成900角射出的概率最大。隨著入射光子能量的增加，光電子的發(fā)射角變小。第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二康普頓效應能量為h的光子與原子內一個軌道電子相互作用時，光子交給軌道電子部分能量后，其頻率發(fā)生改變并與入射方向成角散射（康普頓散射光子），獲得足夠能量的軌道電子與光子入射角成角方向射出（康普頓反沖電子）。此種過程稱康普頓效應。第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二康普頓效應受原子核束縛得愈弱的軌道電子發(fā)生康普頓效應的幾率愈大，在實際處理時，忽略軌道電子的結合能，把康普頓效應看成是入射光子和自由電子的彈性碰撞，在這種彈性碰撞過程中，入射光子與散射光子和反沖電子之間，遵循能量守恒和動量守恒，并考慮相對論能量和動量的關系，可以推得散射光子的能量為：上式中，Eg

和Eg

?分別為入射與散射光子的能量，q為散射角，mec2為電子的靜質量能=0.511MeV。第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二康普頓效應當α>>1時，Eg

?趨同于一定值。例如：q=180°時，

q=90o

散射光子的波長：稱為電子的康普頓波長第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二康普頓效應由于入射光子的能量分配給散射光子和反沖電子，因此反沖電子的能量E等于入射光子的能量與散射光子的能量之差。當θ＝180°時，反沖電子的能量最大，為：第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二電子對效應

在原子核場或原子的電子場中，一個光子轉化成一對正、負電子，稱為電子對效應第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二電子對效應發(fā)生電子對效應的條件是：1.在原子核場中，要求入射光子的能量h?≥2mec2（1.02MeV），在原子的電子場中，要求入射光子的能量hv≥4mec2（2.04MeV）。2.為了滿足電子對效應過程中的能量守恒和動量守恒，必須有原子核或殼層電子參加。電子對效應在原子核場中發(fā)生的幾率，遠遠大于在原子的電子場中發(fā)生的幾率。第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二射線三種主要相互作用與光子能量、吸收物質原子序數(shù)的關系第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二γ射線在物質中的減弱γ光子束穿過一定厚度的物質后，由于光子與物質的核外電子或原子核的庫侖場發(fā)生各種相互作用后，有的被散射離開了原來的入射束，有的光子經(jīng)過多次相互作用，其全部能量轉移給了電子，本身不存在了，從而使原來入射束中的光子數(shù)被減少，這叫做γ射線在物質中的減弱，也稱之為“吸收”。這里所說的“吸收”與帶電粒子耗盡其能量后停留在物質中所稱的吸收不同，這里的“吸收”是指γ光子把它的能量最終轉化為電子的動能后，光子本身不存了第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二中子與物質的相互作用輕元素（氫）可以作為快中子的良好減速劑；在中子的防護中，常用含氫物質和原子量小的物質（水、聚乙烯、石蠟、石墨、氫化鋰）作為快中子的減速劑。一個好的中子慢化劑（亦稱減速劑）除了要大以外，其彈性散射的截面也要大，而對中子的吸收截面必須很小。因此，在反應堆中常用輕水、重水或石墨作慢化劑。在對快中子的屏蔽防護中，常選用含氫材料如水，石蠟等和石墨作為快中子的減速劑。第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期二輻射俘獲輻射俘獲又稱為（n,γ）反應。中子射入靶核后，與靶核形成激發(fā)態(tài)的復合核，然后復合核通過放出一個或幾個光子而回到基態(tài)，不再發(fā)射其他粒子，中子被靶核吸收，此過程叫輻射俘獲對于慢中子和中能中子，主要的反應是彈性散射和輻射俘獲，其他的反應很少發(fā)生。對于輕核和中量核主要是彈性散射，對于重核（非幻數(shù)核）主要是輻射俘獲，重核對慢中子的俘獲截面很大第十五頁，共十六頁，