【正文】 總結(jié)出了半經(jīng)驗(yàn)公式： 4. 能量岐離 ? 上面說到了射程岐離，產(chǎn)生此現(xiàn)象的根本原因是重帶電粒子沿其徑跡所經(jīng)受的碰撞次數(shù)和每次碰撞所損失的能量，都是一個隨機(jī)量，同樣此原因?qū)е铝四芰酷x現(xiàn)象的出現(xiàn)。 重帶電粒子的質(zhì)量大，它與電子的相互作用不會導(dǎo)致其運(yùn)動方向有大的改變，其軌跡幾乎是直線，射程基本等于路程。 4Em0/M≈2m0v2 1. 能量損失率 2. 比電離 帶電粒子穿過物質(zhì)時，通過電離和激發(fā)產(chǎn)生許多電子 — 離子對，把單位距離上產(chǎn)生的平均離子對數(shù)稱作 比電離 。 （ 3） 電離能量損失率與物質(zhì)的電子密度 NZ成正比 。因此，帶電粒子的電荷越多，能量損失就越大，穿透力越差。 ? 造成能量損失的主要機(jī)制是電離和激發(fā)，即電離能量損失。 ? 在我們所關(guān)注的能量范圍里，快重帶電粒子和重離子的電離能量損失 Sion都是最主要的能量損失方式，而輻射能量損失 Srad都可以忽略，快重帶電粒子的核碰撞能量損失 Sn一般很小，但重離子（特別速度很低時）的核碰撞能量損失 Sn可與電離能量損失 Sion相當(dāng)。因此，對粒子的能量損失貢獻(xiàn)很小，一般忽略。這種過程不會使原子核激發(fā)也不會產(chǎn)生軔致輻射，只是原子核反沖而帶走入射粒子的一部分能量，這種能量損失稱為核碰撞能量損失 ，這種阻止作用稱為 核阻止 。一般是帶電粒子穿過物質(zhì)時損失能量的主要方式。 dxIdIN /???? ? 在核工程和核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，主要涉及輻射能量為幾 kev到 20Mev的范圍內(nèi)。 22 2 2 AR I Ncmc m s c m s c m??? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?微觀截面 Microscopic cross section ? ?2/ / / /ARNN u m b e r o f r e a c t i o n s n u c l e u s sN u m b e r o f i n c i d e n t n e u t r o n s c m s I? ??每種類型的核反應(yīng)都有相應(yīng)的截面，用不同的下標(biāo)表示。 X/γ射線將其全部或部分能量傳遞給物質(zhì)中原子核外的電子，產(chǎn)生 次級電子 ；中子幾乎總是以核反應(yīng)或核裂變過程產(chǎn)生 次級重帶電粒子 。 （ 1） 帶電粒子的輻射 ：電子、正電子、質(zhì)子、 α粒子等。亦可稱為 直接致電離輻射 ，帶電粒子通過物質(zhì)時，沿著粒子徑跡通過許多次的庫倫力的相互作用，將其能量傳遞給物質(zhì)。 中子的世界 在中子看來，世界絕大部分都是空空蕩蕩的。 s e i na γft s aS c a t t e r i ng A bsor pt i on T ot a l ? ? ?? ? ?? ? ???????微觀截面工程中常用的單位：靶恩 (barn) ， 1靶 =1024cm2 中子束入射到厚靶上 Neutron beam incident on a thick target 未經(jīng)碰撞的中子束強(qiáng)度的衰減規(guī)律 t A td R I d N I N d x????在 x處 dx間隔內(nèi)單位面積 上發(fā)生反應(yīng)的中子數(shù)為 dxNxII N d xxIdxxIxdI tt ?? )()]()([)( ???????宏觀截面 Macroscopic cross section ? N為單位體積內(nèi)原子核的數(shù)目。在這個能量范圍內(nèi)，帶電粒子穿過靶物質(zhì)時主要通過庫倫力與靶物質(zhì)原子發(fā)生相互作用，主要有四種作用方式。 （ 2）帶電粒子與靶物質(zhì)原子核的非彈性碰撞 入射帶電粒子與物質(zhì)原子核通過庫倫力的相互作用，使入射帶電粒子受到排斥或吸引，導(dǎo)致粒子的速度和方向發(fā)生變化。此過程是引起電子散射嚴(yán)重的主要因素。 ? 帶電粒子進(jìn)入物質(zhì)后，受庫倫力相互作用損失能量的過程可以看成是被物質(zhì)阻止的過程，把某種吸收物質(zhì)對帶電粒子的 線性阻止本領(lǐng) S定義為該粒子在材料中的微分能量損失 dE除以相應(yīng)的微分路徑 dx，即： 也可以稱為粒子的 能量損失率 ，或比能損失。 ? 對快電子來說，電離能量損失 Sion仍是能量損失的重要方式，但輻射能量損失 Srad也占重要的地位，當(dāng)電子能量達(dá)到幾 Mev時，二者幾乎相當(dāng)。但是離子的種類不同，相互作用的方式有所差別。 （ 2） 電離能量損失率與入射粒子速度 v有關(guān)，而與質(zhì)量無關(guān) 。 N表示單位體積內(nèi)靶物質(zhì)的原子數(shù)， Z是其原子序數(shù)，則單位體積內(nèi)的電子數(shù)是 NZ。 3. 射程 帶電粒子在物質(zhì)中運(yùn)動時不斷損失能量，最終會停留在物質(zhì)中。 3. 射程 ? 能量為 E0的帶電粒子的射程 R可以表示為： ? 一般用實(shí)驗(yàn)測定。 ? 可以看出，同一能量的大量粒子在進(jìn)入靶后，在不同深度處的能量岐離是不同的，進(jìn)入靶越深，平均能量越小，而能量分布越寬，岐離越嚴(yán)重。 ? 雖然電離和激發(fā)仍是重要的，但軔致輻射的作用不能隨意的忽略。 ? 描述電離能量損失率的公式： 2. 輻射損失 ? 帶電粒子在原子核庫侖場中被減速或加速，其部分或全部動能，轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)譜的電磁輻射。粒子質(zhì)量越小，軔致輻射強(qiáng)度越大。 （ 3） 輻射能量損失率與粒子能量 E成正比。 ? 電子穿過物質(zhì)時要先后受到許多次原子核的彈性散射作用，稱為 多次散射 。 的散射稱為 反散射 。cm2， E為 β粒子的最大能量，單位是 Mev。兩個湮滅光子能量均是，發(fā)生的方向相差 180176。 ? 切倫科夫輻射 是快速帶電粒子的速度大于光在介質(zhì)中的速度而產(chǎn)生的。 T—— 光電子的動能； hν—— 入射 γ光子的能量； EB—— 電子的束縛能。 1） Eγ很低時，光電子 趨于 90o方向發(fā)射 2） Eγ增加時，光電子 逐漸向前方向發(fā)射 圖 2. 不同 Eγ時的光電子角分布 對于能量比較高的 γ射線，能夠忽略原子殼層電子的束縛能而將它們視為自由電子， γ光子可與這些自由電子發(fā)生非彈性碰撞，稱為康普頓散射。 當(dāng)入射光子能量增加時，康 普頓散射截面下降，但下降 速度比光電截面來得慢。 圖 5. 電子對效應(yīng)示意圖 光子的能量轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對的總能量（動能加靜止能量）： 所以要生成電子對，光子能量必須大于 2m0c2=,剩余的能量（ hν2m0c2）作為動能在正負(fù)電子間分配。 瑞利散射截面 σR隨 Eγ增加而急劇減少， Eγ200keV時，這種散射不能忽略；在 0o時，瑞利散射最強(qiáng)，一般在 30o范圍內(nèi)，相干散射效應(yīng)就大于非相干散射占主要地位。 勢散射時入射中子改變運(yùn)動方向和能量，勢散射前后靶核的內(nèi)能沒有變化，中子與靶核系統(tǒng)的動能和動量守恒，所以勢散射是一種彈性散射。 XAZ XAZ1?中子和靶核在質(zhì)心坐標(biāo)系的總動能 EC和中子的結(jié)合能 B構(gòu)成 復(fù)合核的激發(fā)能 EX ，處于激發(fā)態(tài)的復(fù)合核有幾種衰變或分 解方式： （ n， p）反應(yīng) （ n， α）反應(yīng) （ n， n）反應(yīng) （ n， n′）反應(yīng) （ n， γ）反應(yīng) （ n， f）反應(yīng) 圖 10. 復(fù)合核的形成和衰變 共振現(xiàn)象 當(dāng)入射中子的能量具有某些特定值恰好使形成的復(fù)合核激發(fā)態(tài)接近一個量子能級時，形成復(fù)合核的幾率（截面）就顯著地增大，這種現(xiàn)象就叫 共振現(xiàn)象 。 入射中子的能量必須高于某一數(shù)值才能發(fā)生，具有 閾能的特點(diǎn)，這種作用形式在快中子堆中比較常見。 ?????????? ?? XXnX A ZA ZAZ 1*110 )( 2） （ n， α）、（ n， p）等反應(yīng) （ n， α）反應(yīng) 此類反應(yīng)的代表 （ n， α）反應(yīng) 此類反應(yīng)的代表 HeYXnX AZA ZAZ 4232*110 )( ?????????? ???HeLinB 427310105 ?????HYXnX AZA ZAZ 111*110 )( ?????????? ??HNnO 1116710168 ?????? 3） 核裂變 反應(yīng)堆內(nèi)最重要的核反應(yīng)， 233U、 235U、 239Pu和 241Pu在各種能量中子作用下均能發(fā)生裂變，且低能中子作用下裂變可能性較大，稱為 易裂變同位素 ，而 232Th、 238U、 240Pu等 只有在中子能量高于某一閾值時才能發(fā)生裂變，稱作 可裂變同位素 。 3） 快中子區(qū) （ E10KeV） 此處的中子反應(yīng)截面通常都較小，多說情況下小于 10bar，而且截面隨能量的變化變得比較平滑了。 ? 原子的最外層電子受原子核的束縛最弱，容易被電離。退激時釋放出來的能量以光的形式發(fā)射 (這就是受激原子的發(fā)光 )。 3.射線與原子核的非彈性碰撞： 軔致輻射 入射粒子靠近靶物質(zhì)的原子核時，受到靶原子核的吸引或者排斥，入射粒子運(yùn)動的速度和方向發(fā)生改變。碰撞后入射粒子將動能的絕大部分帶走。與原子核發(fā)生彈性碰撞的幾率很小 。重的帶電粒子在物質(zhì)中的運(yùn)動徑跡近似直線。入射帶電粒子與靶物質(zhì)核外電子之間的作用可以看成是彈性碰撞。 3).能量損失率與靶物質(zhì)的 NZ成正比。待能量耗盡時，便停留在物質(zhì) 中。 ? 1).入射粒子在吸收物質(zhì)中的射程 R與其質(zhì)量 m及能量 E有關(guān)。 ? 與重帶電粒子與靶物質(zhì)核外電子發(fā)生非彈性碰撞的情況類似 ,入射電子也會與靶物質(zhì)原子的核外電子發(fā)生非彈性碰撞，使得靶物質(zhì)的原子電離或者激發(fā)。 22 02024 l n 1 . 2 3 3io nmvd E e NZd x m v I? ????? ? ??? ???? ??? 在能量相同的情況下，電子的速度比 α 粒子和質(zhì)子 p的速度大，能量損失率小，其穿透本領(lǐng)要比 α 粒子和質(zhì)子 P的大。 ? 高能電子穿過靶物質(zhì)時，主要與靶原子核發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生軔致輻射 (電磁輻射 )，入射電子運(yùn)動速度迅速減低，運(yùn)動方向發(fā)生改變。對重的帶電粒子，軔致輻射引起的能量損失完全可以忽略不計(jì)。對 2MeV的β 電子，它的輻射損失占總的能量損失的比例，在有機(jī)玻璃中只占 ％，而在鉛中要占 8％。 ? 帶電粒子通過物質(zhì)時的總能量損失為電離損失和輻射損失之和： ? 電離能量損失與輻射能量損失之比為： ()io n bd E d E d Ed x d x d x? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總? ?/ 8 0 0 / 1 . 2io n bd E d E EZd x d x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 帶電粒子穿過物質(zhì)時，發(fā)射電磁輻射的現(xiàn)象，除了軔致輻射之外，還有另一種切倫科夫輻射。與 α 粒子相