核物理基礎(chǔ)與輻射防護(編輯修改稿)
2025-02-02 15:09 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 多次散射 ，最后偏離原來的運動方向，電子沿其入射方向發(fā)生 大角度偏轉(zhuǎn) ，稱為 反散射 。 對 同種材料 ，入射電子 能量越低 ， 反散射 越嚴重 ；對 同樣能量 的入射電子， 原子序數(shù)越高 的材料， 反散射 越嚴重 。對低能電子在高原子序數(shù)的厚樣品物質(zhì)上的反散射系數(shù)可達 50％。 實驗發(fā)現(xiàn)： 20220530 23 反散射 的 利用 與 避免 1) 對 放射源 而言， 利用 反散射 可以 提高 β 源的產(chǎn)額 。 2) 對 探測器 而言，要 避免 反散射 造成的 測量偏差 。 0II 給源加一個 高 Z厚襯底 。 使用 低 Z材料 作探測器的入射窗和探測器。 探測器 I20220530 24 正電子的湮沒 正電子 與物質(zhì)發(fā)生相互作用的 能量損失機制 和電子相同 。 高速正電子進入物質(zhì)后迅速被 慢化 ，然后在正電子徑跡的 末端 與介質(zhì)中的電子發(fā)生 湮沒 ， 放出 ?光子 。 或者，它與一個電子結(jié)合成 正電子素 ，即 電子 —— 正電子對 的束縛態(tài)，然后再 湮沒 ， 放出 ?光子 。 正電子的特點是： 正電子湮沒放出光子的過程稱為 湮沒輻射 。 正電子湮沒時放出的光子稱為 湮沒光子 。 20220530 25 正電子湮沒時一般放出 兩個光子 ，放出 三個光子 的概率僅為放出兩個光子概率的 ％。 從 能量守恒 出發(fā)：在發(fā)生湮沒時 ， 正 、 負電子的動能為零 ， 所以 ， 兩個湮沒光子的 總能量 應(yīng)等于 正 、 負電子的 靜止質(zhì)量 。 即： 2221 cmcmhh ee ?? ??? ?? 從 動量守恒 出發(fā)： 湮沒前 正 、 負電子的 總動量為零 ，則 ， 湮沒后 兩個湮沒光子的 總動量也應(yīng)為零 。 即： chch 21 ?? ? 因此，兩個 湮沒光子 的 能量相同 ，各等于 。 M e Vcmhh e 5 1 ??? ??20220530 26 探測學(xué)中 ?射線含義 —— 電磁輻射 ?X特征 ?射線： 湮沒輻射： 核能級躍遷 正電子湮沒產(chǎn)生 M e VE ??特征 X射線： 原子能級躍遷 軔致輻射： 帶電粒子速度或運動方向改變產(chǎn)生 ? 射線 與物質(zhì)的相互作用 20220530 27 特點： ?光子 是通過 次級效應(yīng) (一種 “ 單次性 ” 的 隨機事件 )與物質(zhì)的原子或原子核外電子作用，一旦光子與物質(zhì)發(fā)生作用，光子或者消失或者受到散射而損失能量 ， 同時產(chǎn)生 次電子 ； 次級效應(yīng) 主要的方式有 三種 ，即 光電效應(yīng) 、 康普頓效應(yīng) 和電子對效應(yīng)。 ?射線 與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的 概率 ，仍用截面 這個物理量來表示作用概率的大小。而且， 總截面 等于 各作用截面之和 ，即： pcph ???? ???總截面 光電效應(yīng)截面 康普頓效應(yīng)截面 電子對效應(yīng)截面 20220530 28 光電效應(yīng) ?射線 (光子 )與物質(zhì)原子中 束縛電子 作用 ， 把 全部能量 轉(zhuǎn)移給某個 束縛電子 ， 使之 發(fā)射出去 (稱為 光電子 )，而 光子本身消失 的過程 ， 稱為 光電效應(yīng) 。 光電效應(yīng) 是 光子 與 原子整體 相互作用 ， 而 不是 與 自由電子 發(fā)生相互作用 。 因此 ， 光電效應(yīng)主要發(fā)生在原子中結(jié)合的 最緊的 K層電子上 。 光電效應(yīng)發(fā)生后 ， 由于原子 內(nèi)層電子出現(xiàn)空位 ， 將發(fā)生發(fā)出 特征 X射線 或 俄歇電子 的過程 。 1) 光電子的能量 由 能量守恒 ： ie hvE ???ire EEhv ???? ieE ???因此， 光電子能量 為： 20220530 29 2) 光電截面 入射光子 與 物質(zhì)原子 發(fā)生 光電效應(yīng) 的 截面 稱之為 光電截面 。 kph ?? 45??k為 k層光電截面 理論上可給出的光電效應(yīng)截面公式。 20220530 30 20 cmh ???對： ，即非相對論情況 ? ?275520421 13227?????????????????????hZZhcmthk，經(jīng)典電子散射截面，又稱 Thomson截面 。 20 cmh ???對： ，即相對論情況 ???????hZZhcmthk 55204220238 ???????cmeth ??Ke Vh 1 0 0??對： 與 吸收限 有關(guān)，在吸收限 ?, LK ?? 處出現(xiàn)階躍而成鋸齒狀。 20220530 31 光電效應(yīng)截面 小結(jié) ： 對于 選擇探測器 的 材料 的提示： 對 防護、屏蔽 ?射線 的提示： (1) 與吸收材料 Z的關(guān)系 5Zph ???光子能量越高 ， 光電效應(yīng)截面越小 。 (2) 與射線能量的關(guān)系 ph?hv ? ?采用 高原子序數(shù)的材料， 可 提高探測效率 。 采用 高 Z材料 可以有效阻擋 ?射線 。 20220530 32 + + + 3) 光電子的角分布 光電子的角分布 代表進入平均角度為 ? 方向的 單位立體角內(nèi) 的 光電子數(shù)的比例。 相對 于 入射 ?光子方向 的角度。 ?20220530 33 在 不同出射方向 光電子的 產(chǎn)額 是不同的，這種截面對于空間的微分，也就是 微分截面 。 )(??光電子角分布的特點 ： (1) 在 ?＝ 0? 和 ?＝ 180? 方向 沒有光電子 飛出； (2) 光電子在 哪一 角度出現(xiàn)最大概率 與 入射光子能量有關(guān) ；當入射光子 能量低 時，光電子趨于 垂直方向發(fā)射 ，當光子 能量較高 時，光電子趨于 向前發(fā)射 。 20220530 34 康普頓效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 是 ?射線 (光子 )與 核外電子 的 非彈性碰撞過程。在作用過程中，入
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