【文章內(nèi)容簡介】 荷。單個光子的能量與輻射的頻率 ?成正比，即 , E=h ?， h為普朗克常數(shù)，它的數(shù)值等于 1034Js。 ?每一個光子的能量都是確定的，任何光子在真空中的速度都是相同的，即為光速 C(3 108m/s)。 ? X射線和 γ射線的唯一 區(qū)別是起源不同 。從原子來說 X射線來源于核外電子的躍遷 , 而 γ射線來源于原子核本身高激發(fā)態(tài)向低激發(fā)態(tài)（或基態(tài)）的 躍遷 或粒子的 湮滅輻射 。 《 核安全綜合知識 》 ? 常用的核輻射類型及特征 ?中子是原子核組成成份之一，它不帶電荷，質(zhì)量數(shù)為 1，比質(zhì)子略重。 自由中子是不穩(wěn)定的 ，它可以自發(fā)地發(fā)生衰變，生成質(zhì)子、電子和反中微子，其半衰期為 。 ?中子的產(chǎn)生主要是通過核反應(yīng)或原子核自發(fā)裂變 ，基本上有三種方法：（ 1） 同位素中子源；（ 2）加速器中子源；（ 3）反應(yīng)堆中子源 。 ?在 用中子源產(chǎn)生中子時(shí)往往伴有 γ 射線或 X射線產(chǎn)生 ，有的可能比較強(qiáng)。因此，在應(yīng)用和防護(hù)上不僅要考慮中子，而且也要考慮 ?射線或 X射線。 ?中子在核科學(xué)的發(fā)展中起過極其重要的作用。 中子不帶電，當(dāng)用它轟擊原子核時(shí)容易進(jìn)入原子核內(nèi)部引起核反應(yīng) 。人們用核反應(yīng)制造出了許多新的核素。隨著中子活化分析、中子測水分、中子測井探礦、中子照相、中子輻射育種和中子治癌等技術(shù)廣泛的應(yīng)用，對中子的需求越來越多 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 知識要點(diǎn) ： 帶電粒子 、 γ射線 、 中子與物質(zhì)相互作用 ?帶電粒子 通過物質(zhì)時(shí)，同物質(zhì)原子中的電子和原子核發(fā)生碰撞進(jìn)行能量的傳遞和交換： 其中一種主要的作用是帶電粒子直接使原子電離或激發(fā) 。 非帶電粒子則通過次級效應(yīng)產(chǎn)生次帶電粒子使原子電離或激發(fā) 。 ?能夠直接或間接引起介質(zhì)原子電離或激發(fā)的核輻射通常叫做電離輻射 。 ?帶電粒子能量損失方式之一是電離損失 ， 包括直接電離和原子激發(fā) 。 帶電粒子與物質(zhì)原子核外電子的非彈性碰撞，導(dǎo)致 原子的電離或激發(fā) ，是帶電粒子通過物質(zhì)時(shí)動能損失的主要方式。我們把 這種相互作用引起的能量損失稱為電離損失 。 ?入射帶電粒子在物質(zhì)中穿過單位長度路程時(shí)由于電離、激發(fā)過程所損失的能量叫做電離能量損失率 。從物質(zhì)角度來說， 電離能量損失率也可叫做物質(zhì)對帶電粒子的阻止本領(lǐng) ，由于這種阻止主要是電子引起的，所以又叫做 電子阻止本領(lǐng) 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 ?由于帶電入射粒子和靶原子核外電子之間庫侖力作用，使電子受到吸引或排斥，使入射粒子損失部分能量，而電子獲得一部分能量。如果傳遞給電子的能量足以使電子克服原子的束縛，那么這個電子就脫離原子成為自由電子；而靶原子由于失去電子而變成帶正電荷的正離子，這一過程稱為 電離 。 ?如果入射帶電粒子傳遞給電子的能量較小，不足以使電子擺脫原子核的束縛成為自由電子，只是使電子從低能級狀態(tài)躍遷到高能級狀態(tài)（原子處于激發(fā)態(tài)），這種過程叫原子的 激發(fā) 。 ?處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，原子從激發(fā)態(tài)躍遷回到基態(tài)，這種過程叫做 原子退激 ，釋放出來的能量以光子形式發(fā)射出來，這就是 受激原子的發(fā)光現(xiàn)象 。 ?電離能量損失率隨入射粒子速度增加而減小 , 呈平方反比關(guān)系 ； 電離能量損失率與入射粒子電荷數(shù)平方成正比 ，入射粒子電荷數(shù)越多，能量損失率就越大； 電離能量損失率與介質(zhì)的原子序數(shù)和原子密度的乘積成正比，高原子序數(shù)和高密度物質(zhì)具有較大的阻止本領(lǐng) 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 ?每產(chǎn)生一個離子對所需的平均能量叫做平均電離能 ，以 W表示。不同物質(zhì)中的平均電離能是不同的，但不同能量的 ?粒子在同一物質(zhì)中的平均電離能近似為一常數(shù) 。 ?帶電粒子能量損失方式之二是輻射損失 。由經(jīng)典電磁理論可知，高速運(yùn)動的帶電粒子受到突然加速或減速會發(fā)射出具有連續(xù)能量的電磁輻射，通常稱做 軔致輻射 ，能量最小值為 0，最大值為電子的最大動能。X射線管和 X光機(jī)產(chǎn)生的 X射線就是軔致輻射。電子的軔致輻射能量損失率比質(zhì)子、 ?粒子等大得多。例如在速度相同的條件下，質(zhì)子的軔致輻射比 電子要小 18402= 106倍。 重帶電粒子的軔致輻射能量損失一般忽略不計(jì) 。由于 軔致輻射損失與 Z2成正比 ，因此， 在原子序數(shù)大的物質(zhì) (如鉛 , Z=82)中，其軔致輻射能量損失比原子序數(shù)小 (如鋁Z=13)的物質(zhì)中大得多 。 ?一定能量的帶電粒子在它入射方向所能穿透的最大距離叫做帶電粒子在該物質(zhì)中的射程（ Range）； 入射粒子在物質(zhì)中行經(jīng)的實(shí)際軌跡的長度稱作路程 （ Path）。 對重帶電粒子 （如粒子）由于其質(zhì)量大，與物質(zhì)原子的核外電子作用時(shí)，運(yùn)動方向幾乎不變，因此， 其射程與路程相近 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 ? ?粒子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣中的平均射程 ?，同樣能量的?粒子在生物肌肉組織中的射程僅為 3040?m，人體皮膚的角質(zhì)層就可把它擋住。因而絕大多數(shù) ?輻射源不存在外照射危害問題。但是當(dāng)它進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，由于它的射程短和高的電離本領(lǐng)，會造成集中在輻射源附近的損傷，所以要特別注意防止 ?粒子進(jìn)入體內(nèi)。 ?對 ?粒子，其射程要大得多。當(dāng) ?粒子通過物質(zhì)時(shí)，由于電離碰撞、軔致輻射和散射等因素的影響，其徑跡十分曲折，經(jīng)歷的路程遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過物質(zhì)層的厚度。加上 ?粒子具有從零到某一最高值的連續(xù)能量。所以，對應(yīng)于粒子的最大能量僅存在相應(yīng)于 ?粒子在該物質(zhì)中的最大射程 Rmax。 ?原子核 ?+衰變會有正電子產(chǎn)生，與 ?衰變類似 ， 同核外電子和原子核相互作用，產(chǎn)生電離損失、軔致輻射損失和彈性散射 。 ?能量相同的正電子和負(fù)電子在物質(zhì)中的能量損失和射程大體相同，但自由正電子是不穩(wěn)定的。正電子與介質(zhì)中的電子碰撞會發(fā)生 湮滅過程 ： e + e+→ γ()+γ()因此，快速運(yùn)動的正電子通過物質(zhì)除了發(fā)生與電子相同的效應(yīng)外，還會產(chǎn)生 ?湮滅輻射，在防護(hù)上還要注意對 ?射線的防護(hù) 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 ?能量在幾十 keV和幾十 MeV的 ?射線通過物質(zhì)時(shí)主要有 光電效應(yīng) 、 康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng) 等三種作用過程。這三種效應(yīng)的發(fā)生都具有一定的概率。 ?射線與物質(zhì)作用的總截面 ?= ?ph+ ?c + ?p 。 ?光電效應(yīng) ： 當(dāng) ?光子通過物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)原子中束縛電子發(fā)生作用，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給某個束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消失了，這種過程叫 光電效應(yīng) ， 光電效應(yīng)中發(fā)射出來的電子叫光電子 。 ?在光電效應(yīng)中 ， 入射光子能量的一部分用來克服被擊中電子的結(jié)合能，另一部分轉(zhuǎn)化為光電子動能 ；原子核反沖能量很小，可忽略不計(jì)。原子中束縛得越緊的電子參與光電效應(yīng)的概率也越大。因此， K殼層上打出光電子的概率最大， L層次之， M、 N層更次之。如果入射光子能量超過K層電子結(jié)合能，大約 80%的光電效應(yīng)發(fā)生在 K層電子上 。 ?發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)， 若從原子內(nèi)殼層上打出電子，在此殼層上就留下空位，原子處于激發(fā)態(tài)。這種激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，有兩種退激方式；一種是外殼層電子向內(nèi)層躍遷填充空位， 發(fā)射特征 X射線 ，使原子恢復(fù)到較低能量狀態(tài)；另一過程是原子的退激直接將能量傳遞給外殼層中某一電子，使它從原子中發(fā)射出來，這個電子叫做 俄歇電子 。 因此，發(fā)射光電子的同時(shí)，還伴隨有特征 X射線或俄歇電子產(chǎn)生，這些粒子將繼續(xù)與物質(zhì)作用，轉(zhuǎn)移它們的能量 。 《 核安全綜合知識 》 ? 射線與物質(zhì)相互作用 ?康普頓散射： 入射 ?光子同原子中外層電子發(fā)生碰撞， 入射光子僅有一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它脫離原子成為反沖電子 ； 而光子能量減小，變成新光子，叫做散射光子 ， 運(yùn)動方向發(fā)生變化 ， 這一過程叫康普頓散射或效應(yīng) 。 反沖電子 具有一定動能，等于入射 ?光子和散射 ?子光子能量之差。 反沖電子在物質(zhì)中會繼續(xù)產(chǎn)生電離和激發(fā)等過程，對物質(zhì)發(fā)生作用和影響 ；散射光子有的可能從物質(zhì)中逃走，有的留在物質(zhì)中再發(fā)生光電效應(yīng)或康普頓效應(yīng)，最終一部分被物質(zhì)吸收，一部分逃逸出去 ?電子對效應(yīng)： 當(dāng)一定能量的 ?光子進(jìn)入物質(zhì)時(shí)， ?光子在原子核庫侖場作用下會轉(zhuǎn)化為一對正負(fù)電子，這一現(xiàn)象稱做電子對效應(yīng) 。電子對效應(yīng)發(fā)生是有條件的。在原子核庫侖場中，只有當(dāng)入射 ?光子的能量 ≥ 。入射光子的能量首先用于轉(zhuǎn)化為正負(fù)電子對的靜止能量 ( + = )，剩下部分賦予正負(fù)電子的動能。 《 核安全綜合知識 》 ?射線與物質(zhì)相互作用 ??射線進(jìn)入物質(zhì)主要通過 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)損失其能量 。這些效應(yīng)的發(fā)生使原來的 ?光子或者不復(fù)存在，或者改變了能量成為新的光子，偏離了原來的入射方向。入射的 ?光子束中由于同介質(zhì)作用而被移去的 ?光子稱做介質(zhì)對 ?光子的吸收。只有理想的準(zhǔn)直束才能滿足這種要求，稱為“窄束”。 ??射線穿物質(zhì)時(shí)其注量率隨著穿過的厚度的增加而指數(shù)衰減 。稱做線性吸收系數(shù)，其單位為 cm1，它表示 ?射線穿過單位厚度物質(zhì)時(shí)發(fā)生相互作用的概率（或被吸收的概率），它包含了光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)總的貢獻(xiàn)。 由于三種效應(yīng)的作用概率都與入射光子的能量和作用物質(zhì)的原子序數(shù)有關(guān)，所以線性 吸收系數(shù) ?值也隨 ?光子能量和介質(zhì)原子序數(shù) Z而變化。 ?光子能量增高，吸收系數(shù) ?值減??；介質(zhì)原子序數(shù)高密度大的物質(zhì)，線性吸收系數(shù) ?也高。 《 核安全綜合知識 》 ?射線與物質(zhì)相互作用 ?中子不帶電，不能直接引起物質(zhì)原子的電離或激發(fā)。但由于不受原子核庫侖場的作用，即使很低能量的中子也可深入到原子核內(nèi)部，同原子核作用發(fā)生彈性散射、非彈性散射或引起其它核反應(yīng)。這些過程的發(fā)生導(dǎo)致中子在物質(zhì)中被慢化和被吸收，并產(chǎn)生一些次級粒子，例如，反沖質(zhì)子、 ?射線、 ?粒子以及其它帶電粒子等。這些粒子都具有一定的能量。它們繼續(xù)同物質(zhì)發(fā)生各自相應(yīng)的作用，最終使物質(zhì)原子發(fā)生電離和激發(fā)。因此，中子也是一種電離輻射。 ?中子與原子核的作用分為兩類 ： 中子的散射 ，中子與原子核發(fā)生彈性散射與非彈性散射并產(chǎn)生反沖核； 中子的俘獲 ，中子被原子核俘獲而形成復(fù)合核，再蛻變而產(chǎn)生其它次級粒子 。 ?中子進(jìn)入原子核形成“復(fù)合核”后，可能發(fā)射一個或多個光子，也可能發(fā)射一個或多個粒子而回到基態(tài) 。前者就稱為 “輻射俘獲” ，而后者則相應(yīng)于各種 中子核反應(yīng) 。 ?有幾種重原子核（如 235U），俘獲一個中子后會分裂為兩個或三個較輕的原子核，同時(shí)發(fā)出 23個中子以及很大的能量（約 200MeV），這就是裂變反應(yīng) 。 《 核安全綜合知識 》 ?輻射探測的原理和主要的輻射探測器（ 1） 知識要點(diǎn) ：氣體、閃爍、半導(dǎo)體 探測器 ?利用輻射在氣體、液體或固體中引起的電離、激發(fā)效應(yīng)及或其它物理、化學(xué)變化進(jìn)行核輻射探測的器件稱為輻射探測器 。 ?輻射探測的基本過程： 1) 輻射粒子射入探測器的靈敏體積； 2) 入射粒子通過電離、激發(fā)或核反應(yīng)等過程而在探測器中沉積能量； 3) 探測器通過各種機(jī)制將沉積能量轉(zhuǎn)換成某種形式的輸出信號。 ?探測器按其探測介質(zhì)類型及作用機(jī)制主要分為 氣體探測器、閃爍探測器和半導(dǎo)體探測器三種 。 《 核安全綜合知識 》 ?輻射探測的原理和主要的輻射探測器（ 2） ?氣體探測器 ：以氣體為工作介質(zhì)，由入射粒子在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的電離效應(yīng)或核反應(yīng)引起輸出信號的探測器 。 ?入射 帶電 粒子通過氣體時(shí)，由于與氣體分子中軌道電子的庫侖作用而逐次損失能量，最后被阻止下來。同時(shí)使氣體分子電離或激發(fā)，并在粒子通過的徑跡上生成大量的由電子和正離子組成的離子對和激發(fā)分子。 ?入射粒子直接產(chǎn)生的離子對稱為初電離。初電離產(chǎn)生的高速電子（稱電子）足以使氣體產(chǎn)生的電離稱為次電離。總和稱為