【正文】 ? 光電子的角分布 ： 相對(duì)于 ?光子的入射方向而言，在不同的角度，光電子的產(chǎn)額是不一樣的。 ? 在 0度方向和 180度方向上，都沒有光電子發(fā)射出來。而在其它的某一角度，光電子出現(xiàn)的幾率最大。 ? 當(dāng) Eγ 很低時(shí)（ Eγ20keV ），光電子的最可幾出射方向大概與 ?光子的入射方向垂直。隨著 Eγ 的增加，當(dāng) Eγ20keV 時(shí)，角分布的總趨勢(shì)是向 ?光子的入射方向靠攏。 5ph Z? ? : ? 入射的 ?光子與原子核外電子之間的非彈性碰撞產(chǎn)生康普頓散射。入射光子把一部分能量轉(zhuǎn)移給核外的軌道電子，使其脫離原子核的束縛而成為反沖電子。入射光子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變，能量減少－被散射 。 ? 光電效應(yīng)中，光子本身消失，把能量完全交給了光電子： ? 康普頓效應(yīng)中，光子改變運(yùn)動(dòng)方向，只損失掉一部分能量。 ? 光電效應(yīng)發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上：康普頓效應(yīng)總是發(fā)生在束縛得最松的外層電子上 。 ? 光子與束縛電子之間的康普頓散射，嚴(yán)格的講是一種非彈性碰撞過程，但外層電子的結(jié)合能很小，一般在 eV的數(shù)量級(jí)，與入射光子的能量相比完全可以忽略，可以把外層電子看成是 “ 自由電子 ” ，可以把康普頓效應(yīng)看成是 γ光子與處于靜止?fàn)顟B(tài)的自由電子之間的彈性碰撞。 ? 用相對(duì)論的能量、動(dòng)量守恒定律，推導(dǎo)出散射光子和反沖電子的能量與散射角的關(guān)系。 39。 c o s c o shh pcc?? ???? 39。 s inh psinc? ???? ?39。 201 1 c osEEEmc??? ????39。 eh h E????? ?? ?2201 c o s39。1 c o seEE h hm c E? ??????? ? ???39。 m in2021EEEmc?? ?? ?m a x2012eeEEEmcE?????2201 Ec tg tgmc ? ?? ?????????當(dāng)散射角等于 0度時(shí)，散射光子的能量就等于入射光子的能量；散射光子的能量達(dá)到最大值。此時(shí)，反沖電子的能量等于 0。入射光子從電子旁邊掠過，未受到散射，光子沒有損失能量。 ?當(dāng)散射角度等于 180度時(shí)，入射光子與電子對(duì)心碰撞，并且沿完全相反的方向散射回來。反沖電子則沿入射光子的方向飛出，叫反散射。此時(shí)，散射光子能量最小，反沖電子能量最大。 ? 康普頓散射截面是對(duì)電子而言，整個(gè)原子的康普頓散射截面是原子中各個(gè)電子康普頓散射截面的線性相加。 ? 當(dāng)入射光子能量很低時(shí) 散射截面與入射光子的能量無關(guān)，僅與吸收物質(zhì)的原子序數(shù) Z成正比。 ? 當(dāng)入射光子能量較高時(shí) ? 散射截面不僅與吸收物質(zhì)的原子序數(shù) Z成正比，還近似地與入射光子的能量成反比。隨著入射光子能量的增加，康普頓散射截面下降，下降速度比光電截面下降速度慢。 ? 散射光子可以向各個(gè)方向散射，入射光子的能量越高，散射光子越是朝前散射。 對(duì)應(yīng)于不同方向的散射光子，反沖電子的能量也不同。 反沖電子只能在90度的方向發(fā)射，在反沖電子能量的最大處，反沖電子的數(shù)目最多。 20rE m c?? 4, 2 2 40021 ln2 rc c e rEZeZE m c m c??? ??? ? ?????20E m c? ?? 4,24083c c eeZZmc???? ? ?： ? 當(dāng) ?光子從靶物質(zhì)的原子核旁邊經(jīng)過時(shí)，在庫(kù)侖場(chǎng)的作用下， ?光子轉(zhuǎn)化成一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子。 ? 只有當(dāng) ?射線能量 。 ? 入射光子的能量一小部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)電子對(duì)的靜止質(zhì)量，其余的作為電子對(duì)的動(dòng)能。 ? 靶原子核也參與電子對(duì)效應(yīng)的過程發(fā)生反沖，但反沖能很小，可以忽略不計(jì)。 ? 電子對(duì)效應(yīng)在電子的庫(kù)侖場(chǎng)中也能發(fā)生。此時(shí)的入射光子能量至少是 4倍的 m0c2，而且發(fā)生的概率要比原子核庫(kù)侖場(chǎng)中小 103倍。 ? 對(duì)一定能量的入射光子，產(chǎn)生的正負(fù)電子動(dòng)能之和為常數(shù)。但正負(fù)電子之間的能量分配是任意的。 ? 產(chǎn)生的正負(fù)電子對(duì)在吸收物質(zhì)中，通過電離損失和輻射損失消耗能量。正電子在吸收體中很快會(huì)被慢化，并將被湮滅。 ? 湮滅產(chǎn)生的光子在物質(zhì)中繼續(xù)發(fā)生相互作用。 ? 產(chǎn)生的正負(fù)電子對(duì)在吸收物質(zhì)中，通過電離損失和輻射損失消耗能量。正電子在吸收體中很快會(huì)被慢化，并將被湮滅。湮滅產(chǎn)生的光子在物質(zhì)中繼續(xù)發(fā)生相互作用。 ? 電子對(duì)效應(yīng)的截面用 σ p表示： 202E m c? ?2p ZE?? ?202E m c? ?? 2 lnp ZE?? ?? 總之，以上三種效應(yīng)對(duì)于入射光子的能量和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)都有一定的依賴關(guān)系。因此，對(duì)不同的吸收物質(zhì)和能量區(qū)間，這三種效應(yīng)的相對(duì)重要性是不同的， 4.? 射線的吸收 : ? 入射 ?光子穿過物質(zhì)時(shí)，與該物質(zhì)的原子發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。入射光子或者消失或者散射后改變能量，偏離原來的入射方向，從原來的入射 ?束中移去。 ? 那些沒有與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子會(huì)穿過吸收層，能量將保持不變。 ? ?射線穿過物質(zhì)時(shí)，強(qiáng)度逐漸減弱，可以用半吸收厚度來表示 ?射線對(duì)物質(zhì)的穿透情況。 ? ?射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)要比 α 、 β 粒子大的多。因此，對(duì) ?射線的防護(hù)要比對(duì) α 、 β 射線的防護(hù)困難的多。 ? ?射線（準(zhǔn)直的）通過吸收物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度減弱仍然遵循指數(shù)衰減規(guī)律。 ? 考慮三種效應(yīng)中的每一種，總的吸收系數(shù)為 0 dI I e ???ph c p?? ? ? ?? ? ?? 單位體積吸收物質(zhì)中的原子數(shù)： ? 在許多情況下，采用質(zhì)量衰減（吸收）系數(shù)更方便 ? 三種效應(yīng)的截面隨入射 ?射線的能量和吸收物質(zhì)的原子序數(shù) Z而變化；衰減系數(shù)也就隨和 Z而變化。 ? ?射線在化合物或合物中的質(zhì)量吸收系數(shù)可按下式計(jì)算： ? 式中，為組成化合物中各元素的重量百分比。 NNA ??? NNA? ? ??? ? ? ???? ????0 mmdI I e ???52phcpZZZ??????? ? i iic o m piW?? ?? ?????????結(jié) 射線與物質(zhì)的相互作用 小結(jié) ? 射線 (入射粒子 )與靶物質(zhì)原子核外殼層電子的非彈性碰撞 ? 入射粒子與殼層電子的彈性碰撞 ? 入射粒子與原子核的非彈性碰撞 ? 入射粒子與原子核的彈性碰撞 重帶電粒子 (?粒子 )與 物質(zhì)的相互作用 ? 主要與核外殼層電子發(fā)生非彈性碰撞 :使靶物質(zhì)原子核電離或者激發(fā) 入射粒子能量發(fā)生電離損失 。 ? 與原子核彈性碰撞的幾率很小 ,比與核外殼層電子發(fā)生非彈性碰撞的幾率小 3個(gè)量級(jí) ,只在入射粒子能量很低時(shí)才需要考慮 。 ? 與原子核的非彈性碰撞引起的輻射能量損失也完全可以忽略不計(jì) . 小結(jié) 輕帶電粒子 (?電子 )與 物質(zhì)的相互作用 ? 低能電子與核外殼層電子發(fā)生非彈性碰撞 :使靶物質(zhì)原子核電離或者激發(fā) 入射粒子能量發(fā)生電離損失 。 ? 高能電子主要與原子核發(fā)生非彈性碰撞 ,產(chǎn)生軔致輻射損失能量 。 ? 入射電子與原子核發(fā)生彈性碰撞 ,入射粒子發(fā)生散射 ,改變運(yùn)動(dòng)的方向 . 正電子與物質(zhì)的相互作用 ? 正電子與物質(zhì)的相互作用與負(fù)電子與物質(zhì)的相互作用 ?能量損失和射程大體相同 . ? 區(qū)別 :負(fù)電子在能量耗盡時(shí) ,就停留在物質(zhì)中被吸收 。正電子的能量與周圍物質(zhì)達(dá)到熱平衡時(shí) ,在徑跡的末端 ,被靶物質(zhì)的負(fù)電子吸引 ,發(fā)生湮滅輻射 ,放出 23個(gè)湮滅光子 . 小結(jié) 帶電粒子在吸收物質(zhì)中的能量損失率 ? 入射帶電粒子，特別是 ?粒子和低能電子 在吸收物質(zhì)中主要引起電離 ,產(chǎn)生電子 ?離子對(duì)。 ? 每產(chǎn)生一對(duì)電子－離子對(duì)所消耗的平均電離能只與吸收物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與入射粒子的種類無關(guān)。電子在物質(zhì)中產(chǎn)生一對(duì)電子－離子對(duì)所需要消耗的能量與 α 粒子相同。 ? 帶電粒子在吸收物質(zhì)中穿過單位路程長(zhǎng)度時(shí)的平均能量損失率與入射粒子電荷數(shù)平方成正比。 ?粒子的電離能量損失率比電子大 , ?粒子的比電離值大 ,電離本領(lǐng)大 ,穿透能力弱。 ? 高能電子在吸收物質(zhì)中主要產(chǎn)生軔致輻射。隨著能量的升高，輻射能量損失逐步占優(yōu)勢(shì)。 小結(jié) 帶電粒子在靶物質(zhì) (吸收物質(zhì) )中的射程 ? ?粒子 (重 帶電粒子 )在物質(zhì)中的射程近似為直線 。徑跡 (路程 )與射程近似相等 。 ? ?粒子在物質(zhì)中的射程較短 ,?粒子在物質(zhì)中的穿透本領(lǐng)小 ?易防護(hù) 。 ? ?電子在吸收物質(zhì)中的電離能量損失率比 ?小，因此有比 ?更長(zhǎng)的射程，穿透本領(lǐng)比 ?大，需要采用輕物質(zhì)進(jìn)行防護(hù)。 ? ?電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于 ?粒子，易受靶原子核的散射。經(jīng)過多次散射，徑跡曲折，路程遠(yuǎn)大于射程。 ? ?射線在空氣中的射程很長(zhǎng) (4MeV的 ?粒子射程長(zhǎng)達(dá) 15m)，通常用鋁吸收片測(cè)量 ?粒子的射程 . ? β射線在鋁中的吸收也服從指數(shù)衰減規(guī)律： 0 dI I e ???小結(jié) ?射線與物質(zhì)的相互作用 ? ?光子不帶電， ?射線與物質(zhì)的相互作用和帶電粒子 (包括電子 )與物質(zhì)的相互作用有顯著的不同 。 ? ?射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生 3種效應(yīng)： 光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)效應(yīng) ? 光電效應(yīng)：光子能量全部地轉(zhuǎn)移給靶原子，由靶原子某一殼層飛出一個(gè)軌道電子 ?光電子，光子本身消失 。 光電子的能量等于入射光子的能量和殼層電子的結(jié)合能之差。 光電效應(yīng)通常發(fā)生在束縛最緊的 k殼層電子上 (80%) ? 光電效應(yīng)的截面與 ?射線的能量成反比，與靶物質(zhì)原子序數(shù)的 5次方成正比。 ? 康普頓散射：入射的 ?光子與殼層電子發(fā)生非彈性碰撞，把一部分能量轉(zhuǎn)移給殼層電子，殼層電子獲得能量，脫離原子核的束縛，變成反沖電子；入射光子能量減少，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變－被散射?？灯疹D散射總是發(fā)生在束縛得最松的外層電子上。 ? 散射光子與入射光子之間夾角－散射角；反沖電子與入射光子之間夾角－反沖角。 ? 散射角＝ 180度，散射光子沿與入射光子完全相反的方向散射；反沖電子沿入射光子的方向飛出－發(fā)生反散射，反沖電子能量達(dá)到最大。 ? 入射光子能量低時(shí)，康普頓散射截面與入射光子能量無關(guān)，與吸收物質(zhì)原子序數(shù)成正比；入射光子能量較高時(shí)，康普頓散射截面不僅與吸收物質(zhì)原子序數(shù)成正比，還近似地與入射光子能量成反比。 ? 電子對(duì)效應(yīng) ：入射光子從靶物質(zhì)原子核旁邊經(jīng)過，在庫(kù)侖場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)化成 1個(gè)正電子和 1個(gè)負(fù)電子。 ? 入射光子能量大于 。入射光子能量小部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訉?duì)靜止質(zhì)量，其余轉(zhuǎn)換為電子對(duì)動(dòng)能。 ? 電子對(duì)效應(yīng)在殼層電子的庫(kù)倫場(chǎng)中也能發(fā)生，但發(fā)生幾率比在原子核庫(kù)倫場(chǎng)中小 103倍。 ? 電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生的正負(fù)電子對(duì)在吸收物質(zhì)中也通過電離損失和輻射損失消耗能量。正電子能量與周圍物質(zhì)達(dá)到熱平衡時(shí)在徑跡的末端發(fā)生湮滅，放出湮滅光子。 第小結(jié) 小結(jié) ? 電子對(duì)效應(yīng)的截面與吸收物質(zhì)原子序數(shù)的平方成正比；與入射光子能量成正比；當(dāng)入射光子能量很大時(shí)，與入射光子能量的對(duì)數(shù)成正比。 ? 對(duì)不同的吸收物質(zhì)和不同的能量區(qū)間，三種效應(yīng)的相對(duì)重要性不同： ? 1).對(duì)于低能 ?射線和原子序數(shù)高的物質(zhì) ， 光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì) 。 ? 2).對(duì)于中等能量的 ?射線和原子序數(shù)低的物質(zhì) ， 康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì) 。 ? 3).對(duì)于高能 ?射線和原子序數(shù)高的物質(zhì) ， 電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì) 。 ? ?射線的吸收： 入射光子穿過吸收物質(zhì)時(shí)，通過 3種效應(yīng)損失能量，入射光子或者消失，或者被散射后改變能量，偏離原來的入射方向，從入射 ?束中移去。 那些沒有與物質(zhì)發(fā)生相互作用的 ?光子會(huì)穿過吸收物質(zhì)層，其能量保持不變。 ?射線穿過吸收物質(zhì)，強(qiáng)度減弱，仍然服從指數(shù)衰減規(guī)律： 0 mmudI I e??