【正文】 ? 光電子的角分布 ： 相對于 ?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 Eγ 很低時（ 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 Eγ20keV 時，角分布的總趨勢是向 ?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。入射光子的運動方向發(fā)生改變，能量減少－被散射 。 ? 光電效應中，光子本身消失，把能量完全交給了光電子： ? 康普頓效應中，光子改變運動方向，只損失掉一部分能量。 ? 光電效應發(fā)生在束縛得最緊的內(nèi)層電子上：康普頓效應總是發(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，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 ” ，可以把康普頓效應看成是 γ光子與處于靜止狀態(tài)的自由電子之間的彈性碰撞。 ? 用相對論的能量、動量守恒定律，推導出散射光子和反沖電子的能量與散射角的關系。 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 ? ?? ?????????當散射角等于 0度時，散射光子的能量就等于入射光子的能量；散射光子的能量達到最大值。此時，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。 ?當散射角度等于 180度時，入射光子與電子對心碰撞，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，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電子而言，整個原子的康普頓散射截面是原子中各個電子康普頓散射截面的線性相加。 ? 當入射光子能量很低時 散射截面與入射光子的能量無關，僅與吸收物質(zhì)的原子序數(shù) Z成正比。 ? 當入射光子能量較高時 ? 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方向散射，入射光子的能量越高，散射光子越是朝前散射。 對應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 ?光子從靶物質(zhì)的原子核旁邊經(jīng)過時，在庫侖場的作用下， ?光子轉(zhuǎn)化成一個正電子和一個負電子。 ? 只有當 ?射線能量 。 ? 入射光子的能量一小部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎撾娮訉Φ撵o止質(zhì)量，其余的作為電子對的動能。 ? 靶原子核也參與電子對效應的過程發(fā)生反沖，但反沖能很小，可以忽略不計。 ? 電子對效應在電子的庫侖場中也能發(fā)生。此時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侖場中小 103倍。 ? 對一定能量的入射光子，產(chǎn)生的正負電子動能之和為常數(shù)。但正負電子之間的能量分配是任意的。 ? 產(chǎn)生的正負電子對在吸收物質(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)生的正負電子對在吸收物質(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。 ? 電子對效應的截面用 σ p表示： 202E m c? ?2p ZE?? ?202E m c? ?? 2 lnp ZE?? ?? 總之，以上三種效應對于入射光子的能量和吸收物質(zhì)的原子序數(shù)都有一定的依賴關系。因此，對不同的吸收物質(zhì)和能量區(qū)間，這三種效應的相對重要性是不同的， 4.? 射線的吸收 : ? 入射 ?光子穿過物質(zhì)時，與該物質(zhì)的原子發(fā)生光電效應、康普頓效應和電子對效應。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穿過吸收層，能量將保持不變。 ? ?射線穿過物質(zhì)時，強度逐漸減弱，可以用半吸收厚度來表示 ?射線對物質(zhì)的穿透情況。 ? ?射線穿透物質(zhì)的本領要比 α 、 β 粒子大的多。因此，對 ?射線的防護要比對 α 、 β 射線的防護困難的多。 ? ?射線（準直的）通過吸收物質(zhì)時，其強度減弱仍然遵循指數(shù)衰減規(guī)律。 ? 考慮三種效應中的每一種，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個量級 ,只在入射粒子能量很低時才需要考慮 。 ? 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 . 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 ,改變運動的方向 . 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 :負電子在能量耗盡時 ,就停留在物質(zhì)中被吸收 。正電子的能量與周圍物質(zhì)達到熱平衡時 ,在徑跡的末端 ,被靶物質(zhì)的負電子吸引 ,發(fā)生湮滅輻射 ,放出 23個湮滅光子 . 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。 ? 每產(chǎn)生一對電子－離子對所消耗的平均電離能只與吸收物質(zhì)的性質(zhì)有關，而與入射粒子的種類無關。電子在物質(zhì)中產(chǎn)生一對電子－離子對所需要消耗的能量與 α 粒子相同。 ? 帶電粒子在吸收物質(zhì)中穿過單位路程長度時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。 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)中的穿透本領小 ?易防護 。 ? ?電子在吸收物質(zhì)中的電離能量損失率比 ?小，因此有比 ?更長的射程，穿透本領比 ?大，需要采用輕物質(zhì)進行防護。 ? ?電子質(zhì)量遠小于 ?粒子，易受靶原子核的散射。經(jīng)過多次散射，徑跡曲折，路程遠大于射程。 ? ?射線在空氣中的射程很長 (4MeV的 ?粒子射程長達 15m)，通常用鋁吸收片測量 ?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： 光電效應、康普頓散射和電子對效應 ? 光電效應：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。 光電效應通常發(fā)生在束縛最緊的 k殼層電子上 (80%) ? 光電效應的截面與 ?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，運動方向發(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，反沖電子能量達到最大。 ? 入射光子能量低時，康普頓散射截面與入射光子能量無關，與吸收物質(zhì)原子序數(shù)成正比；入射光子能量較高時，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。 ? 電子對效應 ：入射光子從靶物質(zhì)原子核旁邊經(jīng)過，在庫侖場作用下，轉(zhuǎn)化成 1個正電子和 1個負電子。 ? 入射光子能量大于 。入射光子能量小部分轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訉o止質(zhì)量，其余轉(zhuǎn)換為電子對動能。 ? 電子對效應在殼層電子的庫倫場中也能發(fā)生，但發(fā)生幾率比在原子核庫倫場中小 103倍。 ? 電子對效應產(chǎn)生的正負電子對在吸收物質(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)達到熱平衡時在徑跡的末端發(fā)生湮滅，放出湮滅光子。 第小結(jié) 小結(jié) ? 電子對效應的截面與吸收物質(zhì)原子序數(shù)的平方成正比；與入射光子能量成正比；當入射光子能量很大時，與入射光子能量的對數(shù)成正比。 ? 對不同的吸收物質(zhì)和不同的能量區(qū)間，三種效應的相對重要性不同： ? 1).對于低能 ?射線和原子序數(shù)高的物質(zhì) ， 光電效應占優(yōu)勢 。 ? 2).對于中等能量的 ?射線和原子序數(shù)低的物質(zhì) ， 康普頓效應占優(yōu)勢 。 ? 3).對于高能 ?射線和原子序數(shù)高的物質(zhì) ， 電子對效應占優(yōu)勢 。 ? ?射線的吸收： 入射光子穿過吸收物質(zhì)時，通過 3種效應損失能量，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)，強度減弱，仍然服從指數(shù)衰減規(guī)律： 0 mmudI I e??