【正文】 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。 ? 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) 。 ? 電子對(duì)效應(yīng)在殼層電子的庫倫場(chǎng)中也能發(fā)生，但發(fā)生幾率比在原子核庫倫場(chǎng)中小 103倍。 ? 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。 ? 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。 ? ?射線在空氣中的射程很長 (4MeV的 ?粒子射程長達(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 。 ? ?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) 。 ? 高能電子在吸收物質(zhì)中主要產(chǎn)生軔致輻射。 ? 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)。 ? 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 。 ? 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。 ? 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。 ? 湮滅產(chǎn)生的光子在物質(zhì)中繼續(xù)發(fā)生相互作用。 ? 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)。 ? 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。 對(duì)應(yīng)于不同方向的散射光子，反沖電子的能量也不同。 ? 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)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。1 c o seEE h hm c E? ??????? ? ???39。 c o s c o shh pcc?? ???? 39。 ? 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 。 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。 ? 在 0度方向和 180度方向上，都沒有光電子發(fā)射出來。所以光電效應(yīng)的截面就小。當(dāng)入射 ?射線的能量與 K層電子的結(jié)合能相當(dāng)時(shí)，反應(yīng)截面達(dá)到峰值。 ? 當(dāng) Eγ 略小于 Ek時(shí)，光電效應(yīng)在 K層上不能發(fā)生?？梢越频恼J(rèn)為光電子的動(dòng)能就等于 ?射線的能量。 ? 當(dāng) Eγ 略小于 Ek時(shí)，光電效應(yīng)在 K層上不能發(fā)生?？梢越频恼J(rèn)為光電子的動(dòng)能就等于 ?射線的能量。 ? 光電效應(yīng)發(fā)生的必要條件是入射光子的能量要大于殼層電子的結(jié)合能。另一部分能量就變成了光電子的動(dòng)能。然后，由靶原子的某一殼層飛出一個(gè)軌道電子，而剩余的原子受到反沖。對(duì)于同一種物質(zhì)，與 ?射線的最大能量之間有如下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系： a x17m E ?? ?? 如果采用質(zhì)量吸收系數(shù)和質(zhì)量厚度來表示，則有： ? 使射線的強(qiáng)度減弱一半的吸收厚度叫半吸收厚度，它和質(zhì)量吸收系數(shù)的關(guān)系為： ? 射程與能量的經(jīng)驗(yàn)公式為： /m? ? ?? mdd??? 0 dI I e ???12 0 .6 9 3 / md ??? ? a x0. 40 7RE??? m a e V E M e V???? ?m a x0 .5 4 2 0 .1 3 3RE????m a x 0 .8E M eV? ?第六節(jié) ?射線與物質(zhì)的相互作用 ? ?射線與物質(zhì)的相互作用和帶電粒子 (包括電子 )與物質(zhì)的相互作用顯著不同。 ? 當(dāng)電子束的強(qiáng)度降低到原來強(qiáng)度的 1/2時(shí)，吸收片的厚度叫它的平均射程。 β 電子在物質(zhì)中的路程遠(yuǎn)大于射程 ( — )。 ? 能量相等的正、負(fù)電子，在物質(zhì)中的能量損失和射程大體相同 ? 負(fù)電子在能量耗凈時(shí)，就停留在物質(zhì)中被吸收；而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)負(fù)電子吸引而發(fā)生湮滅，放出 2－ 3個(gè)湮滅光子。 ? 反散射系數(shù) ?隨散射物質(zhì)厚度的增加而增加，并達(dá)到一個(gè)飽和值。 ? 入射電子穿過較厚的物質(zhì)時(shí)，由于多次散射，運(yùn)動(dòng)方向會(huì)發(fā)生很大的偏轉(zhuǎn)。 ? 如果入射的 β 電子與靶物質(zhì)原子核庫侖場(chǎng)作用時(shí)，只改變運(yùn)動(dòng)方向，而不輻射能量，這種過程叫做彈性散射。 ? 軔致輻射譜的分布是兩頭小中間大，其最大能量等于電子的能量，其強(qiáng)度的峰值約在電子能量一半的附近； β 射線的軔致輻射譜是各能量軔致譜的疊加；強(qiáng)度最大處的能量約低于 β 譜的平均能量。 ? 從電離損失的角度看，應(yīng)該使用 Z大的材料來防護(hù) β 電子，但高 Z的材料會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的軔致輻射，反而起不到防護(hù)的作用，所以應(yīng)該采用低 Z的材料來防護(hù) β 電子。質(zhì)子 P和 α 粒子的質(zhì)要比 β 電子的質(zhì)量大的多，在能量相同的情況下，質(zhì)子或 ?粒子的軔致輻射強(qiáng)度比電子小 106倍。但電子在單位路程上的能量損失率較 α 粒子小，電子的比電離值較小，電離本領(lǐng)較弱。 因而能量損失率小的多 ， 其穿透本領(lǐng)要比 α 粒子和質(zhì)子 P大的多 。 多次散射使電子在物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)徑跡十分曲折 。路程大于或者等于射程。 ? 帶電粒子在物質(zhì)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷損失能量。 2).能量損失率與入射粒子的電荷數(shù)平方成正比。把核外電子看成是靶物質(zhì)中的一個(gè) “ 自由電子 ” 。 ? 碰撞后入射粒子的運(yùn)動(dòng)方向幾乎保持不變。 第二節(jié) 重帶電粒子與物質(zhì)的相互作用 ? 重帶電粒子：比電子質(zhì)量大的多的荷電粒子 (α 粒子、質(zhì)子、氘核 ). ? 主要與物質(zhì)中靶原子核中的核外電子發(fā)生非彈性碰撞 (使得原子發(fā)生電離或者激發(fā) )。 4.射線與原子核的彈性碰撞：吸收 入射粒子靠近靶物質(zhì)的原子核時(shí)，改變了運(yùn)動(dòng)的速度和方向。 通常把這種現(xiàn)象稱之為散射 。 ? 處于激發(fā)狀態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，一定要發(fā)生退激而回到基態(tài)。 ? 如果發(fā)射出來的自由電子具有足夠的動(dòng)能，還可能與其它的靶原子核繼續(xù)發(fā)生碰撞電離。 2） 中能區(qū) （ 1eVE103eV） 這個(gè)區(qū)域內(nèi)許多重元素核的截面出現(xiàn)許多共振峰，因而此區(qū)域也叫 共振區(qū) 。 1） 輻射俘獲（ n， γ） 發(fā)生在中子的所有能區(qū)，但低能中子與中等質(zhì)量核、重核作用易于發(fā)生這種反應(yīng)，此反應(yīng)往往伴隨較高的放射性。 中子的散射 1） 非彈性散射 入射中子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榘泻说膬?nèi)能，使靶核處于激發(fā)態(tài)，然后靶核通過發(fā)生 γ射線又返回到基態(tài)，因此散射前后中子與靶核系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，但動(dòng)能不守恒。 （ 3） 復(fù)合核的形成 入射中子被靶核 吸收形成一個(gè)新核 —— 復(fù)合核 ，復(fù)合核的形成是中子與原子核發(fā)生作用的最重要形式。 （ 1） 勢(shì)散射 最簡單的核反應(yīng)，中子波和核表面勢(shì)相互作用，中子并未進(jìn)入靶核，而是將其自身的部分或全部動(dòng)能傳給靶核，成為靶核的動(dòng)能。 圖 7. 電子對(duì)效應(yīng)截面與Eγ的關(guān)系 ????????????????????????)ln)2202202cmhEZcmhEZp ????? 稍大于2Zp ?? 即相干散射，是光子同束縛電子間的散射，散射過程中光子偏離原方向，但其能量基本上是不變的。 當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過時(shí)，受核庫侖場(chǎng)的作用，轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，而光子本身消失，此種過程稱為電子對(duì)效應(yīng)。 θ和 ?存在如下關(guān)系： 康普頓散射截面： 0????? eE,EE ?? )(m a xm in ?? ??? 21121 ?????????? EEEE e2)1(??? tgctg ??????????????? ??????????? ???? ?? ?? ?????? ?? ?? ?????? ?? ?? ?????????)()212( l n)0(2020202020,cmhcmhhcmrZhrZZ ecc???????? 可見，在光子能量很低時(shí)，康普頓散射截面與光子能量無關(guān)，僅與 Z成正比，但當(dāng)光子能量較高時(shí)，截面與 Z成正比，近似地與光子能量成反比。 2522527100)1(~)1(~cmhZhCcmhZhCkk?????? ?? ?? ??? ????? ?? ?? ????????? 光電子的角分布 在光電效應(yīng)的試驗(yàn)中，光子入射方向（定為 0o方向）和反方向上（定為 180o方向）均未觀察到光電子。 第二節(jié)、光子與物質(zhì)的相互作用 ?作用方式 ： 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng) 瑞利散射 第一節(jié) 光子與物質(zhì)相互作用 γ光子與原子的一個(gè)束縛電子相互作用，并將自身所有能量轉(zhuǎn)移給此束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消失。 ? 對(duì)于高能帶電粒子而言，除了上述過程外，還會(huì)引起切倫科夫輻射和穿越輻射。 ? 特點(diǎn)在于，在其慢化而快終止時(shí)，會(huì)與介質(zhì)中的電子發(fā)生湮滅而消失，同時(shí)放出兩個(gè)光子。對(duì)鋁有如下經(jīng)驗(yàn)公式： m a x17?? Em ?6. β射線的射程 ? β射線在低 Z材料中的射程有如下經(jīng)驗(yàn)公式， 當(dāng) ≤E ≤： 當(dāng) E： R0= 其中，射程 R0用質(zhì)量厚度表示，單位是 g ，通常把大于 90176。彈性碰撞過程中電子的能量變化很小，但方向變化很大，這就是 彈性散射 。用于產(chǎn)生 X射線源。對(duì)電子的輻射損失率公式： ? 可以看出幾個(gè)結(jié)論： （ 1） 輻射能量損失率與 m2成反比 。快電子與物質(zhì)相互作用的損失能量率遠(yuǎn)小于重帶電粒子，在相同的能量情況下，電子的速度遠(yuǎn)大于重帶電粒子的速度，因此，電子在單位路程上損失的能量遠(yuǎn)小于重帶電粒子。 ? 快速電子與物質(zhì)的相互作用有： （ 1）與原子的電子發(fā)生非彈性碰撞，引起原子的電離和激發(fā)；（ 2）核彈性庫倫散射，散射嚴(yán)重；（ 3）在電子減速或加速的過程中發(fā)射電磁輻射（軔致輻射）；（ 4）正電子或負(fù)電子的湮滅。 ? α 粒子在空氣中的射程數(shù)據(jù)