【正文】 ?射線穿過(guò)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??。 ? ?射線的吸收： 入射光子穿過(guò)吸收物質(zhì)時(shí)，通過(guò) 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(lái)的入射方向，從入射 ?束中移去。 ? 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) 。 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。 ? 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(guò)電離損失和輻射損失消耗能量。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) ：入射光子從靶物質(zhì)原子核旁邊經(jīng)過(guò)，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。 ? 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?？灯疹D散射總是發(fā)生在束縛得最松的外層電子上。 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。 ? ?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 。經(jīng)過(guò)多次散射，徑跡曲折，路程遠(yuǎn)大于射程。 ? ?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)。徑跡 (路程 )與射程近似相等 。隨著能量的升高，輻射能量損失逐步占優(yōu)勢(shì)。 ?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。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。正電子的能量與周?chē)镔|(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)。 ? 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 。 ? 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 。 ? ?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。 ? ?射線（準(zhǔn)直的）通過(guò)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。 ? ?射線穿透物質(zhì)的本領(lǐng)要比 α 、 β 粒子大的多。 ? 那些沒(méi)有與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子會(huì)穿過(guò)吸收層，能量將保持不變。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(guò)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)。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(guò)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。但正負(fù)電子之間的能量分配是任意的。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。 ? 靶原子核也參與電子對(duì)效應(yīng)的過(guò)程發(fā)生反沖，但反沖能很小，可以忽略不計(jì)。 ? 只有當(dāng) ?射線能量 。 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。 ? 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。 ? 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。 ? 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。反沖電子則沿入射光子的方向飛出，叫反散射。入射光子從電子旁邊掠過(guò)，未受到散射，光子沒(méi)有損失能量。 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。 eh h E????? ?? ?2201 c o s39。 s inh psinc? ???? ?39。 39。 ? 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(guò)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。 ? 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。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。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。而在其它的某一角度，光電子出現(xiàn)的幾率最大。 ? 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。 Z越大的物質(zhì)，殼層電子受原子核的束縛就越大，越容易發(fā)生光電效應(yīng)。 當(dāng) 時(shí) ,光電效應(yīng)主要發(fā)生在 k殼層上 ,它所占的比例約 80%. kEE? ?3ph E?? ??nE? ??72ph E?? ?? kE? ??1ph E?? ??kE? ???? 光電效應(yīng)的截面 ?ph與靶物質(zhì)的原子序數(shù) Z有關(guān)系 ： 靶物質(zhì)的原子序數(shù) Z較低時(shí)，軌道電子在原子中的束縛就小。當(dāng) Eγ 略小于 Ek時(shí)，光電效應(yīng)在 K層上不能發(fā)生。隨著入射光子能量的減小，光電效應(yīng)的截面 ?ph就增大。 ? 越到外層的軌道電子，受原子核的束縛越小，發(fā)生光電效應(yīng)的概率就越小。 ? 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。 ? 入射光子的能量很高時(shí)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，電子的束縛程度就低，光電效應(yīng)的截面就小。 ? 通常放射性同位素放出的 ?射線能量要比電子的結(jié)合能大的多。 ? 越到外層的軌道電子，受原子核的束縛越小，發(fā)生光電效應(yīng)的概率就越小。 ? 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。 ? 入射光子的能量很高時(shí)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，電子的束縛程度就低，光電效應(yīng)的截面就小。 ? 通常放射性同位素放出的 ?射線能量要比電子的結(jié)合能大的多。入射光子的能量超過(guò) K層電子的結(jié)合能，大約有 80％的光電吸收發(fā)生在 K殼層電子上。殼層電子在原子中束縛的越緊，產(chǎn)生光電效應(yīng)的概率就越大。 ? 光電子的能量就是入射光子的能量和該殼層電子的結(jié)合能之差。所需要的電離能即為電子在原子中的結(jié)合能。在光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的這個(gè)電子叫光電子。 ? ?射線與物質(zhì)發(fā)生這三種相互作用時(shí)，都具有一定的概率，通常用截面來(lái)表示作用概率的大小 ? 截面的單位為巴： 1b=1024cm2； ? 總截面 ??就等于三種效應(yīng)截面之和，即 ph c p?? ? ? ?? ? ?： ? 入射光子打在靶物質(zhì)的原子上，將光子能量全部地轉(zhuǎn)移給靶原子。 ? ?光子不帶電，它不能像帶電粒子那樣直接與靶物質(zhì)原子的核外電子發(fā)生庫(kù)侖碰撞而使之電離或激發(fā)，也不能與靶物質(zhì)原子核發(fā)生碰撞導(dǎo)致散射或輻射損失。 ? β 射線在空氣中的射程很長(zhǎng)，不便測(cè)量，通常用鋁吸收片測(cè)定其吸收曲線 ? 實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于不同的物質(zhì)，質(zhì)量吸收系數(shù)隨原子序數(shù)的增加而緩慢的增加。 ? β 粒子能量是連續(xù)分布的，其吸收曲線與單能電子的吸收曲線明顯不同，近似為指數(shù)曲線。 ? 單能電子在物質(zhì)中的吸收曲線：通過(guò)加吸收片的辦法測(cè)量 ? 單能電子的吸收隨吸收物質(zhì)厚度近似線性的變化，把吸收曲線的線性部分外推到 0，定出電子的射程，叫外推射程 R。 ? β 電子入射到靶物質(zhì)后，其能量損失的統(tǒng)計(jì)漲落較大，又經(jīng)過(guò)多次散射，射程的不確定性大大增加，射程的歧離可達(dá) 10％ — 15％。 ? α 粒子質(zhì)量很大，碰撞后運(yùn)動(dòng)方向幾乎保持不變， α 粒子在物質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)軌跡近似直線，射程與徑跡長(zhǎng)度 (即路程 )近似相等； ? β 電子的質(zhì)量很小，在吸收物質(zhì)中的徑跡非常曲折。 ? 發(fā)生湮滅時(shí)，正負(fù)電子總動(dòng)量為 0，所以湮滅光子總能量等于正負(fù)電子靜止質(zhì)量： ? 實(shí)驗(yàn)證明，正負(fù)電子湮滅時(shí)，發(fā)射 3個(gè)光子與發(fā)射 2個(gè)光子的幾率之比大約為1:1000 ? 正電子壽命：在氣體中 ? 10－ 7s；在固體中 ? 10－ 10s， 在金屬中 ? (13)?10－ 10s 21 2 0122,0 . 5 1 1 。 a x m a Z E??第四節(jié) 正電子與物質(zhì)的相互作用 ? 正電子通過(guò)物質(zhì)時(shí)，也像負(fù)電子一樣，與靶物質(zhì)的核外電子和原子核相互作用產(chǎn)生電離損失、輻射損失、發(fā)生彈性碰撞。 ? 飽和反散射厚度 (質(zhì)量厚度 )的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為： ? 反散射系數(shù) ?與反散射物質(zhì)原子序數(shù) Z的關(guān)系 : ? 反散射前后的能量關(guān)系為： m a x39。在 ?射線的測(cè)量中要使用低 Z物質(zhì)，以減少反散射對(duì)測(cè)量的影響。 80keV的電子，在空氣中每前進(jìn) 1cm的路程，平均偏轉(zhuǎn) 51度，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角 90度時(shí)，進(jìn)入吸收物質(zhì)表面的電子，能從表面散射回來(lái)，稱(chēng)之為反散射。當(dāng)Ee10MeV時(shí)，彈性散射和非彈性散射同時(shí)存在。與 α 粒子相比，電子質(zhì)量很小，散射角度會(huì)很大，經(jīng)過(guò)多次散射，最后會(huì)偏離原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向。退極化時(shí)，會(huì)發(fā)射光子。 ? 帶電粒子通過(guò)物質(zhì)時(shí)的總能量損失為電離損失和輻射損失之和： ? 電離能量損失與輻射能量損失之比為： ()io n bd E d E d Ed x d x d x? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?總? ?/ 8 0 0 / 1 . 2io n bd E d E EZd x d x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? 帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，發(fā)射電磁輻射的現(xiàn)象，除了軔致輻射之外，還有另一種切倫科夫輻射。 ? 軔致輻射也是連續(xù)譜：在軔致輻射過(guò)程中，入射電子的動(dòng)量由靶原子核、光子和被偏轉(zhuǎn)的電子三者之間分配，光子可以具有任何的動(dòng)量值，其能量是連續(xù)的。對(duì) 2MeV的β 電子，它的輻射損失占總的能量損失的比例，在有機(jī)玻璃中只占 ％，而在鉛中要占 8％。 β 電子打到重元素中時(shí)，容易發(fā)生軔致輻射。對(duì)重的帶電粒子，軔致輻射引起的能量損失完全可以忽略不計(jì)。 ? 1.輻射損失與入射粒子質(zhì)量平方成反比。 ? 高能電子穿過(guò)靶物質(zhì)時(shí)，主要與靶原子核發(fā)生非彈性碰撞，產(chǎn)生軔致輻射 (電磁輻射 )，入射電子運(yùn)動(dòng)速度迅速減低，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。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。 22 02024 l n 1 . 2 3 3io nmvd E e NZd x m v I? ????? ? ??? ???? ??? 在能量相同的情況下，電子的速度比 α 粒子和質(zhì)子 p的速度大，能量損失率小，其穿透本領(lǐng)要比 α 粒子和質(zhì)子 P的大。 ? 在能量相同的情況下 ， 電子的速度要比 α 粒子和質(zhì)子 p的速度大的多 。 ? 與重帶電粒子與靶物質(zhì)核外電子發(fā)生非彈性碰撞的情況類(lèi)似 ,入射電子也會(huì)與靶物質(zhì)原子的核外電子發(fā)生非彈性碰撞，使得靶物質(zhì)的原子電離或者激發(fā)。 ??粒子在空氣中的射程： ? 重帶電粒子在其它物質(zhì)中的射程： 00 0ARR A???? ?03022 04Vmm d vR