【正文】 ?光量子 (1) 放射性 活度 (Activity) 即 ： )()()( 00 tNeNdteNddttdNA tt ?? ?? ?????? ??定義 ： 00AN??則 ： teAA ???0 定義： 一個(gè)放射源在 單位時(shí)間 內(nèi) 發(fā)生衰變 的 原子核數(shù) 。 放射性 活度 及其單位 放射源發(fā)出 放射性粒子 的多少 ， 不僅與核衰變數(shù)有關(guān) ， 而且和核衰變的具體情況直接相關(guān) 。 射線強(qiáng)度 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)放出某種射線的個(gè)數(shù)。 射線與物質(zhì)相互作用是輻射探測(cè)的基礎(chǔ)，也是認(rèn)識(shí)微觀世界的基本手段 。即可使探測(cè)介質(zhì)的原子發(fā)生電離的能量 。 電離 —— 核外層電子克服束縛成為 自由電子 ，原子成為正離子。 帶電粒子與物質(zhì)相互作用 ?粒子與物質(zhì)的作用：電離 ?粒子與物質(zhì)作用：激發(fā) （ 2）帶電粒子能量損失方式之二 輻射損失 入射帶電粒子與 原子核 之間的 庫(kù)侖力作用 ，使入射帶電粒子的 速度 和 方向 發(fā)生變化，伴隨著發(fā)射 電磁輻射 — 軔致輻射 (Bremsstrahlung)。 軔致輻射過(guò)程圖示 （ 3） 能量損失率 入射帶電粒子在物質(zhì)中經(jīng)過(guò)單位路程上損失的能量，又稱 阻止本領(lǐng) 其中 為 電離損失率 ； 為 輻射損失率 。 主要關(guān)系 ： ； 可見(jiàn)，對(duì)電子而言，在相近能量下，其速度遠(yuǎn)大于重帶電粒子 α ，所以，電子是弱電離粒子。 NZvzdXdESi oni on ???????? ??22vz, NZ,EvS i o n 11 2 ?? 2zSi o n ?NZS i o n ?? ?? ?// 7 0 0r a dio nd E d x EZd E d x??對(duì) 電子 而言，能量損失率是 兩種能量損失率之和， 兩者之比為： E的單位為 MeV 一般情況下所涉及電子的能量 E 一般 不超過(guò) 幾個(gè) MeV，所以， 輻射能量損失 只有在 高原子序數(shù) (大 Z)的 吸收材料 中才是重要的。 ??? 電子與物質(zhì)相互作用的特點(diǎn)： 電子除電離損失外， 輻射損失 不可忽略 ； 高速電子 散射嚴(yán)重 ,甚至發(fā)生反散射 。 入射粒子在物質(zhì)中行徑的 實(shí)際軌跡的長(zhǎng)度 稱作路程 (Path)。因此， 重帶電粒子的射程與其路程相近 。 0I I? ?粒子在空氣中的 射程 )( cmER ???E為 ?粒子能量，單位為 MeV。 cmR ?mR ??兩種粒子在同種介質(zhì)中 : R1/R2 = (M1/M2)(z2/z1)2 同種粒子在不同介質(zhì)中 : Ra/Rb = [(Z/Ma)b/(Z/Ma)a] (ρb/ρa(bǔ)) nm EER 412)( ?En ??M e VEM e V ??M e VEM e V 201 ??106530)( ?? EER m ② 電子射程 單能電子 在吸收介質(zhì)中的射程 Rm(mg/cm2)與其能量 E(MeV)之間的關(guān)系： 經(jīng)驗(yàn)公式 (Al中 )： Sr90例 發(fā)出的 在 鋁中 的射程： M e VE a x ??cmR a x ?? (5) 正電子 的湮沒(méi) 正電子 與物質(zhì)發(fā)生相互作用的 能量損失機(jī)制 即電離損失和輻射損失與電子相同。 正電子湮沒(méi)放出光子的過(guò)程稱為 正電子湮沒(méi) ， 放出的光子稱為 湮沒(méi)光子 。即： 2221 cmcmhh ee ?? ??? ?? 從 動(dòng)量守恒 出發(fā)： 湮沒(méi)前 正、負(fù)電子的 總動(dòng)量為零 ，則， 湮沒(méi)后 兩個(gè)湮沒(méi)光子的 總動(dòng)量也應(yīng)為零 。 M e Vcmhh e 5 1 ??? ?? 而兩個(gè) 湮沒(méi)光 子 的發(fā) 射 方向 相反 ， 且發(fā)射 是 各向 同性 的。 ?? ?射線 與物質(zhì)發(fā)生不同的相互作用都具有一定的 概率 ，仍用 截面 這個(gè)物理量來(lái)表示作用概率的大小。 截面 的定義 ： 一個(gè)入射光子與單位面積一個(gè)原子發(fā)生作用的概率，其量綱為面積，常用單位為“巴（ b）” ?????228224 1011011 mcmb ?? ????（ 1） 光電效應(yīng) ： 光子與原子中的一個(gè)束縛電子作用，把能量全部交給電子，使電子從原子中發(fā)射出來(lái)，稱為光電子，光子消失。 ie BhE ?? ?iB i光電效應(yīng) 光電子的能量 ire EEhv ????由 能量守恒 ： ?? hhvE ie ???ieE ???因此， 光電子能量 為： 光電效應(yīng) 是 光子 與 原子整體 的相互作用，而 不是 與 自由電子 的相互作用。 （ 2）康普頓效應(yīng) 光子核外層電子的非彈性碰撞。 為散射角； 為反沖角。 ? ?? ?????c os1c os1202????hcmhEe? ??康普頓效應(yīng)過(guò)程圖示 康普頓散射圖示 動(dòng)量守恒、能量守恒 ?量子同處于靜止?fàn)顟B(tài)的自由電子發(fā)生相互作用，也稱為 康普頓效應(yīng) （ 3）電子對(duì)生成效應(yīng)： ?光子從原子核旁經(jīng)過(guò)，在核的庫(kù)侖場(chǎng)作用下， ?光子轉(zhuǎn)化成為正負(fù)電子對(duì)。 202 cmhEE ee ??? ?? ??? ?M e Vcm 20 ?電子對(duì)湮沒(méi)過(guò)程圖示 （ 4） 三種效應(yīng)的相互關(guān)系 ① 對(duì)于低能射線和原子序數(shù)高的吸收物質(zhì) ， 光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)； ② 對(duì)于中能射線和原子序數(shù)低的吸收物質(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)高的吸收物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。 0IDIDx dx對(duì)上面的方程積分 ： 0( 0)I x I??在 x～ x+dx層內(nèi) 單位時(shí)間光子數(shù)的變化 為： dI I N dx????等于在該層物質(zhì)內(nèi) 單位時(shí)間發(fā)生的作用數(shù)。 ???pcph ???? ???質(zhì)量衰減系數(shù) ： AN Am ????? ?? ??????gcm 2相應(yīng)質(zhì)量厚度表示為： ??? xx m??????2cmg 質(zhì)量衰減系數(shù) 與 即 物質(zhì)狀態(tài) 無(wú)關(guān)。得到吸收規(guī)律的另一種更常用的表達(dá)式： m? 與帶電粒子不同， ? 射線沒(méi)有射程 的概念。 半值層（ HVL , Δ1/2 ） D1/2： 光子注量率減弱到入射注量率一半時(shí)的介質(zhì)厚度，即： ?2/1 ?D② 非窄束 ?射線強(qiáng)度的衰減規(guī)律 稱為積累因子 。 積累因子 B≥ 1；與 Eγ 、入射角度、材料性質(zhì) (σ /ρ )、材料厚度 D等有關(guān) ；可通過(guò)查表或經(jīng)驗(yàn)公式 (如，Taylor 公式和 Berger公式等 )計(jì)算獲得。 ① 慢中子 ： 0～ 1KeV。 ③ 快中子： ～ 10MeV。 熱中子 ：與吸收物質(zhì)原子處于熱平衡狀態(tài)，能量為 ，中子速度 ~ 103m/s. （ 2） 中子源 a) 241AmBe中子源 。由 241Am放射源放出的 ?粒子，打在 Be上發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生中子。Ci T1/2＝ 433年； ① 同位素中子源 nCBe ??? 129?中子能量為 ~，平均 5MeV； n/?比 (中子 ?強(qiáng)度比 )為 10:1； b) (?,n)型中子源 。 優(yōu)點(diǎn) ：中子能量單一； 缺點(diǎn) ：中子產(chǎn)額低，裝置體積大。以 252Cf (锎 )最常用。半衰期： T1/2(自發(fā)裂變 )＝ ， T1/2(?衰變 )＝。 ② 加速器中子源 可以在相當(dāng)寬的能區(qū)內(nèi)獲得 單能中子源 。 HendH 32 ),( M e VQ 2 6 ? M e VE n ?HendH 43 ),( M e VQ ? M e VE n 14? ③ 反應(yīng)堆中子源 寬中子能量 ： ~十幾 MeV 高中子通量： 21610 /10~10 cms ? （ 3） 中子與物質(zhì)的相互作用 a) 彈性散射 (n,n) 222222s i nc o s)( ????????????? ??mMmMmTTnn 中子與物質(zhì)的相互作用實(shí)質(zhì)上是中子與物質(zhì)的靶核的相互作用 。 出射中子的動(dòng)能 ： 反沖核的動(dòng)能 ： ?22 c os)(4nM TmMmMT??b) 非彈性散射 (n,n’?) 入射中子的能量損失不僅使靶核得到 反沖 ，且使靶核處于 激發(fā)態(tài) 。 當(dāng)反沖核為 質(zhì)子 (氫核 )時(shí)， M＝ m，上式變?yōu)椋? 當(dāng) ? = 0 時(shí)， 反沖質(zhì)子 能量最大 ， Tp = Tn ?2cosnp TT ? ② 中子的俘獲 a) 中子的 輻射俘獲 (n,?) 中子射入靶核后與靶核形成一個(gè) 復(fù)合核 ，而后 復(fù)合核 通過(guò)發(fā)射一個(gè)或幾個(gè) 特征 ?光子 躍遷到基態(tài)。由于這些 ? 光子的發(fā)射與復(fù)合核的壽命相關(guān)，一般很快，故稱為“ 中子感生瞬發(fā) ?射線 ”，同樣在核分析技術(shù)中有重要的應(yīng)用。 b) 發(fā)射帶電粒子的中子核反應(yīng) 如 (n,?)， (n,p)等，這些反應(yīng)在中子探測(cè)中應(yīng)用很多，成為 探測(cè)中子的主要手段 。 c) 裂變反應(yīng) (n,f) d) 多粒子發(fā)射 ?1885年發(fā)現(xiàn) X射線 ——倫琴 ?1886年首次發(fā)現(xiàn) (從瀝青中提煉 ) 天然放射性鐳 （ Ra)——居里夫人 ?不久發(fā)現(xiàn)它能引起皮膚燒傷 ,使人和動(dòng)物患眼病 ,毛發(fā) 脫落 ,白細(xì)胞減少等機(jī)體損傷 4 輻射防護(hù)及其量與單位 ?1913年 ——國(guó)家級(jí)防護(hù)組織最早出現(xiàn) ?1928年 ——第二次國(guó)際放射學(xué)大會(huì)上決定成立國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（當(dāng)時(shí)名稱：“ 國(guó)際 X射線和鐳防護(hù)委員會(huì) ”） ?1950年 ——它進(jìn)行了改組，并改名為目前名稱：國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì) ICRP （ International Commission on Radiological Protection ） 輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的歷史發(fā)展 ? 最早的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn) ——”紅斑劑量” ? 約 600倫 (琴 ) ? ?1925年首次提出”耐受劑量” ? ”紅斑劑量”的 1/100, 約 /天 ? ?1934年國(guó)際 X射線與鐳防護(hù)委員會(huì) (ICRP的前身 )、正式規(guī)定