【正文】 動(dòng)徑跡十分曲折 。 ? 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)。 ? 低能入射電子的電離能量損失率為： ? ?粒子電離能量損失率最大值為 ；電子電離能量損失率最大值為 146eV。 ? 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 。 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 。 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。 ? 入射帶電粒子在吸收物質(zhì)中每產(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)，與入射粒子的種類無(wú)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。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。 ? 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。這種能量損失的方式叫做輻射損失。 ? 1.輻射損失與入射粒子質(zhì)量平方成反比。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。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)。 ? 2.輻射能量損失與吸收物質(zhì) Z平方成正比。 β 電子打到重元素中時(shí)，容易發(fā)生軔致輻射。 ? 從電離損失的角度看，應(yīng)該使用 Z大的材料來(lái)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(lái)防護(hù) β 電子。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％。 2442022 2 1ln1 3 7 3bd E Z e N E Ed x m C m C????? ? ?????????3.輻射損失率與入射粒子的能量 E成正比（這一點(diǎn)與電離能量損失的情況不同），入射電子能量低時(shí)，電離損失占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)能量高時(shí)，輻射損失就變得重要了。 ? 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。 ? 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。 ? 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。 ? 切倫科夫輻射：是由于帶電粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí)，引起徑跡兩旁的物質(zhì)原子暫時(shí)極化。退極化時(shí)，會(huì)發(fā)射光子。 ? 如果入射的 β 電子與靶物質(zhì)原子核庫(kù)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(guò)程叫做彈性散射。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。入射電子的能量越低，靶物質(zhì)原子序數(shù)越大，散射也就越厲害。當(dāng)Ee10MeV時(shí)，彈性散射和非彈性散射同時(shí)存在。 ? 入射電子穿過(guò)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)。 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)，稱之為反散射。 ? 反散射系數(shù)： 00III???? 低能 ?電子在高原子序數(shù) Z且厚靶物質(zhì)上的反散射系數(shù) ?可能高達(dá) 50%以上。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。 ? 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。 ? 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。60crXE ??2 / 3m ax KZ? ??39。 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。 ? 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。 ? 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 。h h m ch h M e V????????第五節(jié) ?射線在吸收物質(zhì)中的射程 ? ?粒子在物質(zhì)中的電離能量損失率比 ?小，它比 ?粒子有更大的射程。 ? 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。 β 電子在物質(zhì)中的路程遠(yuǎn)大于射程 ( — )。 ? 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％。 ? β 射線或者單能電子穿過(guò)一定厚度的吸收物質(zhì)時(shí)，其強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象叫做吸收。 ? 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。 ? 當(dāng)電子束的強(qiáng)度降低到原來(lái)強(qiáng)度的 1/2時(shí)，吸收片的厚度叫它的平均射程。 ? 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。 ? ?能譜中，用最大能量 E?max的電子所對(duì)應(yīng)的射程表示 ?射線的射程，叫做 β 射線的最大射程 Rβ 。 ? 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。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(lái)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。 ? ?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。 ? 在 E?30MeV時(shí)， ?射線與物質(zhì)的相互作用主要有以下三種方式：光電效應(yīng)、康普頓散射和電子對(duì)效應(yīng)。 ? ?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。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。在光電效應(yīng)中發(fā)射出來(lái)的這個(gè)電子叫光電子。 ? 靶物質(zhì)的原子吸收了入射光子的全部能量之后，將其中一部分交給某一殼層電子，使其脫離原子核的束縛而飛出來(lái)，成為自由電子－光電子。所需要的電離能即為電子在原子中的結(jié)合能。另一部分能量就變成了光電子的動(dòng)能。 ? 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。 ? 光電效應(yīng)只能在束縛電子（殼層電子）上發(fā)生。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。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。 ph r nE E E??? 光電效應(yīng)打出殼層電子，必然在該殼層上留下空穴，前面已經(jīng)講過(guò)，隨之而來(lái)，會(huì)有特征 x射線或俄歇電子發(fā)射出來(lái)。 ? 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?？梢越频恼J(rèn)為光電子的動(dòng)能就等于 ?射線的能量。 ? 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。 ? 隨著入射光子能量的減小，光電效應(yīng)的截面 ?ph就增大。 ? 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。 ? 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。 3ph E?? ??? 光電效應(yīng)打出殼層電子，必然在該殼層上留下空穴，前面已經(jīng)講過(guò)，隨之而來(lái)，會(huì)有特征 x射線或俄歇電子發(fā)射出來(lái)。 ? 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?？梢越频恼J(rèn)為光電子的動(dòng)能就等于 ?射線的能量。 ? 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。 ? 隨著入射光子能量的減小，光電效應(yīng)的截面 ?ph就增大。 ? 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。 ? 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。 ? 光電效應(yīng)的截面與入射光子能量的關(guān)系 : 當(dāng)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。隨著入射光子能量的減小，光電效應(yīng)的截面 ?ph就增大。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。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。 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。所以光電效應(yīng)的截面就小。 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)。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： ? 當(dāng) Eγ 較高時(shí)，只有在重元素中光電效應(yīng)才比較顯著；對(duì)于輕元素，只有Eγ 較低時(shí)，光電效應(yīng)才比較明顯。