(55)--射线与物质的相互作用.ppt

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1、 射射线与物与物质的相互作用的相互作用核武器核武器辐射射探探测与防与防护基基础内内 容容一一、引言、引言二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用 四、中子与物质的相互作用四、中子与物质的相互作用三三、射线与物质的射线与物质的相互作用相互作用 五、总结五、总结一、引一、引 言言核武器核武器v战略威慑作用战略威慑作用v大国大国地位象征地位象征核材料核材料v铀、钚、氚铀、钚、氚一、引一、引 言言核核辐射辐射v粒子、粒子、射线射线v射线、中子射线、中子一、引一、引 言言v粒子：氦核，两个正电荷粒子：氦核，两个正电荷v射线：电子或正电子射线：电子或正电子v射线射线：光子：光子v中中 子子

2、：不：不带电带电核核辐射辐射v无声无味、无色无嗅无声无味、无色无嗅v组织温度无明显升高组织温度无明显升高射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用辐射探测、防护的基础辐射探测、防护的基础射线与物质相互作用的分类射线与物质相互作用的分类带电粒子辐射带电粒子辐射非带电粒子辐射非带电粒子辐射轻带电粒子轻带电粒子（射线）射线）电磁辐射电磁辐射（射线）射线）重重带电粒子带电粒子（粒子粒子）中子中子次级电子次级电子核外核外电子电子次级重带电粒子次级重带电粒子原子核原子核带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用带电粒子与物质的作用，可分为：带电粒

3、子与物质的作用，可分为：v与物质与物质原子中原子中核外电子的非弹性碰撞核外电子的非弹性碰撞过程过程v与与原子核原子核的非弹性碰撞的非弹性碰撞过程过程v与原子核与原子核的弹性碰撞的弹性碰撞v与与核外电子弹性碰撞核外电子弹性碰撞两种两种非弹性碰撞非弹性碰撞是主要的作用方式是主要的作用方式二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用v电离电离v激发激发2.1 2.1 与原子核外电子的与原子核外电子的非弹性碰撞非弹性碰撞入射带电粒子与原子的核外电子通过库仑力作用，使入射带电粒子与原子的核外电子通过库仑力作用，使电子获得能量而引起原子的电子获得能量而引起原子的电离电离或或激发激发。电离损失电

4、离损失二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用2.2 2.2 与原子核的与原子核的非弹性碰撞非弹性碰撞入射带电粒子入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，与原子核之间的库仑力作用，使带电粒使带电粒子子的速度和方向发生变化，伴随着发射的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射电磁辐射轫致辐射轫致辐射。当当入射带电粒子与原入射带电粒子与原子核发生非弹性碰撞子核发生非弹性碰撞时，以辐射光子损失时，以辐射光子损失其能量，我们称它为其能量，我们称它为辐射辐射损失损失。二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用v电离能量损失率电离能量损失率v辐射能量损失率辐射能量损失率2.3 2

5、.3 能量损失率能量损失率对于对于等重带电粒子，电离等重带电粒子，电离损失是主要损失是主要方式；方式；对于对于等轻带电粒子，在高等轻带电粒子，在高Z物质中辐射能量物质中辐射能量损失损失是不可忽略的。是不可忽略的。z入射入射粒子电荷数；粒子电荷数；v入射入射粒子速度粒子速度；m入射粒子质量；入射粒子质量；N靶物质单位体积的原子数靶物质单位体积的原子数；Z靶靶物质原子的物质原子的原子序数。原子序数。二、带电粒子与物质的相互作用二、带电粒子与物质的相互作用 实验结果实验结果v粒子质量大，穿透粒子质量大，穿透力弱，一张纸就可以力弱，一张纸就可以挡住；挡住；v射线质量小，是射线质量小，是粒粒子的子的1/

6、7300，穿透力，穿透力强，可穿过皮肤；强，可穿过皮肤；与高与高Z物质作用产生物质作用产生较强的轫致辐射，所较强的轫致辐射，所以使用以使用低低Z物质防护，物质防护，如铝。如铝。射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用三、三、射线与物质的射线与物质的相互作用相互作用v光电效应光电效应v康普顿康普顿效应效应v电子对效应电子对效应三、三、射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线对物质的电离射线对物质的电离作用：作用：射线射线第1步 初级作用第2步 次级作用电离效应电离效应光电效应康普顿效应电子对效应产生产生次级电子次级电子三种作用三种作用效应效应次级电子使物质原子电离三、三、射线与物质的相互作用

7、射线与物质的相互作用3.1 3.1 光电效应光电效应(Photoelectric Effect)射线射线(光子光子)与原子中束缚电子作用，把全部能量转移与原子中束缚电子作用，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子称为光电子)，而光，而光子本身消失的过程，称为光电效应。子本身消失的过程，称为光电效应。入射光子入射光子原子核原子核光光电子电子三、三、射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3.2 3.2 康普顿效应康普顿效应(Compton Effect)射线射线(光子光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中，入

8、射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离程中，入射光子的一部分能量转移给电子，使它脱离原子成为原子成为反冲电子反冲电子，而，而光子受到散射，运动光子受到散射，运动方向和能方向和能量都发生变化，称为量都发生变化，称为散射光子散射光子。入射光子入射光子h 原子核原子核反冲电子反冲电子散射光子散射光子h 三、三、射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用3.3 3.3 电子对电子对效应效应(Electron Pair Effect)能能量量较较高高(1.022MeV)的的 射射线线(光光子子)从从原原子子核核旁旁经经过过时时，在在核核库库仑仑场场的的作作用用下下，入入射射光光子子转转化化为为一一个个正正

9、电电子子和一个和一个电子电子的过程。的过程。入射光子入射光子原子核原子核正正电子电子电子电子3.3 3.3 作用截面作用截面 射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率率，用，用截面截面这个物理量来表示作用概率的大小。这个物理量来表示作用概率的大小。三、三、射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用v光电效应截面光电效应截面v康普顿康普顿效应截面效应截面v电子对电子对效应截面效应截面v采用高Z物质可以有效阻挡射线，例如铅；v采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠；v总的来说，由于射线不带电、无静止质量，穿透力较强。射线与物质的相互作用射线与物质的相互作

10、用四四、中子、中子与与物质的物质的相互作用相互作用v弹性碰撞弹性碰撞v非弹性碰撞非弹性碰撞v中子俘获中子俘获中子中子与物质的相互作用实质上是与物质的相互作用实质上是中子与中子与物质物质原子原子核核的的相互作用。相互作用。四四、中子中子与与物质的相互作用物质的相互作用4.1 4.1 弹性散射弹性散射出射粒子仍为出射粒子仍为中子中子、剩余核仍、剩余核仍为原有为原有原子核原子核。中中子子与与物物质质中中原原子子核核碰碰撞撞时时把把部部分分能能量量传传给给原原子子核核，带带有有能能量量的的原原子子核核脱脱出出原原子子,此此原原子子核核称称反反冲冲核核，而而中中子子本本身身带带着着较较低低能能量量改改变

11、变运运动动方方向向继继续续行行进进成成中中子子散散射射，这这种种现现象象称称弹弹性性碰碰撞撞。带带电电荷荷的的反反冲冲核核获获得得能能量量后后，在在其其运运动动途途中中可可引引起起物物质质电离和激发。电离和激发。四四、中子中子与与物质的相互作用物质的相互作用4.2 4.2 非弹性散射非弹性散射入射入射中子的能量损失不仅中子的能量损失不仅使原子核使原子核得到得到反冲反冲，且且使原子核处于使原子核处于激发态激发态。中中子子入入射射到到物物质质原原子子核核内内，部部分分能能量量传传给给原原子子核核，使使核核处处于于激激发发态态，中中子子带带着着剩剩余余的的能能量量从从核核内内飞飞出出，激激发发态态核

12、核放放出出 光光子子损损失失能能量量，原原子子核核回到基态，这种现象称为非弹性碰撞。回到基态，这种现象称为非弹性碰撞。四四、中子中子与与物质的相互作用物质的相互作用4.3 4.3 中子俘获中子俘获中子中子俘获包括俘获包括(n,),(n,f),(n,)(n,p)四种类型四种类型反应。反应。中中子子被被物物质质原原子子核核俘俘获获后后，形形成成稳稳定定或或不不稳稳定定的新核素，这种现象称中子俘获。的新核素，这种现象称中子俘获。三氟化硼正比管三氟化硼正比管氦氦-3-3计数管计数管四四、中子中子与与物质的相互作用物质的相互作用4.4 4.4 中子的危害中子的危害v弹性碰撞弹性碰撞v核反应核反应产生的质

13、子引起物质的电离，人体中有大量的H和N原子，中子对人电离效应严重，伤害严重。探测使用含氢物质，如含氢正比管、有机闪烁体等；防护使用含氢物质，如聚乙烯、石蜡、水等。辐辐 射射作用过程作用过程与束缚电子发生非弹性碰撞与束缚电子发生非弹性碰撞1 1、与核外电子发生非弹性碰撞、与核外电子发生非弹性碰撞2 2、与原子核发生非弹性碰撞、与原子核发生非弹性碰撞1 1、光电效应光电效应2 2、康普顿效应康普顿效应3 3、电子对效应电子对效应中子中子1 1、弹性散射弹性散射2 2、非弹性散射非弹性散射3 3、俘获过程俘获过程五五、总、总 结结v射线与物质的作用过程射线与物质的作用过程v射线穿透能力射线穿透能力辐射质量电荷在空气重穿过的距离在生物组织穿过的距离4+20.03米0.04毫米1/1840-1（+1）3米5毫米00很大穿过人体中子10很大穿过人体五五、总、总 结结v射线穿透能力射线穿透能力五五、总、总 结结Company Logo