带电粒子与物质相互作用共16页
带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数
带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数嘿，伙计们！今天我们要聊聊带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数。
这可是个相当有趣的话题，让我们一起来探索一下吧！我们来说说带电粒子与物质相互作用的类型。
你知道吗，带电粒子与物质相互作用主要有三种类型：电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。
其中，电磁相互作用是最常见的，比如我们平时用的手机充电就是靠电磁作用实现的。
而弱相互作用和强相互作用则比较特殊，它们主要发生在原子核内部，对宇宙的演化有着重要的影响。
我们来谈谈带电粒子与物质相互作用的特点。
你可能会觉得这个话题有点儿深奥，但其实很简单。
带电粒子与物质相互作用的特点主要有两个：一是它们之间会产生电荷转移，二是它们之间会发生能量传递。
举个例子，当你把一个电子从一个物体上剥离下来时，这个物体就会带上正电荷，而电子则变成负电荷。
这就是电荷转移的例子。
而当你把一个光子打在一个原子上时，原子就会吸收光子的能量，变得更加激发态。
这就是能量传递的例子。
我们来探讨一下带电粒子与物质相互作用的作用参数。
作用参数是指带电粒子与物质相互作用时所涉及到的各种物理量，比如电场强度、磁场强度、电磁波频率等等。
这些参数对于研究带电粒子与物质相互作用的过程和规律非常重要。
比如，我们可以通过测量电场强度和磁场强度来计算出带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力。
而通过测量电磁波的频率和振幅，我们则可以了解到电磁波的能量分布情况。
今天的话题就聊到这里了。
希望大家对带电粒子与物质相互作用有了更深入的了解。
记住哦，无论是学习还是生活，都要保持好奇心和求知欲，这样才能不断进步哦！下次再见啦！。
放射性地球物理第二章 射线和物质相互作用
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用 3、 韧致辐射
高速运动的β粒子或其它带电粒子通过物质时，在核库 仑场作用下，改变运动速度，伴随放出电磁辐射。
原子核 轫致辐射放出的电磁辐射是连续能量的X射线。 使用辐射损耗率描述在单位距离上轫致辐射的能量损耗。
辐射损耗率定义为：
d d X E 辐 ＝ 射 N 1E m 3 Z 0 2 C 1 7 Z 2 e4 4ln m 2 0C E 23 4
电子打在荧光屏上 产生X射线
电视机显像管
特征: x 射线能量连续 0 – EMax(电子能量) 电视机 高压15 kV 电子束能量15 keV x 射线能量 0 -15 keV
产生机制
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用
4、 线阻止本领 S
在核反应可以忽略的（不是太高）能量范围，带电粒子 主要的能量损失方式是碰撞电离损失核轫致辐射损失。
d dX E 电＝ 离2m e04vZ 2Nln (1 2 Im 2(0 1v 2 )2E 8 1 2)(1 ln1 2 (1 2)2212)
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； E－入射电子动能；
d d X E 电＝ 离 4 e m 4 0 Z v2 z2N ln I(2 1 m 0 v2 2)2 Wn
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； W－平均电离能； n－电离比度；
射线与物质的相互作用ppt课件
电离损失
❖电离
❖激发
二、带电粒子与物质的相互作用
2.2 与原子核的非弹性碰撞
➢ 入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使带电粒 子的速度和方向发生变化，伴随着发射电磁辐射—— 轫致辐射。
➢ 当入射带电粒子与原 子核发生非弹性碰撞 时，以辐射光子损失 其能量，我们称它为
辐射损失。
二、带电粒子与物质的相互作用
原子核
反冲电子
h 1.0
0.5
YAxisTitle
0.0
入射光子 -0.5 -1.00ຫໍສະໝຸດ 204060
X Axis Title
B
80
100
散射光子 h
三、γ射线与物质的相互作用
3.3 电子对效应(Electron Pair Effect)
➢ 能量较高(>1.022MeV) 的射线(光子) 从原子核旁经过 时，在核库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电 子和一个电子的过程。
❖中 子：不带电
❖无声无味、无色无嗅 ❖组织温度无明显升高
射线与物质的相互作用
辐射探测、防护的基础
射线与物质相互作用的分类
带电粒子辐射
轻带电粒子 （ β射线）
重带电粒子 （ α粒子）
非带电粒子辐射
次级电子 核外电子
电磁辐射 （ γ射线）
次级重带电粒子 原子核
中子
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
γ
中子
与束缚电子发生非弹性碰撞
1、与核外电子发生非弹性碰撞 2、与原子核发生非弹性碰撞 1、光电效应 2、康普顿效应 3、电子对效应 1、弹性散射 2、非弹性散射 3、俘获过程
五、总 结
❖射线穿透能力
第2章电离辐射与物质的相互作用.
第二章电离辐射与物质的相互作用个人觉得第二章是整个内容中理论性最强的一部分，要掌握这些内容得多看几遍书才行，要是感到不好理解的话，只能死记了！而且整个第二章内容已经很精简了，短短的二十页内容，几乎处处都是考点，好好多看几遍书才行！第一节带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子与物质相互作用的主要方式：1、与核外电子发生非弹性碰撞；2、与原子核发上非弹性碰撞；3、与原子核发上弹性碰撞；4、与原子核发生核反应掌握以上各种作用方式的作用过程以及每种作用的关系式、由关系式得出的结论。
掌握概念电离辐射，直接致电离辐射，间接致电离辐射；线性碰撞阻止本领，质量碰撞阻止本领；（线性碰撞阻止本领linear collision stopping power）入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时电离损失的平均能量（J*m-1）质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度线性辐射阻止本领，质量辐射阻止本领；单位路程长度和单位质量厚度的辐射能量损失。
总质量阻止本领，质量角散射本领；带电粒子在密度为p的介质中穿过路程dl时，一切形式的能量损失dE除以pdl而得的商。
质量角散射本领指均方散射角除以吸收块密度p和厚度l之积所得的商，与原子序数的平方成正比，与入射电子的动量平方近似成反比。
射程，路经，半值深度，实际射程；沿入射方向从入射位置至完全停止位置所经过的距离称为射程。
粒子从入射位置至完全停止位置沿运动轨迹所经过的距离称为路径长度；比电离；带电粒子穿过靶物质时使物质原子电离产生电子-离子对，单位路程上产生的电子-离子对数目称为比电离，它与带电粒子在靶物质中的碰撞阻止本领成正比。
传能线密度。
（linear energy transfer, LET）描述辐射品质的物理量，定义为dE除以dl而得的商。
第二节X（r）射线与物质的相互作用1、X（r）射线与物质相互作用的特点：（区别与带电粒子与物质的相互作用）1）不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；2）与物质的一次相互作用可以损失其能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；3）光子束入射到物体时，其强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射程，在射程之外观察不到带电粒子。
粒子与物质的相互作用
粒子与物质的相互作用一、引言粒子与物质的相互作用是物质世界中一种基本的物理现象。
无论是宏观的物体还是微观的粒子，它们都受到相互作用的影响。
本文将从不同角度介绍粒子与物质的相互作用。
二、电磁力的作用电磁力是粒子与物质之间最常见的相互作用方式之一。
当粒子携带电荷时，它们与周围的电场相互作用。
根据库伦定律，电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的大小成正比。
这就解释了为什么带电粒子在电场中会受到电力的作用。
磁场也是粒子与物质相互作用的重要因素。
带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，这个力的方向垂直于粒子的速度和磁场的方向。
这种相互作用在电磁感应、电磁波传播等现象中都扮演着重要角色。
三、强力与弱力的作用除了电磁力，强力和弱力也是粒子与物质相互作用的重要力量。
强力是在原子核中起作用的力量，维持着核内的质子和中子的结合。
它是一种非常强大的力量，远超过电磁力的范围。
弱力则是一种相对较弱的力量，主要作用于一些放射性衰变过程中。
这两种力量的相互作用机制十分复杂，需要通过精确的数学描述才能完整解释。
四、引力的作用引力是质量之间的相互作用力。
根据普遍引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种力量是所有物体都具备的，无论是微观粒子还是宏观物体。
引力决定了物体之间的相互吸引作用，使得星球绕太阳公转、月球围绕地球运动等现象得以产生。
五、弹性力和摩擦力的作用除了上述力量外，弹性力和摩擦力也是粒子与物质相互作用的重要力量。
弹性力是物体在受到外力作用后产生的恢复力，使物体恢复到原始形状或位置。
摩擦力则是两个物体接触时产生的相互阻碍运动的力。
这两种力量在日常生活中随处可见，如弹簧的拉伸和压缩、车辆行驶中的摩擦等。
六、总结粒子与物质的相互作用是物质世界中的基本现象，涉及到电磁力、强力、弱力、引力、弹性力和摩擦力等多种力量。
这些力量共同作用，决定了物质的性质、物体的运动以及各种自然现象的发生。
带电粒子和物质相互作用方式
带电粒子和物质相互作用方式嘿，大家好！今天咱们聊聊带电粒子和物质的那些事儿。
听起来是不是有点高深？别担心，我保证不会让你听得像在读古文，咱们就像喝茶聊天一样轻松。
带电粒子，哦，那可不是什么外星人，咱们生活中随处可见，比如电子。
你想啊，电子就像个调皮的小孩子，总是四处乱跑，没个正形。
它们可不喜欢安静，碰到什么东西就会跟它们互动，哎，真是让人又爱又恨。
这些小家伙一碰到物质，就像小孩子碰到玩具，兴奋得不得了。
想象一下，电子在物质中跑来跑去，碰到原子核，就像在跟一个个大叔打招呼，这些大叔可没那么容易亲近，得小心翼翼。
说到互动，哇，那真是个热闹的场面。
电子和原子之间就像朋友之间的打闹，偶尔也有点小摩擦。
比如，当一个带电粒子接近原子时，可能会把原子的电子吓得四处逃窜，这就像你在学校里看到老师突然走进来，大家瞬间安静了。
哎，这可不止是吓一跳哦，可能还会引发一场“电子大战”。
当电子被撵走了，留下的原子就会变得不稳定，难免有点儿不舒服。
你看，带电粒子不仅仅是跑来跑去那么简单，它们还会放出电磁波，像是发射信号。
就像你跟朋友发消息一样，传递信息。
这种电磁波不仅可以影响周围的物质，还能传递能量，嘿，真是厉害。
就好像在聚会中，有人带来了饮料，大家都乐呵呵的，气氛瞬间活跃起来。
不过，有时候带电粒子跟物质的互动也会让人哭笑不得。
想象一下，电子们不小心闯入了一个“禁区”，它们可就遭殃了，碰到其他粒子或者分子，结果可能就会发生反应，产生新的物质。
这就像朋友之间玩游戏，一不小心搞砸了，结果把整个局势搞得一团糟。
说不定还会制造出一些奇怪的化合物，大家哈哈大笑。
有些粒子还会通过碰撞带走一部分能量。
你想啊，就像你跟朋友打球，你用力一击，球飞出去，你自己反而跌了个跟头，哈哈，这就是能量转移。
物质中有很多“潜规则”，带电粒子进来，总是需要适应，学会如何在这个环境中生存。
而说到这个，辐射可就不能不提了。
带电粒子一旦高速运动起来，跟物质的碰撞可不是开玩笑的，能引起一系列反应，甚至产生辐射，真的是“不可小觑”。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用引言：带电粒子是指具有电荷的微观粒子，例如电子、质子等。
在物质中，带电粒子与其他物质之间会发生相互作用。
这种相互作用是物质世界中一种重要的基本现象，对于我们理解和应用自然界具有重要意义。
本文将从带电粒子与物质的相互作用的基本原理、类型和应用等方面进行阐述。
一、基本原理带电粒子与物质的相互作用遵循电磁相互作用力。
根据库仑定律，带电粒子之间的相互作用力与它们之间的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用力可以是吸引力，也可以是排斥力，取决于带电粒子之间的电荷性质。
二、类型1. 静电作用：带电粒子与物质之间的相互作用可以表现为静电作用。
当带电粒子靠近物质时，它们之间会发生电荷的转移或者重排，导致电荷的分布发生变化，从而产生静电力。
这种作用在电荷不移动的情况下发生，例如静电吸附、静电排斥等。
2. 磁场作用：带电粒子的运动会产生磁场，而物质对磁场也会产生响应。
当带电粒子通过物质时，物质中的电荷会受到磁场力的作用，并产生相应的运动或变化。
这种作用可以用于磁共振成像、磁性材料的制备等。
3. 电流作用：带电粒子在物质中运动时，会与物质中的电荷发生相互作用。
当带电粒子通过物质时，会产生电流，而电流会产生磁场。
这种作用可以用于电子输运、电磁感应等。
4. 能量转移：带电粒子与物质之间的相互作用还可以导致能量的转移。
当带电粒子与物质发生碰撞或相互作用时，它们之间的能量会发生转移，从而改变物质的性质或状态。
例如带电粒子的辐射与物质的相互作用会导致能量的转移，产生辐射损失。
三、应用带电粒子与物质的相互作用在科学研究和技术应用中具有广泛的应用价值。
1. 粒子加速器：粒子加速器利用带电粒子与物质之间的相互作用，通过电场或磁场加速带电粒子的运动。
这种技术被广泛应用于高能物理实验、核物理研究等领域。
2. 材料表征：带电粒子与物质的相互作用可以用于材料的表征。
例如扫描电子显微镜（SEM）利用电子与物质的相互作用，观察和分析材料的表面形貌和成分。
重带电粒子与物质相互作用
其中： R1和R2为射程 M1和M2为静止质量 Z1和 Z2为电荷
如果第二个粒子为质子（M2=1且Z2=1），这样另外粒子的射程R由下式给 出：
其中Rp(β)为质子射程。 图5.7表示了质子，α粒子和电子在水，肌肉，骨头和铅中的gcm-2射程。 对于给定能量的质子，在Pb中的gcm-2射程比水中大，这与Pb的小质量阻止 本领一致。
阻止本领和距离：Bragg峰
• 在低能处，当β→0时，括号前面的因子增加，导致产生一个峰（称为Bragg峰）。 • 当粒子能量接近0时，线性能量损失率最大。
α粒子在路径上的能量损失率
• • •
图画中低能处的能量损失的峰是一个例子。图中还画出了α的-dE/dx与在材料 中距离的关系。 对绝大多数α粒子径迹， α粒子具有2个电子电荷，能量损失率随1/E增加，这 点可由阻止本领方程预测。 在径迹末尾，通过电子拾取减少电荷，曲线下降。
阻止本领可以由能量损失谱来估算。 • 宏观截面μ表示单位路径上电子发生碰撞的概率。 • μ的倒数表示在两次碰撞间带电粒子走过的平均距离或平均自由程。 • 阻止本领是宏观截面与每次碰撞损失的平均能量的积。
例如： 1MeV的质子在水中的宏观截面为410μm-1，每次碰撞的平均能量损失为 72eV。阻止本领和平均自由程为多少？ 阻止本领，
单次碰撞能量损失谱
• • • • • Y轴代表计算得到的给定碰撞中能量损失为Q的概率。 以上计算得到的1MeV 质子最大能量损失，21.8keV 的 N.B.超出坐标范围。 最可能的能量损失在20eV量级。 N.B., 快带电粒子的能量损失谱很可能在10-70eV区间 慢带电粒子的能量损失谱不同，最可能的能量损失接近Qmax。
对于化合物或混合物，必须考虑每个单个成分的贡献。 在这种情况下，可以由不同成分的电子密度权重得到lnI值。 以下是对于水的例子（对组织也可能足够）。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用在物理学中，带电粒子与物质之间的相互作用是一个重要的研究领域。
带电粒子指的是带有电荷的基本粒子，如电子、质子等，而物质则包括了构成我们周围世界的一切物质实体。
这两者之间的相互作用机制不仅对于理解物质的性质和行为具有重要意义，也为各种应用提供了基础。
一、静电作用最基本的带电粒子与物质的相互作用是静电作用。
当两个物体中的带电粒子之间存在电荷差异时，它们会产生静电力的相互作用。
根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与电荷的大小成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用可以导致物体的吸附、斥力、电荷传递等现象。
静电作用在日常生活中也经常出现，比如我们身体摩擦后产生的静电电荷可以使身体与物体发生吸引或者排斥的现象。
在工业中，静电作用也是一种重要的物料处理技术，例如静电吸附、静电喷涂等。
二、电磁作用电磁作用是带电粒子与物质之间更加复杂的相互作用方式。
它包括两个方面，一方面是带电粒子在物质中受到的电场力的作用，另一方面是带电粒子的运动状态对物质电磁性质的影响。
对于带电粒子在电场中的相互作用，根据库仑定律和电场叠加原理，可以得到带电粒子在电场中所受到的电场力大小和方向。
这种相互作用广泛应用于电子学和电路中，例如电荷在电场中的偏转、电势差引起的电子流等。
带电粒子对物质电磁性质的影响则涉及到材料的导电性、磁性等方面。
带电粒子的运动会在物质中引起电流，进而改变物质的导电性质。
而当带电粒子的运动速度接近光速时，还会产生磁场效应，即洛伦兹力。
这些现象在电磁学、材料科学等研究中有着广泛的应用。
三、辐射作用带电粒子与物质相互作用的另一种重要方式是辐射作用。
当带电粒子在物质中运动时，会释放出能量并产生辐射，例如电子在物质中的电离和俄歇效应。
辐射作用在核物理、粒子物理等领域中具有重要意义。
例如，在医学上，正电子发射断层成像（PET）技术利用正电子与物质相互作用产生的辐射进行人体成像；在核反应中，粒子与原子核的相互作用可以产生高能粒子和辐射。
带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数
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带电粒子与物质的相互作用
带电粒子进入任一种吸收介质后，就立 即同时与许多电子相互作用，在任一次 这样的相互作用中，电子当粒子从其附 近经过时都受到一次库伦引力的冲击。 根据相互作用的接近程度，这种冲击可 能使电子升至吸收体原子中的较高位壳 层（激发）或使电子完全脱离原子（电 离）。
传递给电子的能量必然来自带电粒子，隐刺带电粒子的速度 由于相互作用而降低，在一次碰撞中，质量为m、动能为E的 带电粒子传递给质量为me的电子的最大能量为4Eme/m，即 大约为每个核子的粒子能量的1/500，由于这是总能量的很小 的一部分，初级粒子经过吸收体时，一定是通过许多次这样 的相互作用才损失掉它的能量。在任何时刻，带电粒子都是 在与许多电子相互作用，因此总效果是粒子速度不断降低， 知道粒子被阻止。
为了描述快电子由于电离和激发引起的比能损失 （“碰撞损失”），Bethe也推出类似重带电粒子比能损 失的公式。
式中符号意义与前式相同。
电子与重带电粒子也不同，除经过库伦相互作用以外，还能 经过辐射过程损失能量。这些辐射损失的形式是轫致辐射， 及电磁波，它可以从电子径迹的任何位置发出。根据经典理 论，电子被加速时必然发射能量，而电子与吸收体相互作用 而偏转时相当于这种加速，经过这样辐射过程的线性比能损 失为
重带电粒子由于本身质量很重，不容易通过碰撞改变运动 方向，其径迹如图所示，除末尾以外，径迹相当平直。因 此重带电粒子可以用在某一吸收物质中的一定射程来表征， 这个射程的表示没有粒子穿透到这个经典方法或者量子力学方法可以求得，重带电粒子 穿过厚度为 dx 的介质层，与介质原子电子的碰撞所丢 失的能量可以用 Bethe-Bloch 公式来描述：
与重带电粒子相比，快电子的射程的概念不太明
确，因为电子的总路程的长度比沿初始速度方向穿 透的距离大得多。通常，电子的射程是从图中那样 的曲线将末端直线部分外推到零求得的，它表示几 乎没有电子能穿透的吸收体厚度。
带电粒子与物质相互作用可产生
带电粒子与物质相互作用可产生1. 引言嘿，你有没有想过那些看似平常的电荷和物质碰撞后会发生什么有趣的事情？其实，这背后可大有文章。
带电粒子就像一颗颗小小的炸弹，它们碰撞到物质时，可不是简单的“嗨”一下那么简单。
来，我们一块儿探探这其中的奥秘，看看这些电荷们能在物质里搞出什么大动静！2. 电荷与物质的奇妙碰撞2.1. 光的产生首先，带电粒子碰到物质时，最常见的就是产生光了。
你看，荧光灯、电视机、甚至一些闪闪发光的玩意儿，都是依靠这种原理的。
带电粒子（比如电子）飞速撞击物质内部的原子，这些原子就像被打了一针兴奋剂一样，变得很激动。
当这些原子从高能状态回到低能状态时，它们就会释放出光，照亮你的世界。
是不是感觉像是电子们在物质中举行了一场灯光秀？2.2. 电离效应接着，带电粒子还会让物质发生电离。
电离就是把原本平静的原子搞得一团乱。
带电粒子碰到原子时，有可能把它们的电子给打飞了，留下带正电的原子核和一个自由的电子。
这种现象在日常生活中有很多应用，比如X光检查，医学上用得特别广。
电离就像是带电粒子给物质带来了小型的炸弹爆炸，瞬间改变了原本的状态。
3. 电荷与物质的互动效果3.1. 激发与辐射除了光和电离，带电粒子还会引发激发效应。
当带电粒子撞到物质时，它们能把物质中的原子或分子推到激发状态，就像是给它们加了“鸡血”，让它们兴奋起来。
这时候，物质就会在某些特定的条件下释放出特定的辐射，比如紫外线、X射线等。
这种辐射可以用来研究物质的内部结构，了解它们的秘密。
3.2. 粒子散射最后，带电粒子还可能引起粒子散射。
想象一下你扔石子进水里，水面就会产生涟漪。
带电粒子也差不多，它们在碰到物质时，会把物质中的其他粒子“撞”得东倒西歪。
这种散射现象被用来分析物质的性质，比如研究物质的结构、密度等信息。
科学家们就像在用带电粒子玩一个复杂的“弹珠游戏”，在不断地揭示物质的奥秘。
4. 结论综上所述，带电粒子和物质的互动不仅仅是“碰一碰”那么简单，而是会引发一系列精彩的反应。
粒子与物质相互作用-第一章_2011
32
第一章 引言
Proton Irradiation Facility at U of Michigan
33
第一章 引言
34
第一章 引言
35
MeV He irrad.
第一章 引言
High dpa irrad.
2*6 MV Tandem
H/He/HI co-irrad. Chamber
4.5 MV Van de Graaff
Jiali Li, et al. / Nature,2001,Vol. 412(12)
Z. Siwy, et al. Phys. Rev. Lett, 2002 Mara A, et al. Nano Lett, 2004
A. J. STORM, et al./Nature Materials,221003, Vol. 2
第一章 引言
nature materials | VOL 2 | AUGUST
2003 |
22
第一章 引言
Nano Lett., Vol. 6, No. 12, 2718(2006)
24
第一章 引言
Appl. Phys. Lett., Vol. 83, No. 17, 2003
25
第一章 引言
在向物质世界更深层次进军的同时，核物理学家同其它领域的 科学家们结合起来，利用核物理的知识及加速器这一工具，向原子分 子物理、固体物理以及材料、能源、化学、生物学和医学等方面渗透 与发展。这不仅大大促进了这些学科的发展和进化，也形成了一些生 命力很强的交叉学科。
3
第一章 引言
例如：
材料科学：半导体注入及光刻、载能束（离子束、电子束、X射线/同步辐射、 中子源）材料分析、金属（陶瓷、高聚物等）材料改性、核材料辐照损伤、纳 米材料及结构制备。 航天：单离子翻转、位移电流、电荷积累。 化学：离子/电子/光子束高分子接枝、电子/光子束辐照（固化、消毒）等。 环境：电子束辐照脱硫脱硝等。环境样品检测（AMS、PIXE）。 农业：载能束诱变育种等。 医学：诊断与检测；常规放疗及质子、重离子治癌等。微量元素分析。 地学：测年（AMS、裂变径迹）。 考古：测年（AMS）。 ……
第2章辐射与物质的相互作用
辐射阻止本领
1 dE ρ dl rad
mc2 << E << 137mc2Z-1/3 时：
1 dE K1 E + mc2 Z (Z + 1) 2 E + mc2 4 = × 4 ln − MeV ⋅ cm2 ⋅ g −1 ρ dl rad 2πMa mc2 137 mc2 3
(
)
(
)
E >> 137mc2Z-1/3 时：
K 1 E + mc 2 Z (Z + ζ ) 1 dE 183 2 × 4 ln 1 / 3 + = 2 mc Z 137 9 ρ dl rad 2π M a
(说明略)
(
)
MeV ⋅ cm 2 ⋅ g −1
23
总质量阻止本领＝碰撞阻止本领＋辐射阻止本领
S =S +S ρ ρ col ρ rad
8
1. 电离、激发和碰撞阻止本领
库仑相互作用 带电粒子 轨道电子
电离
激发
9
碰撞阻止本领 (S/ρ)col
线碰撞阻止本领
dE dl col
44
第 I 阶段：
原子的光电效应截面： （每个原子） hν<<m0c2时， σ τ ∝ Z 5 h1 ν hν>>m0c2时，
στ ∝ Z 5
7 2
单位：cm2
Z－介质的原子序数
1 hν
光电效应的几率与原子序数 Z5成正比； 光电效应的几率与光子能量hν或hν3.5成反比； 低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势； 光电效应主要发生在K层及L层电子。
肿瘤放射物理学-物理师资料-22 带电粒子与物质的相互作用
用 Scol 或
dE ( dl )col
表示
质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）：线性 碰撞阻止本领除以靶物质的密度。
用
(
S
)col
或
1 dE
( dl )col 表示
电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质的每克电子数之间的关系
1、重带电粒子质量碰撞阻止本领表达式：
或
1 dE
( dl )rad
辐射损失与入射粒子及靶物质部分物理量之间的关系
关系式：
S
z2Z 2
( )rad m2 NE
带电粒子的能量
结论：
带电粒子静止质量
单位质量靶物 质中的原子数
（1）与入射带电粒子的质量m的平方成反比，重带电粒子的轫致
辐射引起的能量损失可以忽略；
（2）与Z2成正比，说明在重元素物质中的韧致辐射损失比轻元素
物质大；
（3）与粒子的能量成正比，这与电离损失的情况不同。
（三）带电粒子与原子核的弹性碰撞 当带电粒子与靶物质原子核库仑场发生相互作用时，尽管带电粒
子的运动方向和速度发生变化，但不辐射光子，也不激发原子核， 它满足动能和动量守恒定律，属弹性碰撞，也称弹性散射。
当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞。 重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时运动方向 改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的径迹比较直。 电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改变可以很 大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此它在物质中的径迹很 曲折。
（二）带电粒子与原子核的非弹性碰撞 当带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库仑场作用下，运
动方向和速度发生变化，此时带电粒子的一部分动能就变成具连续 能谱的X射线辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。
4-3带电粒子中子与物质的相互作用
中子射线与物质相互作用
(2) 非弹性散射 中子的一部分能量用于激发原子核，而后它 离开相互作用点，被激发的原子核放出光子 后又回到基态。因此，中子的部分能量变成 了辐射γ 能。
(b) 非弹性碰撞
中子射线与物质相互作用
(3) 吸收
原子核俘获中子的过程称为吸收。俘获中子的原子 核呈激发状态，紧接着它就发射出光子或带电的粒 子。 对于几个重原子，也可能发生核裂变图。残存的原 子核常常是放射性的。
R0 0.318E
3/ 2
4.4 β 射线与物质相互作用
电子与靶物质的相互作用，主要有
电离、激发 快电子穿过靶物质时，与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞，从而把一部分 能量转给核外电子，使靶原子电离或激发。 轫致辐射 由于电子质量轻，当入射电子与靶原子核发生非弹性碰撞时，其速度和方向都 会发生很大的变化，根据经典电磁理论，将产生电磁辐射，这种电磁辐射称为 轫致辐射。带电粒子的轫致辐射引起的辐射能量损失率为
带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞
当入射带电粒子从靶原子附近掠过时，靶原子的核外电 子因库仑相互作用而受到吸引或排斥，获得一部分能量。 如果核外电子获得的能量大于轨道结合能，电子脱离原子 核的束缚逸出，成为一个自由电子，原子成为正离子。即 入射带电粒子引起的靶原子的电离过程。原子的最外层电 子受核的束缚最弱，最容易被电离。 如果核外电子在库仑相互作用中获得的动能较小，不足以 被电离，但有可能从原来较低的能级跃迁到较高的能级， 从而使原子处于激发状态，这种过程称为激发，处于激发 态的原子不稳定，会通过跃迁返回基态(退激)，退激过程 中会释放出可见光或紫外线，这就是受激原子的发光现象 。
带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞
当入射带电粒子到达靶原子核的库仑场时，其库 仑引力或斥力会使入射粒子的速度和方向发生变 化。由电磁学理论可知，伴随着这种运动状态的 改变会产生电磁辐射（称为“韧致辐射”），从 而造成入射粒子的能量损失，这种能量损失称为 “辐射损失”。(辐射损失是轻带电粒子损失能量 的一种重要方式) 如电子撞击阳极靶 重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，可能 使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称 为库仑激发。一般库仑激发概率太小，将不予考 虑。
静电力与带电粒子交互作用
静电力与带电粒子交互作用静电力是一种特殊的力，在物理学中扮演着重要角色。
它是由于带电粒子之间的相互作用而产生的力。
在这篇文章中，我们将讨论静电力与带电粒子交互作用的基本原理和影响因素。
静电力是由电荷引起的力，当两个物体之间具有电荷差异时会发生静电相互作用。
根据库仑定律，静电力的大小与电荷的大小成正比，与两个带电物体之间的距离的平方成反比。
公式表达为：F = k * (q1 * q2) / r^2其中，F 表示静电力的大小，k 是库仑常数，q1 和 q2 分别表示两个物体的电荷大小，r 表示两个物体之间的距离。
静电力的方向根据两个物体的电荷类型来决定。
同性电荷（正电荷与正电荷，负电荷与负电荷）之间的静电力是排斥力，而异性电荷（正电荷与负电荷）之间的静电力是吸引力。
静电力的大小和方向对于带电粒子的运动非常重要。
当两个带电粒子之间存在静电相互作用时，它们会受到引力或排斥力的影响，从而改变它们的运动轨迹。
这种相互作用在自然界中起着重要的作用。
除了电荷的大小和距离的影响外，环境中的介质也会对静电力产生影响。
根据电介质的性质，静电力的传递速度和强度可能会发生变化。
需要注意的是，静电力只对带电粒子起作用。
如果物体没有电荷，它们之间将没有静电相互作用。
静电力不仅在日常生活中存在，而且在科学研究和工程应用中也发挥着重要作用。
例如，在电场中放置带电粒子可以利用静电力将它们束缚在一起，形成等离子体。
这种应用在核聚变反应和等离子体物理研究中具有重要意义。
此外，静电力也广泛应用于粉尘去除和喷涂等工艺中。
静电力可以用于收集空气中的粉尘颗粒，从而净化空气质量。
在喷涂过程中，静电力可以使涂料颗粒均匀地附着在目标物体上，提高喷涂效果。
总之，静电力与带电粒子交互作用是一个重要的物理现象。
通过理解静电力的原理和影响因素，我们可以更好地理解自然界中的现象，并将其应用于实际问题的解决中。
无论是科学研究还是工程应用，静电力都发挥着重要作用，帮助我们进行更深入的研究和实践。
两个运动的带电粒子间的相互作用
两个运动的带电粒子间的相互作用在物质领域，带电粒子之间的相互作用是一种普遍存在的现象。
特别是当两个带电粒子在运动时，它们之间的相互作用更加明显。
这种相互作用包括引力、静电力、磁力等。
本文将主要探讨两个运动的带电粒子间的相互作用。
首先，我们来研究两个带电粒子间的静电相互作用。
静电相互作用是由于两个带电粒子之间的电荷引力而产生的。
根据库仑定律，两个电荷之间的引力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
当两个带电粒子的电荷量相同且符号相同时，它们之间会产生排斥力；而当两个带电粒子的电荷量大小不同或者符号相反时，它们之间会产生吸引力。
静电相互作用是由于电荷之间的相互作用力引起的，且力的方向沿着两个带电粒子之间的连线方向。
其次，我们将研究两个带电粒子间的磁力相互作用。
当两个带电粒子运动时，它们所产生的磁场会相互作用，从而产生磁力。
根据洛伦兹力定律，磁力的大小与电荷的速度、磁场的强度以及它们之间的夹角有关。
当两个带电粒子的速度方向垂直于磁场方向时，它们之间会产生磁力。
磁力的方向垂直于速度方向和磁场方向，并遵循右手定则。
两个带电粒子间的相互作用不仅仅局限于静电力和磁力。
在一些特殊情况下，两个带电粒子之间可能会同时受到引力、静电力和磁力的作用，这样就会出现多种力的叠加效应。
此外，两个带电粒子间的相互作用还可能受到其他因素的影响，比如介质的影响、外界场的作用等。
综上所述，两个运动的带电粒子间的相互作用是一个复杂而多样的现象。
它涉及到静电力、磁力等多种力的作用，并受到其他因素的影响。
研究和理解这种相互作用对于深入认识物质世界中的电磁现象具有重要意义。
通过进一步探索和实验验证，我们可以更好地揭示这种相互作用的规律和特性，为科学研究和实际应用提供有力的支撑。
希望本文对于读者理解两个运动的带电粒子间的相互作用有所帮助。
带电粒子和物质的相互作用
带电粒子和物质的相互作用你有没有想过，在我们生活的这个世界里，有一些超级微小的家伙，它们虽然小得看不见摸不着，但却在悄悄地和我们周围的物质发生着各种奇妙的相互作用呢？这些小家伙就是带电粒子呀。
就说那天吧，我和我那好奇心爆棚的小伙伴小明一起去科技馆玩。
一走进科技馆的大门，就看到了一个特别酷炫的展示区，那里有各种各样关于电的实验和演示。
小明一下子就被一个模拟闪电的装置吸引住了，眼睛瞪得老大，嘴巴张得都能塞下一个鸡蛋。
“哇塞，这闪电也太厉害了吧！”他忍不住大声喊道。
我在一旁笑着说：“你可别光看个热闹呀，这闪电里面可就有带电粒子在搞事情呢。
”其实呀，带电粒子和物质的相互作用在我们的生活中随处可见。
比如说，冬天的时候，我们脱毛衣的时候，经常会听到“噼里啪啦”的声音，还会看到一些小火花。
这就是因为我们在脱毛衣的时候，衣服之间相互摩擦，让一些电子从一个物体跑到了另一个物体上，产生了静电，这就是带电粒子在作怪呢。
小明听了我的解释，若有所思地点点头，说：“原来如此啊，我还以为是我的衣服成精了呢，哈哈。
”带电粒子和物质的相互作用可不止这一种哦。
当带电粒子从原子附近经过时，就像一群调皮的小精灵，它们和原子的核外电子之间会产生库仑力的作用，要么吸引，要么排斥。
如果电子获得的能量足够大，大到能够克服原子核的束缚，就会脱离原子核，成为自由电子，这就叫做电离。
这就好比一个小孩子本来被家长管着，但是有了足够的力量之后，就挣脱了家长的束缚，跑出去自由玩耍了。
而且呀，要是内层的电子跑了，外层的电子还会向内层跃迁呢，这个过程中还会产生特征X射线和俄歇电子，是不是很神奇呀？还有一种情况呢，就是带电粒子和原子碰撞后，没有让电子脱离原子核，只是让电子跃迁到了较高的能级上，这就叫激发。
这就好像一个人本来在一楼待着，被带电粒子这么一刺激，一下子跳到了二楼，但是还没有离开这栋楼。
除了这些微观的相互作用，在宏观世界里也有带电粒子和物质相互作用的例子呢。