02辐射与物质的相互作用
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如235U吸收一个慢中子裂变产生两个裂片，质量小的平 均质量数m1=96，总电荷 Q1＝20e；质量大的平均质量 数m2=139，总电荷 Q2＝72e。 • 重离子 Z>2的离子，核裂片是其中一种，存在与宇宙线 中，也可以通过把原子的核外电子直接剥离产生，一般 用重离子加速器产生并加速，以增加其能量。
14
3. 伴随核反应产生的 射线
4
2
49B e16C 2*01n
生成的 12 C处于激发态，向低能级跃迁时 产生能量为4.44MeV的 射线。
15
4. 轫致辐射（x射线）
• 当快电子与物质相互作用时，其部分能量转换 成轫致辐射形式的电磁辐射。
• 转换成轫致辐射的电子能量的份额随入射电子 能量的增加而增加，也随吸收物质的原子序数 的增加而增加。
10
Bi的衰变及Tl的能级
11
三、射线和x射线
• 电磁波，静止质量为0，具有波粒二象性。
• 波长比普通光波短很多， 波长<x 波长， 粒子性更突出，常称光子。
• 能量 E h hc
动量 P h h c
h 普朗克常数，v 振动频率，c 光速， 波长
Ehc1(2 4)(0e0V)1( 2.4)(Ke)V
• 轫致辐射谱是连续的。
16
•特征X射线的产生
处于激发态的原子，内层电子的跃迁使原子恢 复到最低能态或基态，同时以发射特征X射线 的形式释放能量，该特征X射线的能量等于初 态与终态间的能量差。
M
L
K K
K
17
外部辐射激发
特征X射线
入射粒子束
靶
入射粒子能量必须大于预期由靶发出的 最大X射线能量， X射线谱为连续谱， 特征X射线能量是单一的，各向同性发射。
•轻子—不参与强相互作用的，自旋为1/2的粒子， 如：电子，子，子，各类中微子，……
•场量子—自旋为1，传递相互作用的粒子， 它们是光子，胶子，W、Z中间玻色子。
3
一些纯电子源
6
• 内转换电子 能量从keV 到MeV，为单能。 处于激发态的原 子核通过把能量交给核外电子退激发，核外电子把获得能量 的一部分用以克服结合能，其余作为电子的动能脱离原子。
22
五、放射性衰变的基本规律
1. 指数衰减规律
dNNd, t
NN0et
N0：t=0时刻的原子核数目 N： t时刻的原子核数目 ： 衰变常数，单位时间每个原子核衰变的几率
23
2. 核衰变的时间特性
• 半衰期T1/2：
பைடு நூலகம்
tT 1/2 时N ， 1 2N 0N 0e T 1/2
T1/2
ln2
0.693
放射性原子核数目衰减到一半所需的时间
单位
居里（Ci）：3.7×1010衰变 /s，mCi，Ci
贝可勒尔（Bq）：1衰变 /s ， 1Ci=3.7×1010Bq
KBq，MBq
25
•比放射性活度(比活度，固体适用） 放射性样品中某种放射性核素的活度与样品 质量（或体积）之比，即单位质量的放射性 样品内该核素的活度。其单位是kBq.g-1 、 MBq.g-1等。 •放射性浓度（溶液和气体适用） 对放射性溶液和气体常用放射性浓度来表示 其中所含有的某放射性核素的量，其含意是 单位体积溶液或气体中所含的该核素的活度。 其单位是Bq.L-1、Bq.m-3 、kBq.L-1等。
• 平均寿命：
1, 1
需的时间
t放时 射性原， N 子 核1 e数N 目0衰N 减0到e1/e所
• 能级宽度：粒子处在某一状态有一定的时间范围，
处在该状态的平均时间称为寿命，或称这个能级有一定宽度。
24
3. 放射性活度及单位
放射性活度
单位时间放射性物质的衰变数
AdN
dt
NA0et
N－放射性核数 －衰变常数 A0－t=0时刻的放射性活度
18
用于激发特征X射线的粒子源
19
四、中子
• 中子性质：电中性，自旋1/2，mn=940MeV， 束缚在原子核内的中子是稳定的，自由中子是 不稳定的。平均寿命 ＝16.9分。
npe~e
• 中子的产生 1. 许多超铀重核素具有自发裂变几率，每次裂
变时发射几个快中子。最常见的源是252Cf 。
20
21
12
• 射线产生 1. 处于激发态的原子核向低能级跃迁时发
射射线。对实验室中使用的大多数辐 射源来说，受激核态是在放射性母核经 、衰变过程中形成的，所以射线常 常伴随、射线产生。 2. 正反粒子湮灭发射射线。如正电子与 负电子相遇发生湮灭，发射两个方向相 反的光子， 光子能量为0.511MeV。
13
第六章
辐射与物质的相互作用
1
主要内容
• 0、微观粒子的基本性质 • 1、辐射与物质相互作用概述 • 2、重带电粒子与物质的相互作用 • 3、快电子与物质的相互作用 • 4、电磁辐射与物质的相互作用 • 5、其他
2
6.0 微观粒子的基本性质
一、粒子的分类及主要性质 按粒子参与相互作用的情况来分类
•强子—参与强相互作用的粒子 重子—自旋为1/2和半整数的强子，是费米子， 服从费米－狄拉克统计规律。如：质子、 中子、各类超子。 介子—自旋为整数的强子，是玻色子，服从玻色 －爱因斯坦统计规律。如：，k，……
7
• 俄歇电子 俄歇电子能量比 粒子和内转换电子能量低。 俄歇效应与x射线发射是互相竞争的两个过程。 原子内壳层失去一个电子出现一个空穴时，外 壳层电子就可能跃迁来填补空穴，同时发射x 射线。若不发射x射线而将能量交给另一个壳 层电子，使其克服结合能而发射出去，这个过 程就是俄歇效应，打出的电子就是俄歇电子。
• 电子加速器 如BES、LEP等，加速后的电子能量可达GeV 量级。
8
9
二、重带电粒子
• 质子 H原子核，mp=938MeV=1836me，带1个正电荷。 • 粒子 He原子核，由2个质子和2个中子组成，带2个正
电荷。
• 衰变 Z AX Z A 4 2Y2 4H(e)
• 核裂片 重核裂变产生两个裂变碎片。根据动量守恒， 每个碎片向相反方向发射。是带多电荷的正离子。
• 放射性同位素（，n）源
从许多普通放射性核素的直接衰变可以得到
具有相当能量的粒子，所以可以把发射粒子 的同位素与适当的靶物质混和起来，制成小的 自给中子源。
4
2
49B e16C 2 01n
Q＝5.17MeV
• 光致中子源 光子能量>10MeV
49B eh 48Be01n Q1.66M 6 eV 1 2Hh 11H01n Q2.22M 6 eV
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3. 伴随核反应产生的 射线
4
2
49B e16C 2*01n
生成的 12 C处于激发态，向低能级跃迁时 产生能量为4.44MeV的 射线。
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4. 轫致辐射（x射线）
• 当快电子与物质相互作用时，其部分能量转换 成轫致辐射形式的电磁辐射。
• 转换成轫致辐射的电子能量的份额随入射电子 能量的增加而增加，也随吸收物质的原子序数 的增加而增加。
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Bi的衰变及Tl的能级
11
三、射线和x射线
• 电磁波，静止质量为0，具有波粒二象性。
• 波长比普通光波短很多， 波长<x 波长， 粒子性更突出，常称光子。
• 能量 E h hc
动量 P h h c
h 普朗克常数，v 振动频率，c 光速， 波长
Ehc1(2 4)(0e0V)1( 2.4)(Ke)V
• 轫致辐射谱是连续的。
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•特征X射线的产生
处于激发态的原子，内层电子的跃迁使原子恢 复到最低能态或基态，同时以发射特征X射线 的形式释放能量，该特征X射线的能量等于初 态与终态间的能量差。
M
L
K K
K
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外部辐射激发
特征X射线
入射粒子束
靶
入射粒子能量必须大于预期由靶发出的 最大X射线能量， X射线谱为连续谱， 特征X射线能量是单一的，各向同性发射。
•轻子—不参与强相互作用的，自旋为1/2的粒子， 如：电子，子，子，各类中微子，……
•场量子—自旋为1，传递相互作用的粒子， 它们是光子，胶子，W、Z中间玻色子。
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一些纯电子源
6
• 内转换电子 能量从keV 到MeV，为单能。 处于激发态的原 子核通过把能量交给核外电子退激发，核外电子把获得能量 的一部分用以克服结合能，其余作为电子的动能脱离原子。
22
五、放射性衰变的基本规律
1. 指数衰减规律
dNNd, t
NN0et
N0：t=0时刻的原子核数目 N： t时刻的原子核数目 ： 衰变常数，单位时间每个原子核衰变的几率
23
2. 核衰变的时间特性
• 半衰期T1/2：
பைடு நூலகம்
tT 1/2 时N ， 1 2N 0N 0e T 1/2
T1/2
ln2
0.693
放射性原子核数目衰减到一半所需的时间
单位
居里（Ci）：3.7×1010衰变 /s，mCi，Ci
贝可勒尔（Bq）：1衰变 /s ， 1Ci=3.7×1010Bq
KBq，MBq
25
•比放射性活度(比活度，固体适用） 放射性样品中某种放射性核素的活度与样品 质量（或体积）之比，即单位质量的放射性 样品内该核素的活度。其单位是kBq.g-1 、 MBq.g-1等。 •放射性浓度（溶液和气体适用） 对放射性溶液和气体常用放射性浓度来表示 其中所含有的某放射性核素的量，其含意是 单位体积溶液或气体中所含的该核素的活度。 其单位是Bq.L-1、Bq.m-3 、kBq.L-1等。
• 平均寿命：
1, 1
需的时间
t放时 射性原， N 子 核1 e数N 目0衰N 减0到e1/e所
• 能级宽度：粒子处在某一状态有一定的时间范围，
处在该状态的平均时间称为寿命，或称这个能级有一定宽度。
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3. 放射性活度及单位
放射性活度
单位时间放射性物质的衰变数
AdN
dt
NA0et
N－放射性核数 －衰变常数 A0－t=0时刻的放射性活度
18
用于激发特征X射线的粒子源
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四、中子
• 中子性质：电中性，自旋1/2，mn=940MeV， 束缚在原子核内的中子是稳定的，自由中子是 不稳定的。平均寿命 ＝16.9分。
npe~e
• 中子的产生 1. 许多超铀重核素具有自发裂变几率，每次裂
变时发射几个快中子。最常见的源是252Cf 。
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• 射线产生 1. 处于激发态的原子核向低能级跃迁时发
射射线。对实验室中使用的大多数辐 射源来说，受激核态是在放射性母核经 、衰变过程中形成的，所以射线常 常伴随、射线产生。 2. 正反粒子湮灭发射射线。如正电子与 负电子相遇发生湮灭，发射两个方向相 反的光子， 光子能量为0.511MeV。
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第六章
辐射与物质的相互作用
1
主要内容
• 0、微观粒子的基本性质 • 1、辐射与物质相互作用概述 • 2、重带电粒子与物质的相互作用 • 3、快电子与物质的相互作用 • 4、电磁辐射与物质的相互作用 • 5、其他
2
6.0 微观粒子的基本性质
一、粒子的分类及主要性质 按粒子参与相互作用的情况来分类
•强子—参与强相互作用的粒子 重子—自旋为1/2和半整数的强子，是费米子， 服从费米－狄拉克统计规律。如：质子、 中子、各类超子。 介子—自旋为整数的强子，是玻色子，服从玻色 －爱因斯坦统计规律。如：，k，……
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• 俄歇电子 俄歇电子能量比 粒子和内转换电子能量低。 俄歇效应与x射线发射是互相竞争的两个过程。 原子内壳层失去一个电子出现一个空穴时，外 壳层电子就可能跃迁来填补空穴，同时发射x 射线。若不发射x射线而将能量交给另一个壳 层电子，使其克服结合能而发射出去，这个过 程就是俄歇效应，打出的电子就是俄歇电子。
• 电子加速器 如BES、LEP等，加速后的电子能量可达GeV 量级。
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二、重带电粒子
• 质子 H原子核，mp=938MeV=1836me，带1个正电荷。 • 粒子 He原子核，由2个质子和2个中子组成，带2个正
电荷。
• 衰变 Z AX Z A 4 2Y2 4H(e)
• 核裂片 重核裂变产生两个裂变碎片。根据动量守恒， 每个碎片向相反方向发射。是带多电荷的正离子。
• 放射性同位素（，n）源
从许多普通放射性核素的直接衰变可以得到
具有相当能量的粒子，所以可以把发射粒子 的同位素与适当的靶物质混和起来，制成小的 自给中子源。
4
2
49B e16C 2 01n
Q＝5.17MeV
• 光致中子源 光子能量>10MeV
49B eh 48Be01n Q1.66M 6 eV 1 2Hh 11H01n Q2.22M 6 eV