带电粒子与物质相互作用
射线检测技术4-3带电粒子、中子与物质的相互作用
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dd辐Ex射)r引ad起的辐zm2射Z2能2量N损E失率为
所以X射线管中用高能量电子、高原子序数靶 多次散射
电子与靶原子核库仑场发生相互作用时，还可能发生弹性散射，即只改变运 动
方向，不辐射能量。由于电子质量比原子核小得多，因此散射角度可以
(c) 进行粒子放射的吸收
(d) 进行核裂变的吸收
中子射线强度的指数衰减规律
α射线与物质相互作用
•(1) α射线与核外电子作用 •α粒子在物质中通过时，由于α粒子和原子核外电 子的库仑作用，使电子获得能量。如果这种能量能 够使电子克服核的束缚，电子将脱离原子而成为自 由电子，即为电离。如果α粒子传给电子的能量较 小，还不能使电子脱离核的束缚变成自由电子，但 是电子有可能从原来的能级跃迁到更高的能级上去
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。
带电粒子与靶原子核的弹性碰撞
带电粒子与靶原子核发生库仑相互作用而改变其 运动速度和方向，但不辐射光子，也不激发原子 核，碰撞前后保持动量守恒，入射粒子损失能量 ，靶原子核反冲。入射粒子可以多次与靶原子核 发生这种弹性碰撞，造成能量损失。同时反冲的 靶原子核如果能量较高，也可以与靶原子核发生 弹性碰撞，这种级联碰撞可造成靶物质的辐射损 伤。从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，这种 作用过程也称为“核阻止”。
，使原子处于较高的能量状态，即为激发。
荧光光子
散射光子
α射线
e
(a) 激发
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！。
(完整版)核医学重点
核医学第一章1。
放射性核素：是一类原子核能自发的,不受外界影响也不受元素所处状态的影响，只和时间有关而转变成其它原子核的核素。
2放射性活度：单位时间内发生衰变的原子核数。
3元素：指质子数、核外电子数和化学性质都相同的同一类原子.4核素:质子数,中子数，能量状态均相同的原子称为核素。
5同位素：质子数相同，中子数不同的元素互称同位素。
6同质异能素：质子数相同，中子数相同，而处于不同能量状态的元素.7电离：带电粒子通过物质时和物质原子的核外电子发生静电作用，使电子脱离原子轨道而形成自由电子的过程。
8激发：原子的电子所获得的能量不足以使其脱离原子,而只能从内层轨道跳到外层轨道，是原子从稳定状态变成激发状态的作用。
9湮灭辐射：正电子衰变产生的正电子,在介质中运行一定距离，当其能量耗尽时可与物质中的自由电子结合，而转化为两个方向相反、能量各自为0。
511MeV的y光子而自身消失的现象。
10光电效应：y光子和原子中的内层壳层电子相互作用,将全部能量交给电子，使其脱离原子成为自由光子的过程。
11康普顿效应:能量较高的y光子与原子核中的核外电子作用时，只将部分能量传递给核外电子，使其脱离原子核束缚成为高速运行的自由电子，而y光子本身能量降低、运行方向发生改变的现象.12有效半衰期:由于物理衰变与生物代谢共同作用而使体内放射性核素减少一半所需要的时间。
13放射性核素的特点是什么？放射性核素具有核衰变和物理半衰期两个特点。
（1）核衰变是指不稳定的核素自发放出射线转变成另一种核素的过程，包括a，B+，B—，y衰变。
(2）物理半衰期是指放射性核素从No衰变到No的一半所需要的时间.14核衰变的方式？a衰变：不稳定原子核放出a粒子（即一个氦核)转变成另一个核素的过程。
每次衰变母核便失去两个质子和两个中子。
B+衰变：指放射性核素放出B+的衰变。
每次衰变时核中一个质子转化为中子，同时释放出一个正电子及一个中微子。
B—衰变：指放射性核素放出B-的衰变。
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；
带电粒子与物质相互作用的几个主要过程
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带电粒子与物质相互作用
带电粒子与物质相互作用1. 引言在我们日常生活中，电与物质的相互作用可谓无处不在。
无论是手机的电池还是医学影像技术，带电粒子和物质的互动都在背后默默地发挥着重要作用。
让我们一起探个究竟，看看这些神奇的粒子如何与物质打交道吧！2. 带电粒子：小小角色，大大影响2.1 什么是带电粒子？首先，咱们得搞清楚，带电粒子到底是什么。
简单来说，带电粒子就是那些带有电荷的粒子，比如电子。
你可以把它们想象成那些总喜欢带电的“小家伙”，在物质中来回跑动，带来各种各样的效果。
2.2 带电粒子如何与物质互动？当这些带电粒子碰上物质时，就会发生一系列有趣的事情。
就像你把磁铁靠近铁屑，它们会被吸引一样，带电粒子也会和物质中的原子、分子产生互动。
这种互动能导致物质的变化，比如发光、发热，甚至改变物质的结构。
是不是听起来挺酷的？3. 实际应用：生活中的带电粒子3.1 电子设备中的奇妙作用我们的电子设备离不开带电粒子的参与。
比如手机的电池里，带电粒子通过电池的化学反应流动，产生电力，让你的手机“活”过来。
换句话说，没有这些粒子，手机就像没电了的蔫菜，不动弹了。
3.2 医学影像中的神奇表现医学影像技术也是带电粒子发挥作用的一个好例子。
比如X射线，它就是利用带电粒子穿透身体，拍出内部的“照片”。
医生通过这些“照片”能看到身体的各种状况，帮助我们及早发现问题。
真是个了不起的“侦探”工作吧！4. 结论总的来说，带电粒子与物质的相互作用虽然看似微小，却在我们生活中扮演着重要角色。
从电子设备到医学影像，它们都在默默地发挥着作用，让我们的生活变得更加便利和美好。
希望通过这次简单的探讨，你能对这些小小的粒子有个全新的认识！。
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。
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带电粒子穿过靶物质时，与路径上靶物质的原子核及核外电子发生相互作用，随着入射粒子种类和能量的不同，各种相互作用的强度和特征也不相同，最终决定了入射带电粒子在靶物质中的能量损失与射程分布等。
带电粒子与物质相互作用的特征
带电粒子在物质中的慢化过程
具有一定能量的带电粒子（如质子，α粒子，电子等）入射到靶物质中时，带电粒子与其路径上靶物质的原子核或电子会发生库伦相互作用，从而把一部分动能转移给靶物质的电子或原子核而逐渐损失能量，最终停止在靶物质中，这个过程称为慢化过程。
快速带电粒子与靶物质中电子的库伦相互作用在慢化过程中起主要作用。
对重带电粒子来说，由于电子的质量非常小，在和电子的每次碰撞中，转移给电子的能量只占其本身能量的很少一部分。
重带电粒子在每次碰撞后的运动状态可以认为没有改变。
所以重带电粒子穿过靶物质时，要与靶物质中的电子连续地发生许多次这样的小能量转移碰撞，才逐渐损失掉它的能量。
重带电粒子经过多次碰撞而不断损失能量，当速度减少到一定程度时，就会与靶物质发生电荷交换效应。
原来高速运动的重带电粒子的外层电子是全部剥离的，随着速度的降低而会俘获靶物质中的电子，从而使自身所带的有效正电荷数逐渐减少。
如果靶物质足够厚，则经过许多次碰撞后，重入射带电粒子的能量会全部耗尽，并俘获电子成为中性原子，停止在靶物质中。
重带电粒子被阻止在靶物质中所需的时间与它的能量及靶物质的性质有关。
对能量在MeV量级的α粒子和质子，整个慢化过程在气体物质中约为9-
10秒。
10秒，在固体物质中约为21-高速重带电粒子（如α粒子）与靶原子核的库伦碰撞造成的能量损失，和与靶原子的电子的碰撞造成的能量损失相比可以忽略不计，只有在重带电粒子速度非常低时才显得重要。
但对于快速电子，它与靶原子核的碰撞对能量损失和角度偏移则有较大的影响。
入射电子与靶物质中电子的单次碰撞也可能损失较多的能量。
总之，慢化过程中带电粒子在靶物质中的能量损失和角度偏转，完全是入射带电粒子与靶物质中的电子和原子核发生各种相互作用的结果，主要有下列四种碰撞过程：
①带电粒子与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞；
②带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞；
③带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞；
④带电粒子与靶原子的核外电子发生弹性碰撞；
在所讨论的能量范围内，入射粒子与原子核发生核反应的概率非常小，可以不予考虑。
各种碰撞过程的特点
（1）带电粒子与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞
当带正电或负电的入射粒子从靶原子附近掠过时，靶原子的核外电子因库伦相互作用而受到吸引活排斥，从而获得一部分能量。
如果核外电子获得的能量大于它在轨道上的结合能时，就会脱离原子核的束缚而逸出，成为一个自由电子（又称 电子），而剩下的原子成为正离子。
这就是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，从而最容易被电离。
如果电离过程中发射出的电子具有足够高的动能，它还可以与其他靶原子的核外电子发生库伦相互作用而导致电离。
这种过程称为二次电离。
二次电离约占总电离的60%~80%。
如果电离过程中被电离的是内层电子，当外层电子向该壳层跃迁时，还会发射出相应的特征X射线或俄歇电子。
如果核外电子在库伦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。
处于激发态的原子是不稳定的，会通过跃迁返回基态（称为“退激”），退激过程中会释放出可见光或紫外光，这就是受激原子的发光现象。
总之，入射带电粒子与靶原子的核外电子之间的非弹性碰撞所引起的能量损失，是带电粒子穿过物质时损失能量的主要方式。
由于该碰撞过程导致靶原子的电离或激发，所以这种能量损失又称为“电离损失”。
从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，也称为“电子阻止”。
（2）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伦场时，其库伦引力或斥力
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”。
α粒子及跟重的带电粒子由于质量较大，与靶核碰
撞后运动状态改变不大，辐射损失比电离损失要小。
而β粒子由于质量较小，与靶核库伦相互作用后其运动状态改变显著，因此辐射损失是轻带电粒子损失能量的一种重要方式。
重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，还可能使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称为库伦激发。
（3） 带电粒子与靶原子核的弹性碰撞
在这种过程中，带电粒子与靶原子核发生库伦相互作用而改变其运动速度和方向，但不辐射光子，也不激发原子核，碰撞前后保持动量守恒和总能量守恒，入射粒子损失能量，靶原子核反冲。
入射粒子可以多次与靶原子核发生这种弹性碰撞，造成能量损失。
同时反冲的靶原子核如果能量较高，也可以与其他原子核碰撞，这种级联碰撞可造成靶物质的辐射损伤。
从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，这种作用过程也称为“核阻止”。
核阻止作用只有在入射带电粒子的能量很低，或入射粒子质量很大时，才会对能量损失有重要贡献。
β粒子较轻，与靶核发生弹性碰撞时受到的偏转比重粒子大，因此β射线穿透物质时，散射现象很严重。
（4） 带电粒子与靶原子的核外电子的弹性碰撞
在这种弹性碰撞中，入射粒子与核外电子发生库伦相互作用，碰撞前后体系的能量和动量守恒。
入射粒子将微小的一部分能量转移给靶原子的核外电子，但不足以改变核外电子的能量状态。
这种相互作用可以看成是入射粒子与整个靶原子的相互作用。
只有在极低能量（≤100eV ）的β粒子与物质相互作用时才需要考虑这种作用过程。
上述带电粒子与靶物质的原子核和核外电子的碰撞过程，与入射带电粒子的种类和能量及靶物质的性质有关。
Bethe-Bloch 电子阻止本领
重带电粒子穿过靶物质的电子云时，通过与电子发生非弹性碰撞而产生电离损失。
考虑到相对论和其他修正因子后，根据量子理论推导的重带电粒子在靶物质中的电子阻止本领公式（称为Bethe-Bloch 公式）为：
]11ln )2[ln(4d -22002042ion Z C I m m NZ e z dx E ---+=⎪⎭
⎫ ⎝⎛ββυυπ
式中νβ=（c 为光速）。
I 为靶原子的核外电子的平均激发和电离能，可以近似估计为Z I I 0=，其中I 0~10eV 量级。
对原子序数低的靶物质（Z <13），0I 稍大，约为13eV 。
而对Z 大的靶物质（Z >13），0I 较小，I 可写成()eV Z 8.58Z 76.9I 19.0-+=。
公式中中方括号内的第二、三项是相对论修正值。
Z C 为壳修正项，是当入射粒子速度不能满足大于靶原子内层电子的轨道速度时，束缚得很紧的内层电子并不能被电离和激发，即不能参与和入射粒子的相互作用而引入的修正。
参数C 由内部各壳层的贡献组成：+++=M L K C C C C …。
当入射粒子速度比较低时，壳修正显得较为重要。
ion d - ⎪⎭
⎫ ⎝⎛dx E 的单位常用o A eV 和m MeV μ表示，也可以用单位质量厚度的能量损失来表示，其单位是()-2m g MeV 。
根据Bethe-Bloch 阻止本领公式，可以得到下面几点结论：
（1） 阻止本领只与入射粒子的速度有关，而与它的质量无关：
()v f v z d -22ion ∝⎪⎭
⎫ ⎝⎛ dx E （2） 阻止本领与入射重带电粒子所带电荷数的平方成正比：
2ion z d -∝⎪⎭
⎫ ⎝⎛ dx E （3） 阻止本领与入射粒子速度（或能量）有关。
（4） 阻止本领与靶物质的NZ 乘积成正比。
原子序数高和密度大的物质阻
止本领大。
核阻止本领
核阻止本领是指入射粒子与靶原子核的碰撞引起的能量损失率。
随入射粒子速度的减小，核阻止本领逐步增加。
在入射离子速度v ≪v 0（v 0=2.2×108cm s ⁄，为波尔速度）时，核阻止在能量损失中占主要地位，达到一个最大值后逐渐趋于
零。
核阻止本领只有在重离子的速度很低是才充分考虑。
在实际工作中，可用Ziegler 等人给出的核阻止截面的理论公式进行估计：
()()()()
23.023.0n 15-n Z m zZmS 10462.8E S ++⨯=z M ε 式中E ，m 和z 分别为入射粒子的能量、质量和原子序数，M 和Z 是靶原子的质量和原子序数()εn S 为约化核阻止截面，ε为约化能量：
()()
23.023.0Z M m zZ mE 53.32++=z ε。