核辐射探测第一章PPT课件

E2
1 2
m 2v22
1 2
m 2 (2v10 )2
2 m 2v10 2 6
3、弹性碰撞与非弹性碰撞
1m 2 v 1M 2 V 1m '2 v1M '2 VE
22 2 2
E为内能项
E0 弹性碰撞（即动能守恒） E0 非弹性碰撞（即动能不守恒）
E0为第一类非弹性碰撞，如入射粒子与
处于基态的核碰撞，且使核激发；
1) 能量损失率(Specific Energy Loss)
指单位路径上引起的能量损失，又称为比能
损失或物质的阻止本领(Stopping Power)。
S dE dx
碰撞过程是随机的，所 以-dE/dx是平均能量损 失率。
按能量损失作用的不同，能量损失率可分为
“电离能量损失率”和“辐射能量损失率”。
本课程讨论对象为致电离辐射，辐射 能量大于10eV。即可使探测介质的原 子发生电离的能量。
2、射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
,p,d,T, f
Fast electrons
e
Uncharged Radiations
S
Sio
nSra
d
dE dE dxion dxrad
对重带电粒子，辐射能量损失率相比小的 多，因此重带电粒子的能量损失率就约等于 其电离能量损失率。
SSionddExion
2) Bethe 公式(Bethe formula)
第一章
射线与物质的相互作用
Radiation Interactions with Matter
1.1关键词 带电粒子与物质的作用方式 电离 激发 轫致辐射 能量损失率 阻止本领
2
1.1 概述 1、什么是射线？ 射线，指的是如X射线、射线、射 线、射线等，本质都是辐射粒子。
射线与物质相互作用是辐射探测的基 础，也是认识微观世界的基本手段。
(2)、辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程
入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使入 射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Bremsstrahlung。
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。
α粒子质量较大，与原子核碰撞后，运动状态改变不大。 尤其β粒子质量较小，与原子核碰撞后运动状态改变显 著，因此β粒子与物质相互作用时，辐射损失是其重要 的一种能量损失方式。
(1)电离损失——与核外电子的非弹性碰撞过程
入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用，
使电子获得能量而引起原子的电离或激发。
电离——核外层电子克服 束缚成为自由电子，原子 成为正离子。
激发——使核外层电子由低 能级跃迁到高能级而使原子 处于激发状态，退激发光。
当入射带电粒子与核外电子发生非弹性碰 撞，以使靶物质原子电离或激发的方式而 损失其能量，我们称它为电离损失。
1.2 重带电粒子与物质的相互作用
Interaction of Heavy Charged Particles
1、重带电粒子与物质相互作用的特点
重带电粒子均为带正电荷的离子；
重带电粒子主要通过电离损失而损失 能量，同时使介质原子电离或激发；
重带电粒子在介质中的运动径迹近似 为直线。
2、重带电粒子在物质中的能量损失规律
医疗诊断设备如CT、CR等使用的x射线12
(3)、带电粒子与靶原子核的弹性碰撞
带电粒子与靶原子核的库仑场作用而发生弹性散射。 弹性散射过程中，入射粒子和原子核的总动能不变，即 入射粒子既不辐射光子，也不激发或电离原子核，但入 射粒子受到偏转，其运动方向改变。
弹性碰撞过程中，为满足入射粒子和原子核之间的能量和 动量守恒，入射粒子损失一部分动能使核得到反冲。碰撞 后，绝大部分能量仍由入射粒子带走，但运动方向被偏转
这种由入射带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞引起入射 粒子的能量损失称之为核碰撞能量损失，我们把原子核 对入射粒子的阻止作用称为核阻止。
核碰撞能量损失只是在入射带电粒子能量很低或低速重 离子入射时，对粒子能量损失的贡献才是重要的。但对 电子却是引起反散射的主要过程。
(4)、带电粒子与核外电子的弹性碰撞
E0为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与
处于激发态的核碰撞，且使其退激。
4、带电粒子在靶物质中的慢化
载能带电粒子在靶物质中的慢化过程， 可分为四种，其中前两种是主要的：
(a) 带电粒子与靶物质原子中核外电 子的非弹性碰撞过程－－电离损失。
(b) 带电粒子与靶原子核的非弹性碰 撞过程－－辐射损失。
(c) 带电粒子与靶原子核的弹性碰撞 (d) 带电粒子与核外电子弹性碰撞
Neutrons
X-rays and rays
带电粒子与物质相互作用的分类
（1）强相互作用（核反应）（涉及到核力作用 范畴，要求入射带电粒子能量高） （2）电磁相互作用 （3）弱相互作用 带电粒子与物质的相互作用（电磁相互作用）
库仑力
带电粒子 碰撞 弹性
物质
非弹性碰撞
Eletrostatic Interaction
1 2m 1 v 1 021 2m 2v2 021 2m 1 v 1 21 2m 2v22
v1
m1 m1
m2 m2
v10
2m2 m1 m2
v20
v2
m2 m1 m1 m2
v20
2m1 m1 m2
v10
m1 v10 m2 v20
v1
v2
讨论
若 则
v20 0 ，m1 m2 v1 v10
v2 2v10
受核外电子的库仑力作用，入射粒子改变运 动பைடு நூலகம்向。同样为满足能量和动量守恒，入射 粒子要损失一点动能，但这种能量的转移很 小，比原子中电子的最低激发能还小，电子 的能量状态没有变化。实际上，这是入射粒 子与整个靶原子的相互作用。
这种相互作用方式只是在极低能量(100eV) 的β粒子方需考虑, 其它情况下完全可以 忽略掉。
原子核 核外电子
本书所涉及领域内，主要考虑带电 粒子与物质通过库仑力发生的相互作用5 。
动量定理，弹性碰撞
两个小球的质量分别为m1和m2，沿一直线 分别以速度v10和v20运动，两球发生弹性对 心碰撞，设碰撞后的速度分别为v1和v2， 由于是弹性碰撞，故总动量和总动能保持 不变，即
m 1 v 1 0 m 2 v 2 0 m 1 v 1 m 2 v 2