核技术试验方法,第二章,第5节

两个湮没光子能量相同
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第5节 用
γ射线与物质相互作
一、γ射线与物质相互作用的一般特性
二、光电效应
1、光电子的能量 2、光电截面 3、光电子的角分布
三、康普顿效应
1、散射光子和反冲电子的能量与散射角的关 系
2、康普顿散射的截面和角分布
3、反冲电子的能谱和角分布
四、电子对效应
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其中E为入射电子的动能（总能量—静止能量）
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1) 差别仅在与方括号内的第二项(修正项)
2) (-dE/dx)e与粒子的速度v2成反比 相同能量时：
Ve >>Vα
子要小得多
β粒子的电离损失率比α粒
射线穿透物质的本领比α粒子大得多
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3) β粒子的电离本领较弱
电离损失率 β粒子<< α粒子
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在实际工作中, 常使用经验公式计算β射线的射程
0.15MeV E max 0.8MeV时
R
0.407E
1.38
max
E max 0.8MeV时
R
0.542E max 0.133
射程的单位为 质量厚度 mg/cm2
1、避免线性厚度带来的误差 2、比较粒子穿过不同吸收物 质时的情况
运动轨迹：不再是直线，而是十分曲折
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2.4.1 电子的能量损失
1、电离损失（与原子核外电子发生非弹性碰撞）
低能时：
ddExe 4 m0ve2 4NZln 2Im0 2v21.2329
高能时：应考虑相对论效应
ddExe 2 m0ve2 4NZl 1 n 2I2 m1 0v2 2E 28 1 1 l2 n 121 2212
3）辐射能量损失率与E成正比
电子能量低时，电离辐射占优势；
能量高时，辐射损失变得重要。
在相对论区，二者之比为：
dEdxrad dEdxion
ZE 800
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2.4.2
电子的散射
β粒子与靶物质原子核库伦场作用时，只改变运动方向，
而不辐射能量这种过程称为
弹性散射
1）电子的质量小，因而散射角可以很大（与α粒子相比，β粒子的 散射大得多），而且会发生多次散射，最后偏离原来的入射方向。
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β粒子在穿过物质时的总的能量损失率比α粒子小
所以：β粒子的射程>α粒子的射程
穿透力强
β射线能量分布是连续的、没有确定的射程，
用最大射程表示
RmaxEmax
最大射程：按照吸收曲线变化趋势外推到原始计数 率（扣除本底）的万分之一处，对应的吸收的厚度。
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β粒子、α粒子的吸收曲线：
实验中，宜用低Z物质做源的托架，以减少反射对测量结果的
影响。
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2.4.3 β射线的射程和吸收
吸收：β射线或单能电子束穿过一定厚度的物质时，其强度减弱的现象 原因：电离能量损失、辐射能量损失、散射 特点：运动路径曲折 路程>>射程 歧离效应较大
射程
单能电子束的吸收:粗略的是随厚度线性变化的。将其吸收曲线的 线性部分外推到零，来定出点子的射程——外推射程R0 。
截面 σ：一个入射光子与单位面积上一个
靶原子发生相互作用的概率。 γ射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的
概率，仍用截面这个物理量来表示作用概率的大小。 而且，总截面等于各作用截面之和，即：
ph c p
光电效应截面 康普顿效应截面
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电子对效应截面
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2.5.2
光电效应
2）入射能量越低，及靶物质原子序数越大，散射也就越厉害。
反散射：多次碰撞→ →多次散射，经多次散射，对于β粒子最后
散射角大于90°的情况称为“反散射”。
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单能物质在不同靶物质上的反射系数（垂直入射时）
（纵坐标Ƞ为反射电子与入射电子的强度之比）
低能电子在高原子序数Z厚样品物质上的反射系数高达50%以上。
轫致辐射
z 2Z 2 m2
电磁辐射的强度正比于振幅的平方（
）
轫致辐射的能量损失率：
dEdxr
z2Z2 m2
NE
（m为入射粒子质量，E为入射粒完子整版能课量件p，pt z,Z分别为入射粒子的电荷数 7
对于电子有以下公式:
ddErxN1 ( E zm3 0 cz 1 4 ) e7 4( 4 lm2 n 0 E c23 4 )
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2.4.4 正电子与物质的相互作用
特点：高速正电子进入物质后很快被慢化，在正电子径迹
末端遇见负电子即发生湮没，放出γ光子。
或是与一个负电子结合在一起，形成正电子素，衰变后转变 成电磁辐射。
能量守恒
h1h2 2m0c2
其中hv为光子能量，m0c2为电子静止能量
动量守恒
h1 c
h2 c
第二章 射线与物质的相互作用
第4节 β射线与物质的相互作用 第5节 γ射线与物质相互作用
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第4节 用
β射线与物质的相互作
一、电子的能量损失
1、电离损失 2、辐射损失
二、电子的散射
三、β射线的射程和吸收
四、正电子与物质的相互作用
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β粒子的特点
β粒子 ：高速运动的电子 质量小 主要作用形式有： 电离能量损失、辐射能量损失、多次散射
β粒子的比电离
值较小
电离本领较弱
例如：Biblioteka Baidu
4MeVα粒子 在水中每微米产生3000对电子正离子对
1MeVβ粒子 在水中每微米产生 5对电子正离子对
结果（与α相比）：
电离本领弱、穿透力强
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2、辐射损失（与原子核发生非弹性碰撞）
带电粒子接近原子核时，受核库伦场作用速度迅速减低，会
以电磁波（光子）的形式辐射出来
结论： 1）辐射能量损失率 与z2成正比，与m2成反比
1
1
m e73m 00 m e18m 3p6
速度相同的情况下，α粒子和质子的轫致辐射是电子的10-6 对于比质子更重的带电粒子的辐射能量损失完全可以忽略不计
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2）辐射能量损失率 与Z2成正比
用重元素作靶物质时，易于发生轫致辐射 当要吸收、屏蔽β射线时，不宜选用重材料
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2.5.1
γ射线与物质相互作用的一般特性
γ射线：波长极短的电磁波 能 量：天然放射性核素放射出来的γ射线能量
几KeV~几MeV
E 30MeV时
光电效应 康普顿效应 电子对效应
相干散射
E : 100KeV ~ 30MeV 光致核反应
完整版核课件共ppt振反应
贡献小于1%
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γ射线与物质相互作用 用作用几率来描述