核辐射物理与探测学PPT课件
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核辐射传感及检测PPT课件
国外中子管的中子产额已达1012中子/s，完全 可以满足照相的要求。
第22页/共78页
从中子照相来说，要求中子射线强度大、射线 束质量高、便宜、方便、操作灵活等。
目前，强度大的源是核反应堆，但它投资大、 笨重、无法用于生产现场。
而小型加速器、中子管、同位素中子源等虽然 灵巧、方便，但强度总的来说还不够高。
目前可供照相用的中子源有核反应堆、加速器 和放射性同位索，常用的为(锎Cf252)
第21页/共78页
( 锎 )Cf252 中 子 源 的 半 衰 期 2.65 年 ， 产 额 2.3×1012中子/s/g，目前价各还很贵。利用Cf252 可做成可移动式中子照相装置。
另一种可移动中子装置，核心是与密封管中子 发 生 器 组 合 在 一 起 的 慢 化 器 ， 与 Cf252 中 子 源 不 同之处是可以关闭，不运行时无需屏蔽。
上述几种效应造成射线能量减弱，其原因是 物质对射线的吸收与散射。
射线被吸收时其能量转变为其它形式，如热 能，散射则使射线的传播方向改变。
第25页/共78页
(1) 射线的吸收
A 光电效应
射线通过物质时，光子与原子相互作用，光子 被吸收，原子中的电子被释放出来，称为光电子， 即光电效应。
当光子的能量处在γ射线的能量范围时，光电 效应与原子序数的关系密切，原子序数愈高，光 电效应愈显著，光电效应与光子能量的3次方成 反比，能量愈高，光电效应愈弱。
原子序数(钨Z=74)，U-管电压(V)。
X射线管的转换效率为
E IU
0ZU
其它转变为热能
第10页/共78页
当U=100kV时 η=0.7%
200kV 1.5%
300kV 2.2%
400kV
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从中子照相来说，要求中子射线强度大、射线 束质量高、便宜、方便、操作灵活等。
目前，强度大的源是核反应堆，但它投资大、 笨重、无法用于生产现场。
而小型加速器、中子管、同位素中子源等虽然 灵巧、方便，但强度总的来说还不够高。
目前可供照相用的中子源有核反应堆、加速器 和放射性同位索，常用的为(锎Cf252)
第21页/共78页
( 锎 )Cf252 中 子 源 的 半 衰 期 2.65 年 ， 产 额 2.3×1012中子/s/g，目前价各还很贵。利用Cf252 可做成可移动式中子照相装置。
另一种可移动中子装置，核心是与密封管中子 发 生 器 组 合 在 一 起 的 慢 化 器 ， 与 Cf252 中 子 源 不 同之处是可以关闭，不运行时无需屏蔽。
上述几种效应造成射线能量减弱，其原因是 物质对射线的吸收与散射。
射线被吸收时其能量转变为其它形式，如热 能，散射则使射线的传播方向改变。
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(1) 射线的吸收
A 光电效应
射线通过物质时，光子与原子相互作用，光子 被吸收，原子中的电子被释放出来，称为光电子， 即光电效应。
当光子的能量处在γ射线的能量范围时，光电 效应与原子序数的关系密切，原子序数愈高，光 电效应愈显著，光电效应与光子能量的3次方成 反比，能量愈高，光电效应愈弱。
原子序数(钨Z=74)，U-管电压(V)。
X射线管的转换效率为
E IU
0ZU
其它转变为热能
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当U=100kV时 η=0.7%
200kV 1.5%
300kV 2.2%
400kV
核辐射探测学完美版PPT
核内的质子与质子之间还存在服从库仑定律的静电斥 力，使核倾向于分裂。此外，核内核子间还存在万有引力、 以及对β衰变一类变化起作用的弱力。
核力 为 1； 电磁力 10-2 ； 万有引力 10-38
核力的力程(相互作用的距离)很短，在10-13 cm以内，
核力
2021.09
<
0.8fm
排斥；
1fm 显著 ；
• 汤彬葛良全方方等，核辐射测量原理，哈尔滨工程大学出版社，
2021
• G F Knoll. Radiation Detection and Measurement.1989
• C E Crouthamel, Appliied Gamma-Ray Spectrometry,1970
• Nuclear Geophysics
第一，轨道电子在外部壳层各轨道之间跳跃时所产生的光谱 称为光学光谱。例如，假设轨道电子原来位于N层，当它在N、 O、P、Q、……等外部壳层之间跳跃时，就发生光学光谱。这 种外部跳跃时的原子能量变化较小，发出的光频率较低，一般 在可见光区或其附近。地质工作中用来分析岩矿元素的光谱分 析，就是利用这一局部特性。
原子atom ： 原子核 nucleus、电子 electron 原子核带正电、电子带负电〔电荷是量子化的〕 原子是电中性的 原子的大小： 10-10 米 原子的太阳系模型 核能，结合能，核能级，基态，激发态，跃迁
2021.09
7
原子及原子核的根底知识
核力：
原子核由中子和质子组成。它们靠什么力将这些核子 约束在原子核内呢？目前公认是：原子核内核子间存在核力， 它是中子与中子、中子与质子、以及质子与质子的相互吸引 力，使核子紧密地聚集在一起(各核子间具有相同的核力)。
核力 为 1； 电磁力 10-2 ； 万有引力 10-38
核力的力程(相互作用的距离)很短，在10-13 cm以内，
核力
2021.09
<
0.8fm
排斥；
1fm 显著 ；
• 汤彬葛良全方方等，核辐射测量原理，哈尔滨工程大学出版社，
2021
• G F Knoll. Radiation Detection and Measurement.1989
• C E Crouthamel, Appliied Gamma-Ray Spectrometry,1970
• Nuclear Geophysics
第一，轨道电子在外部壳层各轨道之间跳跃时所产生的光谱 称为光学光谱。例如，假设轨道电子原来位于N层，当它在N、 O、P、Q、……等外部壳层之间跳跃时，就发生光学光谱。这 种外部跳跃时的原子能量变化较小，发出的光频率较低，一般 在可见光区或其附近。地质工作中用来分析岩矿元素的光谱分 析，就是利用这一局部特性。
原子atom ： 原子核 nucleus、电子 electron 原子核带正电、电子带负电〔电荷是量子化的〕 原子是电中性的 原子的大小： 10-10 米 原子的太阳系模型 核能，结合能，核能级，基态，激发态，跃迁
2021.09
7
原子及原子核的根底知识
核力：
原子核由中子和质子组成。它们靠什么力将这些核子 约束在原子核内呢？目前公认是：原子核内核子间存在核力， 它是中子与中子、中子与质子、以及质子与质子的相互吸引 力，使核子紧密地聚集在一起(各核子间具有相同的核力)。
核辐射物理与探测学
n U U
235 236
*
以
236
n U U
238 239
*
为例
239
U 的 Z 2 / A 35.86
U 的 Z 2 / A 35.41
239
U 的 Z 2 / A 值略小，其裂变概率也略小。
5.1 原子核的裂变反应
2)复合核的激发能与裂变势垒的关系。
U 为奇N核，欢迎再来一个中子与它成对。因此，中 子与235U 结合的很紧，结合能为6.545MeV，而复合核的 裂变势垒仅为 5.9MeV ，从而容易裂变。 U为偶偶核，外来中子的结合能比较小，中子与 238U 的结合能为 4.806MeV，而复合核的裂变势垒为 6.2MeV
238 1 6.2 4.806 1.40MeV Tn 238
这种中子能量必须大于一定的数值才能引起的核 裂变称为阈能核裂变。
能诱发阈能核裂变的中子的最小能量称为诱发裂变 阈能。
5.1 原子核的裂变反应
关于易裂变核与不易裂变核的讨论： 1)中子被核俘获后形成复合核，复合核处于激发态，将 发生集体振荡并改变形状。
E * 92,238 0,1 92,239 4.806MeV
而 239U 的裂变势垒：
Tn 0.0253eV 0
Eb 6.2 MeV
故热中子不能诱发 238U 裂变。这种热中子不能诱发裂 变的核素称为不易裂变核。
5.1 原子核的裂变反应
由：
A1 Tn ( Eb Bn ( Z , A 1)) A
而
236
U 的裂变势垒：
E b 5.9 MeV
故热中子可以诱发 235U 裂变。这种热中子可诱 发裂变的核素称为易裂变核。
《核辐射测量方法》课件
《核辐射测量方法》课件一、课件概述本课件旨在介绍核辐射的基本概念、测量方法及其应用。
通过本课件的学习，使学员掌握核辐射的性质、测量原理和常用的测量方法，为核辐射防护和核事故应急处理提供技术支持。
二、课件内容1. 核辐射的基本概念1.1 辐射1.2 核辐射1.3 辐射剂量2. 核辐射的性质2.1 辐射类型2.2 辐射能量2.3 辐射穿透性3. 核辐射测量原理3.1 辐射与物质的相互作用3.2 辐射探测原理3.3 辐射测量仪器4. 核辐射测量方法4.1 放射性核素测量4.1.1 活度测量4.1.2 核素识别4.2 射线辐射测量4.2.1 剂量率测量4.2.2 射线成像4.3 辐射环境监测4.3.1 环境辐射水平监测4.3.2 放射性废物监测5. 核辐射测量技术应用5.1 核能利用5.2 医学诊断与治疗5.3 地质勘探5.4 生物示踪6. 核辐射防护与应急处理6.1 辐射防护原则6.2 辐射防护措施6.3 核事故应急处理三、课件结构1. 课件首页：核辐射测量方法简介2. 章节页面：核辐射的基本概念、性质、测量原理、测量方法、应用、防护与应急处理3. 图片及动画：生动展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：巩固所学知识四、课件制作要求1. 文字：清晰、简洁、易懂，符合学员阅读习惯2. 图片：选用高质量的图片，具有代表性，便于学员理解3. 动画：生动形象，展示核辐射测量过程和防护措施4. 练习题：具有针对性，帮助学员巩固所学知识五、课件使用建议1. 结合课程安排，合理安排课件内容的学习顺序2. 充分利用课件中的图片、动画等多媒体元素，提高学习兴趣3. 针对课件中的练习题，进行自我测试，巩固所学知识4. 如有疑问，及时与讲师或其他学员沟通交流，提高学习效果核辐射测量方法是核能利用、医学诊断与治疗、地质勘探等领域的重要技术手段。
通过本课件的学习，希望学员能够掌握核辐射的基本概念、性质、测量原理和应用，提高核辐射防护和应急处理能力。
核辐射测量方法ppt课件
2〕封装薄
0.09%
金属箔
0.143 5.456Mev
029.3204U43 28%
5.49Mev
72%
2.2 自发裂变 spontaneous fission
原那么上一切重核都能够自发地裂变成两个轻核碎 片。
超铀元素自发裂变几率高 动量守恒原理 两个碎片相向发射 能量由两碎片带走 伴随产生中子 、 γ射线
n p d t a β+ e+
Electrons or beta particle
µ meson ∏ Gamma ray neutrino Fission fragment
β- e-
µ ∏ γ v
Charge (relative)
0 1 1 1 2 1
Approximate rest mass 1 1 2 3 4 1/1840
或其他物质没有
➢
吸收
➢ c) 只需从源到丈量点的光子才有奉 献,忽略周围介质物
➢
质中的散射光子
典型同位素源的 δ 值
Cesium
3.3
Cobalt -57
0.9
Cobalt -60
13.2
Radium-226 8.25
Sadium-24 18.4
4 吸收剂量 Absorbed Dose
5
6
def: D= dE/dm
灯丝加热是丰富的电子源
电子从外表逸出时，起能量小于1ev 电压差 电子获得的能量
1V
1eV
1000V
10keV
2000V
20keV
大型电子加速器能加速到几 MeV
2 重带电粒子源 2.1 α衰变 Alpha decay
核武器辐射探测与防护基础ppt课件
dE dx辐射 EZ dE dx电离 800
综合思索防护β射线采用低Z物质，如铝。
二、β射线与物质的相互作用
2.3 β射线的吸收和射程
❖吸收
➢ β射线在经过一定厚度的物质时，电子的数目随 着间隔的添加而逐渐减少，这种景象称为吸收。
❖射程
➢ β射线从进入物质到完全被吸收沿原入射方 向穿过的最大间隔，称为该粒子在物质中的 射程。
❖ 采用高Z物质可以有效阻挠射线，例如铅； ❖ 采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠； ❖ 总的来说，由于射线不带电、无静止质量，穿透
力较强。
射线与物质的相互作用
五、中子与物质的相互作用
❖弹性碰撞 ❖非弹性碰撞 ❖中子俘获
五、中子与物质的相互作用
5.1 弹性碰撞
➢ 中子与物质中原子核碰撞时把部分能量传给原子 核，带有能量的原子核脱离出原子,此原子核称反 冲核，而中子本身带着较低能量改动运动方向继 续行进，构成散射中子，这种景象称弹性碰撞。 带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引 起物质电离和激发。
二、β射线与物质的相互作用
2.1 与原子核外电子的非弹性碰撞
➢ β射线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。
dx
电离
z2 v2
NZ
z β射线电荷数；v β射线速度；N物质单位体积的原子 数；Z物质原子的原子序数。
用高NZ元素，如铅来阻挠β射线比较有利。
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
二、β射线与物质的相互作用
2.2 与原子核的非弹性碰撞
综合思索防护β射线采用低Z物质，如铝。
二、β射线与物质的相互作用
2.3 β射线的吸收和射程
❖吸收
➢ β射线在经过一定厚度的物质时，电子的数目随 着间隔的添加而逐渐减少，这种景象称为吸收。
❖射程
➢ β射线从进入物质到完全被吸收沿原入射方 向穿过的最大间隔，称为该粒子在物质中的 射程。
❖ 采用高Z物质可以有效阻挠射线，例如铅； ❖ 采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠； ❖ 总的来说，由于射线不带电、无静止质量，穿透
力较强。
射线与物质的相互作用
五、中子与物质的相互作用
❖弹性碰撞 ❖非弹性碰撞 ❖中子俘获
五、中子与物质的相互作用
5.1 弹性碰撞
➢ 中子与物质中原子核碰撞时把部分能量传给原子 核，带有能量的原子核脱离出原子,此原子核称反 冲核，而中子本身带着较低能量改动运动方向继 续行进，构成散射中子，这种景象称弹性碰撞。 带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引 起物质电离和激发。
二、β射线与物质的相互作用
2.1 与原子核外电子的非弹性碰撞
➢ β射线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。
dx
电离
z2 v2
NZ
z β射线电荷数；v β射线速度；N物质单位体积的原子 数；Z物质原子的原子序数。
用高NZ元素，如铅来阻挠β射线比较有利。
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
二、β射线与物质的相互作用
2.2 与原子核的非弹性碰撞
核辐射测量教学课件PPT
沉积在堆芯的腐蚀活化产物的放射性很难直接测到。
若测得一回路冷却剂中腐蚀活化产物的放射性，同样可 求得在堆芯的表观停留时间。
冷却剂中活化核的数目变化率由下式确定：
dNc dt
N f KrS0
(
+)Nc
(4-30)
积分得：
Nc
NcKr S0
[1 e( )t
]
(4-31)
Nc为单位体积冷却剂中活化核的数目； Kr为活化核向冷却剂的释放率； S0为堆芯表面积； α为活化核在设备表面的沉积率；
➢ 测量还需要一段测量时间，对测量有较大贡献的是那 些半衰期比以上所说时间要长的、放射性比活度较大 的核素。
➢ 测量的β射线的能量范围为150keV-3MeV的总β放射性。
➢ 测量安全壳内空气中气溶胶总β放射性的目的是为了从 测量数据判断一回路压力边界有无泄漏和泄漏率的大 小。
➢ 常采用相对测量方法，即测量总β脉冲计数率的变化率， 求出取样点处放射性比活度，再进一步求出泄漏率。
➢ 20世纪80年代末，人们为了克服以上不足而研制出了 16N γ放射性连续监测系统，又称16N监测系统或16N监 测仪。
➢ 目前，这两种测量方法都被核电站采用，以用作综合 分析、判断。
1.基本原理 当压水堆动力装置的一回路冷却剂(H20)流经反应堆堆
芯时，16O因受到裂变中子的照射而发生如下核反应：
作用：处理测量单元的测量信号，产生易于理解的相 应于所测放射性监测结果的显示值，给出整个监测系统 运行状态信息，将显示值转换成模拟信号(直流电流)， 使能够远距离显示测量值和报警信号。
4.远程显示单元和接线盒（端子箱）
远程显示单元与信号处理单元中的显示电路完全相同 ，也是将处理过的信号以不同的单位显示出测量值。 只是它放置在需要随时观测测量结果的地方。
核辐射物理与探测学
/ 法定计量单位为贝可(Bq)： 1Bq 1次核衰变 秒
所以： 1C i 3.7 1010 Bq
2.1 放射性衰变的基本规律
(3)活度单位与其他几个单位的比较
活度单位 单位 居里(Ci) 贝可(Bq) 伦琴(R) 其他单位 拉德(rad) 戈瑞(Gr)
1 kg受照 射物质吸 收1 J的 辐射能量 为1 Gr
2.2 递次衰变规律
递次衰变的表示：
A B N (稳定)
衰变方式，半衰期 衰变方式，半衰期
例如：
214 84
Po
,5.01d
210 84
,1.64104 s
210 82
Pb
,138.4 d
,21a
2.1 放射性衰变的基本规律
A、放射源中的原子核数目巨大。 B、放射性原子核是全同的。 C、放射性衰变是一个统计过程。
不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计 得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规 律；
具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从 一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变 概率表示。
3、放射性平衡
对于两代连续 A B C（稳定）
N1 (t ) N10e
t N t dt
2.1 放射性衰变的基本规律
而 t 可能的取值为 ：0～
t N t dt
N t N 0e t
所以，所有核的总寿命为：
t N (t )dt N (0)e
0 0
t
tdt
N ( 0)
因此，平均寿命：
T1 2 N ( 0) / 1 1.44T1 2 N ( 0) ln 2
所以： 1C i 3.7 1010 Bq
2.1 放射性衰变的基本规律
(3)活度单位与其他几个单位的比较
活度单位 单位 居里(Ci) 贝可(Bq) 伦琴(R) 其他单位 拉德(rad) 戈瑞(Gr)
1 kg受照 射物质吸 收1 J的 辐射能量 为1 Gr
2.2 递次衰变规律
递次衰变的表示：
A B N (稳定)
衰变方式，半衰期 衰变方式，半衰期
例如：
214 84
Po
,5.01d
210 84
,1.64104 s
210 82
Pb
,138.4 d
,21a
2.1 放射性衰变的基本规律
A、放射源中的原子核数目巨大。 B、放射性原子核是全同的。 C、放射性衰变是一个统计过程。
不能预测某一原子核的衰变时刻，但可以统计 得到放射源中总的放射性原子核数目的减少规 律；
具体到每个放射性原子核的衰变来说，就是服从 一定规律进行衰变的一个随机事件，可以用衰变 概率表示。
3、放射性平衡
对于两代连续 A B C（稳定）
N1 (t ) N10e
t N t dt
2.1 放射性衰变的基本规律
而 t 可能的取值为 ：0～
t N t dt
N t N 0e t
所以，所有核的总寿命为：
t N (t )dt N (0)e
0 0
t
tdt
N ( 0)
因此，平均寿命：
T1 2 N ( 0) / 1 1.44T1 2 N ( 0) ln 2
核辐射探测器教学课件PPT
和类型。
探测器分类
根据工作原理和探测对象的不同， 核辐射探测器可分为气体探测器、 闪烁体探测器和半导体探测器等。
探测器性能指标
核辐射探测器的性能指标包括能量 分辨率、探测效率、计数率和本底 等。
核辐射探测器分类
气体探测器
气体探测器利用气体分子对带电粒子的电离作用来测量核辐射， 具有较高的探测效率和较低的本底。
人工智能算法
利用人工智能算法对探测 器数据进行处理，自动识 别和分类核辐射信号。
无线通信技术
实现探测器与控制中心之 间的无线通信，方便远程 监控和数据传输。
多功能探测器应用
医疗领域
用于诊断和治疗放射性物质引起的疾病，如癌症 等。
环境监测
用于监测核设施周边的辐射水平，保障公众安全。
科研领域
用于研究核物理、放射化学等领域的基本原理和 现象。
医学影像
核辐射探测器在医学影像中主要用于 放射性成像，如X射线、CT、MRI等。 这些成像技术利用放射性物质在人体 内的分布来生成图像。
核辐射探测器还可以用于测量放射性 药物的浓度和分布，如正电子发射断 层扫描（PET）和单光子发射断层扫 描（SPECT）等。
核辐射探测器可以测量放射性物质在 人体内的分布，从而帮助医生诊断疾 病和评估治疗效果。
工业检测
核辐射探测器在工业检测中主要 用于检测放射性物质和测量各种 物理量，如厚度、密度、水分含
量等。
在工业生产中，核辐射探测器可 以用于检测产品的质量和控制生 产过程，例如在石油、化工、食
品等行业中。
核辐射探测器还可以用于检测放 射性废物和测量核设施的安全性
能等。
05
核辐射探测器的未来发展
高性能探测器材料
核辐射探测器教学课件
探测器分类
根据工作原理和探测对象的不同， 核辐射探测器可分为气体探测器、 闪烁体探测器和半导体探测器等。
探测器性能指标
核辐射探测器的性能指标包括能量 分辨率、探测效率、计数率和本底 等。
核辐射探测器分类
气体探测器
气体探测器利用气体分子对带电粒子的电离作用来测量核辐射， 具有较高的探测效率和较低的本底。
人工智能算法
利用人工智能算法对探测 器数据进行处理，自动识 别和分类核辐射信号。
无线通信技术
实现探测器与控制中心之 间的无线通信，方便远程 监控和数据传输。
多功能探测器应用
医疗领域
用于诊断和治疗放射性物质引起的疾病，如癌症 等。
环境监测
用于监测核设施周边的辐射水平，保障公众安全。
科研领域
用于研究核物理、放射化学等领域的基本原理和 现象。
医学影像
核辐射探测器在医学影像中主要用于 放射性成像，如X射线、CT、MRI等。 这些成像技术利用放射性物质在人体 内的分布来生成图像。
核辐射探测器还可以用于测量放射性 药物的浓度和分布，如正电子发射断 层扫描（PET）和单光子发射断层扫 描（SPECT）等。
核辐射探测器可以测量放射性物质在 人体内的分布，从而帮助医生诊断疾 病和评估治疗效果。
工业检测
核辐射探测器在工业检测中主要 用于检测放射性物质和测量各种 物理量，如厚度、密度、水分含
量等。
在工业生产中，核辐射探测器可 以用于检测产品的质量和控制生 产过程，例如在石油、化工、食
品等行业中。
核辐射探测器还可以用于检测放 射性废物和测量核设施的安全性
能等。
05
核辐射探测器的未来发展
高性能探测器材料
核辐射探测器教学课件
(1)核辐射探测基础知识-40页PPT资料
3.993
Ra-224
5.677
Rn-220
6.282
Po-216
6.774
Pb-212
Bi-212
6.051 0.337
Po-212
8.785 0.663
Tl-208
γ 射线
几率
能量(MeV)
0.197
0.06
0.030
0.241
--
--
--
--
0.470
0.239
0.337 0.293
2.620 0.583
1535 C 7 s1536 B 7 a
7
放射性衰变种类
２. β衰变
衰变； 1535 C 7 s1536 B 7 a
β 8%
↘ 1.17 MeV ↘
↘ ↘
Cs 137
55
30 年
0.51 MeV
↘ 92 %
↓γ 0.661 MeV
↘
↓
基态
137 56
Ba
8
放射性衰变种类
２. β衰变
衰变:原子核内，一个质子转变成一个中子，放出
一个正电子
Z AX Z A 1Y
1247S i 1237A l
9
放射性衰变种类
3. K俘获 K-capture 或称轨道电子俘获 EC
原子核俘获一个轨道电子，核内一个质子变成中子
A Z
X
eZ A1Y
2565Fe e2555Mn
镎系
neptunium series Np- 237
13
14
15
天然放射性元素射线谱
1.铀系
核素 α 射线
γ 射线
(MeV)
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激发态的核碰撞，且使其退激。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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) 电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的 非弹性碰撞过程。
(b) 辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。 (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
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
2、射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
,p,d,T, f
Uncharged Radiations Neutrons
Fast electrons
e
X-rays and rays
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子与单个电子的碰撞情况：
电子受到的库仑力：
fx
m0,e
ze(e) ze2 f r2 r2
r
f
fy
b
该作用过程的时间为：
~
v M ,Ze
0
x
在 t 时间内，带电粒子传给电子的动量 为：P
Pft
整个作用过程中，传给电子的总动量为：
P f dt
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
3、弹性碰撞与非弹性碰撞
1m 2 v 1M 2 V 1m '2 v1M '2 VE E为内能项
22 2 2
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；
E0 为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与处于
Bethe公式的推导 公式推导的简化条件： 1) 物质原子的电子可看成是自由的。
(入射粒子的动能远大于电子的结合能)
2) 物质原子的电子可看成是静止的。 (入射粒子的速度远大于轨道电子的运动速度)
3) 碰撞后入射粒子仍按原方向运动。 (碰撞中入射粒子传给电子的能量比其自身能量小 得多,入射粒子方向几乎不变)
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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 激发——使核外层电子由低
束缚成为自由电子，原子 能级跃迁到高能级而使原子
成为正离子。
处于激发状态，退激发光。
第六章
射线与物质的相互作用
Radiation Interactions with Matter
第六章 射线与物质的相互作用
6.1 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。
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。
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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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，把原 子核对入射粒子的阻止作用称为核阻止。
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
1) 能量损失率(Specific Energy Loss)
指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止 本领(Stopping Power)。
S dE dx
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”。
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，称它为辐射损失。
尤其对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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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。
在x方向，电子获得的动量为：
fx
m0,e
Px fx dt 0
r
f
fy
b
因此，有：Py PPy
fydt
fy
zre32bdt
fsinfb rzre3 2b
v dx dt
dt dx v
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 （电子）才需考虑, 其它情况下完全可以忽略掉。
第六章 射线与物质的相互作用
6.2 重带电粒子与物质的相互作用 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；
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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，称它为电 离损失。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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。
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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(4) 带电粒子与核外电子的弹性碰撞
受核外电子的库仑力作用，入射粒子改变运动方向。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。
SSionSraddE dE dxion dxrad
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
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公式是描写与带电粒子速度v、电荷Z等关系的 经典公式。
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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) 电离损失－带电粒子与靶物质原子中核外电子的 非弹性碰撞过程。
(b) 辐射损失－带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。 (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
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
2、射线与物质相互作用的分类
Charged Particulate Radiations
Heavy charged particles
,p,d,T, f
Uncharged Radiations Neutrons
Fast electrons
e
X-rays and rays
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子与单个电子的碰撞情况：
电子受到的库仑力：
fx
m0,e
ze(e) ze2 f r2 r2
r
f
fy
b
该作用过程的时间为：
~
v M ,Ze
0
x
在 t 时间内，带电粒子传给电子的动量 为：P
Pft
整个作用过程中，传给电子的总动量为：
P f dt
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
3、弹性碰撞与非弹性碰撞
1m 2 v 1M 2 V 1m '2 v1M '2 VE E为内能项
22 2 2
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；
E0 为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与处于
Bethe公式的推导 公式推导的简化条件： 1) 物质原子的电子可看成是自由的。
(入射粒子的动能远大于电子的结合能)
2) 物质原子的电子可看成是静止的。 (入射粒子的速度远大于轨道电子的运动速度)
3) 碰撞后入射粒子仍按原方向运动。 (碰撞中入射粒子传给电子的能量比其自身能量小 得多,入射粒子方向几乎不变)
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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 激发——使核外层电子由低
束缚成为自由电子，原子 能级跃迁到高能级而使原子
成为正离子。
处于激发状态，退激发光。
第六章
射线与物质的相互作用
Radiation Interactions with Matter
第六章 射线与物质的相互作用
6.1 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。
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。
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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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，把原 子核对入射粒子的阻止作用称为核阻止。
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
1) 能量损失率(Specific Energy Loss)
指单位路径上引起的能量损失，又称为比能损失或阻止 本领(Stopping Power)。
S dE dx
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”。
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，称它为辐射损失。
尤其对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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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。
在x方向，电子获得的动量为：
fx
m0,e
Px fx dt 0
r
f
fy
b
因此，有：Py PPy
fydt
fy
zre32bdt
fsinfb rzre3 2b
v dx dt
dt dx v
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 （电子）才需考虑, 其它情况下完全可以忽略掉。
第六章 射线与物质的相互作用
6.2 重带电粒子与物质的相互作用 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；
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
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，称它为电 离损失。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(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。
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。
6.1 概述
第六章 射线与物质的相互作用
(4) 带电粒子与核外电子的弹性碰撞
受核外电子的库仑力作用，入射粒子改变运动方向。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。
SSionSraddE dE dxion dxrad
6.2 重带电粒子与物质的相互作用
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公式是描写与带电粒子速度v、电荷Z等关系的 经典公式。
6.2 重带电粒子与物质的相互作用