原子核物理ppt
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《核物理基础知识》课件
3
核安全保障的国际合作
国际社会通过国际组织和法律法规来促进核安全保障的国际合作。
4
核安全保障的重要性
核安全保障对防止核事故和核武器扩散具有重要意义。
核武器与核不扩散
核武器的概念及种类
核武器是指利用核能释放的巨大能量进行杀伤 和破坏的武器，包括原子弹和氢弹等。
核不扩散问题的背景
核不扩散问题是指阻止更多国家拥有核武器， 以维护全球核安全的问题。
3 核子的结合能
核子的结合能指的是原子核内核子相互结合 所释放的能量。
4 核能的转化
核能可以通过核反应或核衰变转化为其他形 式的能量。
核裂变与核聚变
1
核裂变的定义及特点
核裂变是指重核被撞击或吸收中子后分
核裂变的过程
2
裂为两个或更多的轻核的过程。
核裂变过程涉及核反应，一般会释放出
巨大的能量。
3
核聚变的定义及特点
放射性衰变的特点
放射性衰变是指放射性核素在一定时间内衰变 为其他元素的过程，释放出辐射。
放射性的应用
放射性元素在医学、能源和科学研究等领域有 广泛的应用。
核反应堆与核能的利用
核反应堆的结 构和原理
核反应堆是一个能够 维持核链式反应的装 置，可以通过核裂变 产生大量热能。
核能的利用
核能可以被用于发电、 航天技术、农业和医 学等领域，为人类创 造了巨大的福利。
核聚变是指两个轻核结合形成一个更重
核聚变的过程
4
的核的过程。
核聚变在太阳和恒星中发生，释放出巨 大的能量。
放射性核素的性质与应用
放射性核素的定义及分类
放射性核素是指具有放射性的原子核，可以分 为α射线、β射线和γ射线。
【精品】第16章-原子核物理PPT课件
射线（电子束）：穿透力稍强，可以穿透0.1mm 厚的铅板。 射线（光子束）：穿透能力最强，它可以穿透大 约100mm厚的铅板。
放射性衰变时遵循：能量守恒、动量守恒、角动量 守恒、电荷数守恒、核子数守恒等一些基本物理学 定律。
衰变式： 例如：
Z AX A Z 4 2Y 4 2H(α e) 2828 R 6 a282R 62 n 4 2H(α e)
核磁子：
N 2 e m p 5 .05 1 0 2 0 J 7 7 T 1 9 3.1 1 5 8 e 0 2 V T 4 1 5
N 18136B
质子的磁矩： 中子的磁矩：
2.7928N 1.9135N
负号表示磁矩方向与自旋角动量方向相反。
§16-2 原子核的结合能 核力
16-2-1 原子核的结合能
衰变： 射线是一种高能电磁辐射。
h1Me~1 V GeV
衰变式：
A ZYA ZYγ
Y* 表示处于激发态的原子核。
例如： 152 B 162 C*ev 16C 2 162 C
16-3-3 放射性衰变规律 半衰期
放射性衰变规律：
dN N
dt ：衰变恒量 积分可得：
NN0et
越大，衰变越快。
铀 U 235 92
裂变碎片按
三分裂变：分裂成三块碎片。 质量数分布图。
平均一个铀核裂变产生2.5个中子。 链式反应 ：
16-4-2 核聚变
核聚变：当两个或两个以上的轻核结合成较重原 子核时，会有能量释放出来的过程。
目前实验室研究的核聚变反应 ： 2 1H2 1H3 1H1 1H4.03MeV 聚变核子平均： 2 1H3 1H4 2He0 1n17.6MeV 3.6 MeV 2 1H2 1H2 3He0 1n3.27MeV 裂变核子平均： 2 1H 2 3H e4 2He 1 1H 18.3MeV 0.85 MeV
放射性衰变时遵循：能量守恒、动量守恒、角动量 守恒、电荷数守恒、核子数守恒等一些基本物理学 定律。
衰变式： 例如：
Z AX A Z 4 2Y 4 2H(α e) 2828 R 6 a282R 62 n 4 2H(α e)
核磁子：
N 2 e m p 5 .05 1 0 2 0 J 7 7 T 1 9 3.1 1 5 8 e 0 2 V T 4 1 5
N 18136B
质子的磁矩： 中子的磁矩：
2.7928N 1.9135N
负号表示磁矩方向与自旋角动量方向相反。
§16-2 原子核的结合能 核力
16-2-1 原子核的结合能
衰变： 射线是一种高能电磁辐射。
h1Me~1 V GeV
衰变式：
A ZYA ZYγ
Y* 表示处于激发态的原子核。
例如： 152 B 162 C*ev 16C 2 162 C
16-3-3 放射性衰变规律 半衰期
放射性衰变规律：
dN N
dt ：衰变恒量 积分可得：
NN0et
越大，衰变越快。
铀 U 235 92
裂变碎片按
三分裂变：分裂成三块碎片。 质量数分布图。
平均一个铀核裂变产生2.5个中子。 链式反应 ：
16-4-2 核聚变
核聚变：当两个或两个以上的轻核结合成较重原 子核时，会有能量释放出来的过程。
目前实验室研究的核聚变反应 ： 2 1H2 1H3 1H1 1H4.03MeV 聚变核子平均： 2 1H3 1H4 2He0 1n17.6MeV 3.6 MeV 2 1H2 1H2 3He0 1n3.27MeV 裂变核子平均： 2 1H 2 3H e4 2He 1 1H 18.3MeV 0.85 MeV
高中物理原子核式结构 14张精品ppt课件
4、卢瑟福的原子核式结构
原子的中心有一个很小的核，叫做原子核．原子的全部 正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里．带负电的电子在 核外的空间运动．
卢瑟福的原子结构模型，原子核的直 径是 1015 M，原子的直径是1010 M。
体育场 原子
原子核
二、α粒子散射实验
1909～1911年，英国物 理学家卢瑟福和他的助 手们进行了 粒子散射 实验
1、α粒子的散射：
α粒子照射在金箔上面，由于金箔 原子中的带电微粒对α粒子有库仑力作 用，会使α粒子在穿过金箔时，改变原 来的运动方向，这个现象叫做α粒子的现象：
绝大多数：沿原方向前进。
少数：发生大角度偏转，甚至偏角达到900
极少数：发生反弹现象，偏角几乎达到1800
汤姆孙模型对α粒子散射实验的解释
汤姆孙模型对α粒子散射实验的解释
正电荷在原子内部均匀分布， α粒子穿过原子时， 由于粒子两侧正电荷对它的斥力大部分互相抵消，使 α粒子偏转的力不会很大。
《原子的核式结构原子核》
一、汤姆孙
1、电子的发现 1897年J.J.汤姆孙发现了电 子。 这在一定意义上是历史上第 一次发现电子。
1856-1940英国剑桥大学 实验物理学家
电子：
带负电荷，质量比氢原子还小。
电子是原子的组成部分。
2、汤姆孙的原子模型： 原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球 体内，电子镶嵌其中。
原子核物理概论.ppt
p h hc 1240 fm MeV 124MeV
c 10 fm c
c
则
v p pc2 240c m mc2
—— 不可能！
另外，原子核的质子-电子假说也无法解释核自旋的实验 事实。以氮原子核为例，按照原子核的质子-电子假说，氮 核中应包含14个质子和7个电子，粒子总数是21，因为质子 和电子的自旋都是1/2，21个粒子合成的氮核的自旋是21/2， 而实际上氮核的自旋是1。
质子和中子统称为核子，海森伯认为质子和中子是核子 的两个不同状态，它们在质量上的微小差异是由电性质的不 同所引起的。在原子核内，中子是组成核的稳定粒子，但在 原子核外，中子是不稳定的，一个自由中子的寿命是888.6 s， 约为15 min，最后衰变为一个质子、一个电子和一个反中微 子，即
n p e ve
➢ 1900年，发现 射线。
➢ 1903年，卢瑟福证实 射线是氦核， 射线是电子。
➢ 1911年，提出原子的核式模型。 ➢ 1919年，实现人工核反应。 ➢ 1932年，查德威克发现中子。 ➢ 1934年，约里奥.居里夫妇发现人工放射性。
➢ 1939年，发现铀原子核裂变。 ➢ 1942年，发明热中子链式反应。 ➢ 1945年，原子弹。 ➢ 1952年，氢弹。 ➢ 1954年，苏联第一个原子能发电站。 ➢ 1958年，我国第一座重水型原子反应堆。 ➢ 1964年，我国第一原子弹试爆成功。 ➢ 1967年，我国第一氢弹试爆成功。
(1) 同位素：是质子数Z相同而中子数N不同的核素，它们 在周期表上占据同一个位置。自然界存在的元素往往是由 几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例， 这种比例称为同位素的丰度。
例如，自然界存在的氧有三种同位素，即 186O, 187O, 188O ， 它们的丰度分别为99.759%、0.037%和0.204%。
2025届高三物理一轮复习原子和原子核(50张PPT)
考点3 原子核的衰变及半衰期
质子
中子
质子数
贝克勒尔
原子核
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
_______核
+2e
4 u
最_______
最_______
β射线
_______
-e
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最_______
最_______
3.三种射线的比较。
氦
强
弱
电子
弱
强
4.原子核的衰变。(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
(2)α衰变、β衰变。
核内部自身的因素
无关
6.放射性同位素的应用与防护。(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质_______(填“相同”或“不同”)。(2)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害。
答案 AC
1.核力:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。2.结合能:原子核是核子凭借_______结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子的结合能,也叫核能。
考点5 质量亏损及核能的计算
核力
3.比结合能:原子核的结合能与_______之比,叫作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越_______,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。4.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=______。原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=_______。
质子
中子
质子数
贝克勒尔
原子核
名称
构成
符号
电荷量
质量
电离能力
贯穿本领
α射线
_______核
+2e
4 u
最_______
最_______
β射线
_______
-e
较强
较强
γ射线
光子
γ
0
0
最_______
最_______
3.三种射线的比较。
氦
强
弱
电子
弱
强
4.原子核的衰变。(1)衰变:原子核自发地放出α粒子或β粒子,变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变。
衰变类型
α衰变
β衰变
衰变方程
衰变实质
2个质子和2个中子结合成一个整体射出
中子转化为质子和电子
衰变规律
电荷数守恒、质量数守恒
(2)α衰变、β衰变。
核内部自身的因素
无关
6.放射性同位素的应用与防护。(1)放射性同位素:有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类,放射性同位素的化学性质_______(填“相同”或“不同”)。(2)应用:消除静电、工业探伤、作示踪原子等。(3)防护:防止放射性对人体组织的伤害。
答案 AC
1.核力:原子核内部,核子间所特有的相互作用力。2.结合能:原子核是核子凭借_______结合在一起构成的,要把它们分开需要的能量,叫作原子的结合能,也叫核能。
考点5 质量亏损及核能的计算
核力
3.比结合能:原子核的结合能与_______之比,叫作比结合能,也叫平均结合能。比结合能越_______,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。4.核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm,其对应的能量ΔE=______。原子核分解成核子时要吸收一定的能量,相应的质量增加Δm,吸收的能量为ΔE=_______。
第十六章原子核物理与基本粒子简介ppt课件
四个常见的重要轻核聚变反应
2 1
H
21H23
He
01n
3.25MeV
2 1
H
2 1
H31
H11H
4.0MeV
2 1
H
31H
4 2
He
1 0
n
17.6MeV
2 1
H
3 2
He42
He11H
18.3MeV
以上四个反应的总效果是
说明
621H 242 He 211H 201n 43.15MeV
(1) 1kg 的氘核聚变时，放出的能量是 1 kg 铀裂变时放出能
++
四、强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 )
重子 介子
三个夸克组成 夸克和反夸克组成
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
夸克
质量
电荷 e
自 旋
重 同 同位 子 位 旋分 数旋 量
奇 异 数
超荷
粲底顶 数数数
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
独立地在一个静止的平均势场中运动的假设过于简化。 3. 集体模型
在50年代初，丹麦物理学家玻尔等人提出了在考虑单粒子 独立运动的同时，还必须考虑原子核发生转动和振动等集 体运动的新模型 —— 集体模型，或称为综合模型。
16.3 原子核的结合能 裂变和聚变
一、原子核的结合能
1. 原子核质量亏损 原子核质量小于组成核的所有核子静止质量之和，二
时释放出极大能量。
例
235 92
U
吸收一个中子，一个可能的反应过程
235 92
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1) 慢中子：0～1KeV。包括冷中子、热中子、超热 中子、共振中子。
热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为 0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s.
2) 中能中子：1KeV～0.5MeV。
3) 快中子：0.5MeV～10MeV。
4) 特快中子：>10MeV。
• 不带电，质量接近质子，自由中子不稳定， 12min，无法储存
电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必 须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满 足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的 能量必须大于1.022MeV。
能量可以转化成物质，高Z物质易发生
X、γ射线与物质的相互作用
低能光子，原子序数高的物质
中能光子，原子序数低的物质
高能光子，原子序数高的物质
3. γ 辐射，同质异能跃迁
伴随性：子核处于激发能级
内转换：有 时不发射光子，把多 余的能交给核外电子，电子脱离 束缚而发射
Am Z
X
A Z
X
hv
二、射线与物质的相互作用 • 本质：能的转移与吸收 • 带电粒子 • 非带电粒子
带电粒子与物质的相互作用
（一）带电粒子的种类和物理性质
带电粒子种类： 电子：核外电子
光电效应发生后，由于原子内层电子出现空位，将 发生发出特征X射线或俄歇电子的过程。
• 只有光子能量大于壳层电子的结合能时， 才能发生光电效应，当光子能量较低，而 作用物质的原子序数较大时，光电效应的 概率很大。
X、γ射线与物质的相互作用
原子的光电效应截面： （每个原子）
单位：cm2
式中：K－常数 Z－物质的原子序数
EZ 800
• （二）非带电粒子与物质的相互作用
1.X、γ射线与物质的相互作用 2.中子与物质的相互作用
与带电粒子完全不同，不能完全被吸收，增加物质的厚度，只能减 弱其强度。
X、γ射线与物质的相互作用
1.X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和 其他过程
1.1 光电效应
光电子动能：
Ee＝h－Bi （ i＝K，L，M…）
离原子核束缚作功（逸出功）；另一
部分变成逸出后电子的动能。
High speed electron Exciting inter electron
当电子逸出后，原子 内壳层就出现了空位， 外壳层电子将向内壳
层填充，辐射的电磁
nuclear
波（ X线）由两能级
差确定
k LM
E2- E1= hf21
• 直接电离（初级）：入射粒子与物质直接 作用产生电离
32
相互作用系数
一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数 （一）、X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和 其他过程
（二)质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系 数
33
• 光子与物质相互作用产生的次级粒子，光 电子，康普顿散射电子，正负电子对，俄 歇电子，淹没光子，核特征X射线，与物质 发生各种相互作用，直到能量全部耗尽为 止。
e－总康普顿线衰减系数； coh －相干散射线衰减系数； －电子对线衰减系数；
质量衰减系数 /：
36
/
1
dl
dN N
不带电粒子在物质中穿过质量厚度的物 质层后，因相互作用使不带电粒子减少 的份额。
2. 质能转移系数 tr /
X、γ射线与物质的相互作用
线能量转移系数tr： 穿行单位距离，光子转移为带电 粒子的动能占总能量的份额。
质能转移系数 tr /： 穿行过单位质量厚度，射线把 能量转移给电子的份额
38
3. 质能吸收系数 en /
X、γ射线与物质的相互作用
光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致 辐射损失掉。
质能吸收系数 en /：
式中：g－次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额
39
2.中子与物质的相互作用 2.1、中子的分类
特征 光子不同于 (n,n’) 的特征 光子。由于这些
光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为 “中子感生瞬发射线”，同样在核分析技术中有重 要的应用。
当发生(n,)反应后，新形成的核素是放射性的，就是
常说的“活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量 中子流的注量率区分中子的能量范围。
带 β射线：原子核发出的高速电子 电 粒 质子 子
α粒子
5
带电粒子与物质相互作用的主要过程
电离和激发
主 要 过 程
韧致辐射
6
1. 电离、激发和碰撞阻止本领
库仑相互作用
带电粒子
轨道电子
电离
激发
7
2、特征X射线的产生原理
特征X线的产生过程
高速电子进入靶物质后，其动能被靶
原子内壳层电子获得，一部分用来脱
• 间接电离（次级）：电离产生的某些电子， 具有足够的能量，进一步引起物质电离， 总电离的60%-80%
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。
X、γ射线与物质的相互作用
X、γ射线与物质的相互作用的其他过程
1. 相干散射 光子作为电磁波具有波粒二象性；
干涉现象的条件：相干光源
劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象， 在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。
瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束 缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。
康普顿散射可近似为光子与自由电子发生相互作
用（弹性碰撞）。康普顿效应主要发生在原子中结合
的最松的外层电子上。
反冲电子 Ee
反冲角
入射光子 hv
散射角
散射光子 hv
1.3、电子对效应 Pair Production
电子对效应是当入射射线(光子)能量较高 (>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核 库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和 一个电子的过程。
p01n
10e
00v
Q
(3). 电子俘获 (E.c)
1 1
p
10e01n
00v
Q
A Z
X
10eZ
A1Y
00v
Q
原子核从核外获得，K俘获
A Z
X
Z A1Y
0
0
v
Q
A Z
X
Z A1Y
00v
Q
E.c
k 40
19
+
-
A 40
18 r
C 40
20 a
15
辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程
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。
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。
17
• 线辐射阻止本领
Srad
( dE dl
) rad
Srad
(
dE dl
)rad
NEZ (Z 1)e4 137m2c4
1 dE
dl
c ol
(mass collision
stopping power)： 线碰撞阻止本领除以密
度，消除密度的影响。
12
dE ( dl )col
4e4 z2 NZ
m02 v 2
[ln
2m0 v 2
I (1 2 )
2]
(贝特)
m0 , e电子静止质量，电荷
特征X射线
25
X、γ射线与物质的相互作用
俄歇电子
26
光电效应Photoelectric Effect
射线(光子)与物质原子中束缚电子作用，把全部 能量转移给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子 photoelectron)，而光子本身消失的过程，称为光电效 应。
光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自 由电子发生相互作用。因此，光电效应主要发生在原 子中结合的最紧的 K层电子上。
2.韧致辐射和辐射阻止本领
高速电子进入到原子核附近的强电场区域 （路程伴随库仑力的变化过程），电子的速度 大小和方向必然变化，部分或全部动能以电磁 波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转 化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是 任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞 辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波 长连续分布。 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。
➢截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；
➢低能时不可忽略，小角度散射。
35
X、γ射线与物质的相互作用
质量衰减系数、质能转移系数 及质能吸收系数
1. 质量衰减系数 /
线衰减系数 ： 光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总 的相互作用的几率。
单位：m-1 式中： －线衰减系数，m-1； －光电线衰减系数；
一、核衰变类型
核内中子，质子数失衡，核转变同时放出射线
1. 衰变
X A
Z
Y A4 Z 2
24He
Q
R 226
88 a
3 2 1
重核，原子序数大于82
R 222
86 n
2. 衰变与电子俘获
热中子：与吸收物质原子处于热平衡状态，能量为 0.0253eV，中子速度~2.2×103m/s.
2) 中能中子：1KeV～0.5MeV。
3) 快中子：0.5MeV～10MeV。
4) 特快中子：>10MeV。
• 不带电，质量接近质子，自由中子不稳定， 12min，无法储存
电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必 须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满 足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的 能量必须大于1.022MeV。
能量可以转化成物质，高Z物质易发生
X、γ射线与物质的相互作用
低能光子，原子序数高的物质
中能光子，原子序数低的物质
高能光子，原子序数高的物质
3. γ 辐射，同质异能跃迁
伴随性：子核处于激发能级
内转换：有 时不发射光子，把多 余的能交给核外电子，电子脱离 束缚而发射
Am Z
X
A Z
X
hv
二、射线与物质的相互作用 • 本质：能的转移与吸收 • 带电粒子 • 非带电粒子
带电粒子与物质的相互作用
（一）带电粒子的种类和物理性质
带电粒子种类： 电子：核外电子
光电效应发生后，由于原子内层电子出现空位，将 发生发出特征X射线或俄歇电子的过程。
• 只有光子能量大于壳层电子的结合能时， 才能发生光电效应，当光子能量较低，而 作用物质的原子序数较大时，光电效应的 概率很大。
X、γ射线与物质的相互作用
原子的光电效应截面： （每个原子）
单位：cm2
式中：K－常数 Z－物质的原子序数
EZ 800
• （二）非带电粒子与物质的相互作用
1.X、γ射线与物质的相互作用 2.中子与物质的相互作用
与带电粒子完全不同，不能完全被吸收，增加物质的厚度，只能减 弱其强度。
X、γ射线与物质的相互作用
1.X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和 其他过程
1.1 光电效应
光电子动能：
Ee＝h－Bi （ i＝K，L，M…）
离原子核束缚作功（逸出功）；另一
部分变成逸出后电子的动能。
High speed electron Exciting inter electron
当电子逸出后，原子 内壳层就出现了空位， 外壳层电子将向内壳
层填充，辐射的电磁
nuclear
波（ X线）由两能级
差确定
k LM
E2- E1= hf21
• 直接电离（初级）：入射粒子与物质直接 作用产生电离
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相互作用系数
一、质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系数 （一）、X、γ射线与物质的相互作用的主要过程和 其他过程
（二)质量衰减系数、质能转移系数及质能吸收系 数
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• 光子与物质相互作用产生的次级粒子，光 电子，康普顿散射电子，正负电子对，俄 歇电子，淹没光子，核特征X射线，与物质 发生各种相互作用，直到能量全部耗尽为 止。
e－总康普顿线衰减系数； coh －相干散射线衰减系数； －电子对线衰减系数；
质量衰减系数 /：
36
/
1
dl
dN N
不带电粒子在物质中穿过质量厚度的物 质层后，因相互作用使不带电粒子减少 的份额。
2. 质能转移系数 tr /
X、γ射线与物质的相互作用
线能量转移系数tr： 穿行单位距离，光子转移为带电 粒子的动能占总能量的份额。
质能转移系数 tr /： 穿行过单位质量厚度，射线把 能量转移给电子的份额
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3. 质能吸收系数 en /
X、γ射线与物质的相互作用
光子转移给带电粒子的能量有一部分会由于韧致 辐射损失掉。
质能吸收系数 en /：
式中：g－次级电子由于韧致辐射而损失的能量的份额
39
2.中子与物质的相互作用 2.1、中子的分类
特征 光子不同于 (n,n’) 的特征 光子。由于这些
光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为 “中子感生瞬发射线”，同样在核分析技术中有重 要的应用。
当发生(n,)反应后，新形成的核素是放射性的，就是
常说的“活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量 中子流的注量率区分中子的能量范围。
带 β射线：原子核发出的高速电子 电 粒 质子 子
α粒子
5
带电粒子与物质相互作用的主要过程
电离和激发
主 要 过 程
韧致辐射
6
1. 电离、激发和碰撞阻止本领
库仑相互作用
带电粒子
轨道电子
电离
激发
7
2、特征X射线的产生原理
特征X线的产生过程
高速电子进入靶物质后，其动能被靶
原子内壳层电子获得，一部分用来脱
• 间接电离（次级）：电离产生的某些电子， 具有足够的能量，进一步引起物质电离， 总电离的60%-80%
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。
X、γ射线与物质的相互作用
X、γ射线与物质的相互作用的其他过程
1. 相干散射 光子作为电磁波具有波粒二象性；
干涉现象的条件：相干光源
劳厄（Laue）发现X射线的相干散射现象， 在0.0005~0.2MeV，相干散射主要是瑞利散射。
瑞利散射（Rayleigh），与束缚得很牢固的电子的弹性散射，束 缚电子吸收光子跃迁，随后又发出一个能量相同的散射光子。
康普顿散射可近似为光子与自由电子发生相互作
用（弹性碰撞）。康普顿效应主要发生在原子中结合
的最松的外层电子上。
反冲电子 Ee
反冲角
入射光子 hv
散射角
散射光子 hv
1.3、电子对效应 Pair Production
电子对效应是当入射射线(光子)能量较高 (>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在核 库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和 一个电子的过程。
p01n
10e
00v
Q
(3). 电子俘获 (E.c)
1 1
p
10e01n
00v
Q
A Z
X
10eZ
A1Y
00v
Q
原子核从核外获得，K俘获
A Z
X
Z A1Y
0
0
v
Q
A Z
X
Z A1Y
00v
Q
E.c
k 40
19
+
-
A 40
18 r
C 40
20 a
15
辐射损失——与原子核的非弹性碰撞过程
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。
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。
17
• 线辐射阻止本领
Srad
( dE dl
) rad
Srad
(
dE dl
)rad
NEZ (Z 1)e4 137m2c4
1 dE
dl
c ol
(mass collision
stopping power)： 线碰撞阻止本领除以密
度，消除密度的影响。
12
dE ( dl )col
4e4 z2 NZ
m02 v 2
[ln
2m0 v 2
I (1 2 )
2]
(贝特)
m0 , e电子静止质量，电荷
特征X射线
25
X、γ射线与物质的相互作用
俄歇电子
26
光电效应Photoelectric Effect
射线(光子)与物质原子中束缚电子作用，把全部 能量转移给某个束缚电子，使之发射出去(称为光电子 photoelectron)，而光子本身消失的过程，称为光电效 应。
光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自 由电子发生相互作用。因此，光电效应主要发生在原 子中结合的最紧的 K层电子上。
2.韧致辐射和辐射阻止本领
高速电子进入到原子核附近的强电场区域 （路程伴随库仑力的变化过程），电子的速度 大小和方向必然变化，部分或全部动能以电磁 波的形式向外辐射能量，即损失的能量直接转 化成X线。由于电子与靶原子核的相对位置是 任意的，电子进入靶的初动能经过多少次碰撞 辐射而完全丧失也不确定，故辐射出的X线波 长连续分布。 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。
➢截面与Z2成正比，并随能量增大而急剧减小；
➢低能时不可忽略，小角度散射。
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X、γ射线与物质的相互作用
质量衰减系数、质能转移系数 及质能吸收系数
1. 质量衰减系数 /
线衰减系数 ： 光子在物质中穿行单位距离时，平均发生总 的相互作用的几率。
单位：m-1 式中： －线衰减系数，m-1； －光电线衰减系数；
一、核衰变类型
核内中子，质子数失衡，核转变同时放出射线
1. 衰变
X A
Z
Y A4 Z 2
24He
Q
R 226
88 a
3 2 1
重核，原子序数大于82
R 222
86 n
2. 衰变与电子俘获