第四章射线与物质相互作用1
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原子核物理
§5.1 重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子:与电子相比，质量与电荷数比较大的粒子。 重带电粒子:与电子相比，质量与电荷数比较大的粒子。 相互作用的特点 重带电粒子（ 重带电粒子（如α、p、d…）主要是通过与物质原子中 ） 轨道电子间的库仑作用， 轨道电子间的库仑作用，只有极少数入射粒子通过与核 作用而发生大角度散射。因此， 作用而发生大角度散射。因此，仅讨论重带电粒子与物 质的核外电子间的作用过程。 质的核外电子间的作用过程。
带电粒子与物质相互作用时， 带电粒子与物质相互作用时，主要是与物质中的 原子产生相互作用： 原子产生相互作用： 包括与原子核的弹性与非弹性碰撞； 包括与原子核的弹性与非弹性碰撞； 与核外电子的弹性与非弹性碰撞， 与核外电子的弹性与非弹性碰撞， 主要的效应：与核外电子的非弹性碰撞， 主要的效应：与核外电子的非弹性碰撞， 与原子核的非弹性碰撞。 与原子核的非弹性碰撞。 它们都属于电磁相互作用， 它们都属于电磁相互作用，引起入射粒子的能量 损失。 损失。
α粒子在其它物质中的射程：A为该物质原子量，ρ为密度 粒子在其它物质中的射程： 为该物质原子量，
R = 3.2 × 10
原子核物理
−4
A
ρ
R0
能量歧离和射程歧离 由于各入射带电粒子与物质原子的微观相互作用是随机 因而其能量损失是一随机过程。 的，因而其能量损失是一随机过程。 贝特－布洛赫公式只是此过程的平均值的描述 只是此过程的平均值的描述。 贝特－布洛赫公式只是此过程的平均值的描述。同样能 量的入射粒子经过一定距离后， 量的入射粒子经过一定距离后，个个粒子损失的能量不会是完 全相同的。因此，单能粒子穿过一定厚度的物质后， 全相同的。因此，单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是 单能的，而是发生了能量离散-----能量歧离。 -----能量歧离 单能的，而是发生了能量离散-----能量歧离。 由于带电粒子与物质相互作用是随机的， 由于带电粒子与物质相互作用是随机的，单能粒子的射 程也是涨落的-----射程歧离。 -----射程歧离 程也是涨落的-----射程歧离。
快电子径迹示意图
原子核物理
由于快电子与相互作用的轨道电子的质量相等， 由于快电子与相互作用的轨道电子的质量相等， 因而在单次碰撞中就可能损失大部分能量并发生 大的偏转。 大的偏转。
5.2.1 电子的能量损失 电离损失：快电子通过靶物质时， 1) 电离损失：快电子通过靶物质时，也会与原子的核外电 子发生非弹性碰撞， 子发生非弹性碰撞，使原子电离或激发 辐射损失： 粒子穿过物质时，会发射电磁波即光子， 2) 辐射损失： β粒子穿过物质时，会发射电磁波即光子， 称为辐射损失。 称为辐射损失。 轫致辐射：当电子经过原子核附近时由于库仑力的作 a) 轫致辐射：当电子经过原子核附近时由于库仑力的作 发生非弹性散射，运动方向发生改变， 用，发生非弹性散射，运动方向发生改变，产生加速 度，从而向外辐射能量，为轫致辐射。受库仑场的加 从而向外辐射能量，为轫致辐射。 速会辐射电磁波，电磁波振幅正比于加速度a 速会辐射电磁波，电磁波振幅正比于加速度a ∝ 则电磁辐射强度，即振幅平方正比于Z Ze2/me，则电磁辐射强度，即振幅平方正比于Z2/me2
第五章 射线与物质相互作用
原子核物理
射线(Ray)又称辐射（ 射线(Ray)又称辐射（Radiaton) (Ray)又称辐射 能量大于10ev的辐射称作电离辐射（ Radiaton） 能量大于10ev的辐射称作电离辐射（Ionizing Radiaton） 10ev的辐射称作电离辐射 电离辐射通常可分为四大类： 电离辐射通常可分为四大类： 带电粒子辐射 快电子 重带电粒子 非带电粒子辐射 电磁辐射 中子
原子核物理
§5.2 β射线与物质的相互作用
β射线（包括正负电子）与物质相互作用的损失能量率远小 射线（包括正负电子） 于重带电粒子，而且在物质中运动的轨迹十分曲折， 于重带电粒子，而且在物质中运动的轨迹十分曲折，电子与靶 原子的作用除了电离能量损失外，还有辐射能量损失， 原子的作用除了电离能量损失外，还有辐射能量损失，此外电 子还会被靶物质中的电子和原子核散射。 子还会被靶物质中的电子和原子核散射。
原子核物理
fx 一个速度为υ 一个速度为υ、电荷ze的带电粒子 穿过由原子序数Z的元素组成的纯阻止介 r 质时， 质时，由于与介质原子核外电子发生非 弹性碰撞， 弹性碰撞，经过单位路程后的能量损失 Ze,M,v 或称阻止本领为： 或称阻止本领为：
e, m bfy
dE 4πe4z2ZN 2m0v2 2 2 − = ln 2 I −ln 1− β − β dx m0v
(
)
式中m0为电子静止质量，β＝v/c，N为阻止介质中单位体积的原 式中m 为电子静止质量， v/c， 子数目， 为介质原子的平均电离电势， 子数目，I为介质原子的平均电离电势，代表该原子中各壳层电 子的激发和电离能之平均值。方括号中第二、 子的激发和电离能之平均值。方括号中第二、三两项是相对论 贝特－ 修正项。这就是著名的贝特 布洛赫公式。 修正项。这就是著名的贝特－布洛赫公式。
原子核物理
5.2.3 电子的散射 β粒子在物质中与原子核库仑场作用，只改变运动方向， 粒子在物质中与原子核库仑场作用，只改变运动方向， 而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。由于电子质量小， 而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。由于电子质量小， 因而散射角度可以很大，且会发生多次散射， 因而散射角度可以很大，且会发生多次散射，最后偏离原 来运动方向，其最后的散射角度可大于90 即反散射。 来运动方向，其最后的散射角度可大于900，即反散射。
1 θ = arccos nβ
原子核物理
5.2.2 β粒子射程 由于β粒子谱是连续的，没有相应的电子射程， 由于β粒子谱是连续的，没有相应的电子射程，但仍可使用 谱中最大能量E 所对应的射程，称为β射线最大射程R 谱中最大能量Eβm所对应的射程，称为β射线最大射程Rβm。当 吸收物质厚度t远小于R 吸收物质厚度t远小于R时，β射线在物质中的吸收行为可表 示为： 示为： − µ t
原子核物理
5.2.4 正电子与物质的相互作用
正电子通过物质时，其主要过程如负电子一样，要与核外 正电子通过物质时，其主要过程如负电子一样， 电子及原子核相互作用，产生电离损失与辐射损失等过程而慢化。 电子及原子核相互作用，产生电离损失与辐射损失等过程而慢化。 正电子与物质作用的特点在于，在其慢化而快要终 正电子与物质作用的特点在于， 止时，与介质中的电子形成正电子素（ 止时，与介质中的电子形成正电子素（Positronium)。 。 正电子素是一种束缚态，围绕其质心系的轨道而运动。 正电子素是一种束缚态，围绕其质心系的轨道而运动。 正电子素维持约~10-10s，电子和正电子发生湮没。 正电子素维持约 ，电子和正电子发生湮没。
原子核物理
理论计算得到的轫致辐射引起的能量损失率为： 理论计算得到的轫致辐射引起的能量损失率为：
dE Z (− ) ra d ∝ dx m
2 2
NE
辐射损失率与Z 成正比， 辐射损失率与Z2成正比，说明电子打到重元素中容易发生轫致 辐射。这一特性对选择合适的材料来阻挡β粒子很重要： 辐射。这一特性对选择合适的材料来阻挡β粒子很重要：从电离 损失考虑，采用高Z元素来阻挡较好， 损失考虑，采用高Z元素来阻挡较好，但这样会引起很强的轫致 辐射，反而起不到保护，所以采用低Z元素防护。另外， 辐射，反而起不到保护，所以采用低Z元素防护。另外，辐射损 失率与粒子能量E成正比，这与电离损失不同， 失率与粒子能量E成正比，这与电离损失不同，所以当电子能量 低时，电离损失占优势；电子能量高时，辐射损失占优。 低时，电离损失占优势；电子能量高时，辐射损失占优。在相 对论能区，辐射损失和电离损失之比为： 对论能区，辐射损失和电离损失之比为：
I = I 0e
其中I 为入射β射线强度， 为吸收系数， 其中I0为入射β射线强度，µ为吸收系数，随吸收物质的原子 序数Z增大而增大，且与β能量有关。 序数Z增大而增大，且与β能量有关。 对于铝吸收体， 对于铝吸收体，β射线射程与能量有如下经验公式
Rβm = 0.542Eβm − 0.133, Eβm = 0.8 −3Mev
原子核物理
能量损失率
能量损失率与入射粒子的电荷数z的平方成正比， a. 能量损失率与入射粒子的电荷数z的平方成正比， 的入射粒子，电离损失率大， 高z的入射粒子，电离损失率大，重离子比轻离子 电离损失率大。 电离损失率大。 b.电离损失率与入射粒子的速度 的平方成反比， 电离损失率与入射粒子的速度v b.电离损失率与入射粒子的速度v的平方成反比，入 射离子速度越快，电离损失率越小。 射离子速度越快，电离损失率越小。 c.电离损失率与物质的电荷数 电离损失率与物质的电荷数Z c.电离损失率与物质的电荷数Z、单位体积中的原子 成正比，物质的电荷数越大、 数N成正比，物质的电荷数越大、单位体积中的电 荷数越大，则电离损失率越大。 荷数越大，则电离损失率越大。 对于重带电粒子与重物质相互作用， 对于重带电粒子与重物质相互作用，其电离损 失率大，而轻带电粒子与轻物质相互作用则相反。 失率大，而轻带电粒子与轻物质相互作用则相反。
dE (− ) rad dx
原子核物理
ZE dE (− ) io n = dx 800
原子核物理
ห้องสมุดไป่ตู้
切伦科夫辐射：快电子穿过透明介质时，除轫致辐射外， b) 切伦科夫辐射：快电子穿过透明介质时，除轫致辐射外，若 电子在介质中的速度v超过电磁波在介质中传播的速度， 电子在介质中的速度v超过电磁波在介质中传播的速度，即 v>c/n（ 为介质折射率），会在某一特定方向发射电磁波， ），会在某一特定方向发射电磁波 v>c/n（n为介质折射率），会在某一特定方向发射电磁波， 称为切伦科夫辐射或超光速电子辐射。 称为切伦科夫辐射或超光速电子辐射。考虑辐射的旋转对称 在某一瞬间辐射在以粒子为顶点，顶角为2 性，在某一瞬间辐射在以粒子为顶点，顶角为2θ 的锥面方 向发射出来，称为光锥。 向发射出来，称为光锥。该辐射沿着切伦科夫辐射是连续谱 的可见光。 的可见光。
原子核物理
§ 1、重带电粒子与物质的相互作用 射线与物质的相互作用 § 2、β射线与物质的相互作用 § 3、γ射线与物质的相互作用 射线与物质的相互作用 中子与物质的相互作用 § 4、中子与物质的相互作用
原子核物理
射线与物质相互作用中，射线泛指核衰变、核反应、 射线与物质相互作用中，射线泛指核衰变、核反应、核裂变放 出的粒子，也包括加速产生的，或来自宇宙线的多种粒子； 出的粒子，也包括加速产生的，或来自宇宙线的多种粒子；物 质指宏观意义上的物质， 气体，单质或化合物。 质指宏观意义上的物质，固、液、气体，单质或化合物。
R =
能量为E 的入射粒子的射程： 能量为E0的入射粒子的射程： 实际应用中，利用实验数据总结出的经验公式。 实际应用中，利用实验数据总结出的经验公式。如天然放射 性核所释放的α粒子，在空气中的射程为： 性核所释放的α粒子，在空气中的射程为：
∫
0
E0
1 dE (d E / d x )
R 0 = 0.318 E 3 / 2
原子核物理
dE 4πe4z2ZN 2m0v2 2 2 − = ln 2 I −ln 1− β − β dx m0v
(
)
原子核物理
5.1.2 重带电粒子的射程 重带电粒子在物质中运动不断损失能量，待能量耗尽， 重带电粒子在物质中运动不断损失能量，待能量耗尽，就停 留在物质中。它沿原来方向所穿过的最大距离， 留在物质中。它沿原来方向所穿过的最大距离，称为入射粒 子在该物质中的射程。 子在该物质中的射程。
原子核物理
5.1.1 重带电粒子在物质中的能量损失 快速运动的质子、 快速运动的质子、α粒子一类重带电粒子在穿过靶物质 与物质原子发生非弹性碰撞，将能量转移给电子， 时，与物质原子发生非弹性碰撞，将能量转移给电子，导致 原子的电离和激发，从而导致带电粒子的能量损失。 原子的电离和激发，从而导致带电粒子的能量损失。 带电粒子的能量损失分为核碰撞能量损失 核碰撞能量损失和 带电粒子的能量损失分为核碰撞能量损失和电子碰撞能量损 对于高能(MeV)带电粒子 带电粒子， 失。对于高能(MeV)带电粒子，原子核碰撞所导致的能量损 失远远小于与核外电子碰撞所导致的能量损失。 失远远小于与核外电子碰撞所导致的能量损失。
§5.1 重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子:与电子相比，质量与电荷数比较大的粒子。 重带电粒子:与电子相比，质量与电荷数比较大的粒子。 相互作用的特点 重带电粒子（ 重带电粒子（如α、p、d…）主要是通过与物质原子中 ） 轨道电子间的库仑作用， 轨道电子间的库仑作用，只有极少数入射粒子通过与核 作用而发生大角度散射。因此， 作用而发生大角度散射。因此，仅讨论重带电粒子与物 质的核外电子间的作用过程。 质的核外电子间的作用过程。
带电粒子与物质相互作用时， 带电粒子与物质相互作用时，主要是与物质中的 原子产生相互作用： 原子产生相互作用： 包括与原子核的弹性与非弹性碰撞； 包括与原子核的弹性与非弹性碰撞； 与核外电子的弹性与非弹性碰撞， 与核外电子的弹性与非弹性碰撞， 主要的效应：与核外电子的非弹性碰撞， 主要的效应：与核外电子的非弹性碰撞， 与原子核的非弹性碰撞。 与原子核的非弹性碰撞。 它们都属于电磁相互作用， 它们都属于电磁相互作用，引起入射粒子的能量 损失。 损失。
α粒子在其它物质中的射程：A为该物质原子量，ρ为密度 粒子在其它物质中的射程： 为该物质原子量，
R = 3.2 × 10
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−4
A
ρ
R0
能量歧离和射程歧离 由于各入射带电粒子与物质原子的微观相互作用是随机 因而其能量损失是一随机过程。 的，因而其能量损失是一随机过程。 贝特－布洛赫公式只是此过程的平均值的描述 只是此过程的平均值的描述。 贝特－布洛赫公式只是此过程的平均值的描述。同样能 量的入射粒子经过一定距离后， 量的入射粒子经过一定距离后，个个粒子损失的能量不会是完 全相同的。因此，单能粒子穿过一定厚度的物质后， 全相同的。因此，单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是 单能的，而是发生了能量离散-----能量歧离。 -----能量歧离 单能的，而是发生了能量离散-----能量歧离。 由于带电粒子与物质相互作用是随机的， 由于带电粒子与物质相互作用是随机的，单能粒子的射 程也是涨落的-----射程歧离。 -----射程歧离 程也是涨落的-----射程歧离。
快电子径迹示意图
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由于快电子与相互作用的轨道电子的质量相等， 由于快电子与相互作用的轨道电子的质量相等， 因而在单次碰撞中就可能损失大部分能量并发生 大的偏转。 大的偏转。
5.2.1 电子的能量损失 电离损失：快电子通过靶物质时， 1) 电离损失：快电子通过靶物质时，也会与原子的核外电 子发生非弹性碰撞， 子发生非弹性碰撞，使原子电离或激发 辐射损失： 粒子穿过物质时，会发射电磁波即光子， 2) 辐射损失： β粒子穿过物质时，会发射电磁波即光子， 称为辐射损失。 称为辐射损失。 轫致辐射：当电子经过原子核附近时由于库仑力的作 a) 轫致辐射：当电子经过原子核附近时由于库仑力的作 发生非弹性散射，运动方向发生改变， 用，发生非弹性散射，运动方向发生改变，产生加速 度，从而向外辐射能量，为轫致辐射。受库仑场的加 从而向外辐射能量，为轫致辐射。 速会辐射电磁波，电磁波振幅正比于加速度a 速会辐射电磁波，电磁波振幅正比于加速度a ∝ 则电磁辐射强度，即振幅平方正比于Z Ze2/me，则电磁辐射强度，即振幅平方正比于Z2/me2
第五章 射线与物质相互作用
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射线(Ray)又称辐射（ 射线(Ray)又称辐射（Radiaton) (Ray)又称辐射 能量大于10ev的辐射称作电离辐射（ Radiaton） 能量大于10ev的辐射称作电离辐射（Ionizing Radiaton） 10ev的辐射称作电离辐射 电离辐射通常可分为四大类： 电离辐射通常可分为四大类： 带电粒子辐射 快电子 重带电粒子 非带电粒子辐射 电磁辐射 中子
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§5.2 β射线与物质的相互作用
β射线（包括正负电子）与物质相互作用的损失能量率远小 射线（包括正负电子） 于重带电粒子，而且在物质中运动的轨迹十分曲折， 于重带电粒子，而且在物质中运动的轨迹十分曲折，电子与靶 原子的作用除了电离能量损失外，还有辐射能量损失， 原子的作用除了电离能量损失外，还有辐射能量损失，此外电 子还会被靶物质中的电子和原子核散射。 子还会被靶物质中的电子和原子核散射。
原子核物理
fx 一个速度为υ 一个速度为υ、电荷ze的带电粒子 穿过由原子序数Z的元素组成的纯阻止介 r 质时， 质时，由于与介质原子核外电子发生非 弹性碰撞， 弹性碰撞，经过单位路程后的能量损失 Ze,M,v 或称阻止本领为： 或称阻止本领为：
e, m bfy
dE 4πe4z2ZN 2m0v2 2 2 − = ln 2 I −ln 1− β − β dx m0v
(
)
式中m0为电子静止质量，β＝v/c，N为阻止介质中单位体积的原 式中m 为电子静止质量， v/c， 子数目， 为介质原子的平均电离电势， 子数目，I为介质原子的平均电离电势，代表该原子中各壳层电 子的激发和电离能之平均值。方括号中第二、 子的激发和电离能之平均值。方括号中第二、三两项是相对论 贝特－ 修正项。这就是著名的贝特 布洛赫公式。 修正项。这就是著名的贝特－布洛赫公式。
原子核物理
5.2.3 电子的散射 β粒子在物质中与原子核库仑场作用，只改变运动方向， 粒子在物质中与原子核库仑场作用，只改变运动方向， 而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。由于电子质量小， 而不辐射能量，这种过程称为弹性散射。由于电子质量小， 因而散射角度可以很大，且会发生多次散射， 因而散射角度可以很大，且会发生多次散射，最后偏离原 来运动方向，其最后的散射角度可大于90 即反散射。 来运动方向，其最后的散射角度可大于900，即反散射。
1 θ = arccos nβ
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5.2.2 β粒子射程 由于β粒子谱是连续的，没有相应的电子射程， 由于β粒子谱是连续的，没有相应的电子射程，但仍可使用 谱中最大能量E 所对应的射程，称为β射线最大射程R 谱中最大能量Eβm所对应的射程，称为β射线最大射程Rβm。当 吸收物质厚度t远小于R 吸收物质厚度t远小于R时，β射线在物质中的吸收行为可表 示为： 示为： − µ t
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5.2.4 正电子与物质的相互作用
正电子通过物质时，其主要过程如负电子一样，要与核外 正电子通过物质时，其主要过程如负电子一样， 电子及原子核相互作用，产生电离损失与辐射损失等过程而慢化。 电子及原子核相互作用，产生电离损失与辐射损失等过程而慢化。 正电子与物质作用的特点在于，在其慢化而快要终 正电子与物质作用的特点在于， 止时，与介质中的电子形成正电子素（ 止时，与介质中的电子形成正电子素（Positronium)。 。 正电子素是一种束缚态，围绕其质心系的轨道而运动。 正电子素是一种束缚态，围绕其质心系的轨道而运动。 正电子素维持约~10-10s，电子和正电子发生湮没。 正电子素维持约 ，电子和正电子发生湮没。
原子核物理
理论计算得到的轫致辐射引起的能量损失率为： 理论计算得到的轫致辐射引起的能量损失率为：
dE Z (− ) ra d ∝ dx m
2 2
NE
辐射损失率与Z 成正比， 辐射损失率与Z2成正比，说明电子打到重元素中容易发生轫致 辐射。这一特性对选择合适的材料来阻挡β粒子很重要： 辐射。这一特性对选择合适的材料来阻挡β粒子很重要：从电离 损失考虑，采用高Z元素来阻挡较好， 损失考虑，采用高Z元素来阻挡较好，但这样会引起很强的轫致 辐射，反而起不到保护，所以采用低Z元素防护。另外， 辐射，反而起不到保护，所以采用低Z元素防护。另外，辐射损 失率与粒子能量E成正比，这与电离损失不同， 失率与粒子能量E成正比，这与电离损失不同，所以当电子能量 低时，电离损失占优势；电子能量高时，辐射损失占优。 低时，电离损失占优势；电子能量高时，辐射损失占优。在相 对论能区，辐射损失和电离损失之比为： 对论能区，辐射损失和电离损失之比为：
I = I 0e
其中I 为入射β射线强度， 为吸收系数， 其中I0为入射β射线强度，µ为吸收系数，随吸收物质的原子 序数Z增大而增大，且与β能量有关。 序数Z增大而增大，且与β能量有关。 对于铝吸收体， 对于铝吸收体，β射线射程与能量有如下经验公式
Rβm = 0.542Eβm − 0.133, Eβm = 0.8 −3Mev
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能量损失率
能量损失率与入射粒子的电荷数z的平方成正比， a. 能量损失率与入射粒子的电荷数z的平方成正比， 的入射粒子，电离损失率大， 高z的入射粒子，电离损失率大，重离子比轻离子 电离损失率大。 电离损失率大。 b.电离损失率与入射粒子的速度 的平方成反比， 电离损失率与入射粒子的速度v b.电离损失率与入射粒子的速度v的平方成反比，入 射离子速度越快，电离损失率越小。 射离子速度越快，电离损失率越小。 c.电离损失率与物质的电荷数 电离损失率与物质的电荷数Z c.电离损失率与物质的电荷数Z、单位体积中的原子 成正比，物质的电荷数越大、 数N成正比，物质的电荷数越大、单位体积中的电 荷数越大，则电离损失率越大。 荷数越大，则电离损失率越大。 对于重带电粒子与重物质相互作用， 对于重带电粒子与重物质相互作用，其电离损 失率大，而轻带电粒子与轻物质相互作用则相反。 失率大，而轻带电粒子与轻物质相互作用则相反。
dE (− ) rad dx
原子核物理
ZE dE (− ) io n = dx 800
原子核物理
ห้องสมุดไป่ตู้
切伦科夫辐射：快电子穿过透明介质时，除轫致辐射外， b) 切伦科夫辐射：快电子穿过透明介质时，除轫致辐射外，若 电子在介质中的速度v超过电磁波在介质中传播的速度， 电子在介质中的速度v超过电磁波在介质中传播的速度，即 v>c/n（ 为介质折射率），会在某一特定方向发射电磁波， ），会在某一特定方向发射电磁波 v>c/n（n为介质折射率），会在某一特定方向发射电磁波， 称为切伦科夫辐射或超光速电子辐射。 称为切伦科夫辐射或超光速电子辐射。考虑辐射的旋转对称 在某一瞬间辐射在以粒子为顶点，顶角为2 性，在某一瞬间辐射在以粒子为顶点，顶角为2θ 的锥面方 向发射出来，称为光锥。 向发射出来，称为光锥。该辐射沿着切伦科夫辐射是连续谱 的可见光。 的可见光。
原子核物理
§ 1、重带电粒子与物质的相互作用 射线与物质的相互作用 § 2、β射线与物质的相互作用 § 3、γ射线与物质的相互作用 射线与物质的相互作用 中子与物质的相互作用 § 4、中子与物质的相互作用
原子核物理
射线与物质相互作用中，射线泛指核衰变、核反应、 射线与物质相互作用中，射线泛指核衰变、核反应、核裂变放 出的粒子，也包括加速产生的，或来自宇宙线的多种粒子； 出的粒子，也包括加速产生的，或来自宇宙线的多种粒子；物 质指宏观意义上的物质， 气体，单质或化合物。 质指宏观意义上的物质，固、液、气体，单质或化合物。
R =
能量为E 的入射粒子的射程： 能量为E0的入射粒子的射程： 实际应用中，利用实验数据总结出的经验公式。 实际应用中，利用实验数据总结出的经验公式。如天然放射 性核所释放的α粒子，在空气中的射程为： 性核所释放的α粒子，在空气中的射程为：
∫
0
E0
1 dE (d E / d x )
R 0 = 0.318 E 3 / 2
原子核物理
dE 4πe4z2ZN 2m0v2 2 2 − = ln 2 I −ln 1− β − β dx m0v
(
)
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5.1.2 重带电粒子的射程 重带电粒子在物质中运动不断损失能量，待能量耗尽， 重带电粒子在物质中运动不断损失能量，待能量耗尽，就停 留在物质中。它沿原来方向所穿过的最大距离， 留在物质中。它沿原来方向所穿过的最大距离，称为入射粒 子在该物质中的射程。 子在该物质中的射程。
原子核物理
5.1.1 重带电粒子在物质中的能量损失 快速运动的质子、 快速运动的质子、α粒子一类重带电粒子在穿过靶物质 与物质原子发生非弹性碰撞，将能量转移给电子， 时，与物质原子发生非弹性碰撞，将能量转移给电子，导致 原子的电离和激发，从而导致带电粒子的能量损失。 原子的电离和激发，从而导致带电粒子的能量损失。 带电粒子的能量损失分为核碰撞能量损失 核碰撞能量损失和 带电粒子的能量损失分为核碰撞能量损失和电子碰撞能量损 对于高能(MeV)带电粒子 带电粒子， 失。对于高能(MeV)带电粒子，原子核碰撞所导致的能量损 失远远小于与核外电子碰撞所导致的能量损失。 失远远小于与核外电子碰撞所导致的能量损失。