带电粒子与物质的相互作用页
射线检测技术4-3带电粒子、中子与物质的相互作用
会发生很大的变化，根据经典电磁理论，将产生电磁辐射，这种电磁辐射称
为
轫致辐射。带电粒子的(轫致dd辐Ex射)r引ad起的辐zm2射Z2能2量N损E失率为
所以X射线管中用高能量电子、高原子序数靶 多次散射
电子与靶原子核库仑场发生相互作用时，还可能发生弹性散射，即只改变运 动
方向，不辐射能量。由于电子质量比原子核小得多，因此散射角度可以
(c) 进行粒子放射的吸收
(d) 进行核裂变的吸收
中子射线强度的指数衰减规律
α射线与物质相互作用
•(1) α射线与核外电子作用 •α粒子在物质中通过时，由于α粒子和原子核外电 子的库仑作用，使电子获得能量。如果这种能量能 够使电子克服核的束缚，电子将脱离原子而成为自 由电子，即为电离。如果α粒子传给电子的能量较 小，还不能使电子脱离核的束缚变成自由电子，但 是电子有可能从原来的能级跃迁到更高的能级上去
如电子撞击阳极靶
重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，可能 使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称 为库仑激发。一般库仑激发概率太小，将不予考 虑。
带电粒子与靶原子核的弹性碰撞
带电粒子与靶原子核发生库仑相互作用而改变其 运动速度和方向，但不辐射光子，也不激发原子 核，碰撞前后保持动量守恒，入射粒子损失能量 ，靶原子核反冲。入射粒子可以多次与靶原子核 发生这种弹性碰撞，造成能量损失。同时反冲的 靶原子核如果能量较高，也可以与靶原子核发生 弹性碰撞，这种级联碰撞可造成靶物质的辐射损 伤。从靶物质对入射粒子的阻止作用来讲，这种 作用过程也称为“核阻止”。
，使原子处于较高的能量状态，即为激发。
荧光光子
散射光子
α射线
e
(a) 激发
带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数
带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数嘿，伙计们！今天我们要聊聊带电粒子与物质相互作用的类型、特点与作用参数。
这可是个相当有趣的话题，让我们一起来探索一下吧！我们来说说带电粒子与物质相互作用的类型。
你知道吗，带电粒子与物质相互作用主要有三种类型：电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。
其中，电磁相互作用是最常见的，比如我们平时用的手机充电就是靠电磁作用实现的。
而弱相互作用和强相互作用则比较特殊，它们主要发生在原子核内部，对宇宙的演化有着重要的影响。
我们来谈谈带电粒子与物质相互作用的特点。
你可能会觉得这个话题有点儿深奥，但其实很简单。
带电粒子与物质相互作用的特点主要有两个：一是它们之间会产生电荷转移，二是它们之间会发生能量传递。
举个例子，当你把一个电子从一个物体上剥离下来时，这个物体就会带上正电荷，而电子则变成负电荷。
这就是电荷转移的例子。
而当你把一个光子打在一个原子上时，原子就会吸收光子的能量，变得更加激发态。
这就是能量传递的例子。
我们来探讨一下带电粒子与物质相互作用的作用参数。
作用参数是指带电粒子与物质相互作用时所涉及到的各种物理量，比如电场强度、磁场强度、电磁波频率等等。
这些参数对于研究带电粒子与物质相互作用的过程和规律非常重要。
比如，我们可以通过测量电场强度和磁场强度来计算出带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力。
而通过测量电磁波的频率和振幅，我们则可以了解到电磁波的能量分布情况。
今天的话题就聊到这里了。
希望大家对带电粒子与物质相互作用有了更深入的了解。
记住哦，无论是学习还是生活，都要保持好奇心和求知欲，这样才能不断进步哦！下次再见啦！。
放射性地球物理第二章 射线和物质相互作用
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用 3、 韧致辐射
高速运动的β粒子或其它带电粒子通过物质时，在核库 仑场作用下，改变运动速度，伴随放出电磁辐射。
原子核 轫致辐射放出的电磁辐射是连续能量的X射线。 使用辐射损耗率描述在单位距离上轫致辐射的能量损耗。
辐射损耗率定义为：
d d X E 辐 ＝ 射 N 1E m 3 Z 0 2 C 1 7 Z 2 e4 4ln m 2 0C E 23 4
电子打在荧光屏上 产生X射线
电视机显像管
特征: x 射线能量连续 0 – EMax(电子能量) 电视机 高压15 kV 电子束能量15 keV x 射线能量 0 -15 keV
产生机制
第一节 带电粒子与物质相互作用
三、β射线与物质的相互作用
4、 线阻止本领 S
在核反应可以忽略的（不是太高）能量范围，带电粒子 主要的能量损失方式是碰撞电离损失核轫致辐射损失。
d dX E 电＝ 离2m e04vZ 2Nln (1 2 Im 2(0 1v 2 )2E 8 1 2)(1 ln1 2 (1 2)2212)
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； E－入射电子动能；
d d X E 电＝ 离 4 e m 4 0 Z v2 z2N ln I(2 1 m 0 v2 2)2 Wn
m0，e－电子的静止质量与电荷； z，v－α粒子的电荷数与速度； β＝ v /c，c－光速；
Z－介质的原子序数； N－介质单位体积（1cm3）内的原子数目； I－吸收介质原子的平均电离电位； W－平均电离能； n－电离比度；
带电粒子与物质相互作用的几个主要过程
带电粒子与物质相互作用的几个主要过程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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带电粒子与物质相互作用
带电粒子与物质相互作用1. 引言在我们日常生活中，电与物质的相互作用可谓无处不在。
无论是手机的电池还是医学影像技术，带电粒子和物质的互动都在背后默默地发挥着重要作用。
让我们一起探个究竟，看看这些神奇的粒子如何与物质打交道吧！2. 带电粒子：小小角色，大大影响2.1 什么是带电粒子？首先，咱们得搞清楚，带电粒子到底是什么。
简单来说，带电粒子就是那些带有电荷的粒子，比如电子。
你可以把它们想象成那些总喜欢带电的“小家伙”，在物质中来回跑动，带来各种各样的效果。
2.2 带电粒子如何与物质互动？当这些带电粒子碰上物质时，就会发生一系列有趣的事情。
就像你把磁铁靠近铁屑，它们会被吸引一样，带电粒子也会和物质中的原子、分子产生互动。
这种互动能导致物质的变化，比如发光、发热，甚至改变物质的结构。
是不是听起来挺酷的？3. 实际应用：生活中的带电粒子3.1 电子设备中的奇妙作用我们的电子设备离不开带电粒子的参与。
比如手机的电池里，带电粒子通过电池的化学反应流动，产生电力，让你的手机“活”过来。
换句话说，没有这些粒子，手机就像没电了的蔫菜，不动弹了。
3.2 医学影像中的神奇表现医学影像技术也是带电粒子发挥作用的一个好例子。
比如X射线，它就是利用带电粒子穿透身体，拍出内部的“照片”。
医生通过这些“照片”能看到身体的各种状况，帮助我们及早发现问题。
真是个了不起的“侦探”工作吧！4. 结论总的来说，带电粒子与物质的相互作用虽然看似微小，却在我们生活中扮演着重要角色。
从电子设备到医学影像，它们都在默默地发挥着作用，让我们的生活变得更加便利和美好。
希望通过这次简单的探讨，你能对这些小小的粒子有个全新的认识！。
肿瘤放射物理学-第三章 带电粒子和物质相互作用精品教育文档
γ衰变——137Cs 137Ba
南方医科大学医疗仪器研究所
Ba：钡
衰变
+
+ ++
+ +
+
+ +
photon
9m 9 T cT 1/2 6h 9T 9 c(E 0.14 M0)eV
南方医科大学医疗仪器研究所
射线特点：
1、光子是从原子核中发射的； 2、常常伴随在 、 衰变之后； 3、单能； 4、 射线的能量与原子核相关。
• 1、利用反应堆中的强中子束照射靶核，靶核俘获中子而生成 放射性核素；
• 2、利用中子引起重核裂变，从裂变碎片中提取放射性核素。 这样制备出来的核素是丰中子核素，通常具有-衰变。
高能加速器也可以用来生产放射性核素，这样制备出来的核素是 缺中子核素，通常具有+衰变。 南方医科大学医疗仪器研究所
• 在制备放射性核素时，如果中子束的注量率保持不变，那么人工放射 性核素的数目一方面以固定的产生率增加，另一方面生成的放射性核 素也在衰减，因此它随时间的变化率可表示为：
上次课内容回顾：
核外电子运动状态由主量子数n，轨道角动量l，轨道方向 量子数ml，和自旋量子数ms决定。
主量子数n：决定层数和每层可容纳的电子个数。 轨道角动量量子数l可取值：0，…，n-1,决定原子轨道 的形状和电子能量高低。 轨道方向量子数ml：描述原子轨道或电子云在空间的 伸展方向。 自旋磁量子数ms：决定了电子自旋角动量在外磁场方 向上的分量， ms= 1/2，表示电子顺着磁场逆时针转动 ； ms= -1/2，表示电子逆着磁场顺时针转动
铯—137
137Cs
第2章电离辐射与物质的相互作用.
第二章电离辐射与物质的相互作用个人觉得第二章是整个内容中理论性最强的一部分，要掌握这些内容得多看几遍书才行，要是感到不好理解的话，只能死记了！而且整个第二章内容已经很精简了，短短的二十页内容，几乎处处都是考点，好好多看几遍书才行！第一节带电粒子与物质的相互作用一、带电粒子与物质相互作用的主要方式：1、与核外电子发生非弹性碰撞；2、与原子核发上非弹性碰撞；3、与原子核发上弹性碰撞；4、与原子核发生核反应掌握以上各种作用方式的作用过程以及每种作用的关系式、由关系式得出的结论。
掌握概念电离辐射，直接致电离辐射，间接致电离辐射；线性碰撞阻止本领，质量碰撞阻止本领；（线性碰撞阻止本领linear collision stopping power）入射带电粒子在靶物质中穿行单位长度路程时电离损失的平均能量（J*m-1）质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）线性碰撞阻止本领除以靶物质的密度线性辐射阻止本领，质量辐射阻止本领；单位路程长度和单位质量厚度的辐射能量损失。
总质量阻止本领，质量角散射本领；带电粒子在密度为p的介质中穿过路程dl时，一切形式的能量损失dE除以pdl而得的商。
质量角散射本领指均方散射角除以吸收块密度p和厚度l之积所得的商，与原子序数的平方成正比，与入射电子的动量平方近似成反比。
射程，路经，半值深度，实际射程；沿入射方向从入射位置至完全停止位置所经过的距离称为射程。
粒子从入射位置至完全停止位置沿运动轨迹所经过的距离称为路径长度；比电离；带电粒子穿过靶物质时使物质原子电离产生电子-离子对，单位路程上产生的电子-离子对数目称为比电离，它与带电粒子在靶物质中的碰撞阻止本领成正比。
传能线密度。
（linear energy transfer, LET）描述辐射品质的物理量，定义为dE除以dl而得的商。
第二节X（r）射线与物质的相互作用1、X（r）射线与物质相互作用的特点：（区别与带电粒子与物质的相互作用）1）不能直接引起物质原子电离或激发，而是首先把能量传递给带电粒子；2）与物质的一次相互作用可以损失其能量的全部或很大一部分，而带电粒子则是通过许多次相互作用逐渐损失其能量；3）光子束入射到物体时，其强度随穿透物质厚度近似呈指数衰减，而带电粒子有确定的射程，在射程之外观察不到带电粒子。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用引言：带电粒子是指具有电荷的微观粒子，例如电子、质子等。
在物质中，带电粒子与其他物质之间会发生相互作用。
这种相互作用是物质世界中一种重要的基本现象，对于我们理解和应用自然界具有重要意义。
本文将从带电粒子与物质的相互作用的基本原理、类型和应用等方面进行阐述。
一、基本原理带电粒子与物质的相互作用遵循电磁相互作用力。
根据库仑定律，带电粒子之间的相互作用力与它们之间的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用力可以是吸引力，也可以是排斥力，取决于带电粒子之间的电荷性质。
二、类型1. 静电作用：带电粒子与物质之间的相互作用可以表现为静电作用。
当带电粒子靠近物质时，它们之间会发生电荷的转移或者重排，导致电荷的分布发生变化，从而产生静电力。
这种作用在电荷不移动的情况下发生，例如静电吸附、静电排斥等。
2. 磁场作用：带电粒子的运动会产生磁场，而物质对磁场也会产生响应。
当带电粒子通过物质时，物质中的电荷会受到磁场力的作用，并产生相应的运动或变化。
这种作用可以用于磁共振成像、磁性材料的制备等。
3. 电流作用：带电粒子在物质中运动时，会与物质中的电荷发生相互作用。
当带电粒子通过物质时，会产生电流，而电流会产生磁场。
这种作用可以用于电子输运、电磁感应等。
4. 能量转移：带电粒子与物质之间的相互作用还可以导致能量的转移。
当带电粒子与物质发生碰撞或相互作用时，它们之间的能量会发生转移，从而改变物质的性质或状态。
例如带电粒子的辐射与物质的相互作用会导致能量的转移，产生辐射损失。
三、应用带电粒子与物质的相互作用在科学研究和技术应用中具有广泛的应用价值。
1. 粒子加速器：粒子加速器利用带电粒子与物质之间的相互作用，通过电场或磁场加速带电粒子的运动。
这种技术被广泛应用于高能物理实验、核物理研究等领域。
2. 材料表征：带电粒子与物质的相互作用可以用于材料的表征。
例如扫描电子显微镜（SEM）利用电子与物质的相互作用，观察和分析材料的表面形貌和成分。
重带电粒子与物质相互作用
其中： R1和R2为射程 M1和M2为静止质量 Z1和 Z2为电荷
如果第二个粒子为质子（M2=1且Z2=1），这样另外粒子的射程R由下式给 出：
其中Rp(β)为质子射程。 图5.7表示了质子，α粒子和电子在水，肌肉，骨头和铅中的gcm-2射程。 对于给定能量的质子，在Pb中的gcm-2射程比水中大，这与Pb的小质量阻止 本领一致。
阻止本领和距离：Bragg峰
• 在低能处，当β→0时，括号前面的因子增加，导致产生一个峰（称为Bragg峰）。 • 当粒子能量接近0时，线性能量损失率最大。
α粒子在路径上的能量损失率
• • •
图画中低能处的能量损失的峰是一个例子。图中还画出了α的-dE/dx与在材料 中距离的关系。 对绝大多数α粒子径迹， α粒子具有2个电子电荷，能量损失率随1/E增加，这 点可由阻止本领方程预测。 在径迹末尾，通过电子拾取减少电荷，曲线下降。
阻止本领可以由能量损失谱来估算。 • 宏观截面μ表示单位路径上电子发生碰撞的概率。 • μ的倒数表示在两次碰撞间带电粒子走过的平均距离或平均自由程。 • 阻止本领是宏观截面与每次碰撞损失的平均能量的积。
例如： 1MeV的质子在水中的宏观截面为410μm-1，每次碰撞的平均能量损失为 72eV。阻止本领和平均自由程为多少？ 阻止本领，
单次碰撞能量损失谱
• • • • • Y轴代表计算得到的给定碰撞中能量损失为Q的概率。 以上计算得到的1MeV 质子最大能量损失，21.8keV 的 N.B.超出坐标范围。 最可能的能量损失在20eV量级。 N.B., 快带电粒子的能量损失谱很可能在10-70eV区间 慢带电粒子的能量损失谱不同，最可能的能量损失接近Qmax。
对于化合物或混合物，必须考虑每个单个成分的贡献。 在这种情况下，可以由不同成分的电子密度权重得到lnI值。 以下是对于水的例子（对组织也可能足够）。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用在物理学中，带电粒子与物质之间的相互作用是一个重要的研究领域。
带电粒子指的是带有电荷的基本粒子，如电子、质子等，而物质则包括了构成我们周围世界的一切物质实体。
这两者之间的相互作用机制不仅对于理解物质的性质和行为具有重要意义，也为各种应用提供了基础。
一、静电作用最基本的带电粒子与物质的相互作用是静电作用。
当两个物体中的带电粒子之间存在电荷差异时，它们会产生静电力的相互作用。
根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与电荷的大小成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用可以导致物体的吸附、斥力、电荷传递等现象。
静电作用在日常生活中也经常出现，比如我们身体摩擦后产生的静电电荷可以使身体与物体发生吸引或者排斥的现象。
在工业中，静电作用也是一种重要的物料处理技术，例如静电吸附、静电喷涂等。
二、电磁作用电磁作用是带电粒子与物质之间更加复杂的相互作用方式。
它包括两个方面，一方面是带电粒子在物质中受到的电场力的作用，另一方面是带电粒子的运动状态对物质电磁性质的影响。
对于带电粒子在电场中的相互作用，根据库仑定律和电场叠加原理，可以得到带电粒子在电场中所受到的电场力大小和方向。
这种相互作用广泛应用于电子学和电路中，例如电荷在电场中的偏转、电势差引起的电子流等。
带电粒子对物质电磁性质的影响则涉及到材料的导电性、磁性等方面。
带电粒子的运动会在物质中引起电流，进而改变物质的导电性质。
而当带电粒子的运动速度接近光速时，还会产生磁场效应，即洛伦兹力。
这些现象在电磁学、材料科学等研究中有着广泛的应用。
三、辐射作用带电粒子与物质相互作用的另一种重要方式是辐射作用。
当带电粒子在物质中运动时，会释放出能量并产生辐射，例如电子在物质中的电离和俄歇效应。
辐射作用在核物理、粒子物理等领域中具有重要意义。
例如，在医学上，正电子发射断层成像（PET）技术利用正电子与物质相互作用产生的辐射进行人体成像；在核反应中，粒子与原子核的相互作用可以产生高能粒子和辐射。
辐射防护第2章- 相互作用
5
2.2 描述辐射场的量和单位
一、核素、同位素及放射性活度 放射性核素，如：60Co、239Pu
核素：
稳定核素，如：12C、16O
同位素：
质子数相同，中子数不同，如： 氢的同• 电离辐射存在的空间称为辐射场； • 辐射场是由辐射源产生的，根据辐射源的种类，辐射场可 以分为γ辐射场，中子辐射场，β辐射场等。（如果存在两 种或两种以上的辐射源，称为混合场，例如：中子-γ混合 场，β-γ混合场等） • 辐射场的特征如何去描述？ ICRU（国际辐射单位与测量委员会）定义一些物理 量来描述辐射场，在辐射防护中，常用粒子数、辐射能、 粒子注量、注量率、能注量和能注量率等来描述辐射场的 特征 理解并掌握粒子注量、注量率、能注量和能注量率的 概念、物理意义
单能电子束入射厚靶： F＝5.8×10-4 Z E
39
带电粒子与物质相互作用
β射线入射厚靶： F3.33×10-4Z Eβmax 屏蔽计算中，对韧致辐射谱 常取E(平均) 1/3 Eβmax
例如，32P的Eβmax=1. 709 MeV ，当β射线在铅中
被吸收时，用上式算得转变为轫致辐射的份额为入射
A 放射性活度，SI单位：贝克勒尔（Bq）。 1 Bq＝1s－1 dN dt 时间内发生的核转变数。
历史上曾使用过的单位：居里（Ci） 1 Ci=3.71010Bq
17
小结：对于点源，距点源γ处的任一点的注量率与距离
的平方成反比例关系,即：点源的注量和能量注量在空间的 分布存在距离反平方关系。 应用上述关系，在电离辐射仪器仪表刻度时，若已知
35
带电粒子与物质相互作用
36
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。
带电粒子与物质相互作用可产生
带电粒子与物质相互作用可产生1. 引言嘿，你有没有想过那些看似平常的电荷和物质碰撞后会发生什么有趣的事情？其实，这背后可大有文章。
带电粒子就像一颗颗小小的炸弹，它们碰撞到物质时，可不是简单的“嗨”一下那么简单。
来，我们一块儿探探这其中的奥秘，看看这些电荷们能在物质里搞出什么大动静！2. 电荷与物质的奇妙碰撞2.1. 光的产生首先，带电粒子碰到物质时，最常见的就是产生光了。
你看，荧光灯、电视机、甚至一些闪闪发光的玩意儿，都是依靠这种原理的。
带电粒子（比如电子）飞速撞击物质内部的原子，这些原子就像被打了一针兴奋剂一样，变得很激动。
当这些原子从高能状态回到低能状态时，它们就会释放出光，照亮你的世界。
是不是感觉像是电子们在物质中举行了一场灯光秀？2.2. 电离效应接着，带电粒子还会让物质发生电离。
电离就是把原本平静的原子搞得一团乱。
带电粒子碰到原子时，有可能把它们的电子给打飞了，留下带正电的原子核和一个自由的电子。
这种现象在日常生活中有很多应用，比如X光检查，医学上用得特别广。
电离就像是带电粒子给物质带来了小型的炸弹爆炸，瞬间改变了原本的状态。
3. 电荷与物质的互动效果3.1. 激发与辐射除了光和电离，带电粒子还会引发激发效应。
当带电粒子撞到物质时，它们能把物质中的原子或分子推到激发状态，就像是给它们加了“鸡血”，让它们兴奋起来。
这时候，物质就会在某些特定的条件下释放出特定的辐射，比如紫外线、X射线等。
这种辐射可以用来研究物质的内部结构，了解它们的秘密。
3.2. 粒子散射最后，带电粒子还可能引起粒子散射。
想象一下你扔石子进水里，水面就会产生涟漪。
带电粒子也差不多，它们在碰到物质时，会把物质中的其他粒子“撞”得东倒西歪。
这种散射现象被用来分析物质的性质，比如研究物质的结构、密度等信息。
科学家们就像在用带电粒子玩一个复杂的“弹珠游戏”，在不断地揭示物质的奥秘。
4. 结论综上所述，带电粒子和物质的互动不仅仅是“碰一碰”那么简单，而是会引发一系列精彩的反应。
粒子与物质相互作用-第一章_2011
32
第一章 引言
Proton Irradiation Facility at U of Michigan
33
第一章 引言
34
第一章 引言
35
MeV He irrad.
第一章 引言
High dpa irrad.
2*6 MV Tandem
H/He/HI co-irrad. Chamber
4.5 MV Van de Graaff
Jiali Li, et al. / Nature,2001,Vol. 412(12)
Z. Siwy, et al. Phys. Rev. Lett, 2002 Mara A, et al. Nano Lett, 2004
A. J. STORM, et al./Nature Materials,221003, Vol. 2
第一章 引言
nature materials | VOL 2 | AUGUST
2003 |
22
第一章 引言
Nano Lett., Vol. 6, No. 12, 2718(2006)
24
第一章 引言
Appl. Phys. Lett., Vol. 83, No. 17, 2003
25
第一章 引言
在向物质世界更深层次进军的同时，核物理学家同其它领域的 科学家们结合起来，利用核物理的知识及加速器这一工具，向原子分 子物理、固体物理以及材料、能源、化学、生物学和医学等方面渗透 与发展。这不仅大大促进了这些学科的发展和进化，也形成了一些生 命力很强的交叉学科。
3
第一章 引言
例如：
材料科学：半导体注入及光刻、载能束（离子束、电子束、X射线/同步辐射、 中子源）材料分析、金属（陶瓷、高聚物等）材料改性、核材料辐照损伤、纳 米材料及结构制备。 航天：单离子翻转、位移电流、电荷积累。 化学：离子/电子/光子束高分子接枝、电子/光子束辐照（固化、消毒）等。 环境：电子束辐照脱硫脱硝等。环境样品检测（AMS、PIXE）。 农业：载能束诱变育种等。 医学：诊断与检测；常规放疗及质子、重离子治癌等。微量元素分析。 地学：测年（AMS、裂变径迹）。 考古：测年（AMS）。 ……
第2章辐射与物质的相互作用
辐射阻止本领
1 dE ρ dl rad
mc2 << E << 137mc2Z-1/3 时：
1 dE K1 E + mc2 Z (Z + 1) 2 E + mc2 4 = × 4 ln − MeV ⋅ cm2 ⋅ g −1 ρ dl rad 2πMa mc2 137 mc2 3
(
)
(
)
E >> 137mc2Z-1/3 时：
K 1 E + mc 2 Z (Z + ζ ) 1 dE 183 2 × 4 ln 1 / 3 + = 2 mc Z 137 9 ρ dl rad 2π M a
(说明略)
(
)
MeV ⋅ cm 2 ⋅ g −1
23
总质量阻止本领＝碰撞阻止本领＋辐射阻止本领
S =S +S ρ ρ col ρ rad
8
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
9
碰撞阻止本领 (S/ρ)col
线碰撞阻止本领
dE dl col
44
第 I 阶段：
原子的光电效应截面： （每个原子） hν<<m0c2时， σ τ ∝ Z 5 h1 ν hν>>m0c2时，
στ ∝ Z 5
7 2
单位：cm2
Z－介质的原子序数
1 hν
光电效应的几率与原子序数 Z5成正比； 光电效应的几率与光子能量hν或hν3.5成反比； 低能光子与高原子序数物质作用，光电效应占优势； 光电效应主要发生在K层及L层电子。
2 电离辐射与物质的相互作用(重带电粒子)
2.1.1 带电粒子与物质相互作用的 主要过程
带电粒子与物质相互作用的过程是复杂的，
主要过程是电离和激发，弹性散射和轫致辐 射。 带电粒子主要通过电离和激发过程损失能量， 其次是通过轫致辐射。 这两种过程构成了带电粒子在碰撞过程中的 能量损失。
2009/9/14 5/41
带电粒子能量损失方式之一---电离损失 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
d.
与物质的电子密度NZ成正比
物质密度越大，物质中原子的原子序数越高，则此种物
质对重带电粒子的阻止本领也越大
2009/9/14
23/41
原子的阻止本领
原子核对入射离子的阻止作用称为核阻止。 当入射粒子速度很低时，阻止本领是两种成
分的叠加。一部分是电子阻止本领，就是入 射粒子的能量转移给靶物质原子中的电子； 另一部分是核阻止本领，就是能量转移给靶 物质中的原子核。
第二章 电离辐射与物质的相互作用
王德忠 教授 核科学与工程学院
2009/9/14
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辐射：电离辐射，非电离辐射。 有些辐射如红外线、微波等，由于能量低，不 能引起物质电离，称为非电离辐射。 凡是与物质直接或间接作用时能使物质电离的 一切辐射，称为电离辐射。 电离辐射：直接或间接电离粒子或由两者混合 组成的任何辐射。 直接电离粒子：那些具有足够大的动能，以至 通过碰撞就能引起物质电离的带电粒子。 间接电离粒子：能够释放出直接电离粒子或引 起核变化的非带电粒子，如光子、中子等。
2009/9/14 30/41
α粒子的比电离与它们在空气中的剩余射程的关系
右图为α粒子射入标准 状况空气后，在它路 径上各点的比电离值 变化情况。 图中纵坐标为α粒子在 路径上各点的比电离 值，横纵坐标为α粒子 在路径上某一点距路 程末端的距离
带电粒子与物质相互作用可产生
带电粒子与物质相互作用可产生带电粒子与物质相互作用的理论研究大家好！今天我想和大家聊聊一个挺有意思的话题，那就是带电粒子和物质之间是怎么相互作用的。
这个话题听起来可能有点枯燥，但其实它可是物理学里挺基础的一部分呢。
我们首先得知道什么是带电粒子。
简单来说，就是那些带有电荷的粒子，比如电子、质子或者中子。
这些小家伙们可调皮了，它们可以带着正电荷，也可以带着负电荷，甚至有时候还会同时带有正负两种电荷。
那么，这些带电粒子和物质是如何“打交道”的呢？其实这个过程挺有趣的。
想象一下，你在一个充满各种分子的房间里，突然有个小伙伴（带电粒子）跳了进来。
它可能会和这些分子打打招呼，也可能直接开始玩耍。
比如说，当带电粒子靠近一个水分子时，它们之间就可能产生静电吸引，就像两个好朋友互相拥抱一样。
这种吸引会让水分子稍微聚在一起，就像是在跳舞一样。
而如果带电粒子是带负电荷的话，它可能就会对水分子施加一个力，这个力可以让水分子分开一些。
当然啦，带电粒子和物质之间的相互作用可不只有这一种。
它们还可能通过碰撞来改变物质的状态。
想象一下，一个带电粒子和一个水分子相遇，它们可能会发生碰撞。
这个碰撞可能会导致水分子的能量发生变化，就像是一场小小的爆炸。
在这个过程中，我们还需要考虑一些其他的因素，比如温度、压力等等。
这些因素可能会影响带电粒子和物质之间的相互作用方式。
比如，当温度升高时，带电粒子和水分子之间的吸引力可能会减弱，因为热能会使得它们之间的距离变得遥远。
带电粒子和物质之间的相互作用是一个复杂而又奇妙的过程。
它们可以通过静电吸引、碰撞等方式来改变物质的状态。
这个过程不仅让我们对自然界有了更深的理解，也激发了我们对科学探索的热情。
希望今天的分享能帮助大家更好地理解带电粒子和物质之间是如何相互作用的。
如果大家还有什么问题或者想要了解更多的内容，欢迎随时提问哦！。
肿瘤放射物理学-物理师资料-22 带电粒子与物质的相互作用
用 Scol 或
dE ( dl )col
表示
质量碰撞阻止本领（mass collision stopping power）：线性 碰撞阻止本领除以靶物质的密度。
用
(
S
)col
或
1 dE
( dl )col 表示
电离损失与入射粒子的能量、电荷数及靶物质的每克电子数之间的关系
1、重带电粒子质量碰撞阻止本领表达式：
或
1 dE
( dl )rad
辐射损失与入射粒子及靶物质部分物理量之间的关系
关系式：
S
z2Z 2
( )rad m2 NE
带电粒子的能量
结论：
带电粒子静止质量
单位质量靶物 质中的原子数
（1）与入射带电粒子的质量m的平方成反比，重带电粒子的轫致
辐射引起的能量损失可以忽略；
（2）与Z2成正比，说明在重元素物质中的韧致辐射损失比轻元素
物质大；
（3）与粒子的能量成正比，这与电离损失的情况不同。
（三）带电粒子与原子核的弹性碰撞 当带电粒子与靶物质原子核库仑场发生相互作用时，尽管带电粒
子的运动方向和速度发生变化，但不辐射光子，也不激发原子核， 它满足动能和动量守恒定律，属弹性碰撞，也称弹性散射。
当带电粒子能量较低时，才有明显的弹性碰撞。 重带电粒子由于质量比较大，与原子核发生弹性碰撞时运动方向 改变小，散射现象不明显，因此它在物质中的径迹比较直。 电子质量很小，与原子核发生弹性碰撞时，运动方向改变可以很 大，而且还会与轨道电子发生弹性碰撞，因此它在物质中的径迹很 曲折。
（二）带电粒子与原子核的非弹性碰撞 当带电粒子从原子核附近掠过时，在原子核库仑场作用下，运
动方向和速度发生变化，此时带电粒子的一部分动能就变成具连续 能谱的X射线辐射出来，这种辐射称为韧致辐射。
4-3带电粒子中子与物质的相互作用
中子射线与物质相互作用
(2) 非弹性散射 中子的一部分能量用于激发原子核，而后它 离开相互作用点，被激发的原子核放出光子 后又回到基态。因此，中子的部分能量变成 了辐射γ 能。
(b) 非弹性碰撞
中子射线与物质相互作用
(3) 吸收
原子核俘获中子的过程称为吸收。俘获中子的原子 核呈激发状态，紧接着它就发射出光子或带电的粒 子。 对于几个重原子，也可能发生核裂变图。残存的原 子核常常是放射性的。
R0 0.318E
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4.4 β 射线与物质相互作用
电子与靶物质的相互作用，主要有
电离、激发 快电子穿过靶物质时，与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞，从而把一部分 能量转给核外电子，使靶原子电离或激发。 轫致辐射 由于电子质量轻，当入射电子与靶原子核发生非弹性碰撞时，其速度和方向都 会发生很大的变化，根据经典电磁理论，将产生电磁辐射，这种电磁辐射称为 轫致辐射。带电粒子的轫致辐射引起的辐射能量损失率为
带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞
当入射带电粒子从靶原子附近掠过时，靶原子的核外电 子因库仑相互作用而受到吸引或排斥，获得一部分能量。 如果核外电子获得的能量大于轨道结合能，电子脱离原子 核的束缚逸出，成为一个自由电子，原子成为正离子。即 入射带电粒子引起的靶原子的电离过程。原子的最外层电 子受核的束缚最弱，最容易被电离。 如果核外电子在库仑相互作用中获得的动能较小，不足以 被电离，但有可能从原来较低的能级跃迁到较高的能级， 从而使原子处于激发状态，这种过程称为激发，处于激发 态的原子不稳定，会通过跃迁返回基态(退激)，退激过程 中会释放出可见光或紫外线，这就是受激原子的发光现象 。
带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞
当入射带电粒子到达靶原子核的库仑场时，其库 仑引力或斥力会使入射粒子的速度和方向发生变 化。由电磁学理论可知，伴随着这种运动状态的 改变会产生电磁辐射（称为“韧致辐射”），从 而造成入射粒子的能量损失，这种能量损失称为 “辐射损失”。(辐射损失是轻带电粒子损失能量 的一种重要方式) 如电子撞击阳极靶 重带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞时，可能 使靶核激发而损失它的能量，这种过程的激发称 为库仑激发。一般库仑激发概率太小，将不予考 虑。