核辐射测量原理复习知识要点.

第一章 辐射源

1、实验室常用辐射源有哪几类？按产生机制每一类又可细分为哪几种？

带电粒子源

快电子源： β衰变 内转换 俄歇电子 重带电粒子源： α衰变 自发裂变

非带电粒子源

电子辐射源：伴随衰变的辐射、湮没辐射、伴随核反应的射线、轫致辐射、特征X 射线 中子源：自发裂变、放射性同位素（α，n ）源、光致中子源、加速的带电粒子引起的反应 2、选择辐射源时，常需要考虑的几个因素是什么？ 答：能量，活度，半衰期。 3、252Cf 可做哪些辐射源？

答：重带点粒子源（α衰变和自发裂变均可）、中子源。

第二章 射线与物质的相互作用

电离损失：入射带电粒子与核外电子发生库仑相互作用，以使靶物质原子电离或激发的方式而损失其能量

作用机制：入射带电粒子与靶原子的核外电子间的非弹性碰撞。

辐射损失：入射带电粒子与原子核发生库仑相互作用，以辐射光子的方式损失其能量。 作用机制：入射带电粒子与靶原子核间的非弹性碰撞。

能量歧离：单能粒子穿过一定厚度的物质后，将不再是单能的，而发生了能量的离散；这种能量损失的统计分布，称为能量歧离。

引起能量歧离的本质是：能量损失的随机性。 射程：带电粒子沿入射方向所行径的最大距离。 路程：入射粒子在物质中行径的实际轨迹长度。

入射粒子的射程：入射粒子在物质中运动时，不断损失能量，待能量耗尽就停留在物质中，它沿原来入射方向所穿过的最大距离，称为入射粒子在该物质中的射程。 重带电粒子与物质相互作用的特点： 1、主要为电离能量损失

2、单位路径上有多次作用——单位路径上会产生许多离子对

3、每次碰撞损失能量少

4、运动径迹近似为直线

5、在所有材料中的射程均很短 电离损失： 辐射损失：

快电子与物质相互作用的特点： 1、电离能量损失和辐射能量损失

2、单位路径上较少相互作用——单位路径上产生较少的离子对

3、每次碰撞损失能量大

4、路径不是直线，散射大

⎛⎫ ⎪⎝⎭242ion 0dE 4πz e -=NZB dx m v ()()⋅≅rad ion dE/dx E Z

dE/dx 800

2

22NZ m E z dx dE rad

∝⎪⎭⎫ ⎝⎛-21m S rad ∝E S rad ∝2

NZ S rad ∝

带电粒子在靶物质中的慢化：

(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

即轫致辐射：带电粒子穿过物质时受物质原子核的库仑作用，其速度和运动方向发生变化，会伴随发射电磁波。 电子的散射与反散射：

电子与靶物质原子核库仑场作用时，只改变运动方向，而不辐射能量的过程称为弹性散射。由于电子质量小，因而散射的角度可以很大，而且会发生多次散射，最后偏离原来的运动方向，电子沿其入射方向发生大角度偏转，称为反散射。 反散射系数：

入射电子能量越低，反散射越严重；对同样能量的入射电子，原子序数越高的材料，反散射越严重

阻止时间：

正电子与物质的相互作用特点：

正电子与物质发生相互作用的能量损失机制和电子相同。湮没，放出γ光子，或者，它与一个电子结合成正电子素，然后再湮没，放出γ光子。 湮没辐射：正电子湮没放出光子的过程。 湮没光子：正电子湮没时放出的光子。

两个湮没光子的能量相同，各等于0.511MeV γ射线与物质的相互作用特点：

γ光子是通过次级粒子与物质的原子核或原子核外电子作用，一旦光子与物质发生作用，光子或者消失或者受到散射而损失能量，同时产生次电子；产生次级粒子主要的方式有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。

光电效应：

γ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 光电效应主要发生在原子中结合的最紧的K 层电子上。 光电子能量为：

光电截面： σk 为k 层光电截面

e i E =hv -B k ph σσ4

5=20c m h <<ν()275520

42113227⎪⎭⎫ ⎝⎛∝⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=νσνασh Z Z h c m th

k 20c m h >>ννσνασh Z Z h c m th k 15.1552

04∝=0

I I

I η-=E Mc kc R kv R v R T 22

===E M R

T a

7102.1-⨯=5Z ph ∝σ

光电效应： 电子对效应： 康普顿散射：

低能、高Z ，光电效应占优势；

中能、低Z ，康普顿散射占优势； 高能、高Z ，电子对效应占优势。

康普顿效应 ：γ射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中，入射光子的一

部分能量转移给电子，使它脱离原子成为反冲电子，而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。

反冲电子与散射光子的能量与散射角及入射光子能量之间的关系： 光子的能量： 光子的动量： 电子的动能：

电子的动量：

相对论关系： 散射光子能量：

反冲电子能量：

反冲角： (1) 任何一种单能γ射线产生的反冲电子的动能都是连续分布的。且存在最大反冲电子动能。

(2) 在最大反冲电子动能处，反冲电子数目最多，在能量较小处，存在一个坪。

电子对效应：是当入射γ射线(光子)能量较高(>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，在

核力的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。 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 。 正负电子的总动能为： 电子对效应的截面

稍大于 时：

时：

γ 射线没有射程的概念。窄束 γ 射线强度衰减服从指数衰减规律，只有吸收系数及相应的半吸收厚度的概念。

5ph Z ∝σph σ↓↑hv hv E =γγP =hv /c

2

02202

01c m c m c m E E e --=-=

βe v

P =mv =c v /=βe 22224

0E =P c +m c 'γ

γ

γ

2

0E E =

E 1+

(1-cos θ)

m c )

cos 1()

cos 1(202θθγγ-+-=

E c m E E e 2012E ctg tg m c γθϕ⎛

⎫=+ ⎪⎝

⎭2

02c m hv E E e

e -=+-+γσE Z p 2∝hv 20

2c m 202c m hv >>γ

σE Z p ln 2∝Z ∝c σ2p Z ∝σ