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 Radiation Interactions with Matter
6.1概述 1、什么是射线？ 射线，指的是如X射线、y射线、α射 线、B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
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
2、射线与物质相互作用的分类 Charged Particulate Uncharged Radiations Radiations Heavy charged particles a,p,d,T,f Neutrons Fast electrons e X-rays and y rays
2、射线与物质相互作用的分类 Charged Particulate Radiations Uncharged Radiations Heavy charged particles Neutrons Fast electrons X-rays and rays , p,d,T, f e
3、弹性碰撞与非弹性碰撞 m2+Mw:=2+ww2+4E 2 2 2 △E为内能项 △E=0 弹性碰撞（即动能守恒) △E≠0 非弹性碰撞（即动能不守恒） △E>0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； △E<0为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与 处于激发态的核碰撞，且使其退激
3、弹性碰撞与非弹性碰撞 mv MV mv MV E ' ' + = + + 2 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 1 E 为内能项 E = 0 弹性碰撞（即动能守恒） E 0 非弹性碰撞（即动能不守恒） E 0 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； E 0 为第二类非弹性碰撞，如入射粒子与 处于激发态的核碰撞，且使其退激
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)电离损失一带电粒子与靶物质原 子中核外电子的非弹性碰撞过程。 (6)辐射损失一带电粒子与靶原子核 的非弹性碰撞过程。 (©)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
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
()电离损失 一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。 ● charged particle charged particle lonization Excitation 电离一核外层电子克服 激发一使核外层电子由低 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
(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 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
E-dE excited atoin 1oh cledion n photon 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，我们称它为电离损失
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，我们称它为电离损失
(2)、辐射损失 一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 电磁辐射一轫致辐射Bremsstrahlung 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B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
(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。 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
(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。 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 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，我们把原子核 对入射粒子的阻止作用称为核阻止。 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
(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。 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 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。 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，我们把原子核 对入射粒子的阻止作用称为核阻止
(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。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粒子方需考虑，其它情况下完全可以 忽略掉
(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。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粒子方需考虑, 其它情况下完全可以 忽略掉