电离辐射与物质的相互作用
问题:
问题一：什么是辐射？
问题二：什么是电离辐射？
问题三：辐射的种类有哪些？
问题四：电离辐射从哪里来？
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来源：劳伦斯伯克利实验室概述
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第一章：电离辐射与物质的相互作用基础知识复习：
基本的概念：
辐射：能量通过物质或空间的传播，
有电磁波和高能粒子两种形式
电离辐射：能够从原子中轰击出电子，即电离，凡是与物质
直接或间接作用时能使物质电离的一切辐射
非电离辐射：没有足够的能量使与之作用的物质原子发生电离
由于能量低，不能引起物质电离。
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±)
()
,,,(e t d p 快速电子重带电粒子辐射带电粒子辐射L α 电离辐射的种类
中子
电磁辐射非带电粒子辐射)
,,(L γx 电离辐射：能量大于～10eV量级的射线。
一：电离辐射的种类及来源
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电离辐射的来源
放射性：原子核自发的发射各种射线的现象
能自发的发射各种射线的核素称为放射性核素，
也叫不稳定的核素。(天然放射性核素、人工放射性核素)放射性与原子核衰变密切相关。天然放射线主要有三种：α，β和γ射线①α射线是高速运动的氦原子核（又称α粒子）组成的，所以，它在磁场中的偏转方向与正离子流的偏转相同。它的电离作用大，贯穿本领小。
②β射线是高速运动的电子流。它的电离作用较小，贯穿本领较大。
③γ射线是波长很短的电磁波。它的电离作用小，贯穿本领大。一：电离辐射的种类及来源
7原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β等粒子而发生的转变。
电离辐射的来源
定义：不稳定核自发地放出α粒子，并转变成另一种原子核
的现象，称为α衰变。
α+→Pb Po 206210（1）α衰变
能量分布：α粒子能量分布在4~9MeV 能量是分立的He
Y X A Z A Z 4
242+→??表达式：α衰变实例：一：电离辐射的种类及来源
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定义：原子核自发地放出β粒子或俘获轨道电子，并转变成
另一种原子核的现象，称为β衰变。
原子核衰变时发射β?粒子，称为β?衰变；
原子核衰变时发射β+粒子，称为β+衰变；
原子核从核外的电子壳层俘获一个轨道电子，
称为轨道电子俘获。
能量范围：几十keV ～几MeV（最大能量）能量连续
有确定的最大能量E βmax
（2）β衰变
电离辐射的来源
一：电离辐射的种类及来源
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在β?衰变过程中放出电子和反中微子，
在β+衰变过程中放出正电子和中微子，
在轨道电子俘获过程中放出中微子，
e
e He H ν++→?33e k Li e Be ν+→+?
77e
e C N ν++→+1313（2）β衰变
电离辐射的来源
表达式：一：电离辐射的种类及来源
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费米理论的基本思想：
质子和中子是核子两种不同的量子态，β衰变是核中质子和中子两种量子态之间的跃迁；
在核子两种量子态跃迁过程中放出电子和中微子，电子和中微子是核子不同状态跃迁的产物；
β?衰变：β+衰变：轨道电子俘获：e
e p n ν++→?e
e n p ν++→+e
i n e p ν+→+?
（2）β衰变
电离辐射的来源
一：电离辐射的种类及来源
11定义：原子核通过发射γ光子从激发态跃迁到较低能态的
过程，称为γ跃迁，也称为γ衰变。
（3）γ衰变电离辐射的来源
内转换过程总是伴随着特征x射线或俄歇电子发射。原子核将退激能量交给核外电子，使电子从原子中电离的现象，称为内转换。通过原子核的电磁场与壳层电子相互作用，直接把核的激发能交给壳层电子，形成内转换。
内转换过程不产生γ光子。
与原子的情况类似，原子核的内部能量是量子化的，也就是说原子核可以处于不同的分立的能级状态。能量最低的状态称为基态，高于基态的能级统称为激发态。
一：电离辐射的种类及来源
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电离辐射的来源
中子：自然界不存在自由中子，要获得自由中子必须通过核反应，使原子核的激发能大于中子在核中的结合能才能把中子释放出来。可以用A（a，n）B表示这个核反应
中子源：借助核反应产生中子并提供使用的装置叫做中子源
常用的有放射性核素中子源、加速器中子源、反应堆中子源
一：电离辐射的种类及来源
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相互作用过程中，满足能量守恒：
当?E = 0 时，弹性碰撞；
当?E ≠0 时，非弹性碰撞；
当?E > 0 时，与基态原子碰撞，原子被激发；当?E < 0 时，与激发态原子碰撞。
二．弹性碰撞和非弹性碰撞
带电粒子通过库仑力与物质发生相互作用。
E
MV mv MV mv ?++=+2'2'2221
21212114
从微观上看：
碰撞机制：
与原子、原子核碰撞；弹性、非弹性碰撞。
碰撞后：
入射粒子能量损失；
或能量、方向改变后出射；
或入射粒子消失，产生新粒子。
从宏观上看：
不管作用机制如何，穿过物质
的射线强度比入射强度减小。二．弹性碰撞和非弹性碰撞
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第一节：带电粒子与物质的相互作用电离辐射作用于物质，所引起的某些物理、化学变化，或作用于生物体时所产生的某些生物效应，几乎都是通过带电粒子把能量传递给物质所引起的。即使是间接电离粒子，如X、γ射线或中子，他们与物质作用过程中的能量传递，最终也是通过在此作用过程中产生的。
本节主要介绍带电粒子与物质相互作用的主要过程、阻止本领、射程及比电离等内容。
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一带电粒子的种类
第一节：带电粒子与物质的相互作用带电粒子种类：轻带电粒子(电子)
重带电粒子(质量大于电子)
二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也就是将自身的全部或部分能量以各种方式传递给物质的过程－这是一个能量传递的过程
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入射带电粒子所带电荷与原子中核外电子、原子核发生的库仑相互作用。入射带电粒子在相互作用过程中逐渐慢化。在入射带电粒子与电子的一次碰撞中，靶原子的电子获得的动能只占入射离子动能的很小的一部分。
质子入射时：
max 5001
E E ≈第一节：带电粒子与物质的相互作用二带电粒子与物质相互作用的主要过程
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