射线与物质的相互作用ppt课件.pptx
射线与物质的相互作用,第二炮兵工程大学核技术与核安全教研室 王继虎,核武器辐射探测与防护基础,内 容,一、引 言,核武器战略威慑作用大国地位象征,核材料铀、钚、氚,一、引 言,核辐射粒子、射线射线、中子,一、引 言,粒子：氦核，两个正电荷射线：电子或正电子,射线：光子中 子：不带电,核辐射,无声无味、无色无嗅,组织温度无明显升高,射线与物质的相互作用,辐射探测、防护的基础,射线与物质相互作用的分类,带电粒子辐射,非带电粒子辐射,轻带电粒子（ 射线）,电磁辐射（ 射线）,重带电粒子（ 粒子）,中子,次级电子,核外电子,次级重带电粒子,原子核,带电粒子与物质的相互作用,二、带电粒子与物质的相互作用,带电粒子与物质的作用，可分为：与物质原子中核外电子的非弹性碰撞过程与原子核的非弹性碰撞过程与原子核的弹性碰撞与核外电子弹性碰撞,两种非弹性碰撞是主要的作用方式,二、带电粒子与物质的相互作用,电离,激发,2.1 与原子核外电子的非弹性碰撞入射带电粒子与原子的核外电子通过库仑力作用，使电子获得能量而引起原子的电离或激发。,电离损失,二、带电粒子与物质的相互作用,2.2 与原子核的非弹性碰撞入射带电粒子与原子核之间的库仑力作用，使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。,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。,二、带电粒子与物质的相互作用,电离能量损失率,辐射能量损失率,2.3 能量损失率,对于等重带电粒子，电离损失是主要方式；对于等轻带电粒子，在高Z物质中辐射能量损失是不可忽略的。,z入射粒子电荷数；v入射粒子速度；m入射粒子质量；N靶物质单位体积的原子数；Z靶物质原子的原子序数。,二、带电粒子与物质的相互作用,实验结果,粒子质量大，穿透力弱，一张纸就可以挡住；射线质量小，是粒子的1/7300，穿透力强，可穿过皮肤；与高Z物质作用产生较强的轫致辐射，所以使用低Z物质防护，如铝。,射线与物质的相互作用,三、射线与物质的相互作用,光电效应康普顿效应电子对效应,三、射线与物质的相互作用,射线对物质的电离作用：,射线,第1步 初级作用,第2步 次级作用,电离效应,光电效应康普顿效应电子对效应,产生次级电子,三种作用效应,次级电子使物质原子电离,三、射线与物质的相互作用,3.1 光电效应(Photoelectric Effect) 射线(光子)与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(称为光电子)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。,三、射线与物质的相互作用,3.2 康普顿效应(Compton Effect) 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，运动方向和能量都发生变化，称为散射光子。,三、射线与物质的相互作用,3.3 电子对效应(Electron Pair Effect)能量较高(1.022MeV) 的射线(光子) 从原子核旁经过时，在核库仑场的作用下，入射光子转化为一个正电子和一个电子的过程。,电子,3.3 作用截面射线与物质发生不同的相互作用都具有一定的概率，用截面这个物理量来表示作用概率的大小。,三、射线与物质的相互作用,光电效应截面,康普顿效应截面,电子对效应截面,采用高Z物质可以有效阻挡射线，例如铅；采用高Z物质可提高探测效率，例如碘化钠；总的来说，由于射线不带电、无静止质量，穿透力较强。,射线与物质的相互作用,四、中子与物质的相互作用,弹性碰撞非弹性碰撞中子俘获,中子与物质的相互作用实质上是中子与物质原子核的相互作用。,四、中子与物质的相互作用,4.1 弹性散射,出射粒子仍为中子、剩余核仍为原有原子核。,中子与物质中原子核碰撞时把部分能量传给原子核，带有能量的原子核脱出原子,此原子核称反冲核，而中子本身带着较低能量改变运动方向继续行进成中子散射，这种现象称弹性碰撞。带电荷的反冲核获得能量后，在其运动途中可引起物质电离和激发。,四、中子与物质的相互作用,4.2 非弹性散射,入射中子的能量损失不仅使原子核得到反冲，且使原子核处于激发态。,中子入射到物质原子核内，部分能量传给原子核，使核处于激发态，中子带着剩余的能量从核内飞出，激发态核放出 光子损失能量，原子核回到基态，这种现象称为非弹性碰撞。,四、中子与物质的相互作用,4.3 中子俘获,中子俘获包括(n,),(n,f),(n,)(n,p)四种类型反应。,中子被物质原子核俘获后，形成稳定或不稳定的新核素，这种现象称中子俘获。,三氟化硼正比管,氦-3计数管,四、中子与物质的相互作用,4.4 中子的危害,弹性碰撞,核反应,产生的质子引起物质的电离，人体中有大量的H和N原子，中子对人电离效应严重，伤害严重。,探测使用含氢物质，如含氢正比管、有机闪烁体等；防护使用含氢物质，如聚乙烯、石蜡、水等。,五、总 结,射线与物质的作用过程,射线穿透能力,五、总 结,射线穿透能力,五、总 结,Company Logo,Thank You !,
