第1章——射线与物质相互作用

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1、核辐射测量与防护核辐射测量与防护授课对象：核工本授课对象：核工本121121 辐射防护是：原子能科学技术的一个重要分支，辐射防护是：原子能科学技术的一个重要分支，它是研究人类免受或少受电离危害的一门综合性它是研究人类免受或少受电离危害的一门综合性的边缘学科。它涉及到原子核物理、放射化学、的边缘学科。它涉及到原子核物理、放射化学、辐射剂量学、核电子学、放射医学、放射生物学辐射剂量学、核电子学、放射医学、放射生物学及放射生态学等学科。及放射生态学等学科。 8、放射源警示标志、放射源警示标志国家标准规定，所有放射性工作场所及放射源的包装容器上都必须有警示标志。 放射源放射源放射源放射源放射源放射源世

2、界最大锡产地云南个旧世界最大锡产地云南个旧:3000锡矿工死于肺癌锡矿工死于肺癌 辐射防护基本任务辐射防护基本任务：保护环境、保障从事放射性工：保护环境、保障从事放射性工作的人员和一般居民的健康与安全、保护他们的后作的人员和一般居民的健康与安全、保护他们的后代、促进原子能事业的发展。代、促进原子能事业的发展。u平时20%（课堂表现、出勤率+作业）u期中10%+期末70%（考试）第第1 1章章 电离辐射与物质的相互作用电离辐射与物质的相互作用第第2 2章章 辐射防护中常用的辐射量和单位辐射防护中常用的辐射量和单位第第3 3章章 电离辐射对人体的危害及辐射防护标准电离辐射对人体的危害及辐射防护标准

3、 第第4 4章章 外照射剂量的计算外照射剂量的计算 第第5 5章章 射线和射线和X射线的防护射线的防护 第第6 6章章 带电粒子防护带电粒子防护 第第7 7章章 中子的防护中子的防护 第第8 8章章 内照射剂量的计算及其防护内照射剂量的计算及其防护 第第9 9章章 核辐射探测器及测量方法核辐射探测器及测量方法 电离辐射防护与安全基础电离辐射防护与安全基础 杨朝文杨朝文 主编主编 教教材材辐射防护导论辐射防护导论 方杰方杰 主编主编辐射防护基础辐射防护基础 李星洪李星洪 主编主编 网络教学平台下载网络教学平台下载 1.1 1.1 粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用1.2 1.2 射线射线与物质

4、相互作用与物质相互作用1.3 1.3 和和X X射线与物质相互作用射线与物质相互作用1.4 1.4 中子与物质相互作用中子与物质相互作用1.5 1.5 射线与物质相互作用特点小结射线与物质相互作用特点小结 1.1.1 1.1.1 粒子粒子的性质的性质 高速运动的氦核，带两个正电荷，质量数为高速运动的氦核，带两个正电荷，质量数为4 4，约为电子，约为电子质量的质量的73007300倍。能进行衰变的天然放射性核素绝大部分原倍。能进行衰变的天然放射性核素绝大部分原子序数大于子序数大于8282，如，如Ra22688Po21084Am24195原子序数小于原子序数小于82是极个别，且半衰期相当长，如：是

5、极个别，且半衰期相当长，如：Sm14762Nd14460Pt19078T1/2=1.71011aT1/2=21015aT1/2=6.11011a1.1.2 粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用一、作用方式一、作用方式重带电粒子可与核外电子发生重带电粒子可与核外电子发生弹性碰撞弹性碰撞，仅在其，仅在其能量能量低于低于100eV100eV时有意义，所以一般只考虑带电粒子与核外时有意义，所以一般只考虑带电粒子与核外电子的非弹性碰撞。电子的非弹性碰撞。 重带电粒子与核外电子发生重带电粒子与核外电子发生非弹性碰撞非弹性碰撞的结果可使原的结果可使原子发生子发生电离或激发电离或激发。 二、电离和激发二、电离

6、和激发自由电子自由电子正离子正离子 + 靶原子靶原子 正离子正离子 + 电子电子 + 4He + Ar Ar+ + e- + 4He物质中原子被电离，在物质中原子被电离，在粒子通过的路径上形成粒子通过的路径上形成许多离子对：许多离子对：正离子和自由电子正离子和自由电子 + e-+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ -库仑作用库仑作用库仑力库仑力作用作用：自由电子、 离子自由电子与离子构成离子对。这种使物质中性原子变成离子对的过程称为电离电离。原电离原电离入射粒子

7、直接作用引起的电离次级电离次级电离由原电离产生的电子如果具有足够的动能，它也能使原子电离电子。电离（电离（ionization）带电粒子通过物质时，壳层电子获得的能量不足以使壳层电子脱离轨道，则从能量较低的轨道跃迁到能量较高的轨道，即原子由基态转入高能态，这种过程称为激发激发。原子退激原子退激激发态的原子不稳定，处在高能态的电子要跳回低能态轨道来，以发射光子的形式放出相应的能量 。原子发光现象 激发激发(excitation)电离和激发两过程构成了重带电粒子在碰撞过程电离和激发两过程构成了重带电粒子在碰撞过程中的主要能量损失。中的主要能量损失。-电离能量损失电离能量损失 -电子阻止电子阻止核阻

8、止核阻止三、电子阻止三、电子阻止式中：式中：z z：重带电粒子的电荷数；：重带电粒子的电荷数； e e：一个电子的电量，等于：一个电子的电量，等于1.6021.6021010-19-19C;C; Z Z：物质原子的原子序数；：物质原子的原子序数； N N：物质在单位体积中包含的原子数目；：物质在单位体积中包含的原子数目； c c：光速；：光速； V V：重带电粒子的速度；：重带电粒子的速度； m me e：电子的静止质量：电子的静止质量 I I ：物质原子中电子的平均等效电离电位。：物质原子中电子的平均等效电离电位。 -+=-22222e2421ln2ln4ccZCImNZmezdxdEeio

9、nuuuup脚标脚标“ion”表示是由入射粒子使原子电离或激发所引起的能量损失。表示是由入射粒子使原子电离或激发所引起的能量损失。(1) (1) 与重带电粒子电荷数的平方成正比。与重带电粒子电荷数的平方成正比。如果如果粒子粒子和质子的速度相等，物质对和质子的速度相等，物质对粒子的阻止本领是对质子阻止粒子的阻止本领是对质子阻止本领的本领的4 4倍。带电粒子的电荷愈多，能量损失率愈大，穿透倍。带电粒子的电荷愈多，能量损失率愈大，穿透能力也就愈弱。能力也就愈弱。 (2)(2) 与带电粒子的质量无关与带电粒子的质量无关。原因在于重带电粒子。原因在于重带电粒子的质量比电子质量至少大的质量比电子质量至少大

10、18001800倍。重带电粒子的质量与电子倍。重带电粒子的质量与电子质量相比，都可以近似地被看成是无穷大。因此，重带电粒质量相比，都可以近似地被看成是无穷大。因此，重带电粒子的质量的确切数值就对阻止本领没有影响了。子的质量的确切数值就对阻止本领没有影响了。 iondxdE)/(-iondxdE)/(-(3) (3) 与重带电粒子的速度有关与重带电粒子的速度有关。当速度较小时，。当速度较小时，可以近似地认为电离能量损失率与速度的平方成反比，对可以近似地认为电离能量损失率与速度的平方成反比，对数项的数值影响不大；当速度比较高时，项变化很小，数项的数值影响不大；当速度比较高时，项变化很小，对数项的影

11、响较大。当两种粒子的速度相等时，即具有相对数项的影响较大。当两种粒子的速度相等时，即具有相同的同的E/mE/m和相等的电荷，则两种粒子在同一靶物质中的阻止和相等的电荷，则两种粒子在同一靶物质中的阻止本领就相同。例如质子、氘核和氚核，它们的质量不同，本领就相同。例如质子、氘核和氚核，它们的质量不同，如果它们的速度一样，则它们在同一物质中的阻止本领就如果它们的速度一样，则它们在同一物质中的阻止本领就一样。一样。(4)(4) 与物质的电子密度与物质的电子密度NZNZ成正比。成正比。物质密度越物质密度越大，物质中原子的原子序数越高，则此种物质对重带电粒大，物质中原子的原子序数越高，则此种物质对重带电粒