辐射的产生机理及分类

《辐射的产生机理及分类》

核辐射分类（产生机理）

• 核的变换nuclide transformation • 粒子加速器particle acceleration • 宇宙射线cosmic ray from outer space 核辐射分类

1. 带电粒子辐射

✓ 快电子 ✓ 重电子粒子 2. 非带电辐射

✓ 中子

✓ 电磁辐射（X 射线、γ射线）

带电粒子与物质相互作用

① 与核外电子发生非弹性碰撞， ② 与原子核发生非弹性碰撞， ③ 与原子核发生弹性碰撞， ④ 与核外电子发生弹性碰撞

α粒子与物质相互作用的主要形式

天然放射性元素进行α衰变时，所放出的α粒子是高速度的氦原子核，质量数为4，带两正电荷，初速度约在(1～2)×109cm/s，能量为4～8MeV 。 α粒子与物质相互作用的主要形式是电离和激发。由于α粒子的质量大，它与物质的散射作用不明显。

• 电离：α粒子与物质的束缚电子(原子的外壳层电子) 发生静电作用，使束缚电子获得能量而成为自由电子，形成自由电子与正离子组成的离子对。 • 激发：如果束缚电子新获得的能量还不足以使它成为自由电子，而只能使其跃迁到更高的能级的过程。 • 次级电离作用：入射粒子在物质中由于直接碰撞打出能量较高的电子，这个电子再次与物质中束缚电子起作用。而发生一次新的电离，形成离子对，这一过程称为次级电离。当α粒子通过气体时，据统计有60~80％的离子对是次级电离产生的。 α粒子与核外电子的作用

α粒子从介质中通过时，使原子电离或激发。 • 由原始入射粒子产生的电离称为原电离。

•

原电离过程中发射出来的电子，具有足够大的动能，可以继续产生次级电离，经次级电离形成的电子称为δ电子或次级电子， • 而总电离是两者之和。 α粒子与原子核的作用

α粒子通过介质时，还可能与介质原子核发生作用。

• 与原子核发生库仑力作用而改变运动方向，称卢瑟福散射；

• α粒子还可能进入原子核，使原来的原子核发生根本性变化，即产生一个新核并放出一

个或几个粒子，这种过程称为核反应。

β射线与物质相互作用

β粒子是随β衰变放出的快速电子。电子的质量比α粒子小得多(电子的静止质量m 0=9.1096×10-28g ，约为α粒子的1/7360)。β射线与物质相互作用时，也能使原子电离和激发，除此而外，β粒子还能被原子核及原子核外电子多次散射，使其改变方向，其径迹为一折线。当β粒子逮度较高时，与原子核作用能产生轫致辐射。β+粒子在介质中能产生“湮没”。 • 弹性散射： β粒子与轨道电子或原子核在核库仑场作用下发生弹性散射，散射前后总动能不变，仅改变了β粒子的方向。这种情况，对速度缓慢、能量较低的β粒子，更为显著。（低能量的β粒子在重介质中产生弹性散射的几率大）

• 电离与激发：β粒子与壳层电子发生静电作用，把部分能量传递给壳层电子，使原子电离或激发，而β粒子本身的能量则逐渐消耗。β粒子的直接电离约占20～30％，次级电离占70～80％。 • 轫致辐射 ：当高速电子或其它带电粒子通过物质，而被原子核库仑场阻止而减速或加速时，伴生电磁辐射，此称轫致辐射。（ 轫致辐射所产生的电磁辐射能谱是连续的，其能量与入射带电粒子动能处于同一数量级） •

γ射线与物质相互作用

在天然放射性元素中，γ射线是伴随α衰变和β衰变而放出来的一种波长极短的电磁辐射。γ射线具有波、粒二象性，因而也把γ射线称为光子。天然放射性元素的γ射线能量范围，一般为n ·10·keV 到n ·MeV 。

γ射线与带电粒子完全不同；带电粒子与物质相互作用时，在一连串的电离或激发事件中，逐渐损失其能量，而γ射线与物质相互作用时，则在一次事件中便能导致完全的吸收或散射。另外，γ射线与原子或电子作用时，也存在一定的几率，可能穿过很薄的物质而被吸收

• 光电效应：当γ射线与原子壳层轨道上的内层电子碰撞时，将所有能量h ⋅v ，交给壳层的一个内层电子，电子克服了电离能，脱离原子而运动，产生了光电子，而γ射线被完全吸，这种作用称为光电效应 • 康普顿散射：当入射γ射一与原子的电子壳层中一个电子发生一次碰撞（此电子既可以是束缚电子，也可以是自由电子）时，γ射线将部分能量传给电子，使它与γ

射线的初始运

动方向呈ϕ角射出，而γ射线则与初始运动方向呈θ角散射

电子对效应：随着入射光子能量的增高，光电效应的吸收作用很快减弱，康普顿效应也逐渐减弱。当光子能量大于1.02MeV 时，就存在形成电子对效应的几率，即光子完全被吸收而产生一正、负电子对。

正电子与负电子不同。它很不稳定，其寿命大约为10-10~10-7s 。正电子在物质中由于电离而损失能量后，将和电子相结合，通常转化为两个能量为0.51MeV 且方向相反的光子。这种现象即正电子湮没。当能量大于1.02MeV 的光子通过原子序数较大的物质时，将容易测到这种射线。

γ射线通过物质时, 当能量较小（0.05Mev ）时，主要有光电效应。中能光子一般产生康普顿一吴有训效应；当其能量大于1.02 MeV 时，可形成电子对效应。当γ射线能量低于100keV 时，弹性散射或相干散射占有重要地位。