1、Radiation Interactions with Matter2.1 带电粒子与靶物质原子的碰撞带电粒子与靶物质原子的碰撞2.1.1 什么是射线？什么是射线？射线射线，指的是如，指的是如X射线、射线、射线、射线、射射线、线、射线等，射线等，本质都是本质都是辐射粒子辐射粒子。射线与物质相互作用是辐射探测的基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。础，也是认识微观世界的基本手段。本课程讨论对象为本课程讨论对象为致电离辐射致电离辐射，辐射，辐射能量能量大于大于1010eV。即可使探测介质的原。即可使探测介质的原子发生电离的能量。子发生电离的能量。2.1.2 带电粒子在靶
2、物质中的慢化带电粒子在靶物质中的慢化 载能带电粒子在靶物质中的载能带电粒子在靶物质中的慢化过程慢化过程，可分为可分为四种四种，其中前两种是主要的：，其中前两种是主要的：(a)(a)电离损失带电粒子与靶物质原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。子中核外电子的非弹性碰撞过程。(b)(b)辐射损失带电粒子与靶原子核辐射损失带电粒子与靶原子核的非弹性碰撞过程。的非弹性碰撞过程。(c)(c)带电粒子与靶原子核的弹性碰撞带电粒子与靶原子核的弹性碰撞(d)(d)带电粒子与核外电子弹性碰撞带电粒子与核外电子弹性碰撞(1)(1)电离损失电离损失与核外电子的非弹性碰撞过程与核外电子的非弹性碰撞
3、过程 入射带电粒子与靶原子的核外电子通过入射带电粒子与靶原子的核外电子通过库仑作用库仑作用，使电子获得能量而引起使电子获得能量而引起原子的原子的电离电离或或激发激发。电离电离核外层电子克服核外层电子克服束缚成为束缚成为自由电子自由电子，原子，原子成为正离子。成为正离子。激发激发使核外层电子由低使核外层电子由低能级跃迁到高能级而使原子能级跃迁到高能级而使原子处于处于激发状态激发状态，退激发光。，退激发光。当当入射带电粒子入射带电粒子与与核外电子核外电子发生发生非弹性碰非弹性碰撞撞，以使靶物质原子，以使靶物质原子电离电离或或激发激发的方式而的方式而损失其能量，我们称它为损失其能量，我们称它为电离损
4、失电离损失。(2)(2)辐射损失辐射损失与原子核的非弹性碰撞过程与原子核的非弹性碰撞过程 入射带电粒子与入射带电粒子与原子核原子核之间的之间的库仑力作用库仑力作用，使，使入射带电粒子的入射带电粒子的速度速度和和方向方向发生变化，伴随着发发生变化，伴随着发射射电磁辐射电磁辐射轫致辐射轫致辐射Bremsstrahlung。当当入射带电粒子入射带电粒子与与原子核原子核发生发生非弹性碰非弹性碰撞撞时，以时，以辐射光子辐射光子损失其能量，我们称它为损失其能量，我们称它为辐射损失辐射损失。尤其尤其对对粒子粒子与物质相互作用时，与物质相互作用时，辐射辐射损失损失是其是其重要的一种能量损失方式重要的一种能量损
5、失方式。7轫致辐射轫致辐射原子核原子核 对于对于轻质量的高速带电粒子组成的射线轻质量的高速带电粒子组成的射线如如通过通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用而急剧减速，一部分能量以光子的形式辐射出来，这种辐减速，一部分能量以光子的形式辐射出来，这种辐射称为射称为韧致辐射。韧致辐射。(3)(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弹性碰撞带电粒子带电粒子与与靶原子核的库仑场靶原子核的库仑场作用而发生弹性散射。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弹性散射过程中，入射粒子和原子核的总动能不变总动能不变，即，即入射粒子入射粒子
6、既不既不辐射光子，辐射光子，也不也不激发或电离原子核，但入激发或电离原子核，但入射粒子受到偏转，其射粒子受到偏转，其运动方向改变运动方向改变。弹性碰撞过程中弹性碰撞过程中，为满足入射粒子和原子核之间的能量和，为满足入射粒子和原子核之间的能量和动量守恒，动量守恒，入射粒子损失一部分动能使核得到反冲入射粒子损失一部分动能使核得到反冲。碰撞。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核碰撞能量损失只是在入射带电粒子只是在入射带电粒子能量很低能量很低或或低速重低速重离子离子入射时，对粒子能量损失的贡献才是重要的。但对入射时，对
7、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。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这种由入射带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞弹性碰撞引起引起入射入射粒子的能量损失粒子的能量损失称之为称之为核碰撞能量损失核碰撞能量损失，我们把原子核，我们把原子核对入射粒子的阻止作用称为对入射粒子的阻止作用称为核阻止核阻止。(4)(4)带电粒子与核外电子的弹性碰撞带电粒子与核外电子的弹性碰撞受受核外电子核外电子的库仑力作用，入射粒子改变运的库仑力作用，入射粒子改变运动方向。同样为动方向。同样为满足能量和动量守恒满足能量和动量守恒，入射，入射粒子要损失一点动能，但这种粒子要
8、损失一点动能，但这种能量的转移很能量的转移很小小，比比原子中电子的原子中电子的最低激发能还小最低激发能还小，电子，电子的能量状态没有变化。实际上，这是的能量状态没有变化。实际上，这是入射粒入射粒子与整个靶原子的相互作用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这种相互作用方式只是在极低能量(100eV)(100eV)的的粒子方需考虑粒子方需考虑,其它情况下完全可以其它情况下完全可以忽略掉。忽略掉。2.2 重带电粒子与物质的相互作用重带电粒子与物质的相互作用2.2.1重带电粒子与物质相互作用的特点重带电粒子与物质相互作用的特点重带电粒子重带电粒子均为均为带正电荷带正电荷的的离子离子
9、；重带电粒子重带电粒子主要主要通过通过电离损失电离损失而损失而损失能量，同时使介质原子能量，同时使介质原子电离或激发电离或激发；重带电粒子在介质中的重带电粒子在介质中的运动径迹运动径迹近似近似为为直线直线。Interaction of Heavy Charged Particles1112 射线与射线与射线射线电离效应比较电离效应比较 实验结果实验结果2.2.2重带电粒子在物质中的能量损失规律重带电粒子在物质中的能量损失规律(1)能量损失率能量损失率(Specific Energy Loss)指指单位路径单位路径上引起的上引起的能量损失能量损失，又称为，又称为比能比能损失损失或或阻止本领阻止本
10、领(Stopping Power)。按能量损失作用的不同，能量损失率可分为按能量损失作用的不同，能量损失率可分为“电离能量损失率电离能量损失率”和和“辐射能量损失率辐射能量损失率”。dxdES radionSSS radiondxdEdxdE 对对重带电粒子重带电粒子，辐射能量损失率辐射能量损失率相比相比小的小的多多，因此，因此重带电粒子的能量损失率重带电粒子的能量损失率就就约等于约等于其其电离能量损失率电离能量损失率。ioniondxdESS (2)Bethe 公式公式(Bethe formula)BetheBethe公式是描写公式是描写电离能量损失率电离能量损失率Sion与与带电粒子速度带
11、电粒子速度v、电荷电荷Z等关系的经典公等关系的经典公式。式。Bethe公式的推导公式的推导1)1)物质原子的电子可看成是物质原子的电子可看成是自由的自由的。(入射粒子的动能远大于电子的结合能入射粒子的动能远大于电子的结合能)2)2)物质原子的电子可看成是物质原子的电子可看成是静止的静止的。(入射粒子的速度远大于轨道电子的运动速入射粒子的速度远大于轨道电子的运动速度度)3)3)碰撞后碰撞后入射粒子仍按原方向运动入射粒子仍按原方向运动。(碰撞中入射粒子传给电子的能量比其自身碰撞中入射粒子传给电子的能量比其自身能量小得多能量小得多,入射粒子方向几乎不变入射粒子方向几乎不变)公式推导的简化条件公式推导
12、的简化条件：zeM,fxfyfr vbx重带电粒子与单个电子的碰撞情况：重带电粒子与单个电子的碰撞情况：电子电子受到的受到的库仑力库仑力：222)(rzerezef em,0该作用过程的时间为该作用过程的时间为：在在 时间内，带电粒子传给电子的动量时间内，带电粒子传给电子的动量 为：为：t P tfP 整个作用过程中整个作用过程中，传给电子的，传给电子的总动量总动量为：为：dtfP0zeM,em,0fxfyfr vbx在在x方向方向，电子获得的动量为：，电子获得的动量为：因此因此，有：，有：dtfPPyy dtfPxx0 32sinrbzerbfffy dtrbzePPy32dtdxv vdx
13、dt 3232rdxvbzevdxrbzePPy0 2/3222)(bxdxvbzeP由于：由于：2/122)(bxr 所以：所以：dxbx322)(1 22233coscos dttbbtdttbdx2cos tbbxcos/22 tbxtg 令：令：则：则：22cos12 tdtb22b bvzeP22 碰撞参量碰撞参量为为b时，时，单个电子单个电子所得所得动量动量为：为：碰撞参数碰撞参数为为b时，时，单个电子单个电子所得的所得的动能动能为：为：220420222bvmezmPEb 碰撞参数碰撞参数为为b的的电子数电子数为：为：dxbdbVZN )2(dxdbbZN 在在dx距离内距离内,
14、碰撞参数碰撞参数为为b的电子得到的的电子得到的总动能总动能为：为：dxdbbvmeNZzENZdxdbbdEbdbbb 204242)(在在dx距离内距离内,物质中物质中所有电子所有电子得到的得到的总动能总动能(也就也就是是入射粒子入射粒子在在dx距离内距离内损失的动能损失的动能)为：为：maxminmaxmin20424)()(bbbbdbbbiondbdxbvmeNZzdEdE maxmin20424bbionbdbvmeNZzdxdE minmax2042ln4bbvmeNZz显然，显然，maxbminb不能为不能为“”，也不能为也不能为“0 0”，否则否则(-dE/dx(-dE/dx)
15、将为将为，是不合理的，是不合理的！maxbminb和和 该如何取值呢？该如何取值呢？可以容易知道，可以容易知道，对应电子获得对应电子获得最大能量最大能量的的情况，按情况，按经典碰撞理论经典碰撞理论，重粒子与电子，重粒子与电子对心碰对心碰撞撞时，电子将获得最大动能，约为时，电子将获得最大动能，约为minb202vm220422bvmezEb 根据：根据：min202bbvm 202minvmzeb 对应电子获得对应电子获得最小能量最小能量的情况，可以由的情况，可以由电子电子在原子中的结合能在原子中的结合能来考虑。入射粒子传给电子的来考虑。入射粒子传给电子的能量能量必须大于必须大于其其激发能级值激
16、发能级值，才能使其，才能使其激发激发或或电电离离，否则将不起作用。也就是说，否则将不起作用。也就是说，电子电子只能从入只能从入射粒子处接受大于其激发能级射粒子处接受大于其激发能级 的能量的能量。maxbI220422bvmezEb 根据：根据：maxbbI 2/102max2 Imvzeb代入代入maxbminb和和 ，可得到，可得到电离能量损失率电离能量损失率为：为：minmax2042ln4bbvmeNZzdxdEion对：对：1/222424022ion002m vdE4z e NZ4z elnNZBdxm vIm v1/220Iv2mlnB按按量子理论量子理论推导出的公式推导出的公式(
17、非相对论非相对论)也可以表示为也可以表示为只是：只是：Iv2mlnB20 考虑考虑相对论相对论与与其他修正因子其他修正因子，可得到，可得到重带重带电粒子电粒子电离能量损失率电离能量损失率的精确表达式，称为的精确表达式，称为Bethe-Block公式公式：242ion0dE4z eNZBdxm v2220222m vvvCB=ln-ln 1-IccZ其中：其中：入射粒子电荷数入射粒子电荷数入射粒子速度入射粒子速度靶物质单位体积的原子数靶物质单位体积的原子数靶物质原子的原子序数靶物质原子的原子序数靶物质平均等效电离电位靶物质平均等效电离电位m0为电子静止质量为电子静止质量(3)Bethe 公式公式
18、的讨论的讨论 24ion2ion0dE4z eSNZBdxm v2)2)、与与带电粒子带电粒子的的电荷电荷z的关系；的关系；2zSion 1)1)、与带电粒子的与带电粒子的质量质量M无关无关，而仅与其，而仅与其速速 度度v和和电荷数电荷数z有关有关。ionS3)3)、与与带电粒子带电粒子的的速度速度v的关系：的关系：ionS非相对论非相对论情况下，情况下，B随随v变化缓慢，近似与变化缓慢，近似与v无关，则：无关，则：21vSion E1 4)4)、，吸收材料吸收材料密度大密度大，原子序数高原子序数高的，其阻止本领大。的，其阻止本领大。NZSion 26(4)Bragg曲线与能量歧离曲线与能量歧
19、离Bragg曲线：曲线：带电粒子的带电粒子的能量损失率沿能量损失率沿其径迹的变化曲线其径迹的变化曲线。27能量歧离能量歧离(Energy Straggling)：单能粒子单能粒子穿穿过一定厚度的物质后，将过一定厚度的物质后，将不再是单能的不再是单能的，而，而发生了发生了能量的离散能量的离散。能量歧离能量歧离是由是由单个单个粒子粒子能量损失是一能量损失是一个随机过程个随机过程所决定所决定的。的。282.2.3 重带电粒子在物质中的射程重带电粒子在物质中的射程1)1)射程射程(Range)的定义的定义带电粒子带电粒子沿入射方向沿入射方向所行径的所行径的最大距离最大距离，称为入射粒子称为入射粒子在该
20、物质中在该物质中的的射程射程R。入射粒子在物质中行径的入射粒子在物质中行径的实际轨迹的长实际轨迹的长度度称作称作路程路程(Path)。路程路程 射程射程重带电粒子重带电粒子的的质量大质量大，与物质原子相互作，与物质原子相互作用时，其用时，其运动方向几乎不变运动方向几乎不变。因此，。因此，重带重带电粒子电粒子的的射程与其路程相近射程与其路程相近。29若已知能量损失率，从原理上可以求出射程：若已知能量损失率，从原理上可以求出射程：dEdxdEdEdEdxdxREER 00000)/(102E0240m vRdE4z e NZB非相对论情况：非相对论情况：221MvE MvdvdE 03v0240m
21、 MvRdv4z e NZB30射程往往通过实验测定射程往往通过实验测定：探测器探测器源源0/II15.0tmReRt平均射程平均射程外推射程外推射程入射粒子能量高入射粒子能量高，其射程长其射程长；反之则短。；反之则短。在在某种物质中某种物质中，确定的，确定的入射重带电粒子入射重带电粒子的的射程射程与与粒子能量粒子能量之间存在着之间存在着确定的关系确定的关系，常以常以曲线的形式曲线的形式给出。给出。0II310/II15.0tmReR射程歧离：射程歧离：由于由于带电粒子与物质的带电粒子与物质的相互作用是一个随机过相互作用是一个随机过程程，因此单能粒子的射，因此单能粒子的射程也是有程也是有涨落的
22、涨落的，称为，称为射程歧离射程歧离。对对图中曲线图中曲线进行进行微分微分，得到一峰状分布，得到一峰状分布，其宽度其宽度常用以度量该粒子在所用吸收体中的常用以度量该粒子在所用吸收体中的射程歧离射程歧离。322)2)粒子在空气中的粒子在空气中的射程射程)(318.05.10cmER E为为 粒子能量，单位为粒子能量，单位为MeV。公式适用范围：公式适用范围：4 7MeV33阻止时间：阻止时间：将带电粒子将带电粒子阻止在吸收体内阻止在吸收体内所需的所需的时间时间。阻止时间阻止时间T粒子射程粒子射程R粒子的平均速度粒子的平均速度v对非相对论粒子对非相对论粒子(质量质量M，动能动能E)：221MvE 2
23、22McEcMEv 22McEkckvv 34EMckcRkvRvRT22 取取k0.60.6EMRTa7102.1 单位：秒单位：秒单位：米单位：米单位：单位：u单位：单位：MeV352.2.4 重带电粒子在薄吸收体中的能量损失重带电粒子在薄吸收体中的能量损失带电粒子在带电粒子在薄吸收体薄吸收体中的中的能量损失能量损失可计算为：可计算为：tdxdEEavg 简单简单测厚仪测厚仪原理：原理：0EtE0EtEEnergyRange1R2RE tEI0EtEt36物件探伤（物件探伤（辐射探伤仪）辐射探伤仪）工作原理工作原理 一束平行一束平行 射线射向被检测物件，在射线射向被检测物件，在物件的另一侧
24、放置探测器，如下图物件的另一侧放置探测器，如下图d气泡等气泡等裂隙裂隙，,d强度随物件宽度的变化平行 射线束37常用方法常用方法 强度测量法强度测量法辐射探伤常用辐射探伤常用 源：源：60Co,137Cs辐射探伤常用源活度：辐射探伤常用源活度：1011 Bq 1012 Bq示意图示意图:率表 源电离室382.2.5 裂变碎片的能量损失裂变碎片的能量损失裂变碎片是核裂变所产生的，具有裂变碎片是核裂变所产生的，具有很大很大质量质量、很大很大电荷电荷及及相当高相当高能量能量的重带电粒子。的重带电粒子。2zSion dxdE很大，射程很短很大，射程很短随着它在吸收体内损耗能量而减小。随着它在吸收体内损
25、耗能量而减小。减小减小392.3 快电子与物质的相互作用快电子与物质的相互作用快电子与物质相互作用的特点：快电子与物质相互作用的特点：快电子快电子的的速度大；速度大；快电子快电子除除电离损失电离损失外，外，辐射损失辐射损失不可不可忽略；忽略；快电子快电子散射严重散射严重，径迹非直线。径迹非直线。Interaction of Fast Electrons重带电粒子重带电粒子相对相对速度小；速度小；重带电粒子重带电粒子主要主要通过通过电离损失电离损失而损失能量；而损失能量；重带电粒子重带电粒子在介质中的在介质中的运动径迹运动径迹近似为近似为直线直线。40412.3.1快电子的能量损失率快电子的能量
26、损失率对快电子，必须考虑相对论效应时的对快电子，必须考虑相对论效应时的电离能量损失电离能量损失和和辐射能量损失辐射能量损失。242202220222mv EdE2e NZ=ln-ln2(2 1-1+)dxmv2I(1-)ion1+(1-)+(1-1-)8cv/radiondxdEdxdEdxdE 电子电子电离能量损失率电离能量损失率的的Bethe公式：公式：42辐射能量损失辐射能量损失：带电粒子带电粒子穿过物质时受物质穿过物质时受物质原子核原子核的的库仑作用库仑作用，其其速度速度和和运动方向运动方向发生变化，发生变化，会伴随发射会伴随发射电磁波，电磁波，即即轫致辐射轫致辐射。辐射能量损失率辐射
27、能量损失率：单位路径单位路径上，由于上，由于轫致辐射轫致辐射而损失的能量。而损失的能量。222NZmEzdxdErad 量子电动力学计算表明，辐射能量损失率服从：量子电动力学计算表明，辐射能量损失率服从：入射粒子入射粒子的的电荷电荷、能量能量及及质量质量吸收物质吸收物质的的原子序数原子序数和和单位体积的原子数单位体积的原子数43222NZmEzdxdESradrad 讨论：讨论：(1)(1)：辐射损失率辐射损失率与与带电粒子带电粒子静止质量静止质量m的的平方成反比平方成反比。所以仅对电子才重点考虑。所以仅对电子才重点考虑。21mSrad 当要吸收、屏蔽当要吸收、屏蔽射线时，不宜选用重材料。射线
28、时，不宜选用重材料。当要获得强的当要获得强的X X射线时，则应选用重材料作靶。射线时，则应选用重材料作靶。(2)(2)：辐射损失率辐射损失率与与带电粒子带电粒子的的能量能量E成成正比正比。即辐射损失率。即辐射损失率随随粒子粒子动能动能的的增加而增加增加而增加。ESrad(3)(3)：辐射损失率辐射损失率与与吸收物质吸收物质的的NZ2 2成成正正比比。所以当。所以当吸收材料吸收材料原子序数大原子序数大、密度大密度大时，时，辐辐射损失大射损失大。2NZSrad 44 342ln4137)1(204204cmEcmeZNEZdxdErad对电子对电子，其，其辐射能量损失率辐射能量损失率为为：radi
29、ondE/dxE ZdE/dx800电子电子的的两种能量损失率两种能量损失率之比之比：E的单位为的单位为MeV探测学中所涉及快电子的能量探测学中所涉及快电子的能量E 一般一般不超过不超过几个几个MeV，所以，所以，辐射能量损失辐射能量损失只有在只有在高原高原子序数子序数(高高Z)的的吸收材料吸收材料中才是重要的。中才是重要的。452.3.2 快电子的快电子的射程射程与与吸收吸收电子的运动径迹是电子的运动径迹是曲折的曲折的。电子的电子的射程射程和和路程路程相差很大。相差很大。电子的电子的射程射程比比路程路程小得多。小得多。461)1)单能电子单能电子的吸收与的吸收与粒子粒子吸收的差别吸收的差别由
30、于由于单能电子单能电子和和粒子粒子易易受散射受散射，其吸收衰减规律，其吸收衰减规律不同于不同于粒子粒子。但均存在。但均存在最大射程最大射程 Rmax。射程往往通过实验测定射程往往通过实验测定：探测器探测器源源0/II15.0tmReRt0II11ttmaxRmaxR e 47对对单能电子单能电子，初始能，初始能量相等的电子在各种量相等的电子在各种材料中的材料中的射程射程与与吸收吸收体密度体密度的的乘积乘积近似为近似为常数常数：)(maxERRm 质量厚度质量厚度表示的射程表示的射程单位为：单位为：2/cmg48nmEER412)(Enln0954.0265.1 MeVEMeV301.0 3Me
31、V E 1.022MeV)时时，当它从，当它从原子核旁原子核旁经过时，在核经过时，在核力的作用下，力的作用下，入射光子入射光子转化为转化为一个正电子一个正电子和和一个一个电子电子的过程。的过程。电子对效应电子对效应除涉及除涉及入射光子入射光子与与电子对电子对以外，必以外，必须有第三者须有第三者原子核的参与，否则不能同时满原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的足能量和动量守恒。电子对效应要求入射光子的能量必须能量必须大于大于1.022MeV。88+-220220ee2m cE=hv=2mc=v1-c=E+E+2m c222P=2mv=2mc=EcchEP=ccP=
32、()P E故故出射粒子能量出射粒子能量难以反映难以反映慢中子的能量慢中子的能量，因此，因此，核反应法常用于中子核反应法常用于中子的测量。这时，的测量。这时，Q大大易于甄别去除易于甄别去除 本底信号。本底信号。探测介质中含有上述核素探测介质中含有上述核素的的气体探测器气体探测器(三氟化硼三氟化硼正比计数器、含硼电离室、氦三计数管）、正比计数器、含硼电离室、氦三计数管）、闪烁闪烁探测器探测器（载硼闪烁计数器、氟化锂或锂玻璃探测（载硼闪烁计数器、氟化锂或锂玻璃探测器），器），或或上述材料作为外辐射体上述材料作为外辐射体的的半导体探测器半导体探测器均可用均可用核反应法核反应法进行中子探测。进行中子探测
33、。104反冲核的动能：反冲核的动能：当反冲核为当反冲核为质子质子(氢核氢核)时，时，Mm，上式变，上式变为：为：当当 =0 时，时，反冲质子反冲质子能量最大，能量最大，Ep=En2Mn24mME=E cos(M+m)2pnE=E cos 2222nn22mME=Ecos+-sin(M+m)m出射中子的动能：出射中子的动能：（2 2）核反冲法核反冲法中子与靶核的弹性碰撞产生反冲核。中子与靶核的弹性碰撞产生反冲核。105 主要发生在主要发生在上，常用上，常用作为作为。反冲质子反冲质子使探测介质电离、激发而产生输使探测介质电离、激发而产生输出信号。出信号。反冲质子能量反冲质子能量：2pnE=E co
34、s 反冲质子法反冲质子法主要用于主要用于快中子快中子的探测，尤其是的探测，尤其是快中子快中子能量能量的测量。因此，探测介质中富含的测量。因此，探测介质中富含含含氢物质氢物质的探测器，如的探测器，如含氢正比管含氢正比管、有机闪烁体有机闪烁体等适用于核反冲法测量快中子能谱。等适用于核反冲法测量快中子能谱。106 插入式中子慢化水分计插入式中子慢化水分计传 送 带物料探测器有效区快中子源107（3 3）核裂变法核裂变法中子与中子与发生发生核裂变核裂变产生产生裂变碎片裂变碎片，裂变碎，裂变碎片是片是巨大的带正电荷的粒子巨大的带正电荷的粒子，能使探测器输出，能使探测器输出信号。通过测量碎片数，可求得信号
35、。通过测量碎片数，可求得中子通量中子通量。裂变碎片裂变碎片的的总动能为总动能为150170MeV，形成的形成的脉脉冲幅度冲幅度比比 本底本底脉冲幅度脉冲幅度大得多大得多，可用于可用于强强 辐辐射场射场内中子的测量内中子的测量。108热中子可引起的核裂变热中子可引起的核裂变核：核：233U，235U，239Pu。如如235U的热中子截面为的热中子截面为580b。仅适用于热中子的。仅适用于热中子的注量率测量。注量率测量。一些重核只有当中子能量大于某一一些重核只有当中子能量大于某一阈能阈能才能才能发生发生核裂变核裂变，可用此判断中子的能量。，可用此判断中子的能量。109 中子射入靶核后与靶核形成一个
36、中子射入靶核后与靶核形成一个复合核复合核，而后，而后复合复合核核通过发射一个或几个通过发射一个或几个特征特征 光子光子跃迁到基态。由于跃迁到基态。由于这些这些 光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，光子的发射与复合核的寿命相关，一般很快，故称为故称为“中子感生瞬发中子感生瞬发 射线射线”，同样在核分析技术，同样在核分析技术中有重要的应用。中有重要的应用。当发生当发生(n,)反应后，反应后，新形成的核素新形成的核素是是放射性的放射性的，就是，就是常说的常说的“活化活化”，测量活化核素的放射性可以用来测量，测量活化核素的放射性可以用来测量中子流的强度。中子流的强度。（4 4）活化法活化法110选
37、用一些选用一些核素核素具有较高的具有较高的活化截面活化截面，活化，活化后放射性核素也具有较易测量的放射性。后放射性核素也具有较易测量的放射性。如：如：115116*116n+InInIn+一般，一般，热中子热中子的的活化截面活化截面较高，此法适用于较高，此法适用于热热中子强度中子强度测量。测量。111通过放射技术即时测算发动机损耗情况通过放射技术即时测算发动机损耗情况扫描汽车发动机以检测齿轮受辐照的齿轮齿尖记数率计计算机汽油过滤器与伽马监测器装配112黄玉黄玉黄玉黄玉(Al2SiO4(F，OH)113锂辉石锂辉石锂辉石锂辉石(LiAl(SiO3)2)114蓝黄晶蓝黄晶 (通过辐照改变颜色通过辐
38、照改变颜色)115方法方法中子与核中子与核的作用的作用所用材料所用材料(辐辐射体射体)截面截面(10-24cm-2)用途用途核反核反应法应法(n,)(n,p)10B，6Li，3He1000热、慢热、慢中子通中子通量密度量密度核反核反冲法冲法(n,n)H1快中子快中子能量能量核裂核裂变法变法(n,f)235U，239Pu阈能阈能238U5001热中子热中子通量密通量密度度核活核活化法化法(n,)In，Au，Dy热中子热中子100共振中子共振中子1000快中子快中子1中子通中子通量密度量密度116117 1、什么是带电粒子的电离损失和辐射损失？其作用、什么是带电粒子的电离损失和辐射损失？其作用机制
39、各是什么？机制各是什么？2、什么叫能量歧离？引起能量歧离的本质是什么？、什么叫能量歧离？引起能量歧离的本质是什么？3、射程与路程有什么差别？入射粒子的射程如何定、射程与路程有什么差别？入射粒子的射程如何定义？义？4、从辐射损失的理论表达式得到什么重要结论？为、从辐射损失的理论表达式得到什么重要结论？为什么在电子与物质相互作用中辐射损失才是重要的？什么在电子与物质相互作用中辐射损失才是重要的？思考题思考题118 5、射线与物质相互作用和带电粒子与物质相互作、射线与物质相互作用和带电粒子与物质相互作用的最基本的差别是什么？用的最基本的差别是什么？6、光电效应截面与入射射线的能量和吸收介质有、光电效
40、应截面与入射射线的能量和吸收介质有什么关系？什么关系？7、康普顿散射是入射光子与原子的核外电子之间、康普顿散射是入射光子与原子的核外电子之间的非弹性散射，为什么可以按弹性散射来处理？的非弹性散射，为什么可以按弹性散射来处理？8、韧致辐射的产生机制是什么？韧致辐射的最大、韧致辐射的产生机制是什么？韧致辐射的最大能量与入射带电粒子能量与入射带电粒子(主要是电子主要是电子)能量有什么关系？能量有什么关系？思考题思考题119 9、什么是核反冲法？简述用水对中子进行慢化的、什么是核反冲法？简述用水对中子进行慢化的基本原理。基本原理。10、什么是核活化法？如果以、什么是核活化法？如果以115In为例说明。为例说明。思考题思考题120教材教材P67：第：第8、11题。题。作业：作业：
