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前言 电离辐射的种类按照不同的划分标准可以有很多，在讨论射线与物质的相互作用时，我们把电离辐射分为：带电粒子辐射和非带电粒子辐射 带电粒子辐射就是组成辐射的粒子是带有电荷的，比如α粒子、质子、电子等。带电荷，就可以借助库仑力不断地与所经过的物质中的电子相互作用，在物质中留下信息。 非带电粒子辐射就是组成辐射的粒子是不带电荷的，比如γ射线、X射线、中子等。不带电，不受库仑力，与物质作用是一种随机事件，当未发生作用时，可以贯穿物质而不留下任何踪迹。 非带电粒子辐射与物质的相互作用 这里我们避开中子辐射不谈，因为中子辐射与物质的作用过程比较复杂，另外，一般的工作环境中也很难会遇到中子辐射，这里我们主要看γ和X射线与物质的相互作用。 γ和X射线的实质是一样的，都是光子。自然，它们与物质发生相互作用的规律也是一样的。我们以下只讨论γ射线。 Øγ射线可以和物质发生多种相互作用：光核反应，汤姆逊散射，瑞利散射，拉曼散射，光电效应，康普顿散射，电子对效应。 Ø对于不同能量的γ射线，这些相互作用的截面大小是不同的。 Ø对于我们感兴趣的keV～数十MeV的γ射线，最主要的三种反应类型是： ·光电效应，光电吸收(Photoelectric effect,absorption) ·康普顿散射(Compton scattering) ·电子对效应(Pair production) 光电效应：g射线(光子)与物质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photoelectron)，而光子本身消失的过程，称为光电效应。 Ø光电效应是光子与原子整体相互作用，而不是与自由电子发生相互作用。 Ø光电效应主要发生在原子中结合的最紧的K层电子上。 Ø光电效应发生后，由于原子内层电子出现空位，将发生发出特征X射线或俄歇电子的过程。 康普顿散射：康普顿散射是g射线(光子)与核外电子的非弹性碰撞过程。在作用过程中： Ø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 Ø而光子受到散射，其运动方向和能量都发生变化，称为散射光子 1923年，美国物理学家康普顿在研究X射线与物质散射的实验里，发现了康普顿散射。 Ø康普顿效应主要发生在原子中结合的最松的外层电子上，可认为是： ·“自由”电子，电离能很小。 ·“静止”电子：轨道电子速度远小于光速。 电子对效应：当入射g射线(光子)能量较高(>1.022MeV)时，当它从原子核旁经过时，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。 Ø电子对效应除涉及入射光子与电子对以外，必须有第三者——原子核的参与，否则不能同时满足能量和动量守恒。 Ø电子对效应要求入射光子的能量必须大于1.022MeV。 Ø在电子的库仑场中也可以发生，但是要求入射光子的能量更高 总结 当一个g光子射向某个物体时： ·它可能与物质发生作用，也可能不发生作用。 Ø一旦发生作用，则： ·g光子“消失”→单次性、随机性 ·或者变成低能量的g光子（康普顿散射光子、湮没光子） Ø在此过程中形成了次级电子 ·光电子 ·康普顿反冲电子 ·正负电子对 通过测量次级电子的能量，可以实现对g光子的探测 注：参考清华大学辐射探测课件制作 |
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