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放射与物质的相互作用
来源:医学全在线 更新:2007/12/3 字体:

  一、带电粒子与物质的相互作用

  (一)电离(ionization)

  带电粒子在从吸收物质原子旁掠过时,由于它们与壳层电子之间发生静电库仑作用,壳层电子便获得能量。如果壳层电子获得的能量足够大,它便能够克服原子核的束缚而脱离出来成为自由电子。这时,物质的原子便被分离成一个自由电子和一个正离子,它们合称离子对。这样一个过程就称为电离。脱离出来的自由电子通常具有较高的功能,它又可以引起其它原子或分子电离,称为次级电离。

  (二)激发(excitation)

  带电粒子给予壳层电子的能量较小,还不足以使它脱离原子的束缚而成为自由电子,但是却由能量较低的轨道跃迁到较高的轨道上去,这个现象称为原子的激发。处于激发态的原子是不稳定的。它要自发地跳回到原来的基态,其中多余的能量将以可见光或紫外光的形式释放出来,这就是受激原子的发光现象。

  (三)散射(scattering)

  散射是带电粒子与被通过的介质的原子核发生相互作用的结果。在这种作用下,带电粒子只改变运动方向,不改变能量。方向改变的大小与带电粒子的质量有关。

  (四)轫致辐射(bremsstrahlung)

  带电粒子与被通过的介质原子核相互作用,带电粒子突然减速,一部分动能转变为连续能谱的电磁辐射释放出来。这种作用随粒子的能量增加而增大,与粒子的质量平方成反比,与被通过介质的原子序数Z的平方成正比。

  (五)吸收(absorption)

  带电粒子在介质中通过,由于与介质相互作用耗尽了能量而最终停止下来,这种现象称为被介质吸收。

  二、光子与物质的相互作用

  光子是电磁辐射,可通过以下三种效应与介质发生作用。

  (一)光电效应(photoelectric effect)

  γ光子与介质的原子相互作用时,整个光子被原子吸收,其所有能量交给原子中的一个电子。该电子获得能量后就离开原子而被发射出来,称为光电子。光电子能继续与介质作用。

  (二)康普顿效应(Compton effect)

  γ光子只将部分能量传递给原子中最外层电子,使该电子脱离核的束缚从原子中逸出。光子本身改变运动方向。被发射出的电子称康普顿电子,能继续与介质发生相互作用。

  (三)电子对产生(electron pair production)

  能量大于1.02M eV的γ光子在物质中通过时,可与原子核碰撞,转变成一个电子和一个正电子,从原子中发射出来。被发射出的电子和正电子还能继续与介质发生相互作用。

  γ光子通过上述三种效应,能量逐渐减弱、方向发生不同的改变,最终也可表现为被吸收。

  三、中子与物质的相互作用

  中子本身不带电,在通过物质时主要是与原子核发生作用,产生次级电离粒子而使物质电离。

  (一)弹性散射(elastic scattering)

  弹性散射是中子通过物质时损失能量的重要方式。原子核从中子动能中得到一部分能量而形成反冲核,中子则失去部分动能且偏离原方向。反冲核越轻、反冲角越大、反冲核得到的能量越多。反冲核动能和入射中子能量成正比。

  (二)非弹性散射(inelastic scattering)

  入射中子与原子核作用形成复合核,复合核放出中子后如处在激发态,则会立即会放出γ射线而回到基态。入射中子的能量必须大于原子核的最低激发能,非弹性散射才可能发生。

  (三)中子俘获(neutron capture)

  慢中子或热中子与物质作用时,很容易被原子核俘获而产生核反应。核反应的产物可能是稳定核素,也可能是放射性核素,同时还释放出γ光子和其它粒子。某些稳定核素,在慢中子作用下,生成放射性核素,称为感生放射性核素(induced radionuclide),它具有的放射性,称为感生放射性(induced radioactivity)。

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