第1章核辐射防护射线与物质相互作用.ppt

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第第1章章射线与物质相互作用射线与物质相互作用核辐射测量与防护核辐射测量与防护电离辐射警告标志电离辐射警告标志电离辐射标志电离辐射标志放射性警示标志：

放射性警示标志：

要尽量避开贴有这些标志的物体！

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辐射防护是辐射防护是：

原子能科学技术的一个重要分支，它：

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的边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、辐射剂缘学科。

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、放射生物学及放射生量学、核电子学、放射医学、放射生物学及放射生态学等学科。

态学等学科。

基本任务是基本任务是：

保护环境、保障从事放射性工作的人：

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、保护他们的后代、促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。

进原子能事业的发展。

实现辐射防护目的的办法是：

为了防止确定性效应的发生，把剂量当量限值为了防止确定性效应的发生，把剂量当量限值定在足够低的水平上，以保证从业者在终生全定在足够低的水平上，以保证从业者在终生全部时间内受到的照射也不会达到产生有害效应部时间内受到的照射也不会达到产生有害效应的阈值。

的阈值。

使一切具有正当理由的照射保持在合理的可以使一切具有正当理由的照射保持在合理的可以达到的尽量低的水平。

达到的尽量低的水平。

为了达到辐射防护目的，一切辐射实践和设施的选址设计、为了达到辐射防护目的，一切辐射实践和设施的选址设计、建造、运行和退役，必须遵守辐射防护三原则建造、运行和退役，必须遵守辐射防护三原则:

辐射实践正当化辐射实践正当化辐射防护最优化辐射防护最优化个人剂量的限制个人剂量的限制辐射防护的三原则是一个有机的统一体，辐射防护的三原则是一个有机的统一体，在应用时必须综合考虑。

在应用时必须综合考虑。

考核方式考核方式考核方式考核方式u平时20%（出勤率+作业）u期末80%（考试）教学内容教学内容教学内容教学内容第第11章章射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用第第22章章辐射剂量学基础辐射剂量学基础第第33章章核辐射探测方法核辐射探测方法第第44章章辐射来源及其影响辐射来源及其影响第第55章章辐射防护辐射防护参考书参考书参考书参考书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材教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第第第第11章章章章射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用1.11.1粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用1.21.2射线射线与物质相互作用与物质相互作用1.31.3和和XX射线与物质相互作用射线与物质相互作用1.41.4中子与物质相互作用中子与物质相互作用1.51.5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1.11.1粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用粒子与物质相互作用1.1.11.1.1粒子的性质粒子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44，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：

是极个别，且半衰期相当长，如：

T1/2=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概述概述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，仅在其能能量低于量低于100eV100eV时有意义，所以一般只考虑带电粒子与核时有意义，所以一般只考虑带电粒子与核外电子的非弹性碰撞。

外电子的非弹性碰撞。

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的结果可使原子发生原子发生电离或激发电离或激发。

带电粒子通过物质带电粒子通过物质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+ArAr+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-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-库仑作用库仑作用带电粒子通过物质时，与物质原子的壳层电子发生静电作用静电作用电子获得足够能量后使其脱离轨道形成一个带负电荷的自由电子（次级电子），失去一个电子的原子则变成带正电荷的离子，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）电子电子粒子与物质原子壳层电子直接碰撞时，可以产生高粒子与物质原子壳层电子直接碰撞时，可以产生高能电子的电离，出射的电子。

能电子的电离，出射的电子。

电子可以使物质原子再电离或激发。

电子可以使物质原子再电离或激发。

电离电离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。

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。

阻止本领公式阻止本领公式阻止本领公式阻止本领公式式中：

式中：

zz：

重带电粒子的电荷数；：

重带电粒子的电荷数；ee：

一个电子的电量，等于一个电子的电量，等于1.6021.6021010-19-19C;C;ZZ：

物质原子的原子序数；物质原子的原子序数；NN：

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；cc：

光速；光速；VV：

重带电粒子的速度；重带电粒子的速度；mmee：

电子的静止质量电子的静止质量II：

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。

-+=-22222e2421ln2ln4ccZCImNZmezdxdEeionuuuup阻止本领阻止本领阻止本领阻止本领带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能带电粒子使物质原子电离或激发而损失的能量称为电离能量损失。

量损失。

把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量把带电粒子在物质中单位路程上的电离损失称为电离能量损失率，损失率，又称为阻止本领。

常用符号又称为阻止本领。

常用符号表示。

表示。

脚标脚标“ionion”表示是由入射粒子使原子电离或激发所引起的表示是由入射粒子使原子电离或激发所引起的能量损失。

能量损失。

（1）

（1）与重带电粒子电荷数的平方成正比。

如果与重带电粒子电荷数的平方成正比。

如果粒子和质子的粒子和质子的速度相等，物质对速度相等，物质对粒子的阻止本领是对质子阻止本领的粒子的阻止本领是对质子阻止本领的44倍。

带电粒子倍。

带电粒子的电荷愈多，能量损失率愈大，穿透能力也就愈弱。

的电荷愈多，能量损失率愈大，穿透能力也就愈弱。

（2）

（2）与带电粒子的质量无关。

原因在于重带电粒子的质量比电与带电粒子的质量无关。

原因在于重带电粒子的质量比电子质量至少大子质量至少大18001800倍。

重带电粒子的质量与电子质量相比，都可以近似倍。

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，重带电粒子的质量的确切数值就对阻止本领地被看成是无穷大。

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没有影响了。

阻止本领表达式重要结论阻止本领表达式重要结论11：

（3）（3）与重带电粒子的速度有关。

当速度较小时，可以近似与重带电粒子的速度有关。

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，对数项的数值影响不大；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，对数项的影响较大。

当两种粒子的速当速度比较高时，项变化很小，对数项的影响较大。

当两种粒子的速度相等时，即具有相同的度相等时，即具有相同的E/mE/m和相等的电荷，则两种粒子在同一靶物质和相等的电荷，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，如果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，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。

它们的速度一样，则它们在同一物质中的阻止本领就一样。

（4）（4）与物质的电子密度与物质的电子密度NZNZ成正比。

物质密度越大，物质中成正比。

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子的阻止本领也越大。

原子的原子序数越高，则此种物质对重带电粒子的阻止本领也越大。

阻止本领表达式重要结论阻止本领表达式重要结论22：

阻止本领表达式重要结论阻止本领表达式重要结论阻止本领表达式重要结论阻止本领表达式重要结论33：

（5）在中能区，阻止本领与入射粒子的能量成反比在中能区，阻止本领与入射粒子的能量成反比电子的阻止截面：

电子的阻止截面：

电离密度电离密度（ionizationdensity）ionizationdensity）ionizationdensity）ionizationdensity）带电粒子在单位路径带电粒子在单位路径长度上形成的离子对数，长度上形成的离子对数，单位为离子对单位为离子对/厘米。

厘米。

比比电离应包括原电离和次电电离应包括原电离和次电离产生的离子对。

离产生的离子对。

带电粒子在物质中的射程带电粒子在物质中的射程带电粒子在物质中的射程带电粒子在物质中的射程任何一种带电粒子在进入物质以后，通过与物质相互作用而不断地损失能量。

如果物质的厚度是足够的，带电粒子最终将完全停留在物质中，这种现象称为物质对带电粒子的吸收，这种物质称为吸收物质。

带电粒子从进入物质到完全被吸收沿原入射的方向穿过的最大距离，称为该粒子在物质中的射程，常用符号R表示。

如果不指明在哪种物质中，而只是说“射程”多少，就是指粒子在标准状况下的空气中的射程。

带电粒子的射程和路程射程和路径的区别射程歧离射程歧离射程歧离射程歧离一组单能粒子射程的平均值称为平均射程。

一组单能粒子射程的平均值称为平均射程。

相同能量的粒子在同一种物质中的射程并不完全相同，这种现象称为射程歧离。

产生这种现象的原因每两次碰撞间粒子穿过的距离以及每次碰撞使带电粒子失去的能量不完全相同，因而相同能量的粒子的射程不是一个定值。

由于每个粒子都必须经过多次的碰撞，因此，各个粒子的射程间的相互差别并不很大。

重带电子粒子的射程涨落一般都很小。

经验公式经验公式经验公式经验公式对于能量为对于能量为3-7MeV3-7MeV的的粒子在标准状态下空气中的平均射程可用粒子在标准状态下空气中的平均射程可用下面的经验公式表示：

下面的经验公式表示：

E是是粒子的能量，单位是粒子的能量，单位是MeV.R0是是粒子在标准状态下的空气中的平均射程，单位是粒子在标准状态下的空气中的平均射程，单位是cm.相同能量的同一种带电粒子在不同物质中的射程有经验相同能量的同一种带电粒子在不同物质中的射程有经验公式：

公式：

式中式中aa和和bb、AAaa和和AAbb分别为物质分别为物质aa和物质和物质bb的密度与相对的密度与相对原子量。

原子量。

重带电粒子在物质中的射程与能量的关系重带电粒子在物质中的射程与能量的关系在其它物质中的射程在其