射线与物质的相互作用

辐射剂量与防护思维导图，射线与物质的相互作用规律，下图解释相互作用系数和相互作用类型。

射线与物质的相互作用

• 相互作用类型
  • 重带电粒子与物质相互作用
    • 弹性碰撞：仅在其能量低于100eV时有意义，所以一般不考虑
    • 非弹性碰撞
      • 电离（ionization)：带电粒子通过物质时，与物质原子的壳层电子发生库伦作用，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
        • 电离密度（ionization density )： 带电粒子在单位路径长度上形成的离子对数，单位 为离子对/厘米
        • 在粒子通过的路径上形成许多离子对：正离子和自由电子
      • 激发(excitation)：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
        • 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
      • 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
      • 散射（scattering )：带电粒子通过物质时，因受物质原子核库仑电场作用，与带正电的原子核发生库仑排斥作用而改变其本身的运动方向，称为散射
        • 入射粒子相对于核的质量愈大，则散射愈小。对于重带电粒子，散射现象不太明显，可以不予考虑
    • 几个重要概念
      • 1. 传能线密度（linear energy transfer,LET )：表征射线对物质作用能力大小的一个物理量，表示带电粒子在单位长度径迹上传递的能量 。单位是MeV·cm-1
      • 2. 射程：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。
      • 3. 射程歧离：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
      • 4. 平均电离能W
      • 5. 比电离
      • 6. 布拉格曲线
  • γ射线与物质相互作用
    • 射线定义或产生
      • γ射线：原子核能级跃迁蜕变时释放出的电磁辐射光子
      • X射线： a.轫致辐射x射线。由带电粒子在原子核库仑场中慢化而产生的电磁辐射。 b.特征x射线。由原子电子能级改变而产生的电磁辐射。
    • 与物质的作用类型
      • 完全吸收：光电效应、电子对生成等
      • 部分吸收：康普顿散射
      • 不吸收：弹性散射
      • 概要
        • 光电效应：光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了。总是发生在束缚的最紧的内层电子上
        • 康普顿散射效应：是一种非相干散射，入射光子和壳层电子发生的非弹性碰撞，部分能量转移给壳层电子，光子本身改变方向发射出去。总是发生在束缚的最松的外层电子上
        • 电子对生成效应：能量≥1.02 MeV 的γ射线在从原子核旁边经过时，在核库仑场作用下，辐射光子可能转化成一对正-负电子
        • 
  • 中子与物质相互作用
    • 中子分类
      • 高能中子 能量大于10MeV
      • 快中子 100keV------10MeV
      • 中能中子 1keV--------100keV
      • 慢中子 0-------1keV（热中子----与周围物质处 于热平衡的中子。在常温20.40C下，热中子的平 均能量为0.0253eV）
    • 作用类型
      • 弹性散射 (Elastic-scattering)：总动能守恒
      • 非弹性散射 (Inelastic scattering)：总能量、动 量守恒，动能不守恒
      • 去弹性散射 (Nonelastic scattering)：(n,p), (n,α) 等
      • 俘获(Capture)：(n,γ)
      • 均属与原子核的相互作用
        • 特别说明： 1、中子与物质的相互作用过程的描述参数与 γ 和X射线的相同
        • 2、中子与物质相互作用产生的带电粒子都是 重粒子，其轫致辐射的能量损失可以忽略。
  • β射线与物质相互作用
    • 快速电子或β射线（正电子和电子）
    • 弹性散射
    • 非弹性散射
    • 轫致辐射
      • 快速运动电子通过原子核附近时，受到原子核库仑电场的作用，速度大小和运动方向都发生变化，一部分能量以电磁波的形式辐射出来，这种辐射称为轫致辐射，轫致辐射谱是连续的，能量从0到电子的最大能量。
    • 湮没辐射
      • 当β+ 粒子与物质作用，正电子的速度接近于零时，与附近原子中的电子（e -）结合，正负电荷抵消，两个电子的静止质量转化为两个方向相反，能量各为0.511Mev 的0.511 MeV 光子而自身消失的过程称为湮没辐射或光化辐射
• 相互作用系数
  • 带电粒子与物质的相互作用系数
    • 线阻止本领，质量阻止本领
    • 质量碰撞/辐射阻止本领
    • 质量定限碰撞阻止本领
  • 不带电粒子与物质的相互作用系数
    • 窄束衰减和衰减系数μ
    • 能量转移系数μtr
    • 能量吸收系数μen和辐射份额Y(E)