粒子与物质相互作用
带电粒子与物质相互作用
带电粒子穿过靶物质时，与路径上靶物质的原子核及核外电子发生相互作用，随着入射粒子种类和能量的不同，各种相互作用的强度和特征也不相同，最终决定了入射带电粒子在靶物质中的能量损失与射程分布等。
带电粒子与物质相互作用的特征带电粒子在物质中的慢化过程具有一定能量的带电粒子（如质子，α粒子，电子等）入射到靶物质中时，带电粒子与其路径上靶物质的原子核或电子会发生库伦相互作用，从而把一部分动能转移给靶物质的电子或原子核而逐渐损失能量，最终停止在靶物质中，这个过程称为慢化过程。
快速带电粒子与靶物质中电子的库伦相互作用在慢化过程中起主要作用。
对重带电粒子来说，由于电子的质量非常小，在和电子的每次碰撞中，转移给电子的能量只占其本身能量的很少一部分。
重带电粒子在每次碰撞后的运动状态可以认为没有改变。
所以重带电粒子穿过靶物质时，要与靶物质中的电子连续地发生许多次这样的小能量转移碰撞，才逐渐损失掉它的能量。
重带电粒子经过多次碰撞而不断损失能量，当速度减少到一定程度时，就会与靶物质发生电荷交换效应。
原来高速运动的重带电粒子的外层电子是全部剥离的，随着速度的降低而会俘获靶物质中的电子，从而使自身所带的有效正电荷数逐渐减少。
如果靶物质足够厚，则经过许多次碰撞后，重入射带电粒子的能量会全部耗尽，并俘获电子成为中性原子，停止在靶物质中。
重带电粒子被阻止在靶物质中所需的时间与它的能量及靶物质的性质有关。
对能量在MeV量级的α粒子和质子，整个慢化过程在气体物质中约为9-10秒。
10秒，在固体物质中约为21-高速重带电粒子（如α粒子）与靶原子核的库伦碰撞造成的能量损失，和与靶原子的电子的碰撞造成的能量损失相比可以忽略不计，只有在重带电粒子速度非常低时才显得重要。
但对于快速电子，它与靶原子核的碰撞对能量损失和角度偏移则有较大的影响。
入射电子与靶物质中电子的单次碰撞也可能损失较多的能量。
总之，慢化过程中带电粒子在靶物质中的能量损失和角度偏转，完全是入射带电粒子与靶物质中的电子和原子核发生各种相互作用的结果，主要有下列四种碰撞过程：①带电粒子与靶原子的核外电子发生非弹性碰撞；②带电粒子与靶原子核发生弹性碰撞；③带电粒子与靶原子核发生非弹性碰撞；④带电粒子与靶原子的核外电子发生弹性碰撞；在所讨论的能量范围内，入射粒子与原子核发生核反应的概率非常小，可以不予考虑。
带电粒子与物质相互作用的几个主要过程
带电粒子与物质相互作用的几个主要过程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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粒子与物质相互作用-第四章_2_2011
1/ 3
（4－4－17） （4－4－18）
（4－4－19）
1 N 1 7 Z 1
2
14
第四章
所以，
电子阻止截面
q (k ) 2 ne (k ) Z1 1 (k ) 2
运用介质12
k 2q ln k (1 q)
2
1 1 (1 q) 2 2 1 ( k ) 1 ( k )
1 ( k ) 2 (1 q ) ln 1 ( k ) 2
（4－4－26） 其中L为阻止函数，
k L ln k
17
第四章
电子阻止截面
在低速近似下，可得到：
2k 2 F q C (1 q ) ln 1 av 0 0 其中C为常数，C～0.5。
比较准确的有：
2
（4－4－27）
（4－4－20）
对于裸核，N＝0，q＝1， 则
ne (k ) Z1
运动离子的分数有效电荷γ定义为：
（4－4－21）
1/ 2
Sq Z Z1 S q 1
* 1
（4－4－22）
其中Sq=1是裸核的电子阻止。
15
第四章
2 2 2 P Z1 e
电子阻止截面
s
Z Z1 Z
* 1
__
1/ 3 1
v1 v0
（4－4－8）
这里，Z1*为离子的有效电荷，v0为Bohr速度。
v1 Z 1* v Z1 0
粒子与物质的相互作用
粒子与物质的相互作用一、引言粒子与物质的相互作用是物质世界中一种基本的物理现象。
无论是宏观的物体还是微观的粒子，它们都受到相互作用的影响。
本文将从不同角度介绍粒子与物质的相互作用。
二、电磁力的作用电磁力是粒子与物质之间最常见的相互作用方式之一。
当粒子携带电荷时，它们与周围的电场相互作用。
根据库伦定律，电荷之间的相互作用力与它们之间的距离成反比，与电荷的大小成正比。
这就解释了为什么带电粒子在电场中会受到电力的作用。
磁场也是粒子与物质相互作用的重要因素。
带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的作用，这个力的方向垂直于粒子的速度和磁场的方向。
这种相互作用在电磁感应、电磁波传播等现象中都扮演着重要角色。
三、强力与弱力的作用除了电磁力，强力和弱力也是粒子与物质相互作用的重要力量。
强力是在原子核中起作用的力量，维持着核内的质子和中子的结合。
它是一种非常强大的力量，远超过电磁力的范围。
弱力则是一种相对较弱的力量，主要作用于一些放射性衰变过程中。
这两种力量的相互作用机制十分复杂，需要通过精确的数学描述才能完整解释。
四、引力的作用引力是质量之间的相互作用力。
根据普遍引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种力量是所有物体都具备的，无论是微观粒子还是宏观物体。
引力决定了物体之间的相互吸引作用，使得星球绕太阳公转、月球围绕地球运动等现象得以产生。
五、弹性力和摩擦力的作用除了上述力量外，弹性力和摩擦力也是粒子与物质相互作用的重要力量。
弹性力是物体在受到外力作用后产生的恢复力，使物体恢复到原始形状或位置。
摩擦力则是两个物体接触时产生的相互阻碍运动的力。
这两种力量在日常生活中随处可见，如弹簧的拉伸和压缩、车辆行驶中的摩擦等。
六、总结粒子与物质的相互作用是物质世界中的基本现象，涉及到电磁力、强力、弱力、引力、弹性力和摩擦力等多种力量。
这些力量共同作用，决定了物质的性质、物体的运动以及各种自然现象的发生。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用引言：带电粒子是指具有电荷的微观粒子，例如电子、质子等。
在物质中，带电粒子与其他物质之间会发生相互作用。
这种相互作用是物质世界中一种重要的基本现象，对于我们理解和应用自然界具有重要意义。
本文将从带电粒子与物质的相互作用的基本原理、类型和应用等方面进行阐述。
一、基本原理带电粒子与物质的相互作用遵循电磁相互作用力。
根据库仑定律，带电粒子之间的相互作用力与它们之间的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用力可以是吸引力，也可以是排斥力，取决于带电粒子之间的电荷性质。
二、类型1. 静电作用：带电粒子与物质之间的相互作用可以表现为静电作用。
当带电粒子靠近物质时，它们之间会发生电荷的转移或者重排，导致电荷的分布发生变化，从而产生静电力。
这种作用在电荷不移动的情况下发生，例如静电吸附、静电排斥等。
2. 磁场作用：带电粒子的运动会产生磁场，而物质对磁场也会产生响应。
当带电粒子通过物质时，物质中的电荷会受到磁场力的作用，并产生相应的运动或变化。
这种作用可以用于磁共振成像、磁性材料的制备等。
3. 电流作用：带电粒子在物质中运动时，会与物质中的电荷发生相互作用。
当带电粒子通过物质时，会产生电流，而电流会产生磁场。
这种作用可以用于电子输运、电磁感应等。
4. 能量转移：带电粒子与物质之间的相互作用还可以导致能量的转移。
当带电粒子与物质发生碰撞或相互作用时，它们之间的能量会发生转移，从而改变物质的性质或状态。
例如带电粒子的辐射与物质的相互作用会导致能量的转移，产生辐射损失。
三、应用带电粒子与物质的相互作用在科学研究和技术应用中具有广泛的应用价值。
1. 粒子加速器：粒子加速器利用带电粒子与物质之间的相互作用，通过电场或磁场加速带电粒子的运动。
这种技术被广泛应用于高能物理实验、核物理研究等领域。
2. 材料表征：带电粒子与物质的相互作用可以用于材料的表征。
例如扫描电子显微镜（SEM）利用电子与物质的相互作用，观察和分析材料的表面形貌和成分。
高能粒子在物质中的相互作用研究
高能粒子在物质中的相互作用研究高能粒子在物质中的相互作用一直是物理学研究的重要领域之一。
通过对高能粒子与物质相互作用的研究，不仅可以揭示物质的基本特性，还可以为粒子加速器技术、核能技术等领域的应用提供基础理论支持。
本文将探讨高能粒子在物质中相互作用的一些主要过程和相关研究。
一、电离和激发过程高能粒子通过与物质中原子或分子相互作用，可以引起电离和激发。
电离过程是指高能粒子从原子或分子中夺取电子，使其带电。
激发过程是指高能粒子传递能量给原子或分子，使其电子跃迁到更高的能级。
在电离过程中，高能粒子与原子或分子碰撞，使得原子或分子的电子被夺取，形成正离子和自由电子。
电离过程对于粒子探测、医学影像技术等应用具有重要意义。
激发过程是高能粒子与原子或分子之间能量交换的过程，也称为能量损失过程。
在能量损失过程中，高能粒子传递能量给原子或分子的电子，使其跃迁到激发态。
通过测量粒子的能量损失，可以了解物质的组成以及原子或分子的能级结构等。
二、散射和衰减过程高能粒子在物质中的相互作用过程还包括散射和衰减。
散射是指高能粒子与物质中的原子或核子相互作用后改变方向或动量的过程。
散射过程的研究可帮助我们揭示物质结构和相互作用力的性质。
高能粒子在物质中的衰减过程是指高能粒子通过与原子核相互作用，使得其能量逐渐减小的过程。
衰减过程的研究对于粒子束技术、射线治疗等领域具有重要意义。
三、产生次级粒子高能粒子在物质中的相互作用还会产生次级粒子。
当高能粒子与物质中的原子核或电子相互作用时，会发生电磁相互作用和强相互作用，从而产生次级粒子。
电磁相互作用主要包括电子对撞和电子辐射。
电子对撞是指高能粒子与物质中的电子发生碰撞，产生电磁辐射。
电子辐射是指高能粒子在物质中沿着轨迹发射出电磁辐射。
强相互作用主要包括核反应、中子产生和双强子产生等过程。
核反应是指高能粒子与原子核相互作用，导致核的转变或放出中子。
中子产生是指高能粒子与原子核相互作用，导致从原子核中释放出中子。
重带电粒子与物质相互作用
其中： R1和R2为射程 M1和M2为静止质量 Z1和 Z2为电荷
如果第二个粒子为质子（M2=1且Z2=1），这样另外粒子的射程R由下式给 出：
其中Rp(β)为质子射程。 图5.7表示了质子，α粒子和电子在水，肌肉，骨头和铅中的gcm-2射程。 对于给定能量的质子，在Pb中的gcm-2射程比水中大，这与Pb的小质量阻止 本领一致。
阻止本领和距离：Bragg峰
• 在低能处，当β→0时，括号前面的因子增加，导致产生一个峰（称为Bragg峰）。 • 当粒子能量接近0时，线性能量损失率最大。
α粒子在路径上的能量损失率
• • •
图画中低能处的能量损失的峰是一个例子。图中还画出了α的-dE/dx与在材料 中距离的关系。 对绝大多数α粒子径迹， α粒子具有2个电子电荷，能量损失率随1/E增加，这 点可由阻止本领方程预测。 在径迹末尾，通过电子拾取减少电荷，曲线下降。
阻止本领可以由能量损失谱来估算。 • 宏观截面μ表示单位路径上电子发生碰撞的概率。 • μ的倒数表示在两次碰撞间带电粒子走过的平均距离或平均自由程。 • 阻止本领是宏观截面与每次碰撞损失的平均能量的积。
例如： 1MeV的质子在水中的宏观截面为410μm-1，每次碰撞的平均能量损失为 72eV。阻止本领和平均自由程为多少？ 阻止本领，
单次碰撞能量损失谱
• • • • • Y轴代表计算得到的给定碰撞中能量损失为Q的概率。 以上计算得到的1MeV 质子最大能量损失，21.8keV 的 N.B.超出坐标范围。 最可能的能量损失在20eV量级。 N.B., 快带电粒子的能量损失谱很可能在10-70eV区间 慢带电粒子的能量损失谱不同，最可能的能量损失接近Qmax。
对于化合物或混合物，必须考虑每个单个成分的贡献。 在这种情况下，可以由不同成分的电子密度权重得到lnI值。 以下是对于水的例子（对组织也可能足够）。
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子与物质的相互作用在物理学中，带电粒子与物质之间的相互作用是一个重要的研究领域。
带电粒子指的是带有电荷的基本粒子，如电子、质子等，而物质则包括了构成我们周围世界的一切物质实体。
这两者之间的相互作用机制不仅对于理解物质的性质和行为具有重要意义，也为各种应用提供了基础。
一、静电作用最基本的带电粒子与物质的相互作用是静电作用。
当两个物体中的带电粒子之间存在电荷差异时，它们会产生静电力的相互作用。
根据库仑定律，两个电荷之间的静电力与电荷的大小成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这种相互作用可以导致物体的吸附、斥力、电荷传递等现象。
静电作用在日常生活中也经常出现，比如我们身体摩擦后产生的静电电荷可以使身体与物体发生吸引或者排斥的现象。
在工业中，静电作用也是一种重要的物料处理技术，例如静电吸附、静电喷涂等。
二、电磁作用电磁作用是带电粒子与物质之间更加复杂的相互作用方式。
它包括两个方面，一方面是带电粒子在物质中受到的电场力的作用，另一方面是带电粒子的运动状态对物质电磁性质的影响。
对于带电粒子在电场中的相互作用，根据库仑定律和电场叠加原理，可以得到带电粒子在电场中所受到的电场力大小和方向。
这种相互作用广泛应用于电子学和电路中，例如电荷在电场中的偏转、电势差引起的电子流等。
带电粒子对物质电磁性质的影响则涉及到材料的导电性、磁性等方面。
带电粒子的运动会在物质中引起电流，进而改变物质的导电性质。
而当带电粒子的运动速度接近光速时，还会产生磁场效应，即洛伦兹力。
这些现象在电磁学、材料科学等研究中有着广泛的应用。
三、辐射作用带电粒子与物质相互作用的另一种重要方式是辐射作用。
当带电粒子在物质中运动时，会释放出能量并产生辐射，例如电子在物质中的电离和俄歇效应。
辐射作用在核物理、粒子物理等领域中具有重要意义。
例如，在医学上，正电子发射断层成像（PET）技术利用正电子与物质相互作用产生的辐射进行人体成像；在核反应中，粒子与原子核的相互作用可以产生高能粒子和辐射。
带电粒子与物质的相互作用
与重带电粒子相比，快电子的射程的概念不太明
确，因为电子的总路程的长度比沿初始速度方向穿 透的距离大得多。通常，电子的射程是从图中那样 的曲线将末端直线部分外推到零求得的，它表示几 乎没有电子能穿透的吸收体厚度。
为了描述快电子由于电离和激发引起的比能损失 （“碰撞损失”），Bethe也推出类似重带电粒子比能损 失的公式。
式中符号意义与前式相同。
电子与重带电粒子也不同，除经过库伦相互作用以外，还能 经过辐射过程损失能量。这些辐射损失的形式是轫致辐射， 及电磁波，它可以从电子径迹的任何位置发出。根据经典理 论，电子被加速时必然发射能量，而电子与吸收体相互作用 而偏转时相当于这种加速，经过这样辐射过程的线性比能损 失为
带电粒子与物质的相互作用
带电粒子主要分为两种，一是重带电粒子（特征穿 透距离≈10-3m），二是快电子（特征穿透距离≈108m）。带电粒子与电荷借助库仑力不断地与所经过的 介质中的电子或原子核相互作用，从而损失能量，当介 质厚度足够时，最后沉积再介质中。
重带电粒子与物质的相互作用
重带电粒子（如α粒子）与物质的相互 作用主要是通过它们的正电荷与吸收体原 子中轨道电子的负电荷之间的库仑力。虽 然重带电粒子也可能与和核发生相互作用 （如卢瑟福散射或α粒子引起的核反应）， 但是这种相互作用很少发生，因而它们大 多数情况下并不重要，可以忽略掉。
粒子的相对论速度 。
c
为粒子的洛仑兹因子。 I 为介质原子 的平均激发能， Tmax 为一次碰撞中可能传递给一个 自由电子的最大动能。
带电粒子的比能损失沿其径迹的变化曲线（如图所示）称为 Bragg曲线。这个例子是对初始能量为几MeV的α粒子的。在径 迹的绝大部分，α的电荷是两个电子的电荷，比能损失粗略的随 1/E增加，如同Bathe公式预计的一样，接近径迹末端时，α粒子 的电荷由于拾取电子而减少，Bragg曲线现将下降。
粒子与物质相互作用
dx ? ? ?ds
? 为物质密度（单位：g/cm3），ds为长度（单位：cm）。 这样选取单位的好处是能损在很大程度上与物质的具体性 质ห้องสมุดไป่ตู้关。
2020/4/2
粒子探测
8
? 电离损失的分布
在厚度为?x 的介质中，入射粒子
的平均电离损失为
? ??
dE dx
????
x
当介质厚度较厚时，电离损失分布
接近高斯分布；当介质很薄时，
服原子核的束缚，则电子就脱离原子成为自由电子。这就
是电离。电离的结果形成一对正离子和自由电子。若内壳
层电子被电离后，该壳层留下空穴，外层电子跃迁来填补，
同时放出特征X射线或俄歇电子。
? 当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由
电子，将跃迁到较高的能级。这就是原子的激发。处于激
发态的原子不稳定，作短暂停留后，将从激发态跃迁回到
对相对论粒子，Ekin? E，pc ? E
E max kin
?
E2 E ? m02c2 / 2me
?
?m0
?
p2 m02
/ 2me
对? 轻子，Ekminax
?
E2 E ? 11
对电子， Tmax
?
me
p2 ? E / c2
?
E ? mec2
2020/4/2
粒子探测
4
2. 带电粒子能量的电离损失
? 电离损失带电粒子与核外电子的非弹性碰撞，导致 原子电离或激发，是粒子损失动能的主要方式。
? δ电子产生的概率很小，其能谱表达式
dN ? ? ? F
dT
T2
要求 I ?? T ?? Tmax ，ξ 定义同前。
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classical
2020/4/2
粒子探测
7
一个有用的常数
K
4
N Are2mec2
0.3071 MeV g cm2
粒子探测
13
小结
1）公式不包含入射粒子质量，即电离损失与入射粒子质量无关。 电荷和速度相同的粒子在同一种物质中电离损失相同。
2）电离损失与入射粒子的电荷数z2成正比。
3）电离损失与粒子速度有关，在 0.01 0.05 区间，目前尚无 令人满意的理论解释，只能依赖唯象拟合公式。
4）对于能量很低的粒子，当其运动速度与原子中电子的速度相当 时，公式不再适用。当粒子运动速度 z 10 3 (为精细 结构常数)时，能损正比于。例慢速质子在硅中的能损为
为该物质对这种粒子的阻止本领，用
dd表Ex 示。
大 ddEx， 表明这种粒子在该物质中的电离本领大，即该
粒子通过单位长度物质损失的能量较多，即该物质
对这种粒子的阻止本领大。
2020/4/2
粒子探测
5
Bethe-Bloch formula
Energy transfer: I dE Tmax , I: mean excitation potential I~I0Z, I0=10eV
在入射粒子能量较低时Bethe-Bloch公式
dE dx
Kz 2
Z A
1
2
ln
E max kin I
2
2
计算时，能损通常使用的单位是
MeV g / cm
2
相应dx单位为g/cm2，
代表面质量密度
dx ds
为物质密度（单位：g/cm3），ds为长度（单位：cm）。 这样选取单位的好处是能损在很大程度上与物质的具体性 质无关。
随弱的电磁辐射。
轫致辐射能量损耗
平均能量损失
dE dx 轫致
4N A
Z (Z 1) A
z
2
1
4
0
e2 mc2
2 En
183 Z 1/ 3
电子的轫致辐射能损 E>>mec2/αZ1/3
2020/4/2
dE dx
轫致
4N A
Z (Z 1) A
re2 En
183 Z 1/3
粒子探测
19
辐射长度X0： 则 dE E
Rutherford散射公式
对小角度散射截面很大。带电粒子穿过厚的介质时将发生
多次小角度库仑散射。这些小角度散射是彼此独立的，粒
子穿过整个介质层最终的偏转角是这些小角度散射的总效
果。 2020/4/2
粒子探测
16
多次库仑散射的分布可以由Molliere理论描述。理论证 明对小角度散射其分布近似为高斯分布，较大角度偏 转为Rutherford散射。
dE dx
61.2
GeV g cm2
5）对 z ，Bethe-Bloch公式均可适用。 在非相对论性速度
时，能损与速度平方成反比。
2020/4/2
粒子探测
14
6）随着入射粒子能量的增加，电离损失很快减小，当1， 电离损失达到一个很宽范围的极小值区域。这个极小值区域 最低点在~3－4附近，且与介质无关。大多数相对论性粒 子的能量损失与这个最低点的值很接近。称最小值处的能量 损失为最小电离，把能量损失为最小值的粒子称为最小电离 粒子(Minimum Ionizing Particles或MIP)。
2 rms plane
19.2
cp
x X0
要减少散射本底，应选用原子系数低的材料做放射源衬 托、支架和屏蔽室的内层材料。
2020/4/2
粒子探测
18
三、 轫致辐射（Bremsstrahlung）
轫致辐射当入射带电粒子与介质原子的最近距离比原子
半径~10-8cm小，而又比核半径~10-13cm大时，在核库仑 场中受到库仑散射，使其运动减速，轨迹发生偏转，并伴
是电离。电离的结果形成一对正离子和自由电子。若内壳
层电子被电离后，该壳层留下空穴，外层电子跃迁来填补，
同时放出特征X射线或俄歇电子。
当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由
电子，将跃迁到较高的能级。这就是原子的激发。处于激
发态的原子不稳定，作短暂停留后，将从激发态跃迁回到
基态，这就是退激。退激时，释放的能量以荧光的形式发
的电子的 me / M 2 倍。
轫致辐射的能量损失与介质的原子系数Z2成正比
实际工作中为了减少电子的轫致辐射本底，选用Z小的物质，如塑料、
铝等材料做放射源的托片核支架。
轫致辐射的发射角
朝前方向
2 mec2
E
2020/4/2
粒子探测
21
临界能量两种定义
2020/4/2
粒子探测
22
几种常用介质的辐射长度和临界能量
介质
H2 Al Ar Fe Pb 铅玻璃SF3 Plexiglass H2O 碘化钠NaI(Tl) 锗酸铋BGO
2020/4/2
X0(g.cm-2)
63 24 20 13.8 6.4 9.6 40.5 36.1 9.5 8.0
粒子探测
Ec (MeV)
350 40 35 20.7 7.4 ~13 88 83 12.5 ~7
23
四、切伦科夫辐射Cherenkov radiation
切伦科夫辐射快速带电粒子穿过均匀透明的介质，
其速度大于光在该介质中的相速度v>c/n时就会产生
切伦科夫辐射。
产生机理：介质原子或分子的极化与退极化；
电磁辐射的相干叠加，在一定方向得到加强。
产生条件：
（1）快速带电粒子做匀速运动，且 v c
根据粒子的带电性质分类 • 带电粒子：、p、e±、±、±、±等 • 电磁辐射：x射线、射线 • 中性粒子：n、0、0、等
2020/4/2
粒子探测
2
一、带电粒子电离和激发损失能量
1. 电离和激发
入射带电粒子与物质原子的电子发生库仑相互作用而损失
能量，物质原子的电子获得能量。当电子获得能量足以克
服原子核的束缚，则电子就脱离原子成为自由电子。这就
实际能损
最概然能损
L
1 2
exp
1 2
e
与最概然能损之间的偏差
E p
p
ln
2mec2 2
I
2
ln
I
j
2
j=0.2，ξ=(K/2)z2(Z/A)(x/β2)MeV，x单位g/cm2
能损分布中对应最大概率处的能损
2020/4/2
薄层吸收体中能量损失的分布
粒子探测
10
电子
/
2me
对轻子，Ekminax
E2 E 11
对电子， Tmax
me
p2 E / c2
E mec2
2020/4/2
粒子探测
4
2. 带电粒子能量的电离损失
电离损失带电粒子与核外电子的非弹性碰撞，导致 原子电离或激发，是粒子损失动能的主要方式。
电离损失通常把某种物质中粒子通过单位长度所损
失的能量称为该粒子在这种物质中的能量损失或称
射出来。
2020/4/2
粒子探测
3
➢激发过程： q atom atom q
atom 退激发原子放出低能荧光光子
➢电离过程：产生电子-离子对。入射粒子动量 p mv m0c 洛仑兹因子 E / m0c2
一次散射传递给静止电子的最大动能
Tmax
1
2mec2 2me / m0
2 2 (me
dx X 0
X0
4N AZ (Z
A 1)re2n(183
/
Z 1/ 3 )
[g
/
cm2 ]
716 .4A X 0 Z (Z 1)n(287 /
[g / cm2 ] Z)
经验公式
初始能量为E0的电子穿过厚度为x(g.cm-2)的介质后的平均
能量为:
x
E E0e X0
当介质厚度x=X0时，电子在介质中因辐射损失而使能量 减低到初始能量的1/e，称X0为介质的辐射长度。
当介质为化合物或混合物时，有： 1 wi
X0 i Xi
Xi第i种成分的辐射长度，wi第i种成分的权重因子，重量 百分比。
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粒子探测
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临界能量Ec：电离能损等于轫致辐射能损所对应的入射粒子能量。
Rossi定义：快速带电粒子在介质中通过一个辐射长度后仅由电离而
损失的能量。 对固体介质
第二章 粒子探测的物理基础
§2-1 带电粒子和物质的相互作用 §2-2 光子和物质的相互作用 §2-3 强子和物质的强相互作用 §2-4 高能粒子和物质作用与簇射
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粒子探测
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§2-1 带电粒子和物质的相互作用
粒子不能被直接观测，只有通过它们与物质的相互 作用才能被探测。粒子探测主要是指 记录粒子数目，测定其强度，确定粒子的性质（能量、 动量、飞行方向等）。
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粒子探测
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电离损失的分布
在厚度为x的介质中，入射粒子
的平均电离损失为
dE dx
x
当介质厚度较厚时，电离损失分布
接近高斯分布；当介质很薄时，
由于相互作用的次数少，能量损
失的统计涨落很大，电离损失分
布很不对称，在能量大的区域有
很长的尾巴——朗道分布。
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