γ射线与物质相互作用的三种方式
4射线与物质的相互作用
4射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用是重要的物理现象，而γ射线是最能穿透物质的射线之一、在本文中，我们将探讨γ射线与物质的交互作用以及其在实际应用中的一些重要性。
γ射线是一种高能电磁辐射，具有极短的波长和高能量。
由于其能量较高，γ射线能够穿透物质，与其相互作用的方式不同于其他类型的射线，如α射线和β射线。
γ射线与物质的相互作用主要有三种方式：光电效应、康普顿散射和正负电子对产生。
这些相互作用方式是基于射线与物质中的原子核和电子相互作用的不同方式。
光电效应是γ射线与物质中的原子相互作用的结果。
当γ射线与物质中的原子相互作用时，光电效应会发生。
这种效应发生在γ射线传递给物质中的一个原子时，能量足够大，以至于它能够从原子中剥离一个电子。
这个被剥离的电子会产生一个光电子，其能量等于原子束缚电子与γ射线之间的能量差异。
康普顿散射是γ射线与物质中电子相互作用的结果。
当γ射线与物质中的电子相互作用时，康普顿散射会发生。
这种散射使γ射线的能量发生变化，并且使其改变方向。
这种散射事件发生的概率依赖于射线的能量以及物质中的电子密度。
正负电子对产生是通过相互作用的γ射线产生正负电子对的结果。
在此过程中，γ射线的能量转化为质子和反质子的质能，并且正负电子对几乎可以立即转化为电子和正电子。
γ射线与物质的相互作用有许多实际应用。
其中一个重要的应用是在医学成像中，如X射线、CT扫描和放射性同位素扫描中。
γ射线能够穿透人体组织，从而提供用于诊断和治疗的重要信息。
另一个应用是在核能产生中。
γ射线是核反应的一个产物，它能够提供对核反应过程的重要信息，以及对天然放射性物质的辐射测量。
此外，γ射线还用于工业应用。
它被广泛应用于无损检测，如金属检测和材料分析。
由于其能够穿透物质，γ射线可以检测到隐藏在物体内部的缺陷和杂质。
射线与物质的相互作用还存在一些潜在的危害。
由于γ射线能够穿透物质，暴露于γ射线下可能会导致辐射损伤和放射性污染。
γ射线与物质相互作用
2）正电子湮灭
正电子在自然界是不稳定的，寿命10-10～10-7s，当其与负电 子相遇时，会发生湮灭，产生两个 0.511 MeV的 γ光子。 利用正物质与负物质发生湮灭放出巨大能量的物理原理，人 们正在研制反物质武器。 γ
γ
e+ + e- → γ + γ me+ + me - = 0.511 + 0.511 MeV 质量转化为能量 转化效率 (100 %）
设入射光子能量hv，动量为hv/c。散射光子能量为hv’， 动量为hv’/c。反冲电子的动能为Ee，能量为E，动量为P。 散射角θ，反冲角φ。则有下列关系式成立： h h h' E e E ' h 1 (1 cos ) h h' 2 m 0c cos P cos c c ( h) 2 (1 cos ) h ' Ee 2 sin P sin m c h(1 cos ) 0 c h ctg 1 tg 2 2 m 0c
式中，r0—电子的经典半径， r0 =e2/m0C2=2.818×10-13cm ω0—以静止电子为单位的光子能量ω0 =hν/ m0C2
康普顿散射光子的微分截面与散射角的关系
γ与物质相互作用
4 电子对效应
1）概念
能量≥1.02 MeV 的γ射线 与原子核作用产生一对正-负 电子的过程。
能量转化成 质量 M = E /C2
2 光电效应
4）光电效应截面
τa为原子与入射光子发生光电效应的几率； τK为入射光子在K层发生光电效应的几率；
C1Z h
K 5 K 5
3.5 1
BK h m0C 2 h m0C 2
核辐射测量
实验二 γ射线的吸收一、实验目的：1、了解γ射线在物质中的吸收规律；2、测量γ射线在不同介质中的吸收系数。
二、实验器材：1、KZG03C 辐射检测仪一台；2、Cs137点放射源一个；3、铅准直器一个；4、40×40×dcm3的水泥、铝、铁、铜、铅吸收屏若干块（附屏支架）；5、手套、长钳夹子、尺子、绳子各一套。
三、实验原理：天然γ射线与物质相互作用的三种主要形式：光电效应、康普顿散射和形成电子对效应。
由于三种效应的结果，γ射线通过物质时发生衰减（吸收），其总衰减系数应为三者之和：实验证明，γ射线在介质中的衰减服从指数规律：de I I μ-=0，mm d e I I μ-=0μ=(- Ln(I/I O ))/d ， μm =(- Ln(I/I O ))/d m式中：I 为射线经过某一介质厚度的仪器净读数（减去本底）；I 0为起始射线未经过介质的仪器净读数（减去本底）； d 为介质厚度，单位为cm; d m 为介质面密度，单位为g/cm 2；μ 为γ射线经过介质的线吸收系数，单位为cm -1； μm 为γ射线经过介质的质量吸收系数，单位为g/cm 2； 半吸收厚度：为使射线强度减少一半时物质的厚度，即021I I =时，μ2ln 21=d 或 212ln d =四、实验内容： 1. 选择良好的测量条件（窄束），测量Cs 137源的γ射线在同一组吸收屏（水泥、铝、铁、铜、铅）中的吸收曲线，并由半厚度定出吸收系数； 2. 用最小二乘拟合的方法计算出吸收系数与1中的结果进行比较； 3.测量不同散射介质时（同一角度，同一厚度）γ射线的强度。
五、实验步骤： 1. 吸收实验1) 调整装置，使放射源、准直孔、探测器的中心在一条直线上； 2) 测量本底I 0’；3) 将源放入准直器中，测量无吸收屏时γ射线强度I 0”；4) 逐渐增加吸收屏，并按相对误差在N ±δ的要求测出对应厚度计数I d ’，每个点测三次取平均植； 5)更换一种吸收屏，重复步骤4，测量时注意测量条件不变。
核辐射测量原理复习
名词解释：1. 光电效应：光子被原子吸收后发射轨道电子的现象;2. 康普顿效应：γ光子与轨道电子相互作用使得γ光子只改变方向而不损失能量;3. 电子对产生效应：当r 光子能量大于时,r 光子经过与之相互作用的原子核附件时,与原子核发生电磁相互作用,r 光子消失而产生一个电子和一个正电子;4. 电子吸附效应：电子在运动过程中与气体分子碰撞时可能被分子俘获,形成负离子,这种现象称为电子吸附效应;5. 复合：电子和正离子相遇或者负离子和正离子相遇能复合成中性原子或中性分子;6. 漂移：电子和正离子在电场的作用下分别向正、负电极方向运动,这种定向运动叫做漂移运动;7. 平均电离能：带电离子在气体中产生一对离子所需的平均能量称为平均电离能;8. 轫致辐射：快速电子通过物质时,原子核电磁场使电子动量改变并发射出电磁辐射而损失能量,这种电磁辐射就是轫致辐射;9. 截面：单位面积单位时间粒子与靶核发生相互作用的概率;10. 活化：原子核吸收中子后,变成同一种元素的另一种核素,这种现象叫做活化;11. 真符合计数：时间上有关的事件产生的脉冲引起的符合计数称为真符合计数;12. 偶然符合计数：在时间上没有必然联系的事件产生的脉冲引起的符合计数称为偶然符合计数;13. 衰变常数：表示某种放射性核素的一个核在单位时间内进行衰变的概率;14. 碘逃逸峰：当r 射线在NaITl 晶体表面发生光电效应时,碘的KaX 射线很容易逃逸出晶体,形成一个碘逃逸峰;15. 本征效率：探测器记录到的射线数与入射到探测器灵敏体积内的γ光子数的比;16. 辐射损失率：电子在物质中通过单位长度路径,由于轫致辐射而损失的能量为辐射损失率;17. 电离损失率：入射粒子因原子的激发和电离在单位路径上引起的能量损失;18. 能量分辨率：探测器微分脉冲幅度分布谱中的特征峰半高宽与峰值所对应的脉冲幅度之比：0355.2E Fw V V =∆=η 探测效率：光子数源发射的记录到的脉冲数源γε= 光子数积内的入射到探测器灵敏区体记录到的脉冲数本征γε=19. 仪器谱：20. 能谱：记录粒子能量和单位能量间隔内计数的谱;21. 全能峰：入射γ射线能量全部损失在探测器灵敏体积内时,探测器输出的脉冲形成的谱峰;22. 逃逸峰：若高能γ射线与探测器物质发生电子对效应时,湮没辐射光子中的一个或者两个逃离探测器;23. 特征峰：若光电效应发生在表面,光电子被打出后,探测介质原子发射的特征X 射线可能逃出探测器,形成E=能量的峰,称为特征峰;24. 总效率：全谱内的计数与源发射的γ光子数之比;25. 峰总比：全能峰内的计数与全谱内的计数之比;26. 峰康比：全能峰中心道最大计数与康普顿连续谱平坦部分内平均计数之比;27. 源效率：记录到的脉冲数与源发射的γ光子数之比;28. 源峰效率：光子放射源放出的全能峰的计数γε=sp 29. 湮灭辐射峰：对较高能量的γ射线,当探测器周围的物质发生电子对产生效应时,湮没辐射产生的两个γ光子中,若其中一个进入探测器中就会产生一个能量为511KeV 的光电峰和康普顿连续谱,这个光电峰就是湮没辐射峰;30. 玻尔兹曼常数：×=×J/K31. 电离：带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用,使入射带电粒子的能量转移给电子;若电子获得的能量较少,不足以克服原子的束缚,只是从较低能量状态上升到较高能量状态,则原子被激发;32. 激发：带电粒子进入物质时和物质原子的轨道电子发生库伦相互作用,使入射带电粒子的能量转移给电子;若电子获得了足够能量,将完全脱离原子的束缚而成为自由电子,则原子失去电子成为正离子,即原子被电离;33. 死时间：从脉冲的开始形成到计数管内电场恢复到能再维持放电的电场,这一段时间称为计数管的死时间;34. 恢复时间：从失效时间至电场恢复到能产生正常脉冲幅度所需的时间称为恢复时间;35. 分辨时间：计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔;36. 渡越时间：光子到达光阴级的瞬间至阳极输出脉冲达到某一指定值之间的时间间隔;37. 时间分辨：探测器对两组相继发生的事件可以分辨开来的最小时间间隔,用时间谱的半高宽表示;填空题：1.α粒子与物质相互作用的形式主要有以下两种：弹性散射、电离和激发;2.γ射线与物质相互作用的主要形式有以下三种：康普顿散射、光电效应、电子对效应;3.β射线与物质相互作用的主要形式有以下四种：激发与电离、轫致辐射、弹性散射、正电子淹灭 ;4.由NaITl组成的闪烁计数器,分辨时间约为：零点几、几、十几、几十、几百μs；Ｇ-Ｍ计数管的分辨时间大约为：几百μs;5.电离室、正比计数管、G-M计数管输出的脉冲信号幅度与初始电离产生的离子对数成正比;与真别阈有关6.半导体探测器比气体探测器的能量分辨率高,是因为：其体积更小、其密度更大、其电离能更低、其在低温下工作使其性能稳定、气体探测器有放大作用而使其输出的脉冲幅度离散性增大 ;7.由ZnSAg组成的闪烁计数器,一般用来探测α射线的能量和强度;8.由NaITl组成的闪烁计数器,一般用来探测γ射线的能量和强度;9.电离室一般用来探测带电粒子射线的能量和强度 ;10.正比计数管一般用来探测α、β、γ、X、带电粒子、重带电粒子射线的能量、强度、能量和强度 ;11.Ｇ-Ｍ计数管一般用来探测α、β、带电粒子射线的强度;12.Ｇ-Ｍ计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的种类无关;13.金硅面垒型半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度 ;14.SiLi半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度;15.HPGe半导体探测器一般用来探测γ射线的能量和强度;16.对高能γ射线的探测效率则主要取决于探测器的有效体积;17.对低能γ射线的探测效率则主要取决于探测器材料的有效原子系数;18.Ｇ-Ｍ计数管的输出信号幅度与入射射线的能量无关;19.带电粒子的能量损失率又叫物质的阻止本领 ;20.γ射线与物质的主要作用方式有光电效应、康普顿散射、电子对效应;21.死时间是指计数管一次计数后恢复到再次计数的时间间隔;22. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室;23. 典型的气体探测器有 电离室 、 正比计数管 、 G —M 计数管 ;24. 测量α射线一般选用 ZnSAg 闪烁体 ;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体25. 放射性活度的测量方法一般有 绝对测量法 和 相对测量法 ;26. 在NaIT1中2MeV γ射线相互作用的光电效应、康普顿效应和电子对效应的截面比为1：20：2,入射到NaIT1中的2MeV γ射线的脉冲幅度谱给出的峰总比是 大于 1/23;大于、小于、等于27. 6MeV 的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后, 能量 减小,强度不变;28. 进行放射性测量中,样品计数率的大小为100cps,若要求计数率的相对统计误差不大于1%,则最短测量时间应为 100s ;29. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关;30. 光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;31. 20MeV 电子入射到CuZ=29靶上,其辐射能量损失率和电离能量损失率之比为 ; 电子的电离损失率和辐射损失率之比：800.1600)()()(22Z E c m z c m E dx dE dx dE ee C ion rad =+≈-- 当电子电离损失率与辐射损失率一样时Z c E 800=32. 在G-M 计数管的工作气体中添加的少量抑制放电的气体,称为 猝灭气体 ;33. 测量α射线一般选用ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体34. 探测器对一个入射粒子的相应是一个 电流 脉冲;35. G-M 计数管的输出脉冲幅度与入射粒子的 能量 无关;36. 电子脉冲电离室输出回路的时间常数为 <<RC<<;37. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子;38. 带电粒子的能量损失率又叫物质的 阻止本领 ;39. 光电效应中光电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;40. 正电子 与电子相遇会发生湮没而放出湮没光子;41. 电离室按工作方式可分为 脉冲电离室 和累积电离室;42. 正比计数器雪崩通常发生在 阳极丝附近 ;43. 测量γ射线一般选用NaITl 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体44. 光电倍增管一般由 光阴级 、倍增极和阳极组成;45. 6MeV 的α粒子穿过其厚度为其射程1/3的物质后, 能量减小,强度不变;46. 进行放射性测量中,测得的总计数N 为4000,则计数率的相对统计误差为 ％;σ=47. 重带电粒子的能量损失率与物质的 原子序数 和 材料 有关;48. 反冲电子的能量等于入射γ射线能量减去 散射γ射线的能量 ;49. 自猝灭GM 计数管加的自猝灭气体一般是 有机分子气体酒精等和卤素气体;50. 测量α射线一般选用ZnSAg 闪烁体;NaITl 闪烁体、ZnSAg 闪烁体、塑料闪烁体51. 闪烁体探测器的高压是通过分压器加在 光电倍增管 ;闪烁体、光导、光电倍增管;52. 放射性活度的测量方法一般有 相对测量法 和 绝对测量法 ;53. 进行放射性测量中,要求计数率的相对统计误差不大于±1%时,要求总的计数N 应不小于 100 ;σ=54. 离子脉冲电离室输出回路的时间常数为+>>T C R 00;55. 用涂铀电离室探测中子是通过 核裂变 方法间接探测中子;56. 重带电粒子的能量损失率与物质的电子密度和电荷数有关;57. 原子外层电子填充内层电子留下的空位是会发生俄歇效应和轫致辐射;58. 正电子与负电子相遇会发生湮没而放出湮没γ光子;59. 重带电粒子与物质相互作用的主要能量损失方式是电离损失;60. 坪特性是衡量计数管质量好坏的主要参量;61. 电离室按工作方式分为脉冲电离室和累积电离室;62. 重带电粒子与物质相互作用主要三种方式：电离与激发、非弹性碰撞和弹性碰撞;63. 最广泛、最常用的三种气体探测器是电离室、正比计数管探测器、G —M 计数管探测器;64. 中子探测的主要两种方法是：次级带电粒子、中子与初级带电粒子;65. 2MeV 的γ射线穿过3mm 厚的物质后,其能量为2MeV;66. 在测量β放射源的活度时,为了降低轫致辐射的影响,源的托盘最好采用有机玻璃合金、铜、不锈钢、有机玻璃材料;67. 气体探测器两端收集到的离子对数和两端外加电压存在一定的关系;具体如下图所示;填空: Ⅰ复合区1分Ⅱ饱和区电离室区1分Ⅲ正比计数区1分Ⅳ有限正比区 1分ⅤG-M区 1分注：1有限区的分简答题：1.电子对产生效应必须满足的两个条件答：1电子对产生效应必须有第三者—原子核参加,才能满足能量守恒和动量守恒定律;2入射光子的能量要大于;2.X射线和γ射线有何异同答：γ辐射和X射线都是电磁辐射;γ辐射是核跃迁或粒子湮没过程中发出的电磁辐射;它们具有明显的粒子性,因此通常也称为光子;γ辐射大都是母核进行α或β衰变后,子核处于较高激发态,退激发出的;X射线是核外电子跃迁过程中产生的电磁辐射,原子内特定的轨道电子从高能级跃迁到低能级时发射的辐射称为特征X射线;3.中子与原子核相互作用的方式有哪几种答：1中子与核反应放出带电粒子；2中子弹性散射引起的核反冲；3中子引起的核裂变；4中子被核俘获引起核激活;4.离子脉冲电离室和电子脉冲电离室的主要差别是什么答：离子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为RC>>,离子脉冲电离室可用于测量入射粒子的能量,因为其输出脉冲幅度饱和值与初电离N成正比;离子脉冲电离室主要缺点是脉冲较宽,大大限制了技术速度;电子脉冲电离室的工作条件其输出回路的时间常数为<<RC<<,可获得较高的计数率,但不能精确的测量粒子的能量;5.正比计数管的气体放大机制答：当射线通过正比计数管电极间的气体时,电离产生的电子和正离子在电场的作用下,分别向阳极和阴极漂移;正离子的质量大,且沿漂移方向的电场又是由强到弱,因此电场的加速不足以使它与气体发生电离碰撞;而电子则不然,漂移越接近阳极,电场强度越大;到达某一距离后,电子在平均自由程内获得的能量足以加速再次与气体发生电离碰撞,产生新的离子对,新的电子又被加速再次与气体发生电离碰撞,产生更多的新离子对;漂移电子越是接近阳极,电离碰撞的概率越大;于是不断地增殖,增殖的结果将产生大量的电子和正离子,这就是气体放大的过程;有时也称气体放大为电子雪崩;6.试定性分析,分别配以塑料闪烁体及NaIT1闪烁晶体的两套闪烁谱仪所测得射线谱的形状有何不同答：由于塑料闪烁体有效原子序数Z、密度 及发光效率均低于NaIT1闪烁晶体,测得的射线谱的形状,其总谱面积相应的计数、峰总比、全能峰的能量分辨率均比NaIT1闪烁晶体差,甚至可能没有明显的全能峰;6.试说明G-M管阳极上感应电荷的变化过程答：G-M管阳极上感应电荷的变化对有机管和卤素管略有不同,以有机管为例,可分为几个阶段：1在入射带电粒子径迹产生正负离子对的瞬间阳极呈电中性,电子很快漂移向阳极过程中,阳极上的正感应电荷增加,但数量很小；2电子雪崩过程开始,直到正离子鞘形成的过程中,电子很快向阳极运动,此时,阳极上正感应电荷增加,同时,此电荷流经负载电阻,快前沿的负脉冲,约占总输出脉冲幅度的10%;到达阳极的电子与阳极上的正感应电荷中和;阳极上留下与正离子鞘等量的负感应电荷; 3正离子鞘向阴极漂移,负感应电荷流向阴极,同时;在外回路形成输出信号;7.试解释NaIT1闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器的原因,为何后者的探测效率要更高一些答：NaIT1闪烁探测器的能量分辨率优于BGO闪烁探测器是由于前者的发光效率明显优于后者,BGO探测器仅为NaIT1闪烁探测器的8%;而后者的密度和有效原子序数则优于前者;8.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标,这两个指标是指什么探测效率能量分辨率9.简述闪烁体探测器的测量γ射线的工作原理及谱形产生复杂的原因;答：γ射线的基本原理通过光电效应、康普顿效应和电子对效应产生次级电子得1分,次级电子是使闪烁体激发得1分,闪烁体退激发出荧光得1分,荧光光子达到光电倍增管光阴极通过光电效应产生光电子得1分,光电子通过光电倍增管各倍增极倍增最后全部被阳极收集到得1分,在阳极输出电流脉冲信号;这就是烁体探测器探测γ射线的基本原理;10.带电粒子与物质发生相互作用有哪几种方式答：与原子核弹性碰撞；核阻止与原子核的非弹性碰撞；轫致辐射 与核外电子弹性碰撞；与核外电子的非弹性碰撞；电离和激发正电子湮灭；11.通用闪烁体探头的组成部件有那些为什么要进行避光处理5分答：1闪烁体1分、光学收集系统1分硅油和反射层、光电倍增管1分2光电倍增管的光阴极1分具有可见光光敏性1分,保护光电倍增管;12.衡量脉冲型核辐射探测器性能有两个很重要的指标,这两个指标是指什么为什么半导体探测器其中一个指标要比脉冲型气体电离室探测器好,用公式解释5分第1问： 能量分辨率分和探测效率分注：1答成计数率得1分第2问： EFw 0362.=η 1分 气体电离室半导体00w w < 1分13.中子按能量可分为哪几类常用的中子探测方法有哪些5分第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子 第2问：核反冲法、核反应法、活化法、核裂变法14.典型的气体探测器有哪几种各自输出的最大脉冲幅度有何特点,试用公式表示;5分 答：1电离室2正比计数管3G-M 计数管脉冲幅度：1电离室：C e w E v =得1分2正比计数管：C e w E M v •= 得分3G-M 计数管 最大脉冲幅度一样15.常用半导体探测器分为哪几类半导体探测器典型优点是什么5分答：常用半导体探测器分为1 P-N 结型半导体探测器1分2 锂漂移型半导体探测器；1分3 高纯锗半导体探测器；1分半导体探测器典型优点是1 能量分辨率最佳；1分2射线探测效率较高,可与闪烁探测器相比;1分16.屏蔽β射线时为什么不宜选用重材料5分答：β射线与物质相互作用损失能量除了要考虑电离损失,还要考虑辐射损失1分,辐射与物质的原子Z 2成正比2分,选用重材料后,辐射能量损失率必然变大,产生更加难以防护的x 射线2分;故不宜选用重材料;注：按步骤给分;17.中子按能量可分为哪几类中子与物质发生相互作用有哪几种方式;5分答案要点：第1问：快中子、热中子、超热中子、慢中子答对3个以上得1分;第2问：中子的弹性和非弹性散射、中子的辐射俘获、中子核反应、中子裂变反应1分。
γ射线与物质相互作用的三种方式
γ射线与物质相互作用的三种方式
γ射线是一种高能电磁辐射，当它与物质相互作用时，会产生三种主要的相互作用方式：康普顿散射、光电效应和正负电子对产生。
首先是康普顿散射。
康普顿散射是指当γ射线与物质中的电子相互作用时，γ射线的能量被电子散射并改变方向。
在这个过程中，γ射线会获得电子的部分动能，在较大的散射角度处发生散射。
康普顿散射是γ射线与物质相互作用的主要方式之一，特别适用于高能γ射线。
其次是光电效应。
光电效应是指当γ射线通过物质时，与物质中的原子产生相互作用，电磁能量被物质原子中的束缚电子吸收，从而将束缚电子从原子中释放出来，这个过程称为光电效应。
在光电效应中，γ射线会将一部分或全部能量转移给原子中的电子，使其获得足够的能量以克服束缚力从而跃迁到连续态或离散态。
光电效应对低能γ射线具有较高的敏感性。
最后是正负电子对产生。
当γ射线的能量较高时，它可以发生与物质原子相互作用，产生正负电子对。
这个过程称为正负电子对产生。
γ射线的能量转化成正负电子对的质能，其中正电子通过与原子中的电子湮灭而产生γ射线以及其他次级粒子。
总结起来，当γ射线与物质相互作用时，康普顿散射会改变γ射线的方向，光电效应能够释放束缚电子，而正负电子对产生则会产生正电子和其他次级粒子。
这三种相互作用方式在不同能量范围内起主导作用，我们可以基于这些相互作用方式来有效使用γ射线进行不同的应用，如核能、医学和材料科学等领域。
γ射线与物质相互作用的三种方式
γ射线与物质相互作用的三种方式γ射线是一种高能电磁波，具有极强的穿透能力，能够与物质相互作用。
下面将介绍γ射线与物质相互作用的三种主要方式。
第一种方式是光电效应。
当γ射线与物质相互作用时，它的能量可以被物质中的原子吸收，使得原子中的电子被激发或者被电离。
这种现象被称为光电效应。
在光电效应中，γ射线的能量被转移给物质中的电子，从而使得电子获得足够的能量逃离原子，形成电子-空穴对。
光电效应在医学影像学中广泛应用，例如X射线摄影。
第二种方式是康普顿散射。
康普顿散射是指γ射线与物质中的电子相互作用后改变方向和能量的过程。
当γ射线与物质中的电子碰撞时，它会转移一部分能量给电子，使得γ射线的方向发生改变。
这种散射过程不仅改变了γ射线的方向，还使γ射线的能量降低。
康普顿散射在射线治疗和核物理实验中有重要应用。
第三种方式是伽马射线的光电效应。
在高能γ射线与物质相互作用时，γ射线的能量可以被原子核吸收，从而使得原子核发生电离或激发。
这种现象被称为伽马射线的光电效应。
伽马射线的光电效应在核物理实验中经常被用来研究原子核的结构和性质。
除了上述三种方式，γ射线还可以通过康普顿散射与电子发生相互作用，产生正负电子对。
这种过程称为产生电子对。
产生电子对是一种重要的能量损失机制，在高能物理实验中起着重要的作用。
γ射线与物质相互作用的三种方式分别是光电效应、康普顿散射和伽马射线的光电效应。
这些相互作用过程在医学影像学、射线治疗和核物理实验中都有广泛应用。
通过深入研究γ射线与物质的相互作用，可以更好地理解和利用γ射线的特性，推动相关领域的发展和进步。
射线与物质的相互作用全解
射线与物质的相互作用全解1.α射线与物质相互作用：α射线是由两个质子和两个中子组成的氦核，在与物质相互作用时，主要通过库仑相互作用与物质中的原子核和电子发生碰撞。
-α粒子与原子核碰撞：由于α粒子具有正电荷，与带正电荷的原子核发生库仑力相互作用。
当α粒子的动能较高时，它能够克服原子核的库仑斥力，与原子核进行散射或靶核核反应。
例如，α衰变中，α粒子通过电子云与原子核接触，克服库仑斥力，从而离开原子核。
-α粒子与电子碰撞：α粒子也能与物质中的电子发生库仑散射。
这种散射主要影响较低能量的α粒子，使其改变方向，并逐渐失去能量。
2.β射线与物质相互作用：β射线包括β正电子和β负电子，它们在与物质相互作用时，主要通过电磁相互作用与物质的电子发生碰撞。
-β电子与物质中的电子相互作用：β电子与物质中的电子发生库仑散射，导致β电子方向改变，并逐渐失去能量。
此外，β电子还会与物质中的原子核发生库仑相互作用，引起散射或产生次级带电粒子。
同时，β电子还会与物质中的靶核发生β衰变反应。
-β正电子与物质相互作用：β正电子与物质中的电子发生湮没作用，这是由于正电子和电子之间的共振效应导致的。
正电子与物质中的电子湮没后，能量转化为两个光子。
3.γ射线与物质相互作用：γ射线是电磁波，在与物质相互作用时，主要通过光电效应、康普顿散射和对消能量通过光子转化为电子对等几种机制与物质发生相互作用。
-光电效应：γ射线与物质中的原子发生相互作用，使原子内的电子受到能量的激发或被打出原子，形成光电子。
-康普顿散射：γ射线与物质中的电子发生碰撞，因为能量较高，导致电子被击中后发生能量和动量的转移，γ射线发生能量和方向的散射。
-电子对产生：γ射线经过物质时，其能量可能会转化为电子对（正电子和电子对）。
这是一种相对论效应，当γ射线的能量较高时，会出现这种现象。
4.X射线与物质相互作用：X射线与物质相互作用的主要机制是光电效应和康普顿散射。
-光电效应：X射线与物质中的原子发生相互作用，使原子内的电子受到能量的激发或被打出原子，形成光电子。
肿瘤放射物理学-物理师资料-2.3 X(γ)射线与物质的相互作用
(3).光电截面
电子在原子中被束缚得越紧，产生光电效应的概率就越大。 如果入射光子的能量超过K层电子结合能，那么大约80％的光 电吸收发生在这K层电子上。
入射光子与物质原子发生光电效应的截面称之为光电截面。
5 4
k
k为k层光电截面
(4). 作用系数
光电效应总截面：
Z n /(h )3
低原子序数 n≈4 高原子序数 n≈4.8
光电线性衰减系数：
MA
N A
Zn
/(h )3
光电质量衰减系数：
NA MA
Z n1 /(h )3
a. 原子序数的影响 光电效应总截面 光电线性衰减系数
Z4～4.8
光电质量衰减系数
Z3～3.8
随原子序数增加，光电效应发生的概率迅速增加。
如果一个入射粒子与物质的相互作用有多种相互独立的 作用方式，则相互作用总截面等于各种作用截面之和
c p
总截面 光电效应截面
电子对效应截面 康普顿效应截面
2、线性衰减系数、质量衰减系数
X（γ）光子与每单位厚度物质发生相互作用的概率，称为线性
衰减系数，用µ表示，单位m-1或cm-1。
en tr (1 g)
g为次级电子的动能因辐射而损失的份额。
4、半价层（HVL） 定义为X（γ）射线束流强度衰减到其初始值一半时所需的某种
物质的衰减块的厚度。它与线性衰减系数的关系可表示为
HVL 0.693
与μ的意义一样， HVL表示物质对X（γ）光子的衰减能力。
5、平均自由程（l） 定义为X（γ）光子在与物质发生作用前平均的自由运动距离。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
γ射线与物质相互作用的三种方式
γ射线是一种高能电磁辐射，具有穿透力强的特点。
它与物质的相互作用主要通过三种方式：康普顿散射、光电效应和正电子湮灭。
首先，康普顿散射是γ射线与物质中的电子相互作用的一种方式。
当γ射线遇到物质中的自由电子时，它会失去能量并改变方向，同时将一部分能量转移到电子上。
这种散射现象是由于γ射线光子的能量足够大，可以与电子发生碰撞，并将一部分能量转移给电子。
康普顿散射的过程中，γ射线的波长增加了，而散射后的电子也被赋予了动能。
康普顿散射的能谱可以用来测量物质中的电子浓度。
其次，光电效应是γ射线与物质中原子内部的电子相互作用的一种方式。
当γ射线能量足够高时，它可以与物质中的电子发生相互作用，将能量转移到电子上，使其脱离原子。
这种效应的产生与电子的束缚能有关，当γ射线的能量超过或等于电子的束缚能时，光电效应就会发生。
光电效应的能谱可以用来测量物质中的电子结构和束缚能。
最后，正电子湮灭是γ射线与正电子相互作用的一种方式。
正电子是反电子，具有正电荷。
当正电子与物质中的电子相遇时，它们会发生湮灭，并产生一对γ光子。
正电子湮灭过程中产生的γ光子有特殊的能谱分布，可以用来研究物质中的电子和正电子的相互作用。
除了上述三种方式，γ射线也可以通过康普顿散射和光电效应发生电子正电子对的产生，这是一种典型的能量转换现象。
在这种情况下，一部分γ射线的能量被转换成电子正电子对，而另一部分γ射线则保持原样。
这种现象在高能物理实验中经常被利用，用于测量γ射线的能量和动量分布。
综上所述，γ射线与物质相互作用的三种主要方式是康普顿散射、光电效应和正电子湮灭。
这些相互作用过程不仅在理论物理研究中具有重要意义，还在医学诊断和工业领域中有重要的应用。
通过理解和研究这些相互作用过程，我们可以更好地利用γ射线的特性，并开发出更多的应用。