輻射與物質的相互作用
2015-04-28
α粒子
α 粒子的射程非常短,. 1 個 5Mev 的α粒子在空氣中的射程大約是 3.5cm, 在鋁金屬中也只有 23 µm, 因此,一般認為 α 粒子不會對人體造成外照射的損害. 但當其進入人體的組織或器官時, 其能量會全部被組織和器管所吸收,所以內照射的危害時必須考慮的.
β粒子
與α粒子不同,β粒子穿過物質時,有明顯的散射現象,其特點是 β 粒子的運動方向發生了改變.當運動方向發生大的改變(例如偏折)時, β 粒子的一部分動能會以 X 射線的形式輻射出來,這種輻射叫韌致輻射.韌致輻射的強度既與阻止物質的原子序數 Z 的平方成反比,
還與β射線的能量成正比.
由于對 X 射線的屏蔽要比對 β 射線本身的屏蔽困難得多, 所以對 β 射線的屏蔽,通常要選用原子序數比較低的物質,諸如像有機玻璃和鋁這樣的材料,作為 β 射線的屏蔽物質,從而使得 β 射線在屏蔽材料中轉變為韌致輻射的份額較少.但對于放射性活度及 β 粒子的
能量均較高的 β 輻射源,最好在輕材料屏蔽的后面, 再添加一定厚度的重物質屏蔽材料,以屏蔽掉韌致輻射.
γ射線
當γ射線和物質相互作用時,同帶電粒子與物質的相互作用情況大不相同,γ 射線不能使物質直接電離和激發,也沒有射程的概念.γ 射線與物質相互作用有 3 種主要形式, 即光電效應,康普敦效應和電子對效應. 能量較低的 γ 射線, 在物質中主要產生光電效應;中等能量時,主要產生康普敦效應;而能量較高時, 主要是電子對效應. 3 種效應都會產生能使物質的原子電離或激發的次級電子, 而次級電子在物質中的射程不長,所以在考慮對 γ 射線的屏蔽時,不需要另外采取防護措施. 這就是說, 3 種效應產生次數的多少,即是物質吸收γ 輻射多少的標志. 理論和實踐都證明, 光電效應正比于吸收物質的原子序數 Z 的 4 次方,康普頓效應正比于 Z/A, 而電子對效應正比于 Z 平方.因此屏蔽 γ 射線時,以采用原子序數高的重物質為最好,例如鉛.
中子
中子的質量與質子的質量大約相等,并且中子與 γ 射線一樣也不帶電. 因此,中子與原子核或電子之間沒有靜電作用. 當中子與物質相互作用時,主要是和原子核內的核力相互作用, 與外殼層的電子不會發生作用. 中子與物質相互作用的類型主要取決于中子的能量.在輻射防護中,根據中子能量的高低,可以把中子分為慢中子(能量小于 5 kev,其中能量為 0.025ev 的稱為熱中子), 中能中子(其能量范圍為 5-100 kev), 和快中子(0.1-500Mev)3 種. 中子與物質的原子核相互作用過程基本上可以分為兩類:散射和吸收.散射又可以分為彈性散射和非彈性散射.慢中子與原子核作用的主要形式是吸收.中能中子和快中子與物質作用的主要形式是彈性散射.對于能量大于 10Mev 的快中子.以非彈性散射為主.
在上述的中子和物質的相互作用過程中,除了彈性散射之外,其余各種現象均會產生次級輻射.從輻射防護的觀點來看,是相當重要的.在實際工作中,大多數情況遇到的是快中子,快中子與輕物質發生彈性散射時,損失的能量要比與重物質作用時多得多,例如,當快中子與氫核碰撞時,交給反沖質子的能量可以達到中子能量的一半.因此含氫多的物質,像水和石蠟等均是屏蔽中子的最好材料,同時水和石蠟,由于價格低廉,容易獲得,效果又好,是最常用的中子屏蔽材料
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