大学伽马射线与物质的相互作

School of Nuclear Science and Technology,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,核科学与技术学院,School of Nuclear Science and Technology,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,伽马射线与物质的相互作用,-,节选自,原子核物理实验方法,本节课程提纲,1.,伽马射线与物质作用一般特性（了解）,2.,光电效应（掌握）,3.,康普顿效应（掌握）,4.,电子对效应（掌握）,教学内容,5.,伽马射线的吸收（理解）,教学小结,1.一般特性,伽马射线定义,处于激发态的原子核向稳定的低能激发状态或基态跃迁时放出的伽马光子,与物质作用的一般特性,发生一次相互作用就导致损失其大部分或全部能量，光子要么完全消失，要么大角度散射,伽马光子不带电，无法使靶核电离激发,截面,表征发生相互作用的概率,大小与伽马能量和靶核性质有关,2.光电效应(1/2),定义,光子与靶核原子所束缚的电子作用时，把全部能量转移给某个束缚电子，使之发射出去（光电子），而光子本身消失掉，并伴随发出特征,X,射线或低能俄歇电子的现象。,发生条件,伽马光子的能量必须大于电子在原子中的结合能,示意图,2.光电效应(2/2),结果,光电截面,-,产生光电效应的截面,该截面随光子的能量增大而减少,随靶核原子序数的增大而增大,光电子能量,-,光电子获得的动能,-,入射光子的能量,-,第,i,层电子的结合能,3.,康普顿效应,(1/2),定义,入射光子与靶核原子核外电子发生非弹性碰撞，一部分能量转移给电子，使之反冲出来（康普顿电子），而光子的运动方向和能量都发生了变化，成为散射光子的现象。,1923,年康普顿发现,X,光与电子散射时波长会发生移动的现象，称为康普顿效应。,外层电子可看成自由电子，,该效应可认为是光子与处于静止,状态的自由电子之间的弹性碰撞，,符合相对论的能量动量守恒。,入射光子与散射光子能量,反冲电子能量,入射光子与散射光子夹角（散射角）,反冲电子的反冲角,3.,康普顿效应,(2/2),运动学关系,当散射角,180,度时，入射光子与电子对头碰撞后，沿相反方向散射回来，而反冲电子沿入射光子方向飞出，称为反散射。此时散射光子能量最小。,康普顿截面,与靶核原子序数成正比，但随光子能量增加而减小。,4.,电子对效应,定义,当伽马光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，伽马光子转化为一个正电子和一个负电子的过程。,发生条件,根据能量守恒定律，只有当入射光子能量大于 ，即,1.02MeV,时，才能发生电子对效应。,分别为正、负电子的动能。,电子对效应截面,入射光子,原子核,正负电子对,5.伽马射线的吸收(1/2),定义,伽马光子与吸收物质的原子发生相互作用（前面讲的三种效应）后，或者完全消失或者散射后能量改变，偏离原来入射方向，即从原来入射的伽马束中移去。,特点,伽马射线强度逐渐减弱，没有射程的概念。,伽马射线不易被吸收，穿透物质的能力比,alpha,，,beta,粒子以及带电重离子等强。,例子,-,铅对伽马的吸收,光电效应在低能区显著,电子对效应在高能区显著,康普顿效应覆盖能区最广,5.伽马射线的吸收(2/2),定量分析,吸收物质单位体积原子数为,N,，在厚度,t,处的伽马射线强度为,I,，通过,dt,薄层后，强度变为,I-,dI,有如下关系,射线强度衰减遵循指数规律,基本概念,吸收截面,线性吸收系数,质量吸收系数,表示在单位路程上伽马射线与物质发生相互作用的总概率,与吸收物质的密度有关,与吸收物质的密度及物理状态无关，更方便使用,教学小结,基本概念,光电效应、康普顿效应、电子对效应,基础知识,三大效应发生的条件、特点、变化规律,重点难点,伽马射线与物质作用三大效应所涉及的物理过程,截面,、,线性吸收系数、质量吸收系数,伽马射线在物质中的吸收规律,伽马射线在物质中吸收规律的定量分析,谢谢各位老师，敬请批评指正！,