輻射與物質(zhì)的相互作用

中子和物質(zhì)的相互作用過(guò)程中,除了彈性散射之外,其余各種現(xiàn)象均會(huì)產(chǎn)生次級(jí)輻射.從輻射防護(hù)的觀點(diǎn)來(lái)看,是相當(dāng)重要的.
α 粒子的射程非常短,. 1 個(gè) 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(rèn)為 α 粒子不會(huì)對(duì)人體造成外照射的損害. 但當(dāng)其進(jìn)入人體的組織或器官時(shí), 其能量會(huì)全部被組織和器管所吸收,所以?xún)?nèi)照射的危害時(shí)必須考慮的.
β粒子
    與α粒子不同,β粒子穿過(guò)物質(zhì)時(shí),有明顯的散射現(xiàn)象,其特點(diǎn)是 β 粒子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生了改變.當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生大的改變(例如偏折)時(shí), β 粒子的一部分動(dòng)能會(huì)以 X 射線(xiàn)的形式輻射出來(lái),這種輻射叫韌致輻射.韌致輻射的強(qiáng)度既與阻止物質(zhì)的原子序數(shù) Z 的平方成反比,
還與β射線(xiàn)的能量成正比.
    由于對(duì) X 射線(xiàn)的屏蔽要比對(duì) β 射線(xiàn)本身的屏蔽困難得多, 所以對(duì) β 射線(xiàn)的屏蔽,通常要選用原子序數(shù)比較低的物質(zhì),諸如像有機(jī)玻璃和鋁這樣的材料,作為 β 射線(xiàn)的屏蔽物質(zhì),從而使得 β 射線(xiàn)在屏蔽材料中轉(zhuǎn)變?yōu)轫g致輻射的份額較少.但對(duì)于放射性活度及 β 粒子的
能量均較高的 β 輻射源,*好在輕材料屏蔽的后面, 再添加一定厚度的重物質(zhì)屏蔽材料,以屏蔽掉韌致輻射.
γ射線(xiàn)
    當(dāng)γ射線(xiàn)和物質(zhì)相互作用時(shí),同帶電粒子與物質(zhì)的相互作用情況大不相同,γ 射線(xiàn)不能使物質(zhì)直接電離和激發(fā),也沒(méi)有射程的概念.γ 射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用有 3 種主要形式, 即光電效應(yīng),康普敦效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng). 能量較低的 γ 射線(xiàn), 在物質(zhì)中主要產(chǎn)生光電效應(yīng);中等能量時(shí),主要產(chǎn)生康普敦效應(yīng);而能量較高時(shí), 主要是電子對(duì)效應(yīng). 3 種效應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生能使物質(zhì)的原子電離或激發(fā)的次級(jí)電子, 而次級(jí)電子在物質(zhì)中的射程不長(zhǎng),所以在考慮對(duì) γ 射線(xiàn)的屏蔽時(shí),不需要另外采取防護(hù)措施. 這就是說(shuō), 3 種效應(yīng)產(chǎn)生次數(shù)的多少,即是物質(zhì)吸收γ 輻射多少的標(biāo)志. 理論和實(shí)踐都證明, 光電效應(yīng)正比于吸收物質(zhì)的原子序數(shù) Z 的 4 次方,康普頓效應(yīng)正比于 Z/A, 而電子對(duì)效應(yīng)正比于 Z 平方.因此屏蔽 γ 射線(xiàn)時(shí),以采用原子序數(shù)高的重物質(zhì)為*好,例如鉛.
中子
    中子的質(zhì)量與質(zhì)子的質(zhì)量大約相等,并且中子與 γ 射線(xiàn)一樣也不帶電. 因此,中子與原子核或電子之間沒(méi)有靜電作用. 當(dāng)中子與物質(zhì)相互作用時(shí),主要是和原子核內(nèi)的核力相互作用, 與外殼層的電子不會(huì)發(fā)生作用. 中子與物質(zhì)相互作用的類(lèi)型主要取決于中子的能量.在輻射防護(hù)中,根據(jù)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(chēng)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(zhì)的原子核相互作用過(guò)程基本上可以分為兩類(lèi):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(zhì)作用的主要形式是彈性散射.對(duì)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(zhì)的相互作用過(guò)程中,除了彈性散射之外,其余各種現(xiàn)象均會(huì)產(chǎn)生次級(jí)輻射.從輻射防護(hù)的觀點(diǎn)來(lái)看,是相當(dāng)重要的.在實(shí)際工作中,大多數(shù)情況遇到的是快中子,快中子與輕物質(zhì)發(fā)生彈性散射時(shí),損失的能量要比與重物質(zhì)作用時(shí)多得多,例如,當(dāng)快中子與氫核碰撞時(shí),交給反沖質(zhì)子的能量可以達(dá)到中子能量的一半.因此含氫多的物質(zhì),像水和石蠟等均是屏蔽中子的*好材料,同時(shí)水和石蠟,由于價(jià)格低廉,容易獲得,效果又好,是*常
用的中子屏蔽材料。

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