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2017年12月11日 星期一

丁酉(鸡)年十月廿四

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带电粒子同物质的相互作用 - 正文 [回目录]

  包括电子同物质的相互作用、轻离子同物质的相互作用、重离子同物质的相互作用等。根据碰撞参量(核与带电粒子运动轨迹的最短距离)、入射粒子的动能、入射粒子的特性以及与之碰撞的原子或核的特性等,大致可以把带电粒子同物质的相互作用分为电离或激发、核散射、核反应、原子位移、电子俘获或丢失以及切伦科夫辐射等几种类型。
  电离或激发 当碰撞参量可以与原子的线度相比较时,带电粒子将与原子(或分子)的束缚电子发生非弹性碰撞。如果入射粒子传递的能量仅使电子跃迁到较高能级上,则称为激发;如果电子获得的能量大于它的束缚能,因而脱离原子壳层,则称为电离。这两种过程都导致了碰撞能量损失。
  除电子外的带电粒子(重带电粒子),与电子入射的情况相比,发生大角度折射的几率很小,因而其路径一般接近直线。
  由带电粒子直接作用产生离子偶(离子和电子)的过程称为初电离,某些被电离出来的电子具有足够大的能量,在其路程上还能再次引起电离,这种电离称为次电离。初电离和次电离构成了导致碰撞能量损失时的总电离。单位径迹长度上的总离子偶数称为比电离。形成一对离子偶(包括激发)所消耗的平均能量称为平均电离能。一个能量为兆电子伏量级的带电粒子,在其被完全阻止之前将经历上万次碰撞。
  核散射和核反应 当碰撞参量小于原子半径且可同核半径相比较时,带电粒子除了与电子发生相互作用外,还会与核发生核散射(包括弹性散射和非弹性散射)和核反应。
  弹性散射 即库仑散射。带电粒子与核的相互作用几率远小于与电子的相互作用几率(相差约109倍)。运动的带电粒子通过物质时与原子(尤其是核)发生库仑散射,导致入射粒子的偏转。在质心系,库仑散射不损失能量,在实验室系,为要保持动量守恒,粒子将损失其一部分动能。
  轫致辐射 轫致辐射谱是个连续谱,辐射光子的能量在零到带电粒子总动能之间。由于辐射能量损失与带电粒子的质量的二次方成反比,与靶材料的原子序数成正比,同电子比较,重带电粒子的轫致辐射损失很小,只有在其能量很高时才不能忽略。
  核反应 指的是当碰撞参量小于核半径,某种带电粒子的动能足够大,使之克服静电势垒进入核内的情形。这种情形的发生取决于粒子的类型和能量。
  原子位移和电子俘获或丢失 当碰撞参量大于原子的线度时,带电粒子将与作为整体看待的原子(核与核外电子的耦合系统)发生相互作用。当入射电子的能量低于激发能或重带电粒子的速度v ≤0.03Zс时(Z是带电粒子的原子序数,с是光速),入射粒子将与原子相互作用使它偏离正常位置,称为原子位移。当与物质中原子电子的运动速度有同一量级的低能带电粒子通过物质时,有可能俘获一个或两个电子而变成单个电荷的或中性的粒子,但其后很快地由于同原子碰撞又失去电子而被电离, 在粒子射程的末端, 这种电荷交换变得频繁起来。当带电粒子的速度接近或低于原子层K电子轨道速度带电粒子同物质的相互作用α是精细结构常数,h是普朗克常数,e是电子电荷,Z是物质原子的原子序数)时,带电粒子俘获电子的几率将大于丢失电子的几率,并使粒子的净电荷减少。当净电荷趋于零时,电离能量损失也趋于零。因此,在带电粒子射程的末段,电子俘获效应是重要的。
  切伦科夫辐射 当带电粒子在透明、不导电媒质中的运动速度大于光在该媒质中的速度时,便发出切伦科夫辐射。这种辐射集中在与粒子束方向张角为 带电粒子同物质的相互作用β< =v/с,n是光在此媒质中的折射率)的圆锥内,具有连续光谱,波长集中在可见光与紫外线范围内。

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更新时间 : 2009-07-01

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