〔RT基础理论探讨. 轫致辐射杂记c〕打靶电子与靶原子的相互作用 ... ... ... ... ... ...

热度 14已有 776 次阅读2013-5-28 05:57 | 打靶, 电子

0 序言

    我们比较熟悉XΥ射线与物质的相互作用,如光电效应,康普顿效应,瑞利散射等等。本文要叙述: 打靶电子与靶的作用,作用的基础还是原子。为了便于理解,笔者有时采用与XΥ射线与物质的相互作用对照的方法叙述。

1 康普顿效应

    这是打靶电子--入射电子,与原子核外的电子--束缚电子发生“碰撞” 引起的效应。这类电子和电子碰撞有两个特点: 第一,是“库仑碰撞” 。入射电子与束缚电子不是发生机械碰撞,因为它们之间距离越小,同性电荷斥力越大,从而在不“机械碰撞” 的情况下,使束缚电子被电离或激发; 第二,是非弹性的,入射电子有能量损失。

    简言之,入射电子与束缚电子发生库仑碰撞时,前者将部分能量(最多可能将本身能量的一半) 传递---转移给后者,使后者电离或激发,而前者运动方向发生改变,产生了类康普顿散射。

    设σ为入射电子与靶产生康普顿效应的几率:

                  σ∝ρ.Z/E                                            (1)

     式中: ρ,Z--分别代表靶的密度和原子序数;

              E--打靶电子动能。

    分析公式(1) 可知,靶材的密度ρ和原子序数Z越小,打靶电子动能E越大(或其速度υ2 ) 越大,康普顿效应的几率σ越小。高能入射电子,康普顿散射几率---偏离原来方向的概率,很小。

    笔者注: 在目前的物理书中,流行提法是把“康普顿效应 ,称为“电离损失” ,或“碰撞损失” ,并认为: 对于能量为几十MeV的入射电子,电离损失(致辐射相比) ,仍是主要的能量损失方式。

2 弹性散射(类瑞利散射)

    靶原子的电场对外呈电中性。对于突如其来的入射电子,靶原子的库仑场自然对它有-个排斥力--遏止力; 当这个遏止力方向与入射电子运动方向不在-条直线上(即方向不相反)时,就会引起弹性散射。排斥力的作用是相互的,所以弹性散射,也可视为入射电子与原子核的相互作用。

    弹性散射是入射电子只改变运动方向,但不损失能量的散射。由于与原子核相比,电子质量很小,而且可能会多次散射,最后的散射角(散射电子运动方向与入射电子初始运动方向的夹角)可能很大。我们把入射电子散射角大于90度的散射,称为反散射(或背散射),把反散射电子与入射电子强度比,称为反射系数n

    打靶电子能量E越低,靶的原子序数Z越大,靶材越厚,反射系数n越大,详见资料〔1〕第20页图1.16。由图可见,对于高Z样品金(AuZ=79) ,在几十KV—1MeV范围内,反散射系数n大约为0.5; 笔者用插入法求得在几十KV—1MeV范围内,样品钨(WZ=74) ,反散射系数n大约为0.48; 样品钼(MoZ=42) ,反散射系数n大约为0.38。笔者认为,当反散射系数n0.35,入射电子弹性散射,在空间的方向,应该认为大体上是各向同性的。由此,我进-步认为:在打靶电子能量--动能E1MeV时,对钨或钼靶,打靶电子弹性散射的空间方向,是各向同性的。对钨或钼靶,打靶电子能量--动能E2MeV后,反散射系数n0.35,打靶电子弹性散射的空间方向,有明显“向前特征” 。这一认识,是后面讨论致辐射---X射线强度在空间分布重要的理论基础。

    笔者注:普通X射线管,能量低,是厚钨靶,反散射现象严重,即可能有一些反散射电子---二次电子逸出靶面,X射线管中阳极罩的作用,就是吸收这些反散射电子---二次电子的。

致辐射

    不论是未被散射的入射电子,还是被康普顿散射的入射电子,或是被弹性散射入射电子,它们的运动方向都可能指向靶的某些原子核,造成靶原子的库仑场遏止力方向与入射电子运动方向大体上在-条直线上、且方向相反,从而引起入射电子骤然减速,产生致辐射---X射线。由于入射电子的长驱直入,轫致辐射区域多发生在LK壳层。

     当带电粒子已确定为电子,RT基础理论探讨. 致辐射杂记b〕公式(1) ,轫致辐射几率r的影响因素,应修改为:

                  r∝ρ.Z的平方.E                                    (2)

               式中: ρ,Z--分别代表靶的密度和原子序数;

                      E--打靶电子动能。

         笔者注1致辐射光子的能量及其相对强度---连续谱,各射线检测教材,均有示意图,不赘述;2)射线检测教材有连续X射线产生效率η公式:

                   η=KiZU                                              (3)

      公式(3) ,与公式(2) 不同。它们之间如何沟通,待研究。3)致辐射的光子最大打靶电子的全部动能,教材上有最短波长计算公式

     至于致辐射的空间方向,将另文讨论。

参考资料:

1〕丁富荣等编著.辐射物理〔M.北京大学出版社,2004.


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