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0 序言
一般教材上说:带电粒子减速时,必然伴随电磁辐射--轫致辐射。这里有一个问题: 带电粒子并不只有电子,还有α粒子和质子,为什么实用的轫致辐射,只是电子的轫致辐射呢?这要从带电离子轫致辐射转换几率的影响因素和高速带电粒子获得难易两方面分析。
1 带电离子轫致辐射转换几率的影响因素
1.1 影响因素
单个带电离子轫致辐射几率r(r=dE/dX---是电子能量线衰减系数的一部分)与影响因素的关系,用下式表示(见资料〔1〕第18页):
r∝Z 的平方 .ρ. z 的平方.E/m的平方 (1)
式中: Z,ρ--分别代表靶的原子序数和密度;
z,E,m---分别代表打靶粒子电荷单位数,能量和质量。
笔者注:公式(1)中有“Z 的平方” 等叙述,是不得已而写之,因为“Z 的平方” 显示为“Z2” 。
1.2 公式讨论
当靶材已确定,比如钨,公式(1)的Z,ρ已确定,现在我们的讨论重点应集中在入射的打靶粒子本身了。
除电子外,质量最小的带电粒子是质子,它是由加速器电离氢原子获得的,带1个单位(电子电量) 正电荷,即z=1,这点与电子相同; 质子的能量E,大约从1—20MeV不等,如拿能量Ep为20MeV打靶质子和能量Ee为0.1MeV打靶电子相比,质子的能量优势是电子的200倍,因为几率r和E成正比; 然而,问题是,质子质量是电子质量的1836倍,几率r和质量m的平方成反比,这使0.1MeV打靶电子轫致辐射几率r较20MeV打靶质子高1万6千多倍。可以这样说,因为电子质量最小,轫致辐射几率r最高,这是其它任何带电粒子无法比拟的。
2高速打靶电子产生轫致辐射,是较容易实现的
与其它带电粒子相比,高速打靶电子产生轫致辐射,是容易实现的,甚至是无意中被发现的。1895年11月,德国渥茨堡大学教授伦琴在研究阴极射线时,意外地发现了X射线。或者说,是伦琴发现了连续X射线,人们才有系统地研究韧致辐射理论。
伦琴发现X射线时,所用的阴极射线管是冷阴极、充气管,又叫克鲁克斯管,打靶电子能量主要消耗在电离管内气体上,X射线的转换效率很低,管电流不稳,时有“击穿”现象发生,射线管寿命很短;1912~1913年美国科学家考林杰发明了热阴极、高真空度的X射线管,提高了轫致辐射转换效率,这才使X射线在医疗和工业上得到广泛应用。
3 结论
不论是从轫致辐射转换几率r来看,还是从实现打靶电子产生轫致辐射难易角度来看,高速飞行的电子,应该是当之无愧的最好的产生轫致辐射的粒子--打靶粒子。
参考资料:
〔1〕丁富荣等编著.辐射物理〔M〕.北京大学出版社,2004.