表1,2不同能量的电子、质子和粒子在空气中的比电离 枪子能量 比电离(m 电子 板子 子 1,46×10-4 5959(最大) II0 859 0。025 0,05 54 0,10 16 18000 n。20 16700 d0000 1200 56000 0,70 1,0 6800 54000 2、 420 4100 3, 3100 320n0 4,n 48 2400 2600n 50 22001 1800 2000 140 1。4 53 13000 560 6500 70,0 240 2309 1 66 190 2200
生的高速电f(称为电子)再与物质相互作用产生的离子对(称 为次电离)。初电离和次电离的总和称为总电离。同样,比电离 也相应地有初比电离、次比电离和总比电离。 表12中给出了不同能量的几种粒子在气中的比电离。 h以电离损失率公式可以看出:①公式中不包含入射粒子 的质量m,即不同质量的重粒子,只要它们的电荷和速度相同, 则东同样物质中的电离损失相同。例如对fp和d,它们的z都等 F1,而=1,=2,如果两者动能相差一倍,但它们的速度 相同,那么它们的(dE/dx)o相等。或者说,具有相同速度的 p和d,具有相同的电离损失率。2电离损失率与带电粒了的电 数的平方成托比,即在同一种物质中,a粒子的电离损尖率是 速度相同的质子的4倍。因此说,入射粒子的电荷越多,能量损 失越大,穿透本领也就越弱。③电离损尖率与入射幣电粒∮的速 度关系由(1.8)、(1.9)和(1.10)式可知比较复杂,因面电离 损失率与粒子的能量的关系也比较复杂图1.1给出了电离损失率 与重带电粒子能量的关系出线。 5003mc E 图1.1重带电粒子的电离损失率与粒子能量的关系 从曲线可以看出在不同能量区域、(-)m随E的变化管 况不同。当粒子的能量范围为500<<3形c时(心为粒子的 10
静止质量能) dl 随E的变化曲线如图中BC段所示。由 于这时8=11,()式中B值随萨改交很小,而1m(2yx)随 v2的变化很慢,所以可以粗略地说在粒子能量不太高时,电离损 失率随入射粒子能量的增加而迅速∮降 (-x) F 当E>3c2以后,∮1,(.9)式的B改变比较显著,而此时 1//变化却指常小,所以随若E的增加,(一)n缓慢上 升,如图中曲线的CD段所示。 阁1.1线的1乃段不适川(1,8)式,囚为这时入射的币带 出粒子的能量小,其速度大体与作用物质原f的轨道电子」速度相 当,而推导(1,8)式时假设了入射粒了速度比与其相互作川的 物质原子的壳层轨道电子的速度大得多时才成。其次,入射粒 予能量低时,会与物质原子发小电荷交换,其有效电荷减少,相 应地 dE 减小。电离损尖率与物质的电∫密度NZ成正 比,N=pNA/A,其中NA是阿伏加德岁常数,是原子,因此 ZN=PNAZ/A。比量对下同种物质,与该物质的物理状态有 关。例如带电粒子在液体、固体巾的电离损尖率比在气体中的 人;而在不同压力下的同…种气体中,电离损尖率也有不同的 值。所以实际工作中为了使用方便通常也采川以下的电离损失率 公式 1. =(-nd)=eNZB 4丌z2e4z B 式中dxm=p1x称为质量厚度,单位为g/cm2。对一般轻元素 或中等质量的元素 Z 1 这样,电离损欠率与物质的种类和
状态关系不大,仅与入射粒子的电荷和能量祁关。 2.辐射损失 快速电子通过物质时,原子核电磁场使电子动量改变并发射 出电磁辐射而损尖能量,这种电磁辐射就是轫致辐射,又称轫致 X射线。轫致X射线的能量从零开始连续变化,最大值等于入射 电子的能量。 电子在物质中通过单位长度路係,由∫轫致辐射而损失的能 量称为辐射损失率。若不考虑轨道电子对核电荷的蔽作川,则 辐射损失率为: CE)=42E (l2-3) (116) dx 137 省考虑到轨道电子对核电荷的屏蔽作用,则 A(z+1)NMcr1n(183z/3)+ T 137 式中:邝是入射电子的能量;“是经典电半径;其他符号同 前。由式可以看出,辐射损失率与电子与其产生相互作用的物 质的原子序数的平方成正比,这表明高速电子入射到重元素物质 中时更容易产生轫致辐射。 (1,17)式还可以写成 忽略(1.17)式方括梦中第…项,则: AN、Z(Z+1)!2 In(183Z 137A4 C (1,19) 对同·种物质是…个常数,称为电了在物质中的辆射长度。这里 的cm和xm都是质量厚度,单位为g/cm2。显然,电子穿过厚 度为xn物质后,平均能量为 E= (1.20) 可见高速电子通过物质时,因有牺射损失,它的能量是服从指数
裒减规律的。辐射长度tm是电子在物质中由于辐射损失而使其 能量减少到原来能鼍的1/e时的物质厚度。对于含有种元秦的物 质,该物质的辐射长度为: (1.21) x 式中,斯m和Ⅳ;是第z种元杂的辐射长度和重量百分数。 快速电了的轫致辐射主要是朝前发射的,其平发射角(即 轫致辐射和电子入射方向的夹角)近似为 0,511 F E 所以,θ一般是很小的。 快速电子射入物质后总的能量榻失率等于电离损失率和辐射 损失率之和: dA LE (123) dx x 电子的电离损失率和辐射损失率之比为 表13几种物质的临界能量E和辐射长度x x 物朋 z P(/e2)Ee(Mcv) 1+2(液) 。0?1 3』0 62,8 87 1c(液) 012 22们 7 Ar(液 」.5 3 17 7,87 82 1,3 q 0.nn12 3.n9x1a° II2) 93 36.4 53|4.51 NaI(t'l) 11,33.67 9.2 2 h玻璃(S【-5) 4,08 15。8 104 2;4