8 \Pb 51032 E, Mev 图上-14快速电子在A1和Pb「的能最抿天 四、多次散射和反散射 电子穿过物质时,运动方向的改变虽与原子核和核外电了发 生非弹性碰撞有关,但主要还是由于原子核的库仑力作用而发生 弹性碰撞的结果。发生弹性碰撞时电子的能量变化很小,但电子 的运动方向变化很大,这种现象称为弹性散射,简称散射。电子 愈靠近原子核,散射愈厉害,散射角度也愈大 电子穿过物质时要先后受到许多次原子核的弹性数射作用 称为“多次散射”。电子在物质中的行程较长,散射次数愈多, 电子的偏转就愈显著。电子经过多次散射,最后的散射角可以大 于90°,甚至可能是180°即被折回去,这种大于90°的故称为反 散射 当平行束快速电子射入吸收物质时,在经历20次或更多次的 散射以后,可以认为散射电了的角分布是近似地围绕平均散射角 的高斯分布,散射角的均方值可用下式表示: (K2Z2t/P u2) (1-26)
式中 t:吸收物质的厚度,cm; E:快速电子的动能,MeVy 偏转角,弧度 K:常数 P、分别是快速电子的动量和速度 z:吸收物质的原子序数 62≈7×103t/E2,对空气; 62≈600t/E2,对铝。 由(1-26)式可以估算出,IMeV的电子通过1cm空气θ2约 为4~5°。由于多次散射的2的值与Z成正比,并与E成反比, 对于低能电子和高Z吸收物质来说,多次散射的作用是很大的。 高速电子垂直入射到厚板吸收物质时的反散射份额与快速电子能 量的关系见图1-1510。 0 au 0 e Mev 图1-15直入射电子在厚吸收板上的 反散射份额与电子能量关系 们:反散射份额 忠子动 β粒子的多次散射和反散射,在核技术领域内,是经常碰到 的且需要考虑的因素。在B放射源的活度测量中,为了减少散射
的影响,放射源的衬托物、支架等都要利用原子序数Z低的物 质,这是因为2低,原了核的库仑场作用小一些。在进行B源活 度的绝对测量时,必须对放射源衬托物的反散射因素造成计数的 增长予以修正。利用射线的反散射计数变化与散射体厚度的关 系,可以做成反散射厚度计来测量各种金属薄层及胶片、塑料布 等材料的厚度。这是射线反散射技术的一项专门应用。 五、快速电子的吸收和射程 无论是单能电子球,还是能量连续分布的B射线,在经过一 定厚度的物质时,电子的数目随着穿过距离的增加而逐步减少, 这种现象称为吸收。 图1-16表示射线吸收实验装置图和β射线的吸收曲线。这 是一束射线垂直入射到由某种物质做成的吸收片上,用β射线探 测器测量透过不同厚度吸收片昨β粒子数。 由图1-16可以看出,随着吸收厚度的增加,穿吸收片的快 速电子在单位时间内的数目是不断减少的。这一方面是因为部分 快速电子失去全部能量而停留在吸收片中;另一方面是因为快速 电子受原子核的多次散射,大大偏离了入射到物质上的初始方 向,而不能进入探测器了。 在上一节已经讲到,一束单能粒子具有平均射程,这个射 程与α粒了能量有关。对亍β射线来说,因为β粒子的能量是从零 到E最大连续分布,所以各个β粒子的射程差别很大。即使是初 始能量相同的一束电子,由于它们在电离过程中损失的能量涨落 很大,同时还存在轫致辐射和多次散射,因而它们在同一物质中 经过的直线距离差别也是很大的,所以不能用粒子那样的平均 射程的概念来说明β粒子的情况。 β粒子在吸收物质中的运动径迹图如图t-17所小。 快速电子平均路径长度不等于平均射程,是显而易见的。 还有一种计算射程的方法是把快速电子的吸收曲线按其下降
争源 探测器 单能电f l:!=(时的注鬱率 r:时的注量率 吸收片 A)实验置 (B}学能电子的注量率减弱 本底_ C)争射线的注量率衰弱 下-1J快速包子穿透质持的验装置印吸收曲线 趋势外推到计效汋零(扣除本底以后)时的吸收物质的厚度,把 这个厚度R称为射线在ⅸ种物硚中的射程。可以看到,这样确 定的粒子的射程实际上是一粒子或·单能电子的最大射 程,如图1-16c所示。由于电子在电离撞过程中损尖能量的统 计性质,电子射程旳涨落达到(10~15)%。一束单能电子和能 量连续的β粒子在物质中吸收情况是不同的,但是最大能量为 E的射线和能量都是E的一束电子具有相同的射程。一种与实验 符合较好的计算单能电子束在铅中的射程公式如下:
R 电子1 电子 图1-17快速电子在物质中的路和紫 B:均身程 R 412E 65-0.0954lnE, 0.01<E<3Mev (1-27 Ea=530E-10°, 2.5<E<20Me 式中,算。单位:mg/cm2;E单位:Mev 用(1-27)式计算的快速电子束射程与实验值的比较如 图1-18所示。 AL 0 02 ,0 9.01 Q.10,20,5 R 图1-18快速电子的射程R与其能量E的关系