光子与物质的三种作用方式

1、Y射线与物质的相互作用：Y射线是一种强电磁波，它的波长比X射线短，一般波长 <0.001nmoY射线基本性质:到某个激发态，处于激发态的原子核仍是不稳定的，并且会通过 释放一系列能量使其跃迁到稳定的状态，而这些能量的释放是通过射 线辐射来实现的,这种射线就是Y射线。Y射线起源于原子核能量状态变化过程；X射线起源于原子核外 电子能量状态变化过程;湮没辐射起源于正负电子的结合;轲致辐射 起源于带电粒子的加速运动，这些辐射能量各不相同，但同属电磁辐 射，也满足E=hvoY射线与物质的相互作用机制属于全或无相互作用，不同于a、 P射线的多次小相互作用，Y射线穿透物质后强度减小但能量几乎不 降低，

2、a、P射线穿透物质后强度减小，能量也降低。Y射线具有极强的穿透本领。人体受到Y射线照射时，Y射线可 以进入到人体的内部，并与体内细胞发生电离作用，电离产生的离子 能侵蚀复杂的有机分子，如蛋白质、核酸和酶，它们都是构成活细胞 组织的主要成份，一旦它们遭到破坏，就会导致人体内的正常化学过 程受到干扰，严重的可以使细胞死亡。光电效应:Y光子与介质的原子相互作用时，整个光子被原子吸收，其所有 能量传递给原子中的一个电子（多发生于内层电子）。该电子获得能 量后就离开原子而被发射出来，称为光电子。光电子的能量等于入射 Y光子的能量减去电子的结合能。光电子与普通电子一样，能继续与 介质产生激发、电离等作用。

3、由于电子壳层出现空位，夕卜层电子补空 位并发射特征X射线。康普顿效应:1923年美国物理学家康普顿(A.H.Compton)发现X光与电子散 射时波长会发生移动,称为康普顿效应。Y光子与原子外层电子(可视为自由电子)发生弹性碰撞，Y光子只将部分能量传递给原子 中夕卜层电子，使该电子脱离核的束缚从原子中射出。光子本身改变运 动方向。被发射出的电子称康普顿电子，能继续与介质发生相互相互 作用。散射光子与入射光子的方向间夹角称为散射角，一般记为0O 反冲电子反冲方向与入射光子的方向间夹角称为反冲角，一般记为 (Po当散射角0=0° ,散射光子的能量为最大值，这时反冲电子的能 量为0 ,光子

4、能量没有损失;当散射角9=180°时，入射光子和电子 对头碰撞，沿相反方向散射回来，而反冲电子沿入射光子方向飞出， 这种情况称反散射，此时散射光子的能量最小。电子对效应:能量大于1.02MeV的y光子从原子核旁经过时，在原子核的库 仑场作用下，丫光子转变成一个电子和一个正电子。光子的能量一部 分转变成正负电子的静止能量(1.02MeV),其余就作为它们的动能。 被发射出的电子还能继续与介质产生激发、电离等作用；正电子在损 失能量之后，将于物质中的负电子相结合而变成丫射线，即湮没(annihilation),探测这种湮没辐射是判明正电子产生的可靠实验依 据。其他次要作用：相干散射对低能

5、光子(能量远小于电子静止能量)来说，内层电子受原子 核束缚较紧不能视为自由电子。如果光子和这种束缚电子碰撞，相当 于和整个原子相碰，碰撞中光子传给原子的能量很小，几乎保持自己 的能量不变。这样散射光中就保留了原波长。称为汤姆逊散射 (Thomson scattering)或瑞利散射(Rayleigh scattering)或相干散 射(coherent scattering)o由于内层电子的数目随散射物原子序数的 增加而增加，外层电子所占比例降低，所以波长不变的散射光子强度 随之增强，而波长变长的康普顿散射光子强度随之减1昌。瑞利相 干散射引起的散射光子限制在小角度范围内。即其光子角分布在光子

6、 的前进方向有尖锐的峰，偏转光子的能量损失可以忽略。随着散射光 子散射角(p增大，波长不变的瑞利散射光子相对强度逐渐减弱，而 波长变长的康普顿散射光子相对强度逐渐增强，同时波长的改变量也 逐渐增大。光致核反应也称为光核吸收，大于一定能量的Y光子与物质原子的原子核作 用，能发射出粒子，例如(Y , n )反应。但这种相互作用的大小与 其它效应相比是小的，所以可以忽略不计。光核吸收的阈能在5MeV 或更高，这种过程类似于原子光电效应，但在这一过程中光子为原子 核所吸收而不是由围绕核转动的壳层电子，光核吸收一般会引起中子 的发射。光核吸收最显著的特点是"巨共振"(giant resonance)0 光核反应中的巨共振是一种偶极共振,它来自Y光子所引起的核的电 偶极激发，称为巨偶极共振(Giant Dipole Resonance , GDR)O对 于轻核，吸收截面的中心约在24MeVo随着靶核质量数增加，中心 能量减小,巨共振峰的位置也随之减小，最重的稳定为12MeV #巨 共振的宽度(相应于半最大高度截面的能量差)随靶核而变化”大约为 3-9MeVo即使是共振峰，光核截面比前面提到的光电截面要小，它 对总截面的贡