《电离辐射与物质的相互作用》一书深入探讨了电离辐射如何与物质相互作用,这是辐射剂量学的重要基础。电离辐射是由带电粒子、不带电粒子或两者的混合物组成的,它们与物质的相互作用主要分为四种类型:非弹性碰撞、弹性碰撞、非弹性碰撞以及核反应。
带电粒子与核外电子的非弹性碰撞是电离辐射最常见的一种相互作用。这种碰撞可能导致原子电离或激发,产生正离子和自由电子。如果电子获得的能量不足以电离原子,就可能引起原子激发,产生特征X射线或俄歇电子。次级电子或δ电子是在这种过程中产生的,它们能够进一步引发次级电离。线性碰撞阻止本领和质量碰撞阻止本领是描述这种能量损失的物理量,前者衡量单位长度路程的能量损失,后者则考虑了物质密度的影响。
带电粒子与原子核的非弹性碰撞会产生韧致辐射,即带电粒子的部分动能转化为连续能谱的X射线。辐射损失与粒子质量和电荷平方成正比,且与物质的原子序数Z的平方成正比。
再者,弹性碰撞涉及带电粒子与原子核动量和动能的交换,不伴随光子发射或原子核激发。对于重带电粒子,如α粒子,弹性碰撞的影响较小,径迹较为直线;而对于电子,由于其质量小,多次散射后,路径变得曲折。
当带电粒子具有足够高能量时,可以与原子核发生核反应,这涉及核子的撞击和级联过程,可能导致核蜕变或其他核反应。
理解这些相互作用对于辐射防护、医学成像、粒子物理学以及放射治疗等领域至关重要。带电粒子的能量、物质的性质以及粒子与物质的相对速度等因素都会显著影响相互作用的结果。例如,电离损失随着粒子能量的增加可能会增加或减少,而弹性碰撞的概率则依赖于粒子的能量和类型。这些复杂的动态过程是研究和应用电离辐射时必须考虑的关键因素。