辐射长度

更新时间:2022-09-16 14:55

速度接近光速的电子在物质中以轫致辐射的方式损失能量,当其能量减少到其原能量的1/e时走过的平均距离就是辐射长度。辐射长度的大小决定于物质的组分。在实验核物理及粒子物理中,它常常被用作长度单位。电子在给定物质中走过t个辐射长度时能量减少到原来能量的e-t(e的-t次方)。

术语简介

速度接近光速的电子在物质中以轫致辐射的方式损失能量,当其能量减少到其原能量的1/e时走过的平均距离。辐射长度的大小决定于物质的组分。在实验核物理及粒子物理中,它常常被用作长度单位。电子在给定物质中走过t个辐射长度时能量减少到原来能量的e-t(e的-t次方)。

轫致辐射

轫致辐射(bremsstrahlung)是指高速电子骤然减速产生的辐射。泛指带电粒子碰撞(尤指它们之间的库仑散射)过程中发出的辐射。例如一个高能电子与一个原子核相碰撞时就产生这种辐射。

轫致辐射又称刹车辐射或制动辐射 ,原指高速运动的电子骤然减速时发出的辐射,后来泛指带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射。根据经典电动力学,带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射。其中,又将遵循麦克斯韦分布的电子所产生的轫致辐射叫做热轫致辐射。

轫致辐射的X射线谱往往是连续谱,这是由于在作为靶子的原子核电磁场作用下,带电粒子的速度是连续变化的。轫致辐射的强度与靶核电荷的平方成正比,与带电粒子质量的平方成反比。因此重的粒子产生的轫致辐射往往远远小于电子的轫致辐射。

轫致辐射广泛应用于医学和工业。在工业上,经常使用熔点高、导热好、原子序数比较大的钨作为X射线管的阳极靶。而医疗上的X射线机大多为制动辐射。原理为将高能量电子打在固定靶上,电子突然减速,能量转换为X射线与热能。在天体物理学上,轫致辐射是很常见的辐射,一些X射线源(如X射线脉冲星、太阳耀斑)的辐射就属于轫致辐射。

影响因素

影响辐射长度的因素主要是靶核的相对原子质量,其次是电子的能量及靶核密度。

靶核的相对原子质量

当电子能量足够大,即远大于其静止能量0.511MeV时,由动量定理:

mv+Mv0=mv1+Mv01,

由能量守恒,v01=,因为中子质量大约为电子质量的1800倍,动能公式为0.5mv2,当靶核为12C时,碰撞21600次后才能变为原来能量的1/e(即(1-1/1800M)N=e-1 N=1800M),故靶核相对原子质量越大,碰撞次数越多,辐射长度越长。

电子动能

静止的电子的能量为0.511MeV,一个能量为10MeV的电子动能为9.489MeV。

当电子的能量远大于其静止时的能量时,辐射长度与能量关系不大,当电子的能量与静止的能量相差不大时,电子能量越小,辐射长度越长。

靶核密度

靶核密度越大,电子每次碰撞间距越小,碰撞发生概率越大,所以辐射长度越短。

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