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β射线

(1)电离和激发

电离:β粒子的比电离值比相同能量的α粒子小很多,带电粒子通过物质时,在径迹上将产生很多离子对,射线在单位路程上产生的离子对数目被称为比电离或电离密度。对于单能快速电子,在空气中的比电离值与电子的速度有关,速度越大,比电离值越小,(-dE/dx)也越小,穿透本领也越强。

物质原子电离(内层电子电离后外层电子补空位)后发射特征X射线:快速电子将壳层电子击出原子之外,该壳层就产生了空位,当外层电子向内层跃迁时,将两壳层间的能量差以X射线的形式发射出来,这种X射线具有确定的能量。

激发:物质原子激发(内层电子受激跃迁后退激)后发出可见光和紫外线:快速电子与物质相互作用时,还会将物质中的原子的价电子激发至更高的能级,而他们返回基态时,会发出可见光和紫外线,这些次级辐射总称为荧光。

(2)散射和吸收

散射:β粒子与靶物质原子核库仑场作用时,只改变运动方向,而不改变辐射能量,这种过程称为弹性散射。由于电子的质量小,因而散射角度可以很大(与α粒子相比,β粒子的散射要大得多),而且会发生多次散射,最后偏离原来的运动方向。同时,入射电子能量越低,及靶物质的原子序数越大,散射也就越厉害。β粒子在物质中经过多次散射其最后的散射角可以大于90°,这种散射成为反散射。

吸收:β粒子在一些束缚能比较大的靶材上穿过时,由于能量有限,当能量耗尽时还未穿出,就有可能被靶材原子所束缚,从而被吸收,称为介质原子核外电子的一员。其穿透距离(通常称为射程,记为R)与入射粒子能量大小有关。

(3)电磁辐射

轫致辐射:当电子经过原子核附近时受库伦场的加速会辐射电磁波,称为轫致辐射。辐射损失率与原子序数的平方成正比,即电子打到重元素中,容易发生轫致辐射。重带电粒子穿透介质时也有类似的辐射能量损失,只是因为质量较大而被忽略。

切伦科夫辐射:电子穿过介质时会使原子发生暂时极化,原子退极化时会发射波长在可见光范围内的电磁波,称为切伦科夫辐射。(卢希庭教授解释)

另解:当电子在介质中运动速度v超过电磁波在介质中的传播速度时,即v>c/n(n为介质折射率),会在某一特定方向发射电磁波,称为切伦科夫辐射。(杨福家院士解释)

(4)正负电子湮没

除负电子能发生的一系列作用外,正电子被慢化至静止状态时还会发生正负电子的湮没(annihilation),向相反方向发射两个湮没光子,两个光子的能量均为0.511Mev。

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