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辐射防护材料的基本原理

花匠小妙招
2025-05-07 10:35

（一）射线与物质的相互作用

电离辐射的类型电离辐射主要包括 α 射线、β 射线、γ 射线和 X 射线等。α 射线是由高速运动的氦原子核组成，带正电；β 射线是高速电子流，带负电；γ 射线和 X 射线是一种高能电磁波，不带电。这些射线与物质相互作用时，会将能量传递给物质中的原子或分子，可能导致原子电离或激发。例如，α 射线由于质量较大、电荷数高，在物质中射程较短，主要通过与物质原子的库仑相互作用使原子电离；β 射线的电子质量小，在物质中射程比 α 射线长，主要通过与原子的电子碰撞等方式损失能量。γ 射线和 X 射线与物质的相互作用较为复杂，主要有光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应是指光子与物质原子中的内层电子相互作用，光子能量全部被电子吸收，电子获得能量后脱离原子成为光电子；康普顿效应是光子与原子的外层电子相互作用，光子将部分能量传递给电子，自身改变方向成为散射光子；电子对效应是当光子能量足够高（大于 1.022MeV）时，光子在原子核附近转化为一对正负电子。

（二）辐射防护材料的防护原理

吸收和衰减辐射防护材料的主要作用是通过吸收和衰减射线来降低辐射强度。对于 α 射线，由于其射程短，一张纸或几厘米的空气就可以将其阻挡。而对于 β 射线，防护材料需要具有一定的密度和原子序数，如铝板等材料可以通过电离碰撞等方式吸收 β 射线的能量。对于 γ 射线和 X 射线这种高能电磁辐射，防护材料的原子序数和密度是关键因素。材料中的原子在射线作用下会发生上述的光电效应、康普顿效应和电子对效应，从而使射线能量被吸收和散射，达到衰减的目的。