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輻射長度

鎖定
速度接近光速的電子在物質中以軔致輻射的方式損失能量,當其能量減少到其原能量的1/e時走過的平均距離就是輻射長度。輻射長度的大小決定於物質的組分。在實驗核物理及粒子物理中,它常常被用作長度單位。電子在給定物質中走過t個輻射長度時能量減少到原來能量的e-t(e的-t次方)。 [1] 
中文名
輻射長度
外文名
Radiation length
學    科
原子核物理
其他領域
核反應堆物理分析
相關概念
軔致輻射

輻射長度術語簡介

速度接近光速的電子在物質中以軔致輻射的方式損失能量,當其能量減少到其原能量的1/e時走過的平均距離。輻射長度的大小決定於物質的組分。在實驗核物理及粒子物理中,它常常被用作長度單位。電子在給定物質中走過t個輻射長度時能量減少到原來能量的e-t(e的-t次方)。 [1] 

輻射長度軔致輻射

軔致輻射(bremsstrahlung)是指高速電子驟然減速產生的輻射。泛指帶電粒子碰撞(尤指它們之間的庫侖散射)過程中發出的輻射。例如一個高能電子與一個原子核相碰撞時就產生這種輻射。
軔致輻射又稱剎車輻射或制動輻射 ,原指高速運動的電子驟然減速時發出的輻射,後來泛指帶電粒子與原子或原子核發生碰撞時突然減速發出的輻射。根據經典電動力學,帶電粒子作加速或減速運動時必然伴隨電磁輻射。其中,又將遵循麥克斯韋分佈的電子所產生的軔致輻射叫做熱軔致輻射。 [1] 
軔致輻射的X射線譜往往是連續譜,這是由於在作為靶子的原子核電磁場作用下,帶電粒子的速度是連續變化的。軔致輻射的強度與靶核電荷的平方成正比,與帶電粒子質量的平方成反比。因此重的粒子產生的軔致輻射往往遠遠小於電子的軔致輻射。
軔致輻射廣泛應用於醫學和工業。在工業上,經常使用熔點高、導熱好、原子序數比較大的鎢作為X射線管的陽極靶。而醫療上的X射線機大多為制動輻射。原理為將高能量電子打在固定靶上,電子突然減速,能量轉換為X射線與熱能。在天體物理學上,軔致輻射是很常見的輻射,一些X射線源(如X射線脈衝星、太陽耀斑)的輻射就屬於軔致輻射。 [1] 

輻射長度影響因素

影響輻射長度的因素主要是靶核的相對原子質量,其次是電子的能量及靶核密度
靶核的相對原子質量
當電子能量足夠大,即遠大於其靜止能量0.511MeV時,由動量定理:
mv+Mv0=mv1+Mv01
由能量守恆,v01=
,因為中子質量大約為電子質量的1800倍,動能公式為0.5mv2,當靶核為12C時,碰撞21600次後才能變為原來能量的1/e(即(1-1/1800M)N=e-1 N=1800M),故靶核相對原子質量越大,碰撞次數越多,輻射長度越長。 [2] 
電子動能
靜止的電子的能量為0.511MeV,一個能量為10MeV的電子動能為9.489MeV。
當電子的能量遠大於其靜止時的能量時,輻射長度與能量關係不大,當電子的能量與靜止的能量相差不大時,電子能量越小,輻射長度越長。
靶核密度
靶核密度越大,電子每次碰撞間距越小,碰撞發生概率越大,所以輻射長度越短。
參考資料
  • 1.    謝仲生.核反應堆物理分析:西安交通大學出版社,2004.7
  • 2.    盧希庭.原子核物理:原子能出版社,2000.10