X 射线与γ射线和物质的相互作用 x射线和γ射线的主要性质

导语：X 射线与γ射线和物质的相互作用是什么？X射线与γ射线作为两种不同但都属于电磁辐射范畴的高能射线，在物理、医学和工业等多个领域具有广泛的应用，它们与物质的相互作用机制，对于理解其性质、应用效果以及安全使用具有重要意义，下面就一起去看看x射线和γ射线的主要性质吧！

X 射线与γ射线和物质的相互作用

电子

现在的电子加速器已经能够产生高达1GeV的X射线，而放射性同位素发射的γ射线的能量从几十keV到几MeV。γ射线和X射线实质上都是电磁波，γ粒子和X粒子都是光子，它们与物质相互作用时所发生的物理效应主要有：光电效应、康普顿效应和电子对效应三种。光电效应光子与物质碰撞时，把它的全部能量交给物质原子中的核外电子，电子把所得到的能量的一部分用于克服原子核对它的约束，剩下的能量就作为电子的动能，而光子整个地被物质所吸收。这种效应就是光电效应，在光子能量低时占主导地位。由光电效应生成的自由电子称为光电子。

而当入射的光子能量增高一些，原子内层的核外电子也会被激发出来，同时伴随着X射线的发射。由于每一种元素用这种方式产生的X射线的能量是一定的，因此把这种X射线称为特征X射线。测定和分析特征X射线就可以对各种元素进行定性和定量的分析，这就是各种X射线分析的基础。康普顿效应当一个具有足够能量的入射光子打到原子中的一个电子。入射光子和电子之间的相互作用好像我们很常见的2个小球之间的弹性碰撞。

在碰撞之前入射光子具有能量hc/λ和动量h/λ，碰撞之后，光子将一部分能量转移给电子后以偏离原来的方向θ角度方向散射出去，从光子那里得到能量的电子沿着与光子入射方向成ψ角度运动。散射光子的能量变为hc/λ′，动量变为h/λ′。这个效应是首先由美国物理学家康普顿发现的，因此称为康普顿效应。电子对效应当电子的能量大于1.022MeV时，它与物质相互作用时，光子在被物质吸收的同时，会转化为一个电子和一个正电子，就是所谓的电子对。正电子和电子不同，它极不稳定，寿命只有10-10～10-7秒。

通过与物质中的电子相结合，再先转化为2个光子，这种现象称为正电子湮灭效应，所产生的光子叫做湮没辐射或光化辐射。湮没辐射的特征能量是0.511MeV。通常当能量大于1.022MeV的γ射线入射原子序数较高的物质时，很容易探测到这种特征能量为0.511MeV的次级辐射——湮没辐射。光子与物质相互作用时所发生的以上三种效应和光子的能量有关系，当能量较低时，光电效应占主导地位;当能量增加到200keV以上时，康普顿-吴有训效应就变得重要起来;当光子的能量进一步增加到大于1.022MeV时，电子对效应才开始变得显著起来。而且这三种效应还与物质的原子序数Z有关，Z低时效应小，Z高时效应强。

地球

x射线和γ射线的主要性质

波长与能量：γ射线的波长短于0.1埃，能量高于124keV，频率超过30EHz，而X射线的波长介于紫外线和γ射线之间，能量和频率也相应较低。

穿透力：两者都具有很强的穿透力，能够穿透可见光不能穿透的物质。

电离作用：它们能使物质电离，这种性质在医疗、材料科学等领域有广泛应用。

荧光作用：X射线和γ射线照射到某些化合物上，可使物质发出可见光或紫外线。

热作用：物质吸收的X射线能大部分转变为热能，使物体温度升高。

干涉、衍射、反射、折射现象：这些作用在X射线显微镜、波长测定和物质结构分析中都有应用。

生物效应：它们对生物细胞起作用，能够杀伤生物细胞，破坏生物组织，这在医疗上用来治疗肿瘤。

不可见光：两者都是不可见光，不受电场或磁场的影响。

化学效应：X射线能使胶片感光，这在医学、X射线衍射学中就是利用这一性质。

折射率：X射线的折射率大致为1.不像可见光那样经过透镜后能产生聚光作用。