Question

β粒子与物质作用的形式

Answer 1

β粒子是随β衰变放出的快速电子,带有一个负电荷。β粒子的质量远比α粒子小。β粒子通过物质时方向往往发生改变,使其径迹为一折线。这是因为β粒子通过物质时除发生激发、电离作用外,还有散射作用。

1.弹性散射

β粒子与束缚电子或原子核发生碰撞时,由于核库仑电场的作用,使其改变运动方向,称为弹性散射。散射前后能量并不减少,主要是改变运动方向。

在β粒子运动的路程上,由于不断地发生弹性散射,所以β粒子运动的轨迹不是一条直线,而是不规则的折线,如图2-1所示。假如把它在物质中所走的总路程拉成一直线,则路线总长度约比穿过物质的厚度大1.5～4倍。

图2-1 β粒子运动轨迹示意图

2.电离与激发

与α粒子相似,β粒子与原子碰撞时,将能量交给束缚电子,电子由于获得能量而使原子电离或激发,β粒子本身能量则逐渐消耗。β粒子的直接电离约占20%～30%,次级电离占70%～80%。但β粒子的电离本领比α粒子弱(大致为α粒子电离本领的1/100)。

3.轫致辐射

β粒子特别是高能量的β粒子通过物质时,在核电场作用下迅速被阻止而突然改变其速度,有一部分动能转变为电磁辐射——轫致辐射。一般把轫致辐射产生的射线称为轫致伦琴射线。

轫致辐射的作用随β粒子的能量增加而加强。例如在Pb介质中,β粒子能量为10MeV时,有50%的能量为轫致辐射所消耗。当粒子能量为100MeV时,则有90%的能量消耗于轫致辐射。而天然放射性元素放出的β粒子能量一般低于2.5MeV,所以轫致辐射作用是比较小的。但当β粒子通过重物质时(比如Pb),轫致辐射也是不能忽视的。因此进行β测量时,在测量装置的铅室内壁,往往衬上一层轻物质屏(为铝屏或有机玻璃屏),一方面可以减少散射射线,另一方面有效地减少了轫致辐射射线。