粒子探测技术第2讲节.pdf

第二章 粒子探测的物理基础 §2-1 带电粒子和物质的相互作用 §2-2 光子和物质的相互作用 §2-3 强子和物质的强相互作用 §2-4 高能粒子和物质作用与簇射 2013/9/15 中国科大汪晓莲 1 §2-1 带电粒子和物质的相互作用  粒子不能被直接观测，只有通过它们与物质的相互 作用才能被探测。粒子探测主要是指 记录粒子数目，测定其强度，确定粒子的性质（能量、 动量、飞行方向等）。  根据粒子的带电性质分类 ± ± ± ± • 带电粒子：、p、e 、 、 、 等 • 电磁辐射：x射线、射线 0 0 • 中性粒子：n、 、 、等 2013/9/15 中国科大汪晓莲 2 一、带电粒子电离和激发损失能量 1. 电离和激发  入射带电粒子与物质原子的电子发生库仑相互作用而损失 能量，物质原子的电子获得能量。当电子获得能量足以克 服原子核的束缚，则电子就脱离原子成为自由电子。这就 是电离。电离的结果形成一对正离子和自由电子。若内壳 层电子被电离后，该壳层留下空穴，外层电子跃迁来填补， 同时放出特征X射线或俄歇电子。  当电子获得能量较少，不足以克服原子核的束缚成为自由 电子，将跃迁到较高的能级。这就是原子的激发。处于激 发态的原子不稳定，作短暂停留后，将从激发态跃迁回到 基态，这就是退激。退激时，释放的能量以荧光的形式发 射出来。 2013/9/15 中国科大汪晓莲 3    激发过程： q atom atom q  atom  退激发原子放出低能荧光光子 p mv m c 电离过程：产生电子-离子对。入射粒子动量 0 洛仑兹因子  E / m c2 0 一次散射传递给静止电子的最大动能 2 2 2 2 2m c   2m p T e e max 12m / m (m / m )2 m2 m2 2m E / c2 e 0 e 0 0 e e 2 2 2 低能时，2m /m 1 ，若m m ，近似有 T 2m c  