粒子与物质相互作用.ppt

2024/7/11粒子探测1第二章粒子探测的物理基础§2-1带电粒子和物质的互相作用§2-2光子和物质的互相作用§2-3强子和物质的强互相作用§2-4高能粒子和物质作用与簇射

2024/7/11粒子探测2§2-1带电粒子和物质的互相作用粒子不能被直接观测，只有通过它们与物质的互相作用才能被探测。粒子探测重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、?射线中性粒子：n、?0、?0、?等

2024/7/11粒子探测3一、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互相作用而损失能量，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。电离的成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，外层电子跃迁来弥补，同步放出特性X射线或俄歇电子。当电子获得能量较少，局限性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。处在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。

2024/7/11粒子探测4激发过程：退激发原子放出低能荧光光子电离过程：产生电子-离子对。入射粒子动量洛仑兹因子一次散射传递给静止电子的最大动能低能时，2?me/m01，若mem0，近似有对其他粒子，任意能量，分母中的平方项均可忽视，对相对论粒子，Ekin?E，pc?E对?轻子，对电子，

2024/7/11粒子探测5电离损失带电粒子与核外电子的非弹性碰撞，导致原子电离或激发，是粒子损失动能的重要方式。电离损失一般把某种物质中粒子通过单位长度所损失的能量称为该粒子在这种物质中的能量损失或称为该物质对这种粒子的制止本领，用表达。大，表明这种粒子在该物质中的电离本领大，即该粒子通过单位长度物质损失的能量较多，即该物质对这种粒子的制止本领大。2.带电粒子能量的电离损失

2024/7/11粒子探测6Energytransfer:I?dE?Tmax,I:meanexcitationpotentialI~I0Z,I0=10eVRelativisticrise:ln?2termRelativisticrisecancelledathigh?by“densityeffect”.Parametrizedby??FermiplateauBethe-Blochformula

2024/7/11粒子探测7Particlescanonlybedetectediftheydepositenergyinmatter.Howdotheyloseenergyinmatter?Interactionofchargeparticlesclassical

2024/7/11粒子探测8一种有用的常数在入射粒子能量较低时Bethe-Bloch公式计算时，能损一般使用的单位是对应dx单位为g/cm2，代表面质量密度?为物质密度（单位：g/cm3），ds为长度（单位：cm）。这样选用单位的好处是能损在很大程度上与物质的详细性质无关。

2024/7/11粒子探测9电离损失的分布在厚度为?x的介质中，入射粒子的平均电离损失为当介质厚度较厚时，电离损失分布靠近高斯分布；当介质很薄时，由于互相作用的次数少，能量损失的记录涨落很大，电离损失分布很不对称，在能量大的区域有很长的尾巴——朗道分布。

2024/7/11粒子探测10朗道分布与最概然能损之间的偏差实际能损最概然能损j=0.2，ξ=(K/2)z2(Z/A)(x/β2)MeV，x单位g/cm2能损分布中对应最大概率处的能损薄层吸取体中能量损失的分布

2024/7/11粒子探测11?电子入射带电粒子与介质互相作用能量损失过程中因碰撞而击出能量很高的电子，它可以继续与其他介质原子互相作用产生次级电离。δ电子产生的概率很小，其能谱体现式规定，ξ定义同前。当TTmax时，F是一种与入射粒子自旋有关的量，大小约为1。只有在趋近最大可转移动能时，自旋对F的影响才明显，且此时能谱趋近于零（F?0），因而F也受到运动学约束的限制。当带电粒子一次通过互相作用次数诸多时，能损分充斥足泊松分布或高斯分布，