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铅为什么能防辐射?
浏览: 发布日期:2019-01-13

铅为什么能防辐射?

 

其实任何物质都可以阻挡 核辐射但是区别在于,阻挡能力不同。铁、砖、混凝土都是常用的辐射屏蔽材料。举个例子:在医用诊断用的X射线能量范围内,24cm厚的实心砖块的防护效果相当于2mm厚的铅板。

 

阻挡能力主要决定于2方面

 

1、一般原子序数越高,辐射阻挡能力就越强。但原子序数越大的元素生成越困难,因此也更稀少,原材料成本非常高。另外很多原子序数很大的元素本身就有放射性,不适合用来做防辐射材料。铅的原子序数较高,而材料成本不高。

2、密度越高阻挡辐射的能力越强,比如铅的密度是11.3克/立方厘米,金的密度比铅大,但是太贵,地球上密度最大物质为金属锇,密度值为22.8克/立方厘米,更贵。

某些环境下选择铅做为防是辐射阻挡能力和材料成本之间权衡的结果。但铅不是唯一的选择:核电站的反应堆外层就用很厚的混凝土。简而言之就是:任何物质都有一定的防辐射作用,至于铅做为防辐射材料使用范围较广的原因是“是辐射阻挡能力和材料成本之间权衡的结果”。

 

 

为什么物质的原子序数越高,密度越大阻挡辐射(X射线或γ射线)的效果就越好呢?

 

原因是:辐射(X射线或γ射线)穿过物质会发生多种相互作用,例如:光电效应、康普顿效应、电子对效应。这些效应会造成X射线或γ射线被吸收或者散射,从而起到了阻挡屏蔽的作用。

光电效应:当光子与物质原子的束缚电子作用时,光子把全部能量转移给某个束缚电子,使之发射出去,而光子本身则消失掉。

康普顿效应:光子与电子发生非弹性碰撞,一部分能量转移给电子,使它成为反冲电子,而散射光子的能量和运动方向发生变化。

电子对效应:当光子从原子核旁经过时,在原子核的库伦场作用下,光子转化为1个正电子和1个负电子。

而光电效应、康普顿效应、电子对效应发生的概率都随物质的原子序数Z增大而增大。

射线能量一定的情况下,光电效应的发生概率与Z^5成正比;康普顿效应的发生概率大致与Z成正比;电子对效应的发生概率与Z^2成正比。

举个例子,铅的原子序数为82,铁的原子序数为26,对于100kV以下的X射线,1mm铅板的屏蔽效果等于6mm铁板的屏蔽效果。