中性子と物質の相互作用

〇中性子

 電荷をもたない間接電離放射線

 → 主に原子核と相互作用を起こす

 核スピン量子数:1/2

・エネルギーによる分類

 エネルギー  名前     主な反応

 ~0.025eV   熱中性子   中性子捕獲反応

 0.1eV1keV  熱外中性子  

 0.1MeV    速中性子   散乱

β壊変をする(半減期10

 

〇中性子と物質の相互作用

・弾性散乱

hantyou

 En:中性子のエネルギー M:原子核の質量 

 m:中性子の質量

 → 原子の質量が小さい → 反跳エネルギーが大きい

  → 水素で最も減速させられる(ビリヤードの法則)

・捕獲反応

 中性子の結合エネルギー:約8MeV

 → 捕獲反応は発熱反応、原子核が励起され、γ線を放出

 中性子は電荷を持たないため、クーロン作用を受けず、

 低エネルギーで核に入れる

 *中性子捕獲反応断面積は中性子速度に反比例する

 **特定のエネルギーでは共鳴吸収がある

・核分裂中性子

 連続エネルギー分布(マクスウェルボルツマン分布)をもつ

 平均エネルギーは約2MeV

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 X線の発生

〇特性X線の発生

K特性X線:K殻に生じた空位により生じた特性X

       Kα,Kβなどがある

 K特性X線のエネルギー=K殻結合エネルギー-L殻結合エネルギー

 放出確率:KαKβ  エネルギー:KαKβ

・特性X線のエネルギー:K特性XL特性X

・吸収端エネルギー:各殻における結合エネルギー

 

〇モーズリーの法則

 特性X線の振動数ν=C2R2(Z-σ)2

 C:光速 R:リュードベリ定数 

Z:ターゲットの原子番号 σ:遮蔽定数

 特性X線のエネルギーEhνであり、

 Eターゲットの原子番号にのみ依存する

 

〇制動X線の発生

・単位時間の発生強度IK×I×Z×V2

・制動放射線の発生効率η=K×Z×V[%]

*診断領域ではηは1%未満である。

 K:定数(1.1×10-9) I:管電流 

Z:ターゲットの原子番号 Z:管電圧

 

〇制動X線の強度分布(角度)

・ゾンマーフェルトの理論式I(θ)A-sin2θ/(1-βcosθ)6

 θ:ターゲットへ入射した電子の進行方向を0°とした角度

 入射電子のエネルギーが増加した場合(10MeV以上)

βが1に近づく → θ=0°()の強度が増加

 入射電子のエネルギーが減少した場合(30150keV程度)

βが0に近づく → θ=90°()の強度が増加

 

・デュエンハントの法則

 加速電子のエネルギーEe×V  VX線管電圧[kV

 また、eV = hν = hC / λ

   1eV1.6×10-19J

   h6.6×10-34Jsec

   C3.0×108m/sec]より

 eVkV]= Emax = hνmax = hC / λmin

     = 12.4 / λmin[Å]

 

・クラマースの式:X線スペクトル(制動X)に関する計算式

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