[科普中国]-辐射长度

简介

速度接近光速的电子在物质中以轫致辐射的方式损失能量，当其能量减少到其原能量的1/e时走过的平均距离。辐射长度的大小决定于物质的组分。在实验核物理及粒子物理中，它常常被用作长度单位。电子在给定物质中走过t个辐射长度时能量减少到原来能量的e-t（e的-t次方）。1

轫致辐射轫致辐射（bremsstrahlung）是指高速电子骤然减速产生的辐射。泛指带电粒子在碰撞（尤指它们之间的库仑散射）过程中发出的辐射。例如一个高能电子与一个原子核相碰撞时就产生这种辐射。

轫致辐射又称刹车辐射或制动辐射 ，原指高速运动的电子骤然减速时发出的辐射，后来泛指带电粒子与原子或原子核发生碰撞时突然减速发出的辐射。根据经典电动力学，带电粒子作加速或减速运动时必然伴随电磁辐射。其中，又将遵循麦克斯韦分布的电子所产生的轫致辐射叫做热轫致辐射。1

轫致辐射的X射线谱往往是连续谱，这是由于在作为靶子的原子核电磁场作用下，带电粒子的速度是连续变化的。轫致辐射的强度与靶核电荷的平方成正比，与带电粒子质量的平方成反比。因此重的粒子产生的轫致辐射往往远远小于电子的轫致辐射。

轫致辐射广泛应用于医学和工业。在工业上，经常使用熔点高、导热好、原子序数比较大的钨作为X射线管的阳极靶。而医疗上的X射线机大多为制动辐射。原理为将高能量电子打在固定靶上，电子突然减速，能量转换为X射线与热能。在天体物理学上，轫致辐射是很常见的辐射，一些X射线源（如X射线脉冲星、太阳耀斑）的辐射就属于轫致辐射。1

影响因素影响辐射长度的因素主要是靶核的相对原子质量**，其次是电子的能量及靶核密度**。

靶核的相对原子质量当电子能量足够大，即远大于其静止能量0.511MeV时，由动量定理：

mv+Mv0=mv1+Mv01，

由能量守恒，v01=，因为中子质量大约为电子质量的1800倍，动能公式为0.5mv2，当靶核为12C时，碰撞21600次后才能变为原来能量的1/e（即(1-1/1800M)N=e-1 N=1800M），故靶核相对原子质量越大，碰撞次数越多，辐射长度越长。2

电子动能静止的电子的能量为0.511MeV,一个能量为10MeV的电子动能为9.489MeV。

当电子的能量远大于其静止时的能量时，辐射长度与能量关系不大，当电子的能量与静止的能量相差不大时，电子能量越小，辐射长度越长。

靶核密度靶核密度越大，电子每次碰撞间距越小，碰撞发生概率越大，所以辐射长度越短。