為什么鉛可以防輻射？

其實(shí)任何物質(zhì)都可以阻擋核輻射，不同的是阻擋能力不同。鐵、磚和混凝土是常用的輻射屏蔽材料。例如，在用于醫(yī)學(xué)診斷的X射線能量范圍內(nèi)，24厘米厚的實(shí)心磚的防護(hù)效果相當(dāng)于2毫米厚的鉛板。

阻擋能力主要看兩個(gè)方面。

1.一般原子序數(shù)越高，輻射阻擋能力越強(qiáng)。但是原子序數(shù)越大的元素越難產(chǎn)生，所以也就越稀有，而且原料成本很高。此外，許多原子序數(shù)較大的元素本身具有放射性，不適合用作輻射防護(hù)材料。鉛的原子序數(shù)高，但材料成本不高。

2.密度越高，阻擋輻射的能力越強(qiáng)。比如鉛的密度是11.3g/cm3，金的密度比鉛高，但是太貴了。地球上密度最大的物質(zhì)是金屬鋨，密度為22.8g/cm3，價(jià)格較貴。

在某些情況下，選擇鉛作為保護(hù)是輻射阻擋能力和材料成本之間權(quán)衡的結(jié)果。但是鉛不是唯一的選擇:核電站反應(yīng)堆的外層是由厚厚的混凝土制成的�？傊�，任何物質(zhì)都有一定的防輻射效果，鉛之所以被廣泛用作防輻射材料，是“輻射阻擋能力和材料成本權(quán)衡的結(jié)果”。

為什么物質(zhì)的原子序數(shù)和密度越高，阻擋輻射(X射線或γ射線)的效果就越好？

原因是輻射(X射線或γ射線)在穿過物質(zhì)時(shí)會(huì)有很多相互作用，比如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)等。這些作用會(huì)使X射線或γ射線被吸收或散射，從而起到阻擋和屏蔽的作用。

光電效應(yīng):當(dāng)光子與物質(zhì)原子的束縛電子相互作用時(shí)，光子將其全部能量轉(zhuǎn)移到束縛電子上，使其發(fā)射出去，而光子本身消失。

康普頓效應(yīng):光子與電子發(fā)生非彈性碰撞，部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使其反沖電子，同時(shí)散射光子的能量和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化。

電子對(duì)效應(yīng):當(dāng)一個(gè)光子經(jīng)過原子核時(shí)，被原子核的庫侖場(chǎng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子。

而光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)的幾率都隨著原子序數(shù)z的增加而增加。

當(dāng)射線的能量不變時(shí)，光電效應(yīng)的幾率與Z ^ 5成正比�？灯疹D效應(yīng)的概率大致與Z成正比；電子對(duì)效應(yīng)的幾率與Z 2成正比。

比如鉛的原子序數(shù)是82，鐵的原子序數(shù)是26。對(duì)于100kV以下的X射線，1mm鉛板的屏蔽效果與6mm鐵板相當(dāng)。