1射线能量的实际含义

射线能量是指射束(粒子流)中单个粒子的动能。X和γ射线的能量，实际是指单个光子的动能。对有静止质量的粒子，我们熟悉的计算动能的公式如下：

ε=(1/2).m.v²           (1)

式中：

ε一粒子能量；

m一粒子质量；

v一粒子速度。

光子没有静止质量，那么它有动能么？光子有能量，这是不可否认的，不然“光能”、“热能”这些名词怎么会出现呢？这就需要量子力学的知识了。

2光子能量的计算

普朗克常量h的出现，标志着量子力学的开端。物理学家德布罗意根据光的波粒二象性，用普朗克常量，把光子能量和其波动频率联系起来，计算光子能量：

ε=hγ=h.(c/λ)                (2)

式中：

ε一光子能量，单位焦耳(J)；

h一普朗克常量，h=6.6256X10^-34焦耳.秒(J.S)；

γ一光子波动频率，单位秒^-1(S^-1)。射线光子频率γ≥3X10¹⁷Hz；

c一真空中的光速，c=3X10⁸m；

λ一光子波长，对于x射线，λ≤10^-9m。

由公式(2)可知：x和r射线光子能量ε≥2X10^-16J。德布罗意发现的公式(2)不仅适合光子，同时也适合电子、质子等微观粒子。

由公式(2)可以推导出射线学常用单位求光子能量的简单公式：

ε=12.4/λ                 (3)

式中：

ε一光子能量，单位为“千电子伏特”(KeV)，1KeV=1.6022X10^-16焦耳(J)；

λ一波长，单位为埃(Å)，1 Å=10^-10m。

3为什么用光子能量表示射线能量？

射线光子和物质粒子(束缚在物质原子中的粒子，此处主要指原子的核外电子)作用时，往往是“一对一”的，如光电效应或康普顿效应，就是一个入射光子和一个物质原子轨道电子的作用。至于能否产生上述效应，不决定于光子的数量，而决定于单个光子能量是否大于某层电子(与核的)结合能。当单个光子能量小于该电子结合能时，它不足以使轨道电子脱离原子束缚，不会产生光电效应的电光子或康普顿效应的反冲电子，即不会产生这两个效应，不能使物质电离。此时，射线强度再大，与该电子碰撞的光子数再多，也不会产生上述效应。这类似炮弹打装甲车，单个炮弹动能不够，火力再密集，仍然无法穿甲。

附注：当射线束中，有若干个不同种类单个光子能量时，采用平均能、当量能或有效能量的计算方法，来求有“代表性”的单个光子能量，也可用半价层大小间接表示能量大小。