загрузка...
загрузка...
На головну

Взаємодія альфа-частинок з речовиною

  1. I.I. Компоненти залізовуглецевих сплавів і їх взаємодія
  2. III. політична взаємодія
  3. III. політична взаємодія
  4. III. політична взаємодія
  5. III. політична взаємодія
  6. III. політична взаємодія
  7. III. політична взаємодія

Альфа-частинки, як і інші важкі заряджені частинки (наприклад, протони, Дейтон) взаємодіють, головним чином, з орбітальними електронами атомів, викликаючи їх іонізацію і збудження. Імовірність же протікання ядерних реакцій (див. Розділ 5) при енергіях альфа-часток, що випускаються радіоактивними ядрами (до 9 МеВ), приблизно в 103 разів менше і залежить від заряду ядер матеріалу.

Проходячи через речовину, альфа-частка робить десятки тисяч зіткнень, поступово втрачаючи енергію. Із законів механіки випливає, що максимальна енергія, яку може отримати атомарний електрон при взаємодії з ?-частинкою, дорівнює  . Завдяки значній масі ?-частинки траєкторія її руху в речовині практично не відхиляється від первинного напряму (рисунок 5.1).

Мал. 5.1. Траєкторія руху альфа-частинок в речовині і процес іонізації середовища.

Гальмівна здатність речовини може бути охарактеризована величиною питомих втрат енергії  , де dE - енергія, що втрачається частинкою в шарі речовини товщиною dx. Якщо енергія зарядженої частинки втрачається на іонізацію середовища, то говорять про питомі іонізаційних втрати. Питома іонізація не є постійною величиною, а залежить від пройденої відстані альфа-частинкою. Якщо виміряти залежність питомої іонізації від відстані, пройденого часткою, то вийде крива, показана на малюнку 6.2.

Альфа-частинки мають дуже великий іонізуючої здатністю, і тому втрачають свою енергію на поглинання в порівняно тонких шарах матеріалу поглинача. Іонізаційні втрати ?-частинок, а також протонів, Дейтон і ін. Важких частинок  , Пропорційні числу електронів в 1 см3 поглинача і обернено пропорційні енергії частинки, обчислюються з рівняння:

 , (5.1)

де  - Кінетична енергія нерелятивистской частки (всі альфа-частинки, що випускаються радіонуклідами, мають кінетичну енергію менше 9 МеВ і тому не є релятивістському);

и v - Заряд і швидкість частинки;

N - Число атомів в 1 см3;

Z - ефективний заряд матеріалу, так що ZN - Середнє число електронів в 1 см3;

и m - заряд і маса електрона;

I - Середній іонізаційний потенціал.

Мал. 5.2. Крива Брега для ?-частинок з різною енергією.

На утворення однієї пари іонів в повітрі a-частинка втрачає приблизно 33,85 еВ. Тобто, якщо початкова кінетична енергія a-частинки дорівнює 4 МеВ, то вона повністю загальмується з утворенням 4 ? 106/ 33,85 @ 1,18 · 105 пар іонів.

Рівняння (6.1) показує, що іонізаційні втрати частки зростають зі зменшенням її кінетичної енергії і при однаковій енергії пропорційні квадрату заряду частинки.

Пробіг ?-частинок

Альфа-частинки, що мають однакову енергію, проходять в середовищі до повного уповільнення практично одне і те ж відстань. Залежність числа частинок, що пройшли певний шар речовини, від товщини шару має форму кривої (інтегральна крива), представленої на малюнку (рис. 5.3). Диференціальна крива відображає число ?-частинок в одиницю часу, які проходять відстань від джерела, що лежить в межах від Rср до Rср + dR. Диференціальна крива збігається за формою з кривою Гаусса. Максимум цієї кривої припадає на величину середнього пробігу частинок Rср. Розкид пробігу називається страгглінгом.

Якщо екстраполювати похилий лінійний ділянку інтегральної кривої до осі абсцис, то ми отримаємо екстрапольований пробіг ?-частинок в речовині Rэ, Який завжди більше ніж, середній.

Мал. 5.3. Криві інтегрального і диференціального розподілу пробігів альфа-частинок для тонкого джерела.

Різниця між екстрапольовані і середнім перебігом становить приблизно 1% від повного пробігу альфа-частинок з енергією 5 МеВ.

Між пробігом альфа-частинок в повітрі і їх енергією були встановлені емпіричні співвідношення. Так, наприклад, середній пробіг в повітрі при кімнатній температурі і нормальному тиску для a-частинок з енергією 2?10 МеВ пов'язаний з енергією E? в МеВ емпіричної формулою:

 . (5.2.)

При менших енергіях величина пробігу виявляється пропорційною  , А при більш високих енергіях - .

Розкид пробігів залежить від декількох причин. По-перше, флуктуація числа атомів на шляху частинки. Якщо середнє число іонів, що утворюються ?-частинкою на довжині її пробігу  , То можливе відхилення від цього числа, згідно статистичному закону, так само  . Середнє число пар іонів, що утворюються a-часткою з енергією 4 МеВ, так само 1,14 · 105 іонів. Флуктуація цього значення складе  = 338,06, що становить 0,3%. Однак реальні зміни в пробігах частинок значно вище.

Другий причинного, що викликає страгглінг, є перезарядка частинок при їх русі через середу. При проходженні ?-частинок через речовину до них може приєднатися один або два електрони. Таким чином, на всьому шляху частка має різний заряд. Досвідченим шляхом було встановлено, що швидка альфа-частинка рухається, в основному, як двозарядний іон, при зменшенні швидкості вона буде втрачати заряд, рухаючись як однозарядний іон або навіть як нейтральна частинка. В результаті перезарядка викликає додаткові флуктуації в іонізації, а значить і в величині пробігу. Ця величина дає 1,5-1,7% розкиду пробігів.

Пробіги альфа-частинок і протонів в деяких середовищах наведені в таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 - Пробіг альфа-частинок в різних речовинах залежно від енергії Еa

 речовина Еа, МеВ
 4,0  5,0  6,0  7,0  8,0  9,0  10,0
 Повітря, см  2,5  3,5  4,6  5,9  7.4  8,9  10,6
 Al, мкм
 Біологічна тканину, мкм

Ставлення пробігів для двох речовин, представлених в табл. 6.1, практично не залежать від енергії частинки і визначається відношенням електронної щільності ZN в рівнянні (5.1). Для елементів значення

, (5.3)

де A - Атомна маса;

? - щільність;

NА - Число Авогадро.

ставлення Z / A для легких елементів близько до 0,5 і зменшується до 0,39 для урану. Іншим винятком є ??водень, для якого воно дорівнює 1. Для водородсодержащих речовин максимальне значення у метану - 0,625, а інших менше: поліетилен - 0,57, вода - 0,56 і т.д. Таким чином, з точністю не гірше 20% можна прийняти, що

, (5.3а)

а твір R · ? (Розмірність г / см2) З точністю до 20% єінваріантні і не залежить від природи речовини.




Визначення віку мінералів | Альфа-розпад | Особливості бета-розпаду | Схеми бета-розпаду | Умови бета-розпаду | Бета-спектр і фактори, що впливають на його формування | Гамма-випромінювання | Місце гамма-випромінювання в електромагнітному спектрі | рентгенівське випромінювання | Спонтанне ділення ядер |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати