Упругое рассеивание, неупругое рассеивание, ядерные реакции

Различают следующие механизмы:

- упругое рассеивание

- неупругое рассеивание

- ядерная реакция

Упругое рассеивание заряженных частиц состоит во взаимодейтсвии их с положительно заряженными ядрами атомов по закону Кулона. В результате этого взаимодействия частица может изменять направление своего дальнейшего движения относительно первоначального, однако она не теряет при этом запаса своей кинетической энергии. Значение эффективного поперечного сечения μ_s+ такого упругого рассеивания возрастает при увеличении заряда частицы и уменьшается при больших энергиях. Неупругое рассеивание заряженных частиц состоит во взаимодействии их с электромагнитным полем атомов, когда частица теряет энергию на выбивание электронов из атомных электронных оболочек. Это сопровождается ионизацией, когда электрон полностью отрывается от атома и движется в бесконечность или же это сопровождается возбуждением, в результате чего электрон переводится на более отдаленную от ядра атома электронную оболочку. Следует отметить, что перемещающуюся в пространстве заряженную частицу можно рассматривать как перемещающийся источник электромагнитного поля, при взаимодействии этого поля с полем орбитального электрона атома. Этот электрон приобретает энергию, причем если заряженная частица пролетает близко от орбитального электрона, то переносимой энергии достаточно для ионизации (отрыва электрона). Если же заряженная частица значительно удалена от электронных оболочек атома, то электрон переходит на более удаленную энергетическую орбиталь. Взаимодействие нейтронов (незаряженных частиц) с веществом осуществляется двумя механизмами:

1) Упругого столкновения нейтронов ядрами атомов вещества

2) Путем ядерных реакций при участии нейтронов.

1)Механизм упругого столкновения состоит в том, что быстрый по скорости нейтрон передает всю свою энергию атомным ядрам, с которыми он сталкивается. В ядрах любых элементов после такого упругого столкновения возрастает кинетическая энергия, и они также сами осуществляют ионизацию и возбуждение других атомов и молекул. Такие ядра с повышенной кинетической энергией называют ядрами отдачи. В биологических объектах ядра отдачи образуются из ядер водорода, углерода, азота и кислорода.

2)Второй механизм состоит в участии промежуточных по скорости нейтронов в ядерных реакциях, которые сопровождаются излучением гамма-фотонов или заряженных частиц. При их соударении часть энергии идет на возбуждение ядра, при этом возбужденное ядро переходит в основное состояние с испускание гамма квантов. Они испытывают дальнейшую ионизацию.

Очень важной характеристикой поглощения заряженных частиц в веществе является их средний массовый пробег в среде. Он определятся толщиной слоя вещества в котором излучение полностью поглощается. Значение R обратно пропорционально вязкости среды, атомному номеру элемента поглотителя, а также квантовому заряду частицы излучения. Следует также сказать, что пробег гамма-фотонов значительно больший, чем корпускулярного излучения, потому что вероятность взаимодействия с молекулами и атомами вещества намного ниже, чем у заряженных частиц. По мере проникновения заряженных частиц вглубь вещества возрастает количество взаимодействий с атомами и молекулами этого вещества. При этом скорость частиц уменьшается и соответственно повышается вероятность новых взаимодействий, и частота ионизаций увеличивается. Это выражается в том, что при определенных скоростях пробега частицы (R), удельная ионизация (число ионизаций приходящихся на единицу длины пробега) возрастает и достигает максимума, а дальше довольно быстро уменьшается до нуля (кривая Брега).

Такую зависимость удельной ионизации от глубины проникновения заряженных частиц используют, когда желательно локализовать облучение повышенной дозы в определенной зоне облучаемого объекта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: