Здесь аь аг, аз, ... — относительное число электронов соответствен- но элементов 2 ,٤2 لاةз,... в сложном веществе; аь ۵2, аз, ...-от- носительное число атомов соответственно элементов 21, 22 ,حз,... в сложном веществе.

Эффект образования пар. Рассуждая, как при рассмотрении фотоэффекта, напишем

ц*ت ٠ ь ا2ه ت ايه رب*’

т. е. для эффекта образования .пар

8. ٠لمعقه٠ه2

где по-прежнему а،- есть .относительное число электронов элемен- та 2، в сложном веществе.؛

Так как а،٠ = ۵/ق ا ٤٠ а٤٠2٤٠, то вместо формулы (16.8) можно на- писать

г_эф = 2а/22 ،/16.9). .،مهة)

Из формул (16.8) и (16.9) следует, чт٠0 для фотоэффекта и эф- фекта образования пар сложного вещества имеет разную за- висимость от атомного номера составляющих элементов. Это означает что при наличии одновременно всех трех процессов взаи- модействия в общем случае нельзя однозначно определить эффек- тивный атомный 'Номер вещества. При .одновременно происходя- пх фотоэффекте и комптон-эффекте 2эф следует вычислять по формулам (16.7). Если одновременно происходят комптон-эффект и эффект образова.ния пар, 2эф вычисляют по формулам (16.8) и (16.9).

§ 17. Средняя энергия новообразования

Поглощенная энергия в облучаемой среде О'Пределяется той энергией, которую передают веществу электроны, освобожденные фотонами. Преобразование энергии электронов в поглощающей среде, в которой не происходят необратимые радиационно-хими- ческие реакции, определяет٠ся следующими процессами.

1. В результате упругих столкновений с атомами и молекула- ми среды часть энергии электронов переходит (непосредственно в теплоту.

2. В результате неупругих столкновений некоторые молекулы и атомы среды оказываются ионизованными, следовательно, часть Э'Нергии электронов идет непосредственно на ионизацию.

3. В результате неупругих столкновений часть энергии элект- ронов расходуется на возбуждение атомов и молекул среды.

57

4. Часть энергии электронов преобразуется в энергию тормоз­ного излучения.

Непосредственно на ионизацию идет только часть энергии электронов; остальная часть идет на возбуждение атомов и моле­кул среды и ٠на тормозное излучение. Тормозное излучение в лег­ких веществах (٤^13) практически становится заметным, если энергия электронов не менее 10 МэВ. Непосредственное преобра­зование энергии электронов в теплоту в результате упругих столк­новений столь незначительно, что им можно пренебречь. Характе­ристическое излучение возбужденных атомов, как правило, не способно осуществлять ионизацию и быстро поглощается сосед­ними атомами.

Процесс ионизации заключается в вырывании электронов из ато١мов или молекул среды. Первичные электроны (электроны, освобожденные фотонами) будут образовывать положительные ионы и вторичные электроны. Если энергия вторичного электрона недостаточна для ионизации, то он быстро замедлится до тепло­вой скорости и может образовать отрицательный ион, присоеди­нившись к одному из нейтральных атомов или молекул. Однако некоторые вторичные электроны могут обладать энергией, доста٠ точной для ионизации. Эти так называемые б-электроны создают вторичную ионизацию, на долю которой приходится 60—70% об­щей ионизации،

Обозначим энергию, затраченную непосредственно на иониза­цию, Еио_Н; энергию, преобразованную в энергию характеристиче­ского и тормозного излучений, £٥; тогда кинетическая энергия первичного электрона

£_е=£_ион+£₅. (17.1)

Пусть средний потенциал ионизации атомов среды будет ٤٨٠, а полное число образованных пар ионов А٢_Ион, тогда

٤ион=٨٢ионе[/،٠, (17.2)

где е — заряд одного иона; е٤٨٠ представляет собой энергию иони­зации, т. е. ту энергию, которую надо затратить, чтобы вырвать электрон из атома (или молекулы). Число А٨٠ включает в себя полную ионизацию (первичную и вторичную). Из формул (17.1) и (17.2) получим средний расход энергии на образование одной пары ионов, или среднюю энергию новообразования

⁽¹⁷٠³⁾ •(-،-+¹)،^، = ،٦ =

Средняя энергия ионообразования включает в себя энергию иони­зации и энергию возбуждения.

Экспериментально установлено, что ■средняя энергия ионообра­зования для данного газа слабо зависит от энергии электрона, на­чиная от нескольких килоэлектрон-вольт; она также мало зависит от рода газа.

Наибольшая зависимость средней энергии новообразования 'ОТ энергии частиц наблюдается в области низких значений энергии Ее. Если энергия электрона ниже энергии ионизации رع ح،, он не создает ни 0Д.НОЙ пары ионов. По мере увеличения энергии элект- рона, .начиная с Е_е=еи1, число образованных ими пар ионов уве- личивается. Разумно предположить, что

Ы1=Ь٢Е_в—еП،١١

где ة —постоянный коэффициент.

В то же время

Л1 = ЕД. ٠

Отсюда

١ أدج__еи٠₎Е_е•

Обозначим ١٢٥٥ среднюю энергию ионообразования при высоких энергиях электрона, когда ٠،ذاًجحة тогда

Ы/١٢٠٠.

Из приведенных соотношений легко получить следующую за- висимость средней энергии ионообразования от энергии электро- нов:

(™٠) هل1

Формула (17.4) дает удовлетворительное согласие с эксперимен- том .для энергий электронов до 10 кэВ.

В области энергий электронов до нескольких мегаэлектрон- вольт потерей энергии ,на тормозное излу'чение (по сравнению с энергией, идущей на возбуждение атомо'В) можно ؛пренебречь. Е٠с- ли № постоянна для данного газа В некотором диапазоне энергий электронов,' то из равенства (17.3) следует, что энергия, идущая на возбуждение, составляет одну и ту же долю энергии, идущей на -ионизацию, в ТО' же время 'ПОСТОЯНСТВО № для различных га- зов означает, что для тех газов, у которых энергия вырывания электронов велика, должна быть мала вероятность возбуждения.

Средняя энергия ионообразования для электронов различных энергий и различных газов изменяется в пределах от 27 до 4-2 эВ. Для воздуха средняя энергия ионообразования уменьшается 'при- мерно от 40 до 33 эВ по мере увеличения энергии электронов от 0,5 до 10 кэВ, затем она несколько возрастает и при энергии электронов 1 МэВ имеет значение около 35 эВ. Такая закономер- ность является приблизительной.

Ааналогично средней энергии ионообразования электронов можно говорить о средней энергии ионообразования фотонного из- лучения, которая определяется как поглощенная энергия фотонов, деленная на 'ПОЛ'Ное число ионов, созданных электронами, осво- божденными этими фотонами. Так как поглощенная энергия фо- тонов полностью преобразуется в кинетическую энергию элект­