Ионизирующее излучение и его взаимодействие с веществом
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ВЕЩЕСТВОМ
ЗАРЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ: ОБЩИЕ СВОЙСТВА
Электрон |
e- |
Открыт: 1897 |
Масса: |
me = 0,511 МэВ |
|
Заряд: |
qe = -1 (e = 1,602∙10-19 Кл) |
|
Протон |
p |
Открыт: 1919 |
Масса: |
mp = 938,3 МэВ |
|
Заряд: |
qp = +1 |
|
α-частица |
α, |
Открыта: 1899 |
Масса: |
mp = 3,728 ГэВ |
|
Заряд: |
qα = +2 |
|
1906
Sir Joseph John
"J. J." Thomson
|
1908 |
|
«за проведённые им |
|
исследования в области |
Ernest Rutherford |
распада элементов в химии |
радиоактивных веществ» |
|
«All science is either physics |
|
or stamp collecting» |
|
2
УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ В ПОЛЕ КУЛОНОВСКИХ СИЛ
Сохраняются |
• |
в ЛСК и СЦМ: |
суммарный Р (частица + ядро) |
|
• |
в ЛСК и СЦМ: |
суммарная Eк (частица + ядро) |
||
|
Состояние атома/ядра не изменяется
Упругое рассеяние
Рассеяние α-частиц на атомных ядрах:
Rutherford -рассеяние
Рассеяние высокоэнергетических электронов на атомных ядрах: Mott -рассеяние
Рассеяние электронов на орбитальных электронах: Møller -рассеяние
Рассеяние позитронов на орбитальных электронах: Bhabha -рассеяние
Многократное рассеяние: Molière -рассеяние |
3 |
РЕЗЕРФОРДОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ
α-частица 5,5 МэВ: рассеяние на ядрах
нерелятивистские скорости
Задача Кеплера о движении тела в центральном поле сил c потенциальной энергией :
z- заряд частицы
-масса частицы
-скорость частицы Z - заряд ядра
M - масса ядра
- угол рассеяния |
Расстояние максимального |
|
сближения при лобовом ударе: |
Формула Резерфорда:
• |
Пропорционально частицы и мишени; |
|
|
• Пропорционально (э.м.-взаимодействие: обмен фотонами); |
|
||
• |
Обратно пропорционально частицы. |
4 |
|
• |
Обратно пропорционально (закон 1/r2 отталкивания частицы и ядра). |
||
|
|||
|
|
|
|
РЕЗЕРФОРДОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ
Мала энергия, переданная ядру:
- рассеяние на малые углы
МУ-аппроксимация:
|
Резерфордовское рассеяние |
• |
На малые углы |
• |
С малой передачей энергии |
5
УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ НА АТОМАХ С УЧЕТОМ ЭКРАНИРОВАНИЯ
Модель учета: точечное ядро и облако электронов
с концентрацией заряда n(r)
Модель ТФ для |
|
|
Расчет по модели |
потенциала: |
|
|
Томаса-Ферми |
|
|
Атомный |
|
|
|
|
|
1-й боровской радиус (Н): |
|
|
формфактор |
|
|
|
|
= 5,29·10-9 см |
|
|
|
Ω =( |
4 ) |
2 |
2 |
| − ( )|2 |
|
|
|1 − |
( ) 2 |
|
|
( ) |
4 |
= |
Ω |
|
| |
|||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
эффективный заряд ядра с учетом экранирования
b – прицельный параметр
•(b – мал): переданный импульс K велик и
• |
поэтому R-рассеяние, |
6 |
|
(b – велик): K мал, а сечение R-рассеяния |
|||
|
УГОЛ ЭКРАНИРОВАНИЯ
Формула R-рассеяния с учетом экранирования:
Дебройлевская длина волны частицы
угол экранирования 
|
радиус экранирования |
Для малых углов рассеяния: |
(радиус атома) |
|
|
• |
– R-рассеяние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z и ↓ |
|
||
|
• |
– сечение постоянно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Тяжелый ядра: :
•– частицы 5,5 МэВ: 0,0460
• протоны 10 МэВ: 0,020 |
7 |
|
|
ЭФФЕКТ КОНЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ЯДРА |
||||
Эксперимент: для больших |
Объемное распределением заряда |
||||
внутри сферического ядра радиуса R |
|||||
|
|
||||
|
Электростатические потенциалы: |
|
|||
|
|
|
|||
|
|
|
|||
Внутри ядра |
|
В центре ядра |
|||
На границе ядра |
|
Вне ядра |
|||
8
ОБЩАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
R-РАССЕЯНИЯ
В промежуточной области , причем
2 |
1 |
|
Для малых углов в 6 результате экранирования
2700
3
В области больших углов : 1) не работает приближение малости углов 2) важна поправка на конечность размеров ядра и проникновение -частиц внутрь ядра
9
4
ЭЛЕКТРОНОВ НА ЯДРАХ
Для e- и e+:
Характеристическое расстояние электрон-ядерного рассеяния:
Релятивистские эффекты: для e- и e+ 100 кэВ ( 0,5c)
•Релятивистские эффекты
•Спин электрона и спин ядра
•Конечные размеры ядра
•Отдача ядра
•Квантовые эффекты
10