ПРОБЕГ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ВЕЩЕСТВЕ

Потеряв всю энергию, частица останавливается. Расстояние, пройденное частицей в веществе, называется пробегом. На этом пути заряженная частица изменяет свою энергию от начального значения E0 до нуля в результате разных механизмов взаимодействия, основным из которых для области энергий до 100 МэВ являются ионизационные потери. Поэтому понятно, что величина пробега зависит от массы, заряда, энергии частицы и характеристик среды. Пробег R частицы с начальной энергией E0. можно определить выражением Для нерелятивистских частиц dE = (MV2/2) = MVdV, а Оценим теперь, как пробег зависит от параметров частицы и среды:

ТОРМОЗНАЯ СПОСОБНОСТЬ ВЕЩЕСТВА - энергия, теряемая заряж. частицей в слое данного вещества единичной толщины. Энергия теряется за счёт возбуждения и ионизации атомов вещества (см. Ионизационные потери)и тормозного излучения (см.Радиационные потери).

Взаимодействие заряженных частиц со средой.

1. Основной причиной потерь энергии заряженной частицей при прохождении через вещество являются столкновения ее с атомами этого веще-ства. Ввиду того, что масса ядра всегда велика по сравнению с массой электронов атома, можно достаточно четко провести раз-личие между «электронными столкновениями», при которых энер-гия падающей частицы передается одному из электронов атома, в результате чего происходит возбуждение или ионизация атома (неупругое столкновение), и «ядерными Столкновениями», при ко-торых импульс и кинетическая энергия частицы частично перехо-дят в поступательное движение атома как целого (упругое столк-новение). Повторяясь, эти ядерные столкновения приводят к многократному рассеянию частиц в веществе.

2. Существенную роль в потерях энергии легких заряженных частиц (электронов) играет также радиационное торможение. Сущность этого процесса заключается в том, что при рассеянии заряженной частицы кулоновским полем ядра или электрона эта частица получает ускорение, что в соответствии с законами электродинамики всегда приводит к электромагнитному излучению. Возникает непрерывный спектр -лучей -- тормозное излучение.

В случае тяжелой частицы (протон, - частица и др.), когда ее энергия достаточно велика для преодоления кулоновского барье-ра ядра, может произойти также процесс потенциального рассея-ния на ядрах или же ядерная реакция, сопровождающаяся вылетом из ядра различных частиц, испусканием - квантов, делением ядра и др.

При движении заряженной частицы в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде , где п -- показатель преломления среды, возникает специфическое свечение, названное излучением Вавилова--Черенкова.

Тяжелые заряженные частицы - протоны, альфа-частицы, мезоны и др.

    Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Максимальная энергия, которая может быть передана в одном акте взаимодействия тяжелой частицей, движущейся со скоростью v << с, неподвижному электрону, равна Е_макс =  2m_ev².     Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию. Тормозная способность вещества может быть охарактеризована величиной удельных потерь dE/dx. Удельные ионизационные потери представляют собой отношение энергии  Е заряженной частицы, теряемой на ионизацию среды при прохождении отрезка  х, к длине этого отрезка. Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы (рис.1) и особенно резко перед ее остановкой в веществе (пик Брэгга).

Тяжелые заряженные частицы взаимодействуют в основном с атомными электронами и поэтому мало отклоняются от направления своего первоначального движения. Вследствие этого пробег тяжелой частицы R измеряют расстоянием по прямой от источника частиц до точки их остановки. Обычно пробег измеряется в единицах длины (м, см, мкм) или длины, умноженной на плотность (г/см²). 

Взаимодействие бета-частиц с веществом Для того чтобы уметь регистрировать ядерное излучение и для того чтобы уметь от него защищаться (если это нужно), необ¬ходимо знать, за счет каких процессов теряет свою энергию части¬ца, проходя через вещество; какова проникающая способность частиц; как зависят вероятности различных процессов взаимодей¬ствия от параметров частицы (заряда, массы, энергии) и от свойств вещества (заряда ядер, плотности, ионизационного потен¬циала).

Перечислим основные процессы взаимодействия заряженных частиц и Y-квантов с веществом (вопрос о взаимодействии нейтро¬нов будет рассмотрен отдельно в главе, посвященной физике ней¬тронов). Взаимодействие заряженных частиц со средой. 1. Основной причиной потерь энергии заряженной частицей при прохождении через вещество являются столкновения ее с атомами этого веще¬ства. Ввиду того, что масса ядра всегда велика по сравнению с массой электронов

атома, можно достаточно четко провести раз¬личие между «электронными столкновениями», при которых энер¬гия падающей частицы передается одному из электронов атома, в результате чего происходит возбуждение или ионизация атома (неупругое столкновение), и «ядерными Столкновениями», при ко¬торых импульс и кинетическая энергия частицы частично перехо¬дят в поступательное движение атома как целого (упругое столк¬новение).

Повторяясь, эти ядерные столкновения приводят к многократному рассеянию частиц в веществе. 2. Существенную роль в потерях энергии легких заряженных частиц (электронов) играет также радиационное торможение. Сущность этого процесса заключается в том, что при рассеянии заряженной частицы кулоновским полем ядра или электрона эта частица получает ускорение, что в соответствии с законами электродинамики всегда приводит к электромагнитному излучению. Возникает непрерывный спектр -лучей — тормозное излучение.