Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Oddziaływanie cząstek z materią, Prezentacje z Fizyka

Opracowanie z zakresu tematu

Typologia: Prezentacje

2019/2020

Załadowany 16.07.2020

Aleksander88
Aleksander88 🇵🇱

4.7

(120)

351 dokumenty

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Oddziaływanie cząstek z materią i więcej Prezentacje w PDF z Fizyka tylko na Docsity! Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Oddziaływanie cząstek z materią  Trzy główne typy mechanizmów reprezentowane przez  Ciężkie cząstki naładowane (cięższe od elektronów)  Elektrony  Kwanty gamma  Ciężkie cząstki naładowane (miony, p, cząstki alfa i cięższe) oddziałują z materią głównie przez jonizację (odrywanie elektronów od atomów) a więc w jednym oddziaływaniu tracą małą część energii rzędu kilkudziesięciu eV i jonizują wiele atomów stąd:  Prawie wszystkie cząstki danego typu o określonej energii przebywają bez trudności większą część swojej drogi w materii  Na końcu drogi istnieje losowy rozrzut zasięgu (ang. straggling). Tam gęstość jonizacji ma wyraźne maksimum (krzywa Bragga) Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Zasięg ciężkich cząstek naładowanych Wykres zasięgu cząstek („wykres całkowy” ) Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Wnioski ze wzoru Bethego-Blocha  Straty energii na jednostkę drogi maleją z energią cząstki. W pobliżu energii ~1GeV/nukleon istnieje minimum jonizacji  Przy energiach poniżej minimum jonizacji zasięg R cząstki w materii można sparametryzować prostym wzorem:  Znajomość zasięgu dla jednego rodzaju cząstek (zwykle protonów „p”) pozwala oszacować zasięg dla innych cząstek („x”) wg wzoru:  gdzie to energia i zasięg protonów a to odpowiednio energia, zasięg, liczba masowa i atomowa cząstki „x” Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Wzór Bragga-Kleemana  Znajomość zasięgu danej cząstki w jednym środowisku pozwala oszacować (z dokładnością ~15%) zasięg w innym środowisku korzystając ze wzoru Bragga- Kleemana: gdzie RA (cm) i A to odpowiednio zasięg i liczba masowa środowiska a (w g/cm3) to gęstość środowiska  Jeżeli środowisko jest reprezentowane przez mieszaninę lub związek atomów o różnych liczbach masowych występujących z częstościami to należy zastąpić pierwiastek z A przez Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Wzór Bragga-Kleemana (c.d.)  Często odnosi się zasięg w badanym środowisku do zasięgu w powietrzu, dla którego oraz  Wtedy otrzymujemy następujący wzór: gdzie jest w g/cm3 a zasięgi są w cm  Jako wzorca dla zasięgu w powietrzu używa się cząstek alfa. Empiryczny wzór ważny dla energii cząstek alfa z przedziału od 4 MeV do 15 MeV pozwala określić zasięg cząstek alfa (w cm):  Grube oszacowanie: zasięg cząstek alfa o energiach z tego zakresu bliski jest (w cm) energii cząstek w MeV. Na przykład dla cząstek o energii 5.5 MeV zasięg w powietrzu wynosi 4 cm Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Promieniowanie hamowania  Przekrój czynny na promieniowanie hamowania rośnie wraz z energią i przy tzw. energii krytycznej przekracza wartość przekroju na jonizację  Energia krytyczna jest duża dla lekkich jąder i silnie maleje z masą atomową ośrodka (dla wodoru 340 MeV, dla powietrza 83 MeV, dla ołowiu 6,9 MeV)  Dla bardzo wysokich energii, tj. strata energii na jednostkę drogi elektronu przez materię na promieniowanie hamowania jest proporcjonalna do energii a więc energia maleje wykładniczo L nazywane jest długością radiacyjną Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Promieniowanie hamowania c.d.  Długiść radiacyjna L podawana jest zwykle w g/cm2 tzn. po pomnożeniu przez gęstość ośrodka w g/cm3  Maleje silnie z masą atomową ośrodka:  Dla wodoru L=58 g/cm2  Dla powietrza L=36,5 g/cm2  Dla ołowiu L=5,8 g/cm2  Ponieważ elektron w każdym akcie oddziaływania może tracić dużą część swojej energii więc dla Emax(e) rzędu kilku MeV natężenie wiązki elektronów z rozpadu (widmo ciągłe) maleje wykładniczo przy przechodzeniu przez warstwę absorbenta:  Gdzie (1/cm) nazywane jest współczynnikiem absorpcji  Masowy współczynnik absorpcji nie zależy od A i Z i wynosi Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Krzywa absorpcji, zasięg elektronów  Monoenergetyczne elektrony mogą tracić w każdym akcie oddziaływania dużą część energii a więc ich zasięg ma inny charakter niż dla ciężkich cząstek  Podaje się zwykle tzw. zasięg ekstrapolowany Re (patrz rysunek) otrzymany z przecięcia spadku krzywej natężenia z osią zasięgu Empiryczny wzór na Re (g/cm2): Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Zasięg kwantów gamma  W każdym z powyższych procesów kwant gamma jest usuwany z wiązki w jednym oddziaływaniu, dlatego  Wiązka osłabia się przy przejściu warstwy materiału o grubości x zgodnie z prawem wykładniczym:  gdzie nazywany jest współczynnikiem osłabienia wiązki, przy czym często dzieli się go przez gęstość absorbenta wprowadzając, tzw. masowy współczynnik osłabienia  Oczywiście wtedy zasięg x mnoży się przez gęstość  Należy podkreślić, że znikanie kwantu z wiązki nie jest tożsame z absorbowaniem jego energii bo w absorbencie pozostaje tylko energia elektronów Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Absorpcja energii kwantów gamma  Zachodzi poprzez wzrost energii elektronów uczestniczących w powyższych procesach  Znikanie kwantu z wiązki może być związane ze zmianą kierunku ruchu kwantu a więc nie z całkowitą absorpcją jego energii  Energia zaabsorbowana w jednostce objętości absorbenta w jednostce czasu z padającego strumienia kwantów gamma o natężeniu energetycznym J(MeV/cm2 s) to  Gdzie to współczynnik absorpcji równy kombinacji liniowej współczynników dla 3 omawianych procesów z wagami określającymi jaka część energii kwantu jest absorbowana w danym procesie Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys Neutrony  Neutrony jako cząstki bez ładunku elektrycznego oddziałują silnie z jądrami atomowymi powodując dwa efekty  Emisję naładowanej cząstki – produktu reakcji lub też jądra odrzutu po rozproszeniu neutronu (do identyfikacji neutronów używa się głównie reakcje (n,p) i (n,α) oraz sprężyste rozpraszanie neutronów na protonach)  Powstanie radioaktywnego jądra i jego rozpad  W obu wypadkach dalsze skutki oddziaływania neutronu z materią są takie jak skutki oddziaływania ciężkich naładowanych produktów powyższych procesów