Характеристическое рентгеновское излучение

Характеристическое рентгеновское излучение – электромагнитное излучение, испускаемое при переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на внутренние (характеристический спектр).

Когда энергия бомбардирующих анод электронов становится достаточной для вырывания электронов из внутренних оболочек атома, на фоне тормозного излучения появляются резкие линии характеристического излучения. Частоты этих линий зависят от природы вещества анода, поэтому их и назвали характеристическими.

Состояние атома с вакансией во внутренней оболочке неустойчиво. Электрон одной из внешних оболочек может заполнить эту вакансию, и атом при этом испускает избыток энергии в виде фотона характеристического излучения:

4. Средняя энергия ионообразования. Эффективный атомный номер вещества.

Полная энергия ионизации воздуха определяется соотношением:

– энергия, затрачиваемая на ионизацию,

– энергия, затрачиваемая на возбуждение атома,

– энергия, уходящая в тепло.

Средняя энергия ионообразования (энергия, затрачиваема на образование одной пары ионов) определяется соотношением:

W – полная энергия,

N – число образованных пар ионов.

e – заряд электрона,

U – потенциал ионизации атома.

Заменим в уравнении 1:

 

Средняя энергия ионизации воздуха составляет 34 эВ, из них 15 эВ идет на ионообразование.

Эффективный атомный номер

Под эффективным атомным номером сложного вещества в дозиметрии понимают атомный номер такого условного простого вещества, для которого коэффициент передачи энергии излучения, рассчитанный на один электрон среды, является таким же, как и для данного сложного вещества. Другими словами, для любых двух веществ, имеющих одинаковый эффективный номер, энергия излучения, переданная заряженным частицам в расчете на один электрон среды, должна быть одинакова при тождественных условиях облучения. Здесь n_el — число электронов в единицы массы сложного вещества:

где p_i - массовая доля i - го простого вещества, входящего в состав сложного вещества; A_i, Z_i - массовое число и атомный номер простых веществ.

 

5. Механизмы взаимодействия гамма-излучения с веществом. Фотоэффект. Томсоновское рассеяние гамма-квантов. Эффект Комптона. Эффект образования пар и ядерный фотоэффект.

При прохождении через вещество гамма-кванты взаимодействуют с электронами и ядрами, в результате их интенсивность уменьшается. К потерям энергии γ -излучения приводят процессы, связанные с фотоэффектом, комптоновским рассеянием электронов в веществе и образованием электрон-позитронных пар. Вклад каждого из процесса в ослабление γ -излучения зависит от энергии γ -квантов ядерного излучения и параметра Z вещества-поглотителя. Общая закономерность заключается в том, что вероятность потери энергии в процессе фотоэффекта и комптоновского рассеяния снижается с ростом энергии γ -излучения, а вероятность образования электрон-позитронных пар растет (начиная с энергии 1, 02 МэВ) с повышением энергии γ -кванта. Вероятность потери энергии γ -квантов с ростом параметра Z пропорционально Z - для комптоновского рассеяния, Z2 - для процессов образования электрон-позитронных пар и Z4- для процессов фотоэффекта. Иначе, с ростом параметра Z и энергии γ -излучения будет увеличиваться вероятность процессов в ряду: фотоэффект - комптоновское рассеяние - возникновение электрон-позитронных пар.

В области энергий до 10 МэВ наиболее существенными процессами являются фотоэффект, эффект Комптона и образование электрон-позитронных пар. При энергии гамма-квантов больше 10 МэВ превышается порог фотоядерных реакций и в результате взаимодействия фотонов с ядрами становятся возможны реакции типа (γ, р), (γ, n), (γ, a). Сечения фотоядерных реакций в области энергий до 100 МэВ составляют 1% полного сечения взаимодействия гамма-квантов с атомом. Однако фотоядерные реакции необходимо учитывать в процессах преобразования фотонного излучения в веществе, так как вторичные заряженные частицы, такие как протоны и альфа-частицы, могут создавать высокую плотность ионизации.

Фотоэффект – явление, связанное с освобождением электронов твердого тела (или жидкости) под действием электромагнитного излучения. Различают внешний фотоэффект – испускание электронов под действием света (фотоэлектронная эмиссия), γ -излучения и др.; внутренний фотоэффект – увеличение электропроводности полупроводников или диэлектриков под действием света (фотопроводимость); вентильный фотоэффект – возбуждение светом ЭДС на границе между металлом и полупроводником или между разнородными полупроводниками.

Эффект Комптона – упругое рассеяние электромагнитного излучения малых длин волн (рентгеновского и γ излучения) на свободных электронах, сопровождающийся увеличением длины волны λ. Эффект Комптона подтвердил правильность квантовых представлений об электромагнитном излучении как о потоке фотонов и может рассматриваться как упругое столкновение двух частиц – фотона и электрона, при котором фотон передает электрону часть своей энергии (и импульса), вследствие чего его частота уменьшается, а λ увеличивается.

Эффект Комптон обратный – упругое рассеяние на электронах высокой энергии, приводящее к увеличению энергии (частоты) фотонов (уменьшению длины волны).

Комптоновская длина волны – величина, имеющая размерность длины и указывающая область проявления релятивистских квантовых эффектов. Название связано с тем, что через комптоновскую длину волны электромагнитного излучения при эффекте Комптона. Для частицы массы m комптоновская длина волны λ ₀=ħ /mc, где ħ – постоянная планка, с – скорость света.

Томсоновское рассеяние (рассеяние Томсона) - упругое рассеяние электромагнитного излучения на заряженных частицах. Электрическое и магнитное поля падающей волны ускоряют заряженную частицу. Ускоренно движущаяся заряженная частица излучает электромагнитные волны. Таким образом энергия падающей волны частично переходит в энергию рассеянной волны — происходит рассеяние.

Рождение пар -в физике элементарных частиц обратный аннигиляции процесс, в котором возникают пары частица-античастица (реальные или виртуальные). Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы: E_p = 2mc²=1.02 МэВ – ЧИСЛО ЭНЕРГИИ ЗНАТЬ ШАРИКОВ СПРАШИВАЕТ! Минимальная энергия E_p, необходимая для рождения пары данного типа, называется порогом рождения пар.

Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта с электромагнитным полем ядра (в сущности, с виртуальным фотоном) является преобладающим процессом потери энергии гамма-квантов в веществе при энергиях выше 3 МэВ (при более низких энергиях действуют в основном комптоновское рассеяние и фотоэффект, при энергиях ниже E_p=1, 022 МэВ рождение пар вообще отсутствует). Вероятность рождения пары в таком процессе пропорциональна квадрату заряда ядра.

Фотоядерные реакции — ядерные реакции, происходящие при поглощении гамма-квантов ядрами атомов. Явление испускания ядрами нуклонов при этой реакции называется ядерным фотоэффектом.

По этому вопросу был доп: из чего складываются потери энергии гама квантов – из сумму фотоэффекта, комптона и образования пар.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: