Презентация на тему Ядерные частицы

энергиями Е >> J =13.5 Z эВ. (J –

средний
потенциал ионизации атома; E < 10 МэВ).
Общая картина взаимодействия:

сквозь вещество, «растал-кивает» атомные электроны своим кулонов-ским полем. При

этом частица теряет свою энергию – ионизационные потери, а атомы ионизуются или возбуждаются. Эти потери энергии на единицу пути будем характеризо-вать величиной - dE/dx и полным пробегом R частицы в веществе.

с электроном атома – pb>> ħ;

- скорости атомных электронов

до и после столкновения малы по сравнению со скоростью налетающей частицы, или
Ечаст >> (Мчаст/me)Ee

одним электроном.
Импульс электрона будет менятся в перпенди-кулярном направлении к

оси (Х):

Пусть взаимодействие эффективно на участке пути равном 2b, которое частица проходит за время Δt = 2b/vч. Кулоновская сила взаимодей-ствия примерно равна:

в атоме вещества.
Учтем взаимодействие со всеми электронами на рас-стоянии

b. Для этого запишем объем цилиндрического слоя радиуса b, толщиной db и высотой dx:
V = 2 ∙ b db dx. ∙ Число электронов в объеме V равно
V∙ ne=2 ∙ b∙ne db dx (ne – плотность электронов).

к выражению для ионизационных потерь –формула Бора:

формулы Бора:
- Число ne пропорционально плотности вещества
ne =

Z ∙  ∙ Na / A. Поэтому -dE/dx ~ , a величина
-dE/d(∙x) примерно одинакова для всех веществ.
- Величину (x), имеющую размерность г/см2,
принимают за единицу длины и в этих единицах
рассчитывается толщина защиты от радиации.

скорость частицы, тем выше потери.
Поэтому треки частиц в камере

Вильсона или в
фотоэмульсии резко утолщаются в конце пути.

- При одной и той же энергии при нерелятиви-стских скоростях потери пропорциональны массе частицы. Поэтому треки у тяжелых час-тиц жирнее и короче.

Многократно заряженные частицы сильнее
тормозятся в веществе.

очень больших энергиях налетающих частиц.

Пробег R частицы в веществе

зависит от энергии, массы и заряда частицы:

вещество.
Механизм ионизационных потерь для электронов в общем такой же,

как и для других заряженных частиц. Отличие в малости массы электрона, что приводит к большому изменению импульса электрона в каждом столкновении, изменения первоначального направле-ния движения. С учетом всех поправок для ионизаци-онных потерь электронов получены выражения:
а –релят.:

примерно
одинаковы для однократно заряженных частиц
любых масс для

релятивистских энергий (например: р,е).

для протона они в 2000 раз больше чем для

электрона той же энергии.
В ультрарелятивистском пределе ионизацион-ные потери слабо зависят и от энергий и от масс частиц. Поэтому эти частицы трудно отличить по толщине треков.

Поэтому
электроны при столкновениях с атомами (ядра-ми) вещества излучают.

Это излучение назы-вают тормозным. Потери энергии на тормозное излучение называются радиационными. Интенсивность тормозного излучения для час-тицы с ускорением v в нерелятивистском нек-вантовом случае определяется соотношением:

радиационных потерь:
С увеличением энергии электронов радиационные потери становятся преобладающими

при Екр. Для оценки критической энергии получено соотношение:

- квантам относят электромагнитные вол-ны, длина которых,  ,

значительно меньше межатомных расстояний d = 10-8 см:  << d.
Энергия  - квантов может принимать значение
в пределах: 10 кэВ < Е< 1000 ГэВ
Поскольку  - кванты имеют нулевую массу
покоя, то скорость их должна равняться
скорости света.

или поглощаются, или рассеивают-ся на большие углы и их

интенсивность понижается: dJ = -  J0 dx
здесь J, J0 – число частиц, проходящих через 1 см2 в 1 сек. и начальная интенсивность, соответ-ственно;  - коэффициент поглощения;
 / - массовый коэффициент поглощения или толщина слоя вещества, измеряется в единицах г / см2.

то получим
полное сечение рассеяния данного процесса:
i 

nii , а полный коэффициент поглощения
будет равен:  i.
Поглощение  - квантов веществом происходит
за счет трех процессов: фотоэффекта, комптон-
эффекта и рождения электронно-позитронных
пар в кулоновском поле ядра.

Фотоэффект.

Фотоэффектом называется процесс поглощения
 - кванта атомом с испусканием электрона.
Поскольку свободный электрон не может поглотить
 - квант (вследствии нарушения законов сохранения энергии и импульса), то вероятность поглощения бу-дет максимальна при Еγ ~ Есв для электронов. Таким образом, на зависимости эффективного сечения иони-зации Ф от Е будут наблюдаться резкие пики при Е равных потенциалу ионизации оболочек К, L, М и т.д.…

IM IL

IK E

Рис . Зависимость сечения ионизации от энергии энергии  - кванта.

от атомного номера вещества; растет при переходе к тяжелым

элементам; является преобладающим механизмом поглощения при низких энергиях -квантов: ф  6*10-16 см2 при Е = 1 КэВ;
ф  6*10-25 см2 при Е = 0.1 МэВ.

элементов от энергии
 - кванта (в единицах мес2).

Комптон – эффект.
С увеличением

энергии  -кванта электроны в атоме можно считать свободными и взаимодей-ствие принимает характер рассеяния. При этом наблюдается рассеянное излучение с большей длиной волны. Изменение длины волны  - кванта равно:
Δ  h /mec(1 - cosӨ) = Λk(1 - cosӨ),
где Θ- угол рассеяния, Λk – Комптоновская длина волны электрона:
Λk= h /mec = 2.42 ∙ 10 -10 см (0.024Å)

для разных элементов от энергии  - кванта

(в единицах мес2).

При высоких Е пороговая энергия образования равна
При образовании

электрон-позитронных пар в кулоновском поле электрона пороговая энергия  - кванта повышается до:

и алюминии от энергии  - кванта (в

единицах мес2).

ф0

все три процесса взаимодействия со средой: фотоэффект, эффект Комтона

и процесс образования электрон-позитронных пар:

 - кванта (в единицах мес2).

(в единицах мес2) для разных элементов.

веществом.
Эффект Черенкова. 1958 г. – Нобелевская пре-мия, П. Черенков,

И. Франк, И. Тамм.
Скорость света в среде определяется формулой:  = с = с/n. Так как n >1, то частица может дви-гаться быстрее скорости света в среде. Такая сверхсветовая частица, если она заряжена, бу-дет излучать свет даже при неускоренном дви-жении.