ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ

Transcript

1 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ Η σχέση της σ κάθε τρόπου απορρόφησης φωτονίων-γ από το νερό συναρτήσει της ενέργειας των φωτονίων φαίνεται στο σχήμα:

2 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ ΜΕ ΤΗΝ ΥΛΗ Το συνολικό αποτέλεσμα της απορρόφησης οποιουδήποτε τύπου ιοντίζουσας ακτινοβολίας είναι η δημιουργία ιονισμών και διεγέρσεων στο Α.Μ.: ΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΣΚΕΔΑΣΕΙΣ ΠΡΩΤΟΝΙΑ ΝΕΤΡΟΝΙΑ ΜΗ ΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΣΚΕΔΑΣΕΙΣ ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΥΛΛΗΨΗ ΑΚΤΙΝΕΣ-γ ΘΕΤΙΚΑ ΙΟΝΤΑ ΑΚΤΙΝΕΣ-γ ΦΩΤΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ COMPTON ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΖΕΥΓΟΥΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ + ΠΟΖΙΤΡΟΝΙΑ( -γ) ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΑ ΜΗ ΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΚΡΟΥΣΕΙΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ+ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΔΙΕΓΕΡΣΗ

3 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ Δευτερογενή ηλεκτρόνια εκπεμπόμενα κατά τους ιοντισμούς τους προκαλούμενους από Ι.Α. σε Α.Μ. δημιουργούν περαιτέρω (δευτερογενείς) ιοντισμούς και διεγέρσεις: Μισό του συνολικού αριθμού ιοντισμών δημιουργούμενων από πρωτογενές φ. σωματίδιο συμβαίνει στις τροχιές των ακτίνων-δ! Τροχιά ταχέος ηλεκτρονίου Ιοντισμοί στα κέντρα Ιοντισμού σε ατμούς νερού Ιοντισμοί ανά κέντρο ιοντισμού >4 Σύνολο Ποσοστό κέντρων ιοντισμού (%)

4 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ Τροχιές σωματιδίων-α Στην τροχιά των σωματιδίων-α δημιουργούνται κέντρα ιοντισμού πολύ κοντά το ένα στο άλλο (ιοντισμός κολώνας) και πυκνότητα ιοντισμού μεγάλη Τροχιά ταχέος ηλεκτρονίου

5 ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΙΟΝΤΙΖΟΥΣΩΝ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΩΝ Εικόνες από θάλαμο φυσαλλίδων: Ίχνη ζεύγους ποζιτρονίου-νεγκατρονίου υπό την επήρεια ισχυρού μαγνητικού πεδίου κάθετου στο επίπεδο των ιχνών (παραγωγή ζεύγους ή δίδυμη γένεση) -γ e e + Δίδυμη γένεση

6 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΓΜΕ ή LET) Γραμμική μεταφορά ενέργειας (ΓΜΕ ή LET: Linear Energy Transfer) απορροφούμενη τοπικά, είναι η γραμμική απώλεια ταχύτητας ενέργειας ενός ιοντίζοντος σωματιδίου που διασχίζει ένα υλικό μέσο Επειδή: Η ταχύτητα απώλειας ενέργειας ποικίλλει κατά μήκος της τροχιάς του σωματιδίου Η μεταφερόμενη ενέργεια δεν απορροφάται απαραίτητα τοπικά Ορίσθηκε από ICRUM ένα άνω όριο, (Δ), απωλειών ενέργειας που θεωρείται ως τοπικά απορροφούμενη και έτσι: ΓΜΕΔ de απορ. dx Δ

7 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΓΜΕ ή LET) ΠΙΝΑΚΑΣ: Τιμές ΓΜΕ ή LET για διάφορα είδη ακτινοβολίας Τάση Υψηλή τιμή ΓΜΕ ή LET δηλώνει πυκνό ιοντισμό κατά μήκος της διαδρομής ιοντίζουσας ακτινοβολίας σε απορροφητικό μέσο και συνεπώς μεγαλύτερη «επίδραση».

8 ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΓΜΕ ή LET) Για την ίδια ενέργεια και το ίδιο απορροφητικό υλικό ισχύει: ακτίνες-γ, ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας ΑΥΞΑΝΟΜΕΝΗ ΓΜΕ ακτίνες-x χαμηλής ενέργειας, σωματίδια-β πρωτόνια δευτερόνια σωματίδια-α βαρέα ιόντα (ιονισμένο Ν, Ο κ.λπ.) θραύσματα σχάσης από πυρηνικές αντιδράσεις Το ποσοτικό αποτέλεσμα των διαφόρων τύπων ακτινοβολίας διαφέρει ανάλογα με το μέσο (αέρια, υγρά, στερεά) Στα διαλύματα όμως η χημική δράση των ακτίνων-γ πάνω στη διαλυμένη ουσία μπορεί να είναι τριπλάσια για ίδια ενέργεια!

9 ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Η εμβέλεια σωματιδίων-α ενέργειας 4 ΜeV στον αέρα στους 88 Κ και στα 760 mmhg είναι,3 cm. Nα υπολογίσετε τη μέση ΓΜΕ αυτών.. Nα υπολογίσετε τη μέση ΓΜΕ στο νερό για τα σωματίδια-β, που εκπέμπονται από το 90 Sr (E max = 0,544 ΜeV) και το 90 Υ (E max =,5 ΜeV). Να λάβετε υπόψη σας ότι η μέγιστη εμβέλεια αυτών στο νερό είναι αντίστοιχα 1,8 mm και 11 mm. 3. Ποια είναι η ροή των ακτίνων-γ από μια πηγή 60 Co ποσότητας 100 mci σε απόσταση 3 m; 4. Το πάχος μισής τιμής για το μόλυβδο και το νερό είναι αντίστοιχα 0,6 και 11 cm όταν τα υλικά αυτά ακτινοβοληθούν με ακτίνες-γ από 60 Co. Nα υπολογίσετε: (α) Τους μαζικούς συντελεστές απορρόφησης των υλικών αυτών (β) Το πάχος που απαιτείται να έχει καθένα από τα παραπάνω υλικά ώστε η ένταση μια πηγής 60 Co ποσότητας 1000 mci να ελαττωθεί κατά ένα συντελεστή (Δίνεται ότι η πυκνότητα του μολύβδου είναι 11,3 g.cm -3 σε 93 Κ)

10 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΛΥΣΗ (1): Ισχύει: ΓΜΕ de dx. αλλά: ΓΜΕ de. dx Ε μέση R οπότε με αντικατάσταση: ΓΜΕ 4.10,3cm ( ev) o A. cm 1 1,74.10 ev. A o 1 ΛΥΣΗ (): Όταν πρόκειται για σωματίδια-β: ΓΜΕ 90 Sr Ε μέση R Εμέση 1 Ε 3 (1/ 3) 0,544MeV 1 0,101MeV. mm 1,8 mm και max οπότε: ΓΜΕ 90 Υ Ε μέση R (1/ 3),5MeV 11mm 0,07MeV. mm 1

11 ΛΥΣΗ (3): Σε κάθε διάσπαση του 60 Co εκπέμπονται δύο φωτόνια-γ, [μέσης ενέργειας το καθένα 1,5 ΜeV [=(1,17+1,33)/]]. Οπότε η συγκεκριμένη πηγή εκπέμπει: ΑΣΚΗΣΕΙΣ (φωτ.-γ)x100(mci)x3,7x10 7 (dps/mci) = 7,4x10 9 (φωτ.-γ/s) Όταν λέμε ροή σε ορισμένη απόσταση εννοούμε για τη ροή σε επιφάνεια σφαίρας με ακτίνα ίση με τη δεδομένη απόσταση. Οπότε:, m (.. cm. s (.. s 4.10 ( cm. m ) ) Αν η απόσταση διπλασιασθεί αναμένεται ελάττωση της έντασης της ακτινοβολίας σύμφωνα με το νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου, ο οποίος απλώς αντανακλά το γεγονός ότι η αύξηση της επιφάνειας της σφαίρας (διαμέσου της οποίας διαδίδεται η ακτινοβολία) είναι ανάλογη με το τετράγωνο της ακτίνας αυτής! )

12 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΛΥΣΗ (4): Γνωρίζουμε ότι το πάχος μισής τιμής είναι: α) Για το μόλυβδο ισχύει: Χ 1/ ln μ μ ln 0,693 1,155 cm Pb ή μpb μpb 1,155 cm ή μpb ή μpb 0,10 cm.g Χ g 1/ 0,6 cm 11,3 3 Και για το νερό ισχύει : 0,693 11cm 0,063 cm g 1 3 cm 1 μ 1 Η Ο μη Ο 0,063 cm ή μη Ο ή μ Η Ο cm 0,063 cm.g -1 β) Ισχύει: Ι Ι0e -μx Αν Ι=1 Ι 0 =10 4, οπότε: 4 -μx 1 10 e ln1 ln10 4 μx 4 μx,303 x 4x,303 μ

13 Για το μόλυβδο ισχύει: 4-1,155x 4x, e x -1 1,155 cm x 8,01cm Για το νερό ισχύει: x 1 10 e x 4x,303 0,063 cm - 1 x 146, cm