ΜΒΛΙΑ ΦΟΡΤΙΣΜΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ μβέλεια είδος (φορτίο, μάζα) & ενέρεια Φ.Σ. μβέλεια πυκνότητα, Ζ & Α του Α.Μ. μβέλεια σωματιδίων-α 1. Κινούνται σε ευθεία ραμμή μέσα στο Α.Μ.. Στα στερεά και υρά μικρότερη εμβέλεια απ όση σε αέρια (cm σε αέρα ενέρειά τους σε MeV) 3. Ισχύουν εμπειρικές εξισώσεις: Ποσοστό σωματιδίων-α μετά τη διέλευσή τους από διάφορα πάχη ενός Α.Μ. (όπου: R 0 ή R m = μέση εμβέλεια, δηλ. πάχος υλικού που σταματά τo ½ των α, ενώ R ή R e = εμβέλεια εκ προεκτάσεως). Ισχύει R e = 1,1 R m R αέρα R 0,31 Ζ 3/ α 0,173E (cm) 0,4E 3/ α Α 1/3 Ζ 3/ α (mg.cm (mg.cm Σε μονάδες πάχους (mg.cm - ) με υπόψη ΚΑΙ την πυκνότητα του Α.Μ., καλούμενες μονάδες επιφανειακής πυκνότητας: R (mg.cm - ) = R (cm) x πυκνότητα Α.Μ. - ) - )
ΜΒΛΙΑ ΦΟΡΤΙΣΜΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ μβέλεια ηλεκτρονίων 1. Μεάλες αποκλίσεις στην πορεία τους λόω ελαστικών και μη ελαστικών κρούσεων με ηλεκτρόνια του Α.Μ.. Δεν έχουν ορισμένο βάθος διείσδυσης και παρουσιάζουν μια μέιστη εμβέλεια Ισχύουν εμπειρικές εξισώσεις όπως ια Al: R 41.E n (mg.cm - ) (α) μβέλεια μονοενερειακών e, (β) μβέλεια σωματ.-β R 0 =μέιστη εμβέλεια, R p =εμβέλεια εκ προεκτάσεως Όπου n=1,65-0,0954.lne ια =0,01-,5 MeV Και: R 530E Για =,5-0 MeV 106(mg.cm - ) Σωματ.-β ενέρειας 0,1 MeV εμβέλεια 13 cm σε αέρα και 0,14 cm σε ιστούς ενώ 1 p ενέρειας 1 MeV, εμβ., cm σε αέρα και 0,003 cm σε ιστούς)
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΝΤΡΟΝΙΩΝ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ Ως αφόρτιστα προκαλούν έμμεσα ιονισμούς και διεέρσεις Διεισδύουν σε μεαλύτερο βάθος στο Α.Μ. απ ότι τα Φ.Σ. λόω και μικρού μεέθους και σχεδόν αποκλειστικά συκρούονται με ατομικούς πυρήνες Σωματίδια-α Σωματίδια-β Ακτινοβολία- Ακτίνες-Χ Νετρόνια χαρτί αλουμίνιο μολύβι Υλικά πλούσια σε Η (π.χ. τσιμέντο, νερό)
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΝΤΡΟΝΙΩΝ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ Ανάλοα με την ενέρειά τους τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με τους ατομικούς πυρήνες με πολλούς τρόπους, όπως: 1. λαστική σκέδαση. Μη ελαστική σκέδαση 3. Πυρηνικές αντιδράσεις 4. Σύλληψη
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΝΤΡΟΝΙΩΝ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ 1. λαστική σκέδαση: Ταχύ n συκρούεται με ατομ. πυρήνα, η ενέρειά του μοιράζεται μεταξύ τους και σκεδάζονται και τα δύο. Πιθανότερο να συμβεί ια 0,5< n <10 MeV. Γενικά, το κλάσμα της κιν. ενέρειας δ σώματος μάζας m 1 που μεταφέ- λαστική κρούση μεταξύ σφαιρών Αλλά εδώ ισχύει: δ 1 4Α Α cos θ ρεται σε ακίνητο σώμα m είναι: δ 4m m m1 επειδή μάζα νετρονίου=1 1 m cos θ Με τίνος πυρήνα πρέπει να συκρουσθεί κατά μέτωπο (θ=0, cosθ=1) το n ια να μεταφέρει το μέιστο ποσό της ενέρειάς του;
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΝΤΡΟΝΙΩΝ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ. Μη ελαστική σκέδαση: Συμβαίνει ια n 100 kev, (απαιτούμενη ια μετάβαση πυρήνα στην πρώτη διηερμένη στάθμη ενέρειας) Ο πυρήνας απορροφά το ταχύ n πανεκπέμπει νετρόνιο μικρότερης ενέρειας κπέμπει φωτόνια- ια να αποδιεερθεί (συνήθως) 3. Πυρηνικές αντιδράσεις: Συμβαίνουν ια n λία ΜeV (τουλάχιστον ίση με ενέρεια κατωφλίου αντίστοιχης πυρηνικής αντίδρασης) Το n ενσωματώνεται στον πυρήνα Ο πυρήνας εκπέμπει διαφορετικό σωματίδιο (π.χ. p, σωμ.-α)
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΝΤΡΟΝΙΩΝ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ 4. Σύλληψη: Συμβαίνει ια n 0,05 ev (θερμικό ή βραδύ n) Ο πυρήνας του στοιχείου συλλαμβάνει το βραδύ n Σχηματίζεται ένα ισότοπο του στοιχείου Το ισότοπο εκπέμπει συνήθως φωτόνια- ια να αποδιεερθεί (ακτινοβολούσα σύλληψη) π.χ. A Z X 1 0 n [ A1 Z X]* A1 Z X Αντιδράσεις Szilard-Chalmers Οι L. Szilard και T. A. Chalmers (1934) ανακάλυψαν ότι η εκπομπή φωτ.- από τον διηερμένο ισοτοπικό πυρήνα, του μεταδίδει ενέρεια ανάκρουσης ικανή ια σπάσιμο χημ. δεσμών και απομάκρυνση του από το μητρικό μόριο με μεάλη κινητική ενέρεια (Θερμό άτομο) π.χ. CH CH 17 3 18 3 I 1 0 n I CH 3 18 18 CH Το 18 Ι στη συνέχεια μπορεί: 3 I CH3 I 18 I 1. Να αντιδράσει σαν άτομο ή ιόν. Να συλληφθεί πάλι από CH 3 (συκράτηση) 18 17 18 17 3. Να υποστεί ισοτοπική ανταλλαή: I CH I CH I I 3 3
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ Τα φωτόνια- και Χ: Ως αφόρτιστα και χωρίς μάζα ηρεμίας παρουσιάζουν μεάλη, αλλά απροσδιόριστη, διεισδυτικότητα και μικρή αλληλεπίδραση Χάνουν ενέρεια με μόνο μία ή λίες καταστροφικές αλληλεπιδράσεις με ηλεκτρόνια ή πυρήνες ατόμων του Α.Μ. Έτσι αφαιρούνται από τη δέσμη ή αμέσως ή πολύ μετά ή καθόλου! Η μείωση της έντασης τους, Ι (φωτόνια/m.s 1 ) είναι: όπου μ σταθερά αναλοίας και dx μικρή απόσταση που διανύουν στο Α.Μ. και με ολοκλήρωση ια συνολικό πάχος x ίνεται: di Iμdx Για δεδομένο Α.Μ. και ενέρεια φωτονίων η μ (m 1 ) έχει σταθερή τιμή και λέεται ραμμικός συντελεστής απορρόφησης, ενώ η μ/ρ (m.kg 1 ) μαζικός συντελεστής απορρόφησης Ι x I 0 e μx
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ Η απορρόφηση της ηλεκτρομανητικής ακτινοβολίας ίνεται με τέσσερις τρόπους: 1. Σύμφωνη σκέδαση. Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο 3. Φαινόμενο Compton 4. Παραωή ζεύους Ο καθένας από αυτούς έχει το δικό του μερικό συντελεστή απορρόφησης. Άρα ο συνολικός μ είναι: μ μ συμ. μ φωτ. μ Com. μ ζευ.
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ 1. Κατά τη Σύμφωνη σκέδαση (σκέδαση Rayleigh ή σκέδαση Bragg) το φωτόνιο- απορροφάται και επανεκπέμπεται αμέσως από το άτομο χωρίς απώλεια ενέρειας αλλά μόνο με αλλαή της διεύθυνσής του Προκαλούνται φαινόμενα συμβολής, χρήσιμα ια ανάλυση δομής του απορρο- φητικού υλικού. Ισχύει: και αυξάνει ια <0,1MeV και ια Z >~80 Π.χ. Στο μόλυβδο ακτινοβολία- απορροφάται κατά 0% μέσω σύμφωνης σκέδασης coh Ζ
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ. Κατά το Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο συμβαίνει πλήρης απορρόφηση των φωτονίων- από το άτομο, εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και σχηματισμός ζεύους ιόντων. Ισχύει: e E E Ισχύει: phot Z E 5 3,5 Συμβαίνει εκπομπή ακτίνων-x και ηλεκτρονίων Auger, αυξάνει όταν <1 MeV, ελαττώνεται με αύξηση της και Κ>L>M
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ 3. Κατά το Φαινόμενο Compton τα φωτόνια- αλληλεπιδρούν με το πεδίο ενός ηλεκτρονίου και έχουμε εκπομπή ενός ηλεκτρο-νίου ενώ το φωτόνιο- σκεδάζεται με χαμηλώτερη ενέρεια Ισχύει: e Με εφαρμοή νόμων διατήρησης ενέρειας και ορμής: Ισχύει: σ Compt Ζ 1 ( /m c e )( 1 cosθ). Δηλαδή η σ αυξάνει με τον Ζ και ελαττώνεται με αύξηση της Συμβαίνει κυρίως όταν 0,6< <4 MeV, με
ΑΛΛΗΛΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Μ ΤΗΝ ΥΛΗ 4. Κατά την παραωή ζεύους ένα φωτόνιο- μετατρέπεται σε ένα ηλεκτρόνιο (e ) και ένα ποζιτρόνιο (e + ) στο πεδίο Coulomb του πυρήνα. Πρέπει 1,0 MeV διότι m 0,e = 0,51 MeV Ισχύει: σ pair Z E Η επιπλέον ενέρεια εμφανίζεται σαν κινητική ενέρεια του ζεύους των e: 1, 0 και αυξάνει με αύξηση του Ζ και όταν > 4 MeV e E e