Линейные потери энергии и их зависимость от заряда и скорости частицы и плотности вещества.

Число пар ионов, образованное заряженными частицами на своем пути через вещ-во наз-ся полной ионизацией. Величина ионизац-х потерь энергией частицей на единице пути (линейная потеря энергии dE/dx), из определения формулы Бора выводим: - dE/dx~ne, (Ze)2, f(b)

Т.е. ионизационные потери зависят от:

1) свойств среды (плотности вещества, или числа электронов в единицу объема)

2) скорости и заряда пролетающей частицы. зависимость от среднего ионизационного потенциала логарифмическая, т.е. довольно слабая.

Таким образом, для частиц одинаковой энергии полная ионизация будет одинакова, но плотность ионизации для бета-частиц значительно меньше, чем для альфа-частиц

Величина энергии, которую теряют бета-частица на еденице длины пути, намного меньше, чем для альфа-частицы и поэтому пробег бета-частиц в веществе значительно больше.

9. Радиационные потери энергии (связь с энергией и массой частицы и с атомным номером вещества). Пробег заряженных частиц в разных материалах.

Уменьшение Е кин заряженных частиц в процессе взаимодействия с электрическим полем ядра- рад. потери Е.

Для е- до нес-х МэВ, для α-частиц и протонов с Е- до нес-х десятков МэВ основными явл-ся ионизационные потери Е, т.е. потери Е на ионизацию и возбуждение атомов среды. В процессе ионизации обр-ся пара ионов. Е, требуемая для обр-я 1 пары ионов в воздухе равна 35 МэВ для α-частицы и 34 МэВ для β-частиц. По мере прохождения ч/з в-во Е частиц уменьшается. Ионизация заканчивается, когда Е ионизирующей частицы становится ниже порога работы (34 МэВ). α-частица присоединяет 2 е, превращается в атом гелия, β-частица (е) становится е среды.

Число пар ионов, образованное заряж. частицами на своем пути ч/з в-во- полная ионизация.

Ионизационные потери зависят от: 1) св-в среды (плотности в-ва, или числа электронов в единице объема), 2) скорости и заряда пролетающей частицы, зав-ть от ср ионизационного потенциала логарифмическая, т.е. слабая.

Особенности передачи Е заряженной частицы в- ва: 1) чем медленнее частица, тем более длительное время продолжается ее возмущающее действие на атомы в-ва, 2) влияние заряж. частицы тем сильнее, чем больше ее заряд. При увеличение заряда частицы увеличивается ЛПИ (линейная плотность ионизации) и ЛПЭ (линейная передача энергии). Е движущейся заряж. частицы расходуется на ионизацию и возбуждение атомов, теряется в процессе неупорядоченноготорможения и ее пробег в в-ве ограничен. Чем больше ЛПЭ и ЛПИ, тем меньше длина пробега частиц одной Е. По мере прохождения частицы ч/з в-во ее Е снижается, а с уменьшением Е возрастает ЛПЭ, то в конце пробега создается наибольшая плотность ионизации, поглощается наибольшая доза ее Е, формируется пик Брега. Пик Брега исп-ся при лучевой терапии опухолей. Зная Е заряж. частицы, можно подать так облучение заряж. частицами, чтобы самая большая доза пришлась на ткань опухоли, не повреждая здоровые ткани. 3) масса заряж. частицы не влияет на уровень ее воздействия на электронную оболочку.

Вероятность возбуждения ионизации возрастает с увеличением длительности, интенсивности возмущающего действия эл. поля ускоренной заряж. частицы.

Скорость потери Е заряж. частицы в в-ве определяет ее проникающую способность. Глубина проникновения иониз. излучения зависит от состава и плотности облучения, от природы и св-в излучения. Чем больше ЛПЭ, тем меньше проникающая способность.

Т.о. для частиц одинаковой Е полная ионизация будет одинакова, но плотность ионизации для β-частиц меньше.

Величина Е, которую теряет β-частица на единицу длины пути, меньше, чем для α-частицы, поэтому пробег β-частицы в в-ве больше.

Пробег ионизирующей частицы- путь, на котором частица производит ионизацию в в-ве. Чем больше Е частицы, тем больше ее пробег. Пробег α-частицы в воздухе 8-9 см, в мягких биологических тканях – нес-ко десятков микрон. Пробеги β-частиц в воздухе 10-11 см, в мягких тканях- до 1 см. Пробег частицы в др в-х можно опр-ть по формуле Брега-Климена: R₀=R_возд*(P_возд/P₀)* , R₀-пробег в любом материале, R_возд- пробег в воздухе, Р_возд и Р₀-плотности воздуха и исследуемого материала, А_возд и Ф средние массовые числа воздуха и исследуемого в-ва.

10. Ослабление интенсивности электромагнитных излучений в веществе за счет фотоэффекта, Комптон-эффекта и эффекта образования электрон-позитронных пар.

Ослабление потока γ-квантов при прохождении через различные в-ва происходит вследствие их поглощения и рассеяния за счет трех процессов:

1) фотоэффекта (фотоэлектрического поглощения). Это взаимодействие γ-квантов с атомом, при котором γ-квант поглощается (исчезает), а из атома вырывается электрон. Энергия γ-кванта расходуется на разрыв связи электрона с ядром и на сообщение электрону Е кин. Фотоэффект наблюдается на внутренних электронных оболочках тяжелых атомов при низких энергиях γ-квантов. Вер-ть фотоэффекта пропорциональна четвертой степени атомного номера в-ва и резко падает при увеличении энергии γ-квантов. Необходимое условие: превышение Е над Е связи электрона. Вер-ть фотоэффекта увеличивается с ростом Е связи электрона. Не наблюдается на слабосвязанных электронах. Ф/эффект-главный механизм поглощения мягкого э/м излучения в тяж. Ме

2) комптон эффекта (комптоновское рассеяние) Рассеяние γ-квантов происходит на слабосвязанных электронах. Взаим-е квантов с е представляется как столкновение, в котором γ-квант передает часть своей энергии электрону (электрону отдачи), а сам рассеивается. После рассеивания электрон отдачи (комптоновский е) и измененный γ-квант разлетаются под разными углами. Длина волны и Е γ-кванта изменяются. Вероятность комптон эффекта пропорциональна заряду в-ва. Т.е. наблюдается при Е> 1 МэВ и является процессом первоначального направления с удлинением длины волны.

3) эффекта образования электрон-позитронных пар.

При взаимодействии γ-квантов с полем ядра при большой энергии может образоваться пара частиц: электрон и позитрон. Вся Е γ-квантов преобразуется в Е этих частиц. Необходимое условие: Е налетающего кванта не менее 1,02 МэВ. Вер-ть образования пар растет с увеличением Е γ-квантов и пропорциональна z².