Интернет-магазин электроники и бытовой техники

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Китайские косметические средства

Китайская народная медицина

Копии смартфонов

Духи от Dior

Стильные браслеты с уникальным дизайном

Термос Bullet

Часы Hublot механические

Гироскутер SmartWay

Женский Интим-гель

Нужен оригинальный подарок? Закажи

Электрические цепи переменного тока Явление резонанса векторная диаграмма Электpостатика Закон Кулона Потенциал Диэлектpики Пpоводники Теоpема Гаусса Электpическая емкость Физика атомного ядра Электромагнетизм Волновая оптика Математика Задачи Векторная алгебра Производная

Атомная энергетика и ядерная физика

Поглощение электромагнитного излучения в веществе.

Рассмотрим взаимодействие с веществом рентгеновских и γ-лучей, т.е. электромагнитных излучений с очень короткими длинами волн, которые способны глубоко проникать в вещество и производить при этом ионизацию. Для краткости здесь будем говорить только о γ-квантах. Поскольку основной ионизационный эффект обуславливается взаимодействием с веществом частиц, возникающих в ходе первичного поглощения и рассеяния γ-квантов, эти электромагнитные излучения относят к косвенно-ионизирующим.

По мере прохождения через вещество число квантов в первоначальном пучке постепенно уменьшается. Соответственно уменьшается и интенсивность пучка (энергия, переносимая γ-квантами в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную пучку). Пусть монохроматический пучок γ-лучей падает перпендикулярно на пластинку малой толщины x и пусть рассеяние γ-квантов происходит однократно. Интенсивность γ-пучка после прохождения пластинки (Ix) связана с интенсивностью падающего пучка (I0) выражением

,

в котором n – число атомов поглотителя в 1 см3, σ – полное эффективное сечение рассеяния и поглощения γ-квантов на одном атоме, которое представляет собой вероятность возникновения реакции в единичном потоке при прохождении слоя мишени в 1 см, содержащего одну рассеивающую частицу. Для характеристики рассеяния по различным направлениям удобно использовать дифференциальное сечение рассеяния dσ, т.е. сечение рассеяния внутрь элемента телесного угла dΩ. Число рассеянных частиц (dN), летящих после попадания на мишень в элементе телесного угла dΩ, пропорционально дифференциальному сечению: dN(Θ,φ) = JMdσ(Θ,φ); где J – плотность потока частиц, M – полное число рассеивающих центров в облучаемой части мишени, Θ и φ – полярный и азимутальный углы рассеяния падающей частицы внутри dΩ. Перспективы развития быстрых реакторов Главными факторами, влияющими на развитие ядерно-энергетических систем нового поколения в XXI веке, будут: экономика, безопасность, устойчивость с точки зрения нераспространения и защита окружающей среды, включая улучшение использования ресурсов и сокращение образования отходов. Многие будущие инновации будут сосредоточены на системах на быстрых нейтронах, которые могут производить больше делящегося материала в форме плутония-239, чем они потребляют

Выражение для полного эффективного сечения рассеяния получаем интегрированием:

(в случае аксиальной симметрии).

Произведение (n∙σ = τ) представляет собой линейный коэффициент ослабления τ. Тогда . Часто вместо x берут величину ρ∙x (ρ – плотность) и вводят массовый коэффициент поглощения μ = τ/ρ.

Для различных процессов поглощения γ-квантов главной задачей является установление зависимости эффективного сечения процесса от энергии падающих квантов и от свойств поглощающего вещества. В области энергий γ-квантов от 5 кэВ до 5 МэВ (рис. 13), главным образом, наблюдаются 3 процесса: фотоэффект, эффект Комптона и рождение электронно-позитронных пар. Представляют интерес и такие процессы, как упругое потенциальное рассеяние в кулоновском поле ядра (дельбруковское рассеяние), рэлеевское рассеяние, ядерное резонансное рассеяние, ядерное томсоновское рассеяние. Но их вклад в процессы повреждения атомов и молекул биологических объектов, которые нас интересуют в данном курсе, невелик и потому мы остановимся на трёх указанных выше. Эти три процесса могут происходить независимо друг от друг от друга, поэтому полный коэффициент ослабления равен сумме его составляющих, соответствующих этим процессам:

τ = τф.э. + τк.р. + τо.п. или μ = μф.э. + μк.р. + μо.п.

Чтобы установить зависимость коэффициента поглощения от энергии γ-квантов и свойств вещества, разберём эту зависимость для каждого из этих процессов в отдельности.

Фотоэффект. Это процесс, при котором вся энергия падающего кванта hν передаётся связанному электрону. Его кинетическая энергия при вылете из атома Te = hν – I­i, где I­i – энергия связи той оболочки, на которой находится электрон. Энергию отдачи, полученную ядром при вылете электрона ,можно не учитывать, т.к. Tя << hν или Tя << Te. Фотоэффект всегда сопровождается либо характеристическим излучением, либо эффектом Оже, когда энергия возбуждения атома передаётся одному из его электронов, который и покидает атом.

В общем, поглощение быстро уменьшатся с возрастанием энергии. Однако каждый раз, как только энергия γ-квантов становится больше энергии, необходимой для ионизации электронов следующей более глубокой оболочки, поглощение скачком возрастает. После того как энергия γ-квантов стала больше энергии связи электронов К-оболочки, скачков больше не наблюдается. В этом случае γ-кванты (до 80%) поглощаются электронами К-оболочки, т.е. наиболее сильно связанными.

Рождение электронно-позитронных пар. При достаточно большой энергии γ-кванта становится возможным процесс, когда в одном акте взаимодействия возникают в поле какой-нибудь частицы (чаще всего ядра атома) электрон и позитрон, а квант при этом поглощается. Этот процесс около ядра происходит в области размером ~ комптоновской длины волны электрона.

Формула Резерфорда. Волны де Бройля. Опыты Хофштадтера. Формула Мотта. Форм-фактор. К заряженным частицам относятся электроны, протоны, дейтоны, a-частицы, положительные и отрицательные мезоны и гипероны, ядра (ионы) тяжелых элементов. Взаимодействие этих частиц с электронами, атомами, ядрами среды происходит через кулоновские, электромагнитные и ядерные силы. Поэтому число различных процессов взаимодействия достаточно велико. Основными механизмами взаимодействия заряженных частиц с веществом являются электромагнитное взаимодействие с электронами вещества (ионизация), а также внутриядерные взаимодействия с нуклонами ядра.

Ионизационное торможение заряженных частиц. Уравнение Бете-Блоха. Поскольку действие -излучения и нейтронов скорее результат воздействия вторичного излучения, т.е. электронов и протонов отдачи, чем результат их первичных взаимодействий, данные, полученные при изучении взаимодействия заряженных частиц с веществом, можно использовать не только для описания действия быстрых электронов или ионов, но также и для описания воздействия -излучения и нейтронов.


На главную