Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Энергияның иондалған шығыны

Салыстырмалы аз энергиялы (< 2МэВ) электрондар заттан өткенде аз энергиясын жоғалтады, нәтижесіңде атомдық электрондардың қозғалуы және иондалуы ауыр зарядталған бөлекштерге ұқсас болып келеді. Бірақта электронның ауыр зарядталған бөлшектерден айырмашылығы, олар бір реттегі соқтығыста энергиясының айтарлықтай белігінен айырылады және үлкен бұрышқа шашырайды. Бұл электронның жүгіріс ұзындығының флуктуациясы айтарлыктай үлкен және ауыр зарядталған бөлшектер сиякты электронның ортадағы жолы түзусызықты болмайды. Үлкен энергиядағы электрон энергиясының шығыны тежелген заттағы электр өрісінің ядросындагы электромагнитті сәулелену нәтижесінде өтеді. Үдеумен козғалатын электрон удеу квадратына пропорционал энергияны бөліп шығарады. Кулондық өрістегі ядро үдеуі ядро зарядына пропорционал және бөлшек массасына кері пропорционал. Сондықтан энергия шығыны электромагниттік сәулелену нәтижесінде зарядталған ауыр бөлшектерге тән емес, өйткені олардың массасы электрон массасынан әлдеқайда ауыр.

Электрондар бір-бірімен соктығысу кезінде өздерінің айтарлықтай энергия бөлігінен айырылады (орташа 1/2 бөлігіне дейін). Бірақ біріншілік электрон беру электронына қарағанда әрқашан үлкен энергияға ие болады десек, олардың шығыны ортамен 1/4 болады. Жол бірлігіндегі энергия шығынын Бете есептеді. Егер зат арқылы ұшып өтетін бөлшек атомдағы электронның байланыс энергиясына қарағанда үлкен энергияға ие болса, электрондар үшін энергияның иондалған меншікті шығыны Бете-Блоха формуласымен өрнектеледі:

эрг/см² (2.1)

мұнда m_с және е - электронның массасы мен заряды (m_ес² =511 кэВ электронның тыныштык массасы), с - жарык жылдамдығы, - бөлшек жылдамдығы; = ; z - позитрон заряды бірлігіндегі бөлшек заряды; -заттағы электрон тығыздығы; (I = 1.35эВ • z.) - бөлшек өтетін ортадағы заттың орташа иондалған атом потенциалы.

Кейде Бете-Блох формуласы былай жазылады:

(2.1a)

Бете-Блох формуласынан шығатын негізгі заңдылық былай: Шығындар массаға тәуелді емес, бөлшек зарядына квадраты тәуелді және оның жылдамдығының функциясы болады:

Бұл ( ²«1) аз жылдамдықты аумақтағы барлық бөлшекке әмбебаб, 1/ ² сияқты өзгереді, яғни бөлшектің нерелятивистік баяулау кезінде онын тежелуі бірден күшейеді. Соңдыктаң кейде релятивистік бөлшекті «минималды иондаушы» деп атайды. В өсуі кезінде шығын баяу (~ ) өседі. Электрон бірігллі соқтығысында энергияны көп мөлшерде жоғалтады, электрон мен энергия шығыны флуктуациясы ауыр зарядталған бөлшектерге

6-сурет

қарағанда айтарлықтай үлкен. Әр түрлі қалыңдықтағы графит қабатынан өткен электрондардың энергетикалык таралуы 6-суретте көрсетілген. Әрине, бұл жағдайдағы берілген графит қалыңдығынан өткен энергия бойынша электрондардың таралуы тек энергия шығынындағы флуктуацияға ғана қарастырылмаған. Электродардың атоммен көп реттік соқтығысында аз мәнге ие болмайды және электронның жұтқыштағы жол бөлігінің өсуіне әкеледі. Бірақ бұл жағдайда да, көп реттік шашыраудың әсері ескерілмегенде, энергияның лақтыру шығыны белгілі траектория бөлігінде үлкен.

Үдемелі қозғалыс кезінде электрондар тежеуші деп аталатын электромагниттік сәуле бөліп шығарады. Тежеуші сәуле жоғары шегі электрон энергиясымен аныкталатын үздіксіз спектрге ие. Егер жиілікте бөлініп шығатын фотон, орта атомы (Е, ) (см²-сек)/атом Е энергиялы электронмен өзара әсерлесу кезінде қиылысуы белгілі болса, жол бірлігіне катысты энергияның радиациялық шығынын келесідей түрде жазуға болады:

мұндағы: n- бұрынғысынша орта көлемі бірлігіндегі атом саны, ал ν_макс=Е/n. Атом ядросы өрісіндегі және электрон өрісіндегі тежеуші сәуленің фотон бөліп шығару ықтималдылығы мәніне пропорционал, соңдықтан энергияның радиациялық шыгыны электрон энергиясына пропрорционал.

Радиациялык шығынды өрнектеу үшін, энергияға әэуелді емес бірнеше эффектілі қиылысуды _рад енгізу колайлы. Енгізілген радиациялық шығынның орташа қиылысуы (2.2) теңдігіндегі электон энергиясына бөлінген интегралға тең, яғни:

-()_рад=nE _рад (2.3)

Егер электрон энергиясы Е > 137mc²/Z^1/2 шартын қанағаттандыратын болса, онда _рал энергияға тәуелді емес және шамамен 2-10^-27- 183/z^1/3) мәнін құрайды. Электронның аз энергиясыңда _рал энергия функциясы болып табылады, бірақ бұл әлсіз тәуелділік:

Электрон энергиясы шығынын орта атомының иондауға және сәулеленуге кеткен энергия шығынымен салыстырамыз. ~ с кезінде энергияның иондалған шығыны z-ке және энергия логарифміне пропорционал, ал сәулеленуте кеткен шығын энергиямен сызықты өседі және z-ке пропорционал, сондыктан энергияның үлкен шығны кезінде сәулеленуге кетеді. Энергияның иондалған шығыны және сәулеленуге кеткен шығын салыстырмалы болғанда электронның Е_кр критикалық энергиясын енгізуге болады. Бұл энергиядан төменде иондалған шығын, жоғарыда -сәулеленуге кеткен шығын жатады. Бете мен Гайтлер иондалғаң және радиацияланған энергия шығындарының арасындағы жакын мәнді береді:

(2.4)

мұнда да шеткі (критикалық) энергия Е_кр = 800/z (МзВ). Қорғасын сияқты ауыр элементтерде радиациялык шығын электрон энергиясының 10 МэВ жоғарыда жатады.

Е_кр <Е жэне _рад Е-ге тәуелді болмаған жағдайда, интегралдаудан кейін (2.4) бөлшектің энергиясы мен жүгірісінің логарифмі арасындағы сызықтық байланысты аламыз. Сәуле шығару кезінде, электрон энергиясының

е-есеге азайған қашыктығын радиациялык үзындық ₍₎ деп атайды. (2.4) тен есептей отырып, _рал энергияға тәуелді болмағанда Хо=1/(n _рад) жеңіл табамыз. Сонда:

Радиациялық ұзындык корғасын үшін х₀ = 5,8 г/см² -тан гелий үшін х₀ -5,8 г/см²-қа дейін өзгереді.

Электронның тежелуі -квант пен нейтрон интенсивтік ағындарын алу үшін колданылады, сондыктан толығырақ тежелуші сәулелену сипатына токталамыз. Жұқа корғасын нысанадағы тежелу кезіндегі электрондардың интенсивті тежеуші сәулеленудегі энергетикалық таралуы 7 суретте берілген. Қалын нысана болған жағдайда, ягни мөлшері радиациялык ұзындықтан бірнеше есе үлкен болғанда, спектр бөлек болады. Оны алу үшін, _рал (Е) тәуелділігі мен иондаушы шыгынға назар аудара отырып, келтірілген спектрлерді орташалау қажет.

Ордината осі бойынша бірлік энергетикалык интервалдағы -квант энергетикалык квант санына келтірілген мәні жатқызылған.

7-сурет. Жұқа қорғасын нысанадағы тежелу кезіндегі әр түрлі энергиялы электронмен түсетін тежеуші сәулелену интенсивтілігінің энергетикалык таралуы.