Zasięg (promieniowanie cząstek)

Przechodząc przez materię, naładowane cząstki jonizują iw ten sposób tracą energię na wielu etapach, aż ich energia jest (prawie) zerowa. Odległość do tego punktu nazywana jest zasięgiem cząstki. Zasięg zależy od rodzaju cząstki, jej energii początkowej i materiału, przez który przechodzi.

Na przykład, jeśli jonizująca cząstka przechodząca przez materiał jest jonem dodatnim , takim jak cząstka alfa lub proton , zderzy się z elektronami atomowymi w materiale poprzez oddziaływanie kulombowskie . Ponieważ masa protonu lub cząstki alfa jest znacznie większa niż masa elektronu , nie będzie znaczącego odchylenia od ścieżki padania promieniowania, a energia kinetyczna będzie bardzo mała zostaną utracone w każdym zderzeniu. W związku z tym potrzeba wielu kolejnych zderzeń, aby tak silne promieniowanie jonizujące zatrzymało się w ośrodku zatrzymującym lub materiale. Największa strata energii wystąpi w zderzeniu czołowym z elektronem .

Ponieważ rozpraszanie pod dużym kątem jest rzadkie dla jonów dodatnich, zakres tego promieniowania może być dobrze zdefiniowany , w zależności od jego energii i ładunku , jak również energii jonizacji ośrodka zatrzymującego. Ponieważ natura takich oddziaływań jest statystyczna, liczba zderzeń wymaganych do zatrzymania cząstki promieniowania w ośrodku będzie się nieznacznie różnić w zależności od każdej cząstki (tj. niektóre mogą przemieszczać się dalej i ulegać mniejszej liczbie zderzeń niż inne). W związku z tym wystąpi niewielka zmiana w zakresie, znana jako straggling .

Strata energii na jednostkę odległości (a tym samym gęstość jonizacji) lub siła hamowania zależy również od rodzaju i energii cząstki oraz od materiału. Zwykle strata energii na jednostkę odległości wzrasta, gdy cząstka zwalnia. Krzywa opisująca ten fakt nazywana jest Bragga . Krótko przed końcem strata energii przechodzi przez maksimum, szczyt Bragga , a następnie spada do zera (patrz liczby w piku Bragga i sile hamowania ). Fakt ten ma ogromne znaczenie praktyczne dla radioterapii .

Zasięg cząstek alfa w otaczającym powietrzu wynosi zaledwie kilka centymetrów; dlatego ten rodzaj promieniowania można zatrzymać za pomocą kartki papieru. Chociaż cząstki beta rozpraszają się znacznie bardziej niż cząstki alfa, nadal można zdefiniować zakres; często wynosi kilkaset centymetrów powietrza.

Średni zasięg można obliczyć, całkując odwrotną moc hamowania przez energię.

skalowanie

Zasięg ciężko naładowanej cząstki jest w przybliżeniu proporcjonalny do masy cząstki i odwrotności gęstości ośrodka i jest funkcją początkowej prędkości cząstki.

Zobacz też

Dalsza lektura

Nakamura, K (1 lipca 2010). „Przegląd fizyki cząstek elementarnych” . Journal of Physics G: Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych . 37 (7A): 1–708. Bibcode : 2010JPhG...37g5021N . doi : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . PMID 10020536 .
Williams, William SC (1992). Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych (przedruk (z sprostowaniem) red.). Oksford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-852046-7 .
Lew, William R. (1994). Techniki eksperymentów z fizyki jądrowej i cząstek elementarnych: podejście typu „jak to zrobić” (wyd. 2 poprawione). Berlin: Springer. ISBN 978-3-540-57280-0 .