25. Взаимодействие тяжелых заряженных частиц с веществом

Проходя через вещество, тяжелая заряженная частица (-частица, протон) теряет свою энергию в основном за счет ионизации и возбуждения атомов вещества. При этом за счет большой массы тяжелая частица в процессе взаимодействия с электроном вещества практически не меняет направление своего движения. Частица движется практически прямолинейно.

Тяжёлые заряженные частицы взаимодействуют главным образом с электронами атомных оболочек, вызывая ионизацию атомов. Проходя через вещество, заряженная частица совершает десятки тысяч соударений, постепенно теряя энергию. Если энергия заряженной частицы теряется на ионизацию среды, то говорят об удельных ионизационных потерях. Удельные потери энергии возрастают с уменьшением энергии частицы и особенно резко перед остановкой в веществе (пик Брэгга).

25. Взаимодействие легких заряженных частиц с веществом

При взаимодействии с частицами вещества импульсы налетающих частиц могут существенно менять свое направление при каждом акте взаимодействия. Это приводит к искривлению траектории движения частицы. Вторая особенность состоит в том, что легкие частицы испытывают существенные потери энергии на электромагнитное излучение.

Заряженная частица, двигаясь в веществе с ускорением, испытывает потерю энергии на излучение электромагнитных волн. Такое излучение называется тормозным, а потери энергии за счет него называются радиационными.

25. Связь ионизационных и радиационных потерь энергии

• Механизм ионизационных потерь энергии для электронов такой же, что и у тяжелых частиц.

• Заряженная частица, двигаясь в веществе с ускорением, испытывает потерю энергии на излучение электромагнитных волн. Такое излучение называется тормозным, а потери энергии за счет него называются радиационными.

• Радиационные потери энергии пропорциональны квадрату ускорения.

• Радиационные потери для частиц с одинаковым электрическим зарядом обратно пропорциональны квадрату массы частицы. Отсюда следует, что радиационные потери могут играть заметную роль для легких частиц, но не для тяжелых частиц.

• Основной вклад в ионизационные потери энергии вносят взаимодействия налетающих частиц с электронами вещества. Радиационные потери главным образом связаны с взаимодействием частиц с ядрами вещества. Это следует из того, что число электронов вещества в раз превышает число ядер, а радиационные потери при столкновении с ядром в раз больше, чем при столкновении с электроном.

• Формула для рад. Потерь

• Формула для ионизационных потерь

25. Взаимодействие гамма-квантов с веществом

Прохождение - квантов через вещество сопровождается их поглощением. При прохождении поглотителя толщиной интенсивность излучения уменьшается на величину , которая пропорциональна потоку частиц и толщине слоя поглотителя: (для однородной среды коэффициент пропорциональности постоянен).

К основным видам взаимодействий - излучения с веществом относятся:

• Фотоэффект - процесс взаимодействия - кванта с электроном вещества, при котором вся энергия - кванта передается электрону и электрон покидает пределы атома с полученной кинетической энергией. Фотоэффект возможен только на связанных электронах. Чем меньше связь электрона с атомом по сравнению с энергией фотона, тем менее вероятен процесс фотоэффекта. Фотоэффект преимущественно особо существенен для тяжелых веществ (т.о. фотоэффект является преимущественным эффектом поглощения при низких энергиях фотонов (примерно до 0,1 МэВ));

• При более высоких энергиях существенную роль начинает играть комптон – эффект - рассеяние - квантов с изменением (увеличением) длины волны (области энергий от 0,5 до 2 МэВ).

• При еще более высоких энергиях - квантов (более 1 МэВ) существенным становится третий механизм поглощения – рождение электрон – позитронных пар. Данный процесс состоит в том, что квант излучения в кулоновском поле атомного ядра или в поле электрона вещества поглощается, а рождаются электрон и позитрон.

Коэффициент поглощения - квантов веществом в силу сказанного является суммой трех слагаемых: