Лекция 6 Электрондардыи жүгіріс үзындыгы

Заттың қалың қабатынан өтетін электронды қатаң теориялық қарастыру, көпреттік шашырау мен энергия, шығының әсерінен өте күрделі. Ауыр зарядталған бөлшектерге жасалғаңдай, электрондардың көпреттік шашырауын орташа бұрыштык ауытқумен қарастыруға болады. Бірак мүндай қарастырулар бұл қабаттағы электрон энергиясыңың шығыны өте аз болатын материаддын жұка кабатына арналған. Егер жылдам электрон затқа кірсе, онда бастапкыда үлкен бұрышқа шашырау аз актамалды. Нәтижесінде электрон энергиясының иондалған және радиациялық шығыны азаяды және көп бөлігі үлкен бұрышқа шашырайды. Электрон санының берілген заттың белгілі кабатына өткен кездегі, сол кабатқа тәуелділігін әлсіреу функциясы

деп атайды. Алюминийдегі электронның моноэнергетикалық шоғырының әлсіреу функциясы 8-суретте берілген. Суретте көрсетілгендей, берілген энергиядағы электронның жүгіріс үзыңдығын аныктау өте киын.

Пунктирлі түзудің абцисса осімен қиылысуы жүгірістің экстраполярлы ұзындығы мәнін береді

8 Сурет – жұтқыштың t қабатынан өткен электроннның санының, осы жұтқыш қалыңдығына тәуелділігі

Жүгірістің экстраполярлы ұзындығы электрон энергиясымен сызықты байланысқан. Мысалы, алюминий үшін:

0,526Е[МэВ]. (2.6)

Ядроның (-құлаудағы электронының фольгадағы әлсіреуіэкспоненциальді сипатқа жақын. Бұл жағыдайда жүгірістің экстраполярлы анықтамасы күрделенеді. Алынған жүгірістің экстраполярлы ұзыңдығы -спектрдің шеткі энергия функциясыңда (3-бөлшек үшін берілген электронға жақын (2.7). Әр түрлі заттағы электронның экстраполярлы жүгірісі кестеде келтірілген.

0,542Е[МэВ] -0,133 (2.7)

3-кесте. Әр түрлі заттағы электронның, олардың энергиясына тәуелді, экстраполяр жүгірісі (см-де)

Зат	Электрон энергиясы, МэВ
	0,05	0,5	5	50	500
Ауа	4,1	160	2*10^3	1,7*10^4	6,3*10^4
Су	4,7*10^-3	0,19	2,6	19	78
Алюминий	2*10^-3	0,056	0,95	4,3	8,6
Қорғасын	5*10^-4	0,02	0,30	1,25	2,5

Лекция 7 Жұптардың құрылуы

Гамма квант электронның немесе ядроның электрлік өрісінде электро-позитрон жұбын құра алады. Гамма квантты екі бөлшекке түрлендіретін бұл процесс - эндотермиялық процесс және ол гамма кванттың энергиясы масса бірлігінде электрон мен позитронның тыныштық массасы мөлшерінен асқанда орындалады. Яғни, бұндай түрленудің энергетикалык табалдырығы 1,02 Мэв. Импульстің сақталу заңы орындалмағандықтан, гамма квантпен вакуумда жұптың түрленуі мүмкін емес. Бұл процесте энергияның сақталу заңын ядро серпімі (немесе электрон серпімі) энергиясын есепке ала отырып жазуға болады:

Һν = m₊с² + m_-с² + Е А (3.42)

m₊с² мен m_-с² - электрон мен позитронның толық энергиялары. Егер гамма кванттар вакуумда жұптар құрады десек, онда энергияның сақталу заңы мынадай түрде жазылады: Һν = m₊с² + m_-с²

Электрон-позитрондык жұптардың кұрылу эффектісі жағдайында алғашқы фотонның энергиясы электрон мен позитронның кинетикалык энергиясына және аннигиляция энергиясына 2m_ес² айналады. Бөлшектер жүбы -квант энергиясы электронның екі еселенген тыныштық массасынанасқанда ғана пайда болады. -квантка ядро өрісі сыртында бөлшек жұбына айналуға болмайды, өйткені бұл жағдайда импульстің сақталу заңы бұзылады. Мысалы, бұл жұптарды кұрылуының шектік шартынан шығады. Гамма квант 1,02 Мэв энергиясымен электрон мен позитрон тудыра алады. Дегенмен, -квант импульсі Е/с сияқты олардың импульсі де нөлге тең болады. Ядро өрісінде γ-кванттың энергиясы электрон, позитрон және ядро арасында энергияның сақталу заңы мен импульстың сақталу заңын бұзбай үлестіріледі. Ядро массасы электрон мен позитрснның массасынан әлдеқайда жоғары, сондықтан ол энергияның өте аз мөлшерін алады.

Әлсіреудің сызықтық коэффиценті жұптардың құрылуымен z² /-ғапропорционал. Бұл эффект ауыр заттарда жоғары энергияда байқалады. Коэффицент табалдырықтык энергия Е= 1,02 МэВ болғанда нөлден өзгеше болады. Е_ү>10 МэВ энергия аймағында γ-кванттың шоғы әлсіреуінде жұптардың құрылуы негізгі рөл ойнайды, сонымен катар γ-кванттың негізгі жұтуы ядро өрісінде орындалады.

Сөйтіп, алғашкы фотонның затпен өзара әрекетінің барлық

21 процестерінде энергия бір бөлігі электрондар мен позитрондардың кинетикалық энергиясына түрленеді, ал тағы бір бөлігі екінші ретті фотондық сәулеленуге түрленеді (22-суретті қарау).

Электрон мен позитронның қосынды импульсі өте жоғары , ол екеуі де γ кванттың бағытымен жылжығанда . Онда

— + (3.43)

Заряженная частыца

Е_А=(hν)²/(2Mc²)

Энергияны мегаэлектронвольтпен корсете отырып

Е_А(hν)² - МэВ

аламыз.

Энергиясы 10 Мэв- тан кішірек -кванттар үшін және А>10 E_A<5 кэв үшін. Жұптардың құрылуы кезінде электрон өрісінде сол шарттармен оның серпімді энергиясы одан да артық бола алады.

Соңғы мән-жай тәжірибеде электрон-позитрон жүптарының электрон өрісінде пайда болу жағдайларын белгілеуге мүмкіндік береді. Сондай жағдайларда тректік приборларда ( мысалы, Вильсон камерасында) ерекше триплеттер көрінеді.

Электрон мен ядро атомдарындағы жұптардың құрылу қимасы Z² -пропорционал және күрделі түрде энергияға тәуелді болады. Алғашында жұптардың кұрылу қимасы өте тез өседі, одан соң өсуі ақырындайды және өте үлкен энергияда (Һν » 137mс² Z^1/3 ) кима тұракты мәнге жетеді, z:

1,9*10^-2*z²Z^-1/3) (3.44)

-кванттар энергиясы электрон мен позитрондар арасында тепе-теңге жуық бөлінеді. Алайда -кванттар энергиясы өсе келе ассиметриялык энергиябөліну басым болады. Электрон мен позитрон спектрлері біраз, егер назар аударатын болсақ, ядро жойылғанда, жұп кұрылған өрісте электрондар тежеуге, ал позитрондар жылдамдық. Бүл эффект ядроның атомдык номері жоғары және γ-кванттың энергиясы төмен болған сайын артады.

Электрон-позитрон жұптарының сыңарлары γ-кванттың жоғары энергияларында олардың жылдамдығымен бағыттас. Төмен энергияларда бұрыштық үлестірілу және Z атомға байланысты.

γ-кванттарды жұптардың құрылуы бойынша тіркегенде елеулі ролді позитрондардың қысқа уақыттан кейін энергиясы 0,51 Мэв тең екі фотон бөле отырып аннигиляциялауды атқарады. Аннигиляция позитрондардың аз энергияларында аса ықтимал, сондықтан аннигиляциялық кванттардың бағыттары арасындағы бұрыш 180°-ка тең.

Жоғары энергиядағы электрондар (Е > 100 Мэв) γ-кванттарды шығарудың жүйелі актісі нәтижесінде каскадтык нөселерлер кұрастырады.( 23- сурет)

Каскадтық нөсер жоғары энергиядағы -квантпен. Затқабатының қалыңдығына байланысты нөсердегі электрондар саны басында тез жоғарылайды. Каскадтың даму мөлшеріне байланысты электронға келетін орташа энергия төмендейді. Фотондар электрон-позитрондық жұптар түзе алмайтындай мөлшерге дейін төмендегенде, нөсер тоқтайды. Нөсердегі бөлшектер саны жоғарғы энергиялык электрондар үшін 10⁶ жете алады.

22-сурет. Каскадтык нөсер.