3. Пробег заряженных частиц в веществе. -электроны.

В пучке электронов даже при одинаковой их начальной энергии различные частицы по-разному углубляются в толщу вещества. Это связано с их рассеянием. Лишь некоторые электроны могут пройти весь путь в одном направлении. Минимальная толщина поглотителя, необходимая для полного поглощения энергии заряженной частицы, называется линейным пробегом (). Среднее значение модуля вектора между началом и концом пробега заряженной ионизирующей частицы в данном веществе называется средним линейным пробегом (). С увеличением энергии частицы её пробег в веществе возрастает. Пробег заряженной частицы в различных веществах будет обратно пропорционален концентрации электронов в поглощающей среде. Т.к.(- число Авогадро,- плотность среды, А – массовое число), то, т.е. пробег, если его выражать в массе вещества, приходящегося на единицу площади, будет зависеть только от. За исключением атома водорода и атомов тяжёлых элементов эта величина(начало и середина таблицы Менделеева). Величинуназывают средним массовым пробегом.

Длина пробега заряженных частиц зависит от заряда и энергии частиц и может быть рассчитана для средних и высоких энергий при интегрировании уравнения Бете-Блоха. Кривые «длина пробега – энергия» для электронов, протонов и -частиц в воде приведены на рис. 20.

Рис. 20.Длина пробега электронов (1), протонов (2) и-частиц (3) в органических веществах с плотностью=1г/см²в зависимости от энергии.

Чем больше первоначальная энергия частицы, тем больше её пробег в веществе. Для низких энергий падающих частиц эта теория становится неточной и значения, вычисленные для соответствующих длин пробега, недостоверны.

В конце пробега, заряженная частица создаёт больше ионов на единицу пути, чем в начале (рис. 21). Это следует из зависимости линейной плотности ионизации (ЛПИ) от скорости частицы, т.е. из того, что .

Рис. 21.Линейная плотность ионизации для протонов (140 МэВ, биологическая ткань) – 1 и дейтонов (190 МэВ, Н₂О) – 2.

Длина пробега некоторых типов заряженных частиц (в том числе и испускаемых некоторыми изотопами) представлена в таблицах 7-9.

Табл. 7

Длина пробега электронов
Е, КэВ	, мкм
0,1	0,0031
1,0	0,0554
10,0	2,517
100	141,2
480	1651

Табл. 8.

Длина пробега -частиц
Е, МэВ	Воздух, см	Биоткань, мкм
4	2,5	31
4,8	3,3	40
5,5	4,0	49
8,8	8,6	105

Табл. 9.

Длина пробега электронов
Изотоп	Е, МэВ	Воздух, см	Биоткань, мкм
	0,0179	0,2	-
	0,155	15,5	200
	0,167	16,3	240
	0,255	46,5	600
	1,704	600	8000
	3,58	1400	19000

Падающая быстрая заряженная частица передаёт выбитому из атома электрону столь большую энергию, что тот в свою очередь ионизирует соседние атомы до своей полной остановки. В таких случаях говорят об образовании -электронов (иногда устанавливают порог: если их энергия>>100 эВ). На пути движения-электронов наблюдаются вызванные ими скопления ионов (рои). Чем выше энергия-электронов, тем реже рои образуются. Доля скоплений с числом ионов, равным 1, 2, 3, 4 и более четырёх43%; 22%; 12%; 10% и 13% их общего числа. В среднем-электроны способны создать 3-4 пары ионов на своём пути. Почти половина всех ионизаций от заряженных частиц создаётся-электронами.

Возбуждение атомов требует меньше энергии, чем ионизация, и летящая частица способна возбуждать атомы, расположенные на большем удалении от её траектории, чем при ионизации. Поэтому на каждый акт ионизации приходится несколько актов возбуждения, на которые расходуется энергия летящей частицы. В среднем одна пара ионов образуется при поглощении в веществе биологического объекта примерно 33-34 эВ, что больше среднего потенциала ионизации (10-17 эВ). Соответственно этому энергия, теряемая падающей частицей на образование одного скопления ионов, составляет в среднем 100 эВ.