Презентация "Тормозное излучение" по физике – проект, доклад

Лекция 6

Интенсивность тормозного излучения Запрет тормозного излучения в вакууме Рентгеновское излучение электронов Условия расчета сечения тормозного излучения Сечение тормозного излучения График дифференциального сечения Потери энергии на тормозное излучение Критическая энергии Тормозное излучение для тяжелых частиц

«Тормозное излучение»

Интенсивность излучения J пропорциональна квадрату ускорения частицы:

При прохождении заряженной частицы (Z1, m1, T1) в электрическом поле атома (A2, Z2) возникает тормозное излучение.

Вероятность излучения сильно зависит от массы m налетающей частицы

Интенсивность тормозного излучения

Процесс тормозного излучения в вакууме (электрон – свободная частица) запрещен законами сохранения энергии-импульса

Напишем равенство 4-импульсов до и после реакции

Четырехимпульс , где E полная энергия (Е=Т+mc2) частицы

Квадрат выражения

получается в виде (*) - с.ц.и.

Суммарный импульс электрона и γ-кванта в с.ц.и равен нулю

Поэтому

Величины , поэтому равенство не может быть выполнено

Запрет тормозного излучения в вакууме

Рентгеновское излучение электронов

Рентгеновское излучение электронов на аноде ускорительной трубки

Электроны на пути к аноду разгоняются до сотен кэВ

Поток γ-квантов N(Eγ) имеет непрерывный энергетический спектр

Максимальная энергия γ-квантов может достигать значений

Незначительная энергия передается также ядру отдачи. Малость этой энергии обусловлена большой массой ядра.

Условия расчета сечения тормозного излучения

Бете и Гайтлер рассчитали радиационные потери с учетом конечных размеров атома. Вероятность тормозного излучения на отдельном ядре z2 по разному зависит от прицельного расстояния ρ, на котором пролетает электрон мимо ядра. Для больших энергий возможны два предельных случая: - отсутствие экранирования поля ядра атомными электронами, взаимодействие происходит на близких расстояния энергия электронов лежит в диапазоне - полное экранирование поля ядра атомными электронами это соответствует энергии При высокой энергии поперечная составляющая э/м поля налетающего электрона сильно вытянута и действует на экранированное ядро

Угол тормозного излучения получается равным Например, для Те=10 МэВ величина

Сечение тормозного излучения

Сечение тормозного излучения релятивистских электронов получено в аналитическом виде для рассмотренных выше предельных случаев

Величина сечения пропорциональна квадрату заряда ядра Излучение возможно также на отдельных электронах Пересчет на все электроны атома дает вклад ~ Полное сечении на один атом вещества ~

График дифференциального сечения

Слева - зависимость от энергии электрона Те при фиксированной энергии Еγ. Справа - зависимость от энергии γ-кванта Еγ при фиксированной энергии Те.

При энергии электрона Те получается непрерывный поток γ-квантов, вплоть до энергии Те. Это требует определенной методики в проведении активационных экспериментов в пучке γ-квантов, который получается при сбросе электронов ускорителя на мишень. Монохроматических γ-квантов нет. Эксперимент в области энергий проводится при двух близких значениях Те1 и Те2. Разница значений после активации при этих двух энергиях и будет результатом, который относится к Еγ = (Те1 + Те2)/2.

Потери энергии на тормозное излучение

Удельные потери энергии на тормозное излучение электронов

Выражение для радиационных потерь электрона можно представить в виде

Величина - радиационная ед. длины для налетающего электрона

Параметр

Удельные радиационные потери линейно растут с энергией налетающего электрона. На одной радиационной единице длины (см, или г/см2) с большой вероятностью происходит излучение γ-кванта.

Потеря энергии на тормозное излучение

Дифференциальная зависимость потерь

Закон изменения энергии налетающей частицы Ео по глубине x поглотителя

На толщине одной радиационной единицы длины начальная энергия частицы Ео уменьшается в е раз

Зависимость вещества мишени в основном определяется выражением

Пересчет рад. ед. длины

Пересчет рад. ед. длины для частицы с массой m

Для тяжелого протона это соотношение равно

Критическая энергия

График удельных ионизационных и радиационного потерь энергии. Точка пересечения дает значение критической энергии

Зависимость от параметров частицы и характеристик среды

Для электрона (с учетом Z=1 и V c)

численно

Например, для свинца

для алюминия

Чем легче вещество, тем больше значение критической энергии. Величина Екр является граничной энергией, начиная с которой превалирует тормозное излучение по сравнению с ионизационными потерями.

Тормозное излучение для тяжелых частиц

Учитывая зависимость для частицы m1 Для

Тормозное излучение отличается от процесса ионизационных потерь. Сброс энергии на излучение может происходить большими порциями. Это следует из спектра потерь: В любой части энергетического спектра излучения одинаковая доля потерянной энергии равновероятна. Сброс энергии может происходить большими порциями за малое число взаимодействий.

Тормозное излучение наиболее характерно для электронов, другие частицы практически не участвуют в этом процессе.

получаем