Interacțiunea electronilor cu materia

Specifice Electronii pierdere de energie. Trecerea de electroni printr-un alt material din trecerea particulelor grele încărcate. Principalul motiv - o masă mică a electronului. Acest lucru duce la o schimbare relativ mare în pulsul de electroni la fiecare coliziune cu particule de mediu, ceea ce determină o schimbare notabilă în direcția de mișcare a electronilor și ca rezultat - radiația electromagnetică.
Pierderea specifică de energie a electronilor cu o energie cinetică

Acestea sunt suma pierderilor de ionizare și de radiații:

Pierderile de energie ionizarea specifice de electroni

în care mi - masa de electroni (mine 2 = 511 keV - electron de energie de repaus); Te - energia cinetică a electronului; c - Viteza luminii; β = v / c; v - a vitezei particulei; ne - substanțe cu densitate de electroni; - potențialul mediu de ionizare al atomilor din mediul prin care particula: = „eV unde Z“ 13.5Z - taxa nucleilor medie în unități de sarcină pozitron;
r0 = e 2 / mi c 2 = 2.818 x 10 -13 cm - raza de electroni clasice

Electroni pierdere de energie de ionizare. La energii de electroni scăzute (E <1 МэВ) определяющий вклад в потери энергии дают неупругие ионизационные процессы взаимодействия с атомными электронами, включающие ионизацию атомов. Передаваемая в одном столкновении энергия в среднем очень мала и при движении в веществе потери складываются из очень большого числа таких малых потерь. Статистические флуктуации в ионизационных процессах ведут к разбросу потерь и величин пробегов.
In nerelativiste pierderile regiunii de ionizare scad rapid cu creșterea energiei și să ajungă la un nivel minim, la o energie E ≈ 1,5 MeV. Pierderea în continuare foarte lent (logaritmic) crește cu energie, ajunge la un platou. Motivul pentru această dependență este polarizarea electronilor de trecere medie (efectul de densitate). Ca rezultat, câmpul Coulomb este atenuat de electroni relativistă și medii solide (solide și lichide) pierderile nu cresc. În gazele creșterea pierderea poate ajunge la câteva zeci de procente.
Când calcule în funcție pierderile au reprezentat atât electronii se deplasează după o interacțiune și ca masa redusa interactioneaza electroni este de mine / 2. De asemenea, luate în considerare electroni efecte mecanice cuantice de identitate. Magnitudinea relativă a acestor corecții este de câteva procente.

Pierderea de energie de electroni radiative. Pierderile prin ionizare Electron domina la energii relativ joase. Cu E crește energia de electroni, creșterea pierderilor de radiații. Potrivit electrodinamicii clasice, taxa, care se confruntă cu o accelerare, radiază energie. puterea radiației W este determinată de relația

în care E este exprimată în megaelectronvolts, Z - taxa medie atomi medie nuclee.
Electron energie Ekrit. la care valoarea pierderilor specifice de radiații egale cu pierderile specifice ionizării, numite critice. energie de electroni critic pentru diferite materiale sunt prezentate în tabelul 3.
Cu energii de electroni de mai sus pierderile critice radiativ domina peste ionizare. Astfel, electronii cu o energie de 100 pierderi MeV radiații în fier și plumb depășesc ionizare, respectiv, 3 și 10 ori. In regiunea de energie, care este dominată de pierderea de radiație, energia electronilor scade exponențial pe măsură ce trece prin substanță:

unde E0 - energia electronilor inițial, E - energia electronilor după lungimea de trecere x, Lr - lungimea de radiație.

Tabelul 3. Critical Ekrit energia electronilor și lungime radiație Lr pentru diferite substanțe

Fig. 5. Reprezentarea schematică a traiectoriilor fasciculului de particule nerelativiste inițial paralele în materie. și - particule alfa, b - electroni.

Imprastierea electronica. Așa cum am văzut mai sus, o masă relativ mică a electronilor influențează în mare măsură caracterul mișcării lor în materialul. Intr-o coliziune cu nucleele atomice și electroni de electroni adesea deviază semnificativ de la direcția inițială de mișcare și se deplasează traiectoria de înfășurare (Fig. 5b). Astfel, pentru procesul de electroni scattering multiplă de substanță atomi trebuie să afecteze în mod semnificativ alerga lor. Așa cum sa arătat mai sus, în dependență de împrăștiere multiplă a unghiului deviație pătratică medie <θ 2> o particulă încărcată pe al impulsului p, viteza v și distanța parcursă de o substanță sub forma x

Deoarece masa de electroni este mic, unghiurile de împrăștiere, mai ales la energii joase este semnificativ mai mare decât particulele mai grele. Astfel, electronii cu o energie de 2 MeV și 5 rms unghiului de dispersie se repetă (<θ 2>) 1/2 ≈1.27 rad și 1,00 rad, respectiv; aproximativ 25 de ori mai mare decât unghiul de imprastiere de particule alfa cu aceeași energie. Creșterea în unghiul mediu și contribuie la valoarea mare a căii de x. Ca urmare a împrăștierii multiple a direcției de mișcare a electronilor deviază foarte mult de original, iar lungimea totală de electroni cale poate depăși 1,5-4 ori rula, înțeleasă ca distanța parcursă de electron în direcția mișcării inițiale.

Fig. 6. Dependența variației intensității fasciculului de electroni inițial I monoenergetic pe grosimea absorbantului din aluminiu pentru diferite energii fasciculului; Rs - gama extrapolat pentru electroni mono-energetic

Fig. 6 arată modul în care intensitatea I a fasciculului variază de la inițial monoenergetic lungimea căii de electroni x, a călătorit prin ele în direcția aluminiului original în mișcare, pentru diferite energii inițiale ale electronilor. La energii mai mari (E >> mine 2 = 511 keV), împrăștierea este relativ mică și cea mai mare parte electronii se deplasează în direcția inițială. Intensitatea lor la etapa inițială a călătoriei este aproape neschimbată, ceea ce corespunde zone ale platoului din curbele de absorbție. Acest lucru este similar cu comportamentul de împrăștiere slab de particule alfa (Fig. 4). Pe măsură ce distanța parcursă și diminuarea energiei de imprastiere a electronilor unghi crește, iar intensitatea în direcția inițială scade. La energii joase electronii dobândesc directii de miscare de caracter haotic, iar propagarea fasciculului - natura difuzie (Figura 5, b.).

calea extrapolata de electroni. Procesele de împrăștiere a electronilor și a pierderii de energie, ceea ce duce la o scădere a intensității sunt natura probabilistică, ceea ce duce la o răspândire considerabilă în valori ale intervalelor particulelor individuale. Pentru electroni, deoarece valoarea medie a pârtiilor este folosit în general alerga extrapolate, t. E. O grosime a absorberului, care a continuat porțiunea liniară cădere a fasciculului de electroni în funcție I (x) al nivelului de intensitate traversează intensitatea zero (Fig. 6).

Extrapolate rulează în g / cm2 de electroni cu energie E (MeV) din aluminiu poate fi determinată prin formulele:

Rs (Al) = 0.4E 1.4 la E <0.8 МэВ,
Rs (Al) = 0.54E - 0.133 pentru E> 0,8 MeV.

Calea extrapolată a electronilor în materialul cu o sarcină Z, iar numărul de masă A este asociat cu o serie de aluminiu, după cum urmează:

Extrapolate rulează electroni în diferite substanțe enumerate în tabelul 4.

Tabelul 4. extrapolate rulează electroni (în cm), în diferite materiale, în funcție de energia lor

Fig. 7. ploaie filetata cauzate de electroni de mare energie

electroni de mare energie. electroni de mare energie (E> 100 MeV), formă, ca urmare a emisiei succesive de radiatii gamma (care apoi dau naștere la electroni pozitron perechi) dușuri cascadă (Fig. 7). cabină de duș cu filet poate fi inițiată și de energie înaltă γ cuantice. În funcție de grosimea materialului numărului stratului de electroni în duș inițial crește rapid. Cu toate acestea, ca cascada medie de energie atribuite scăderi de electroni. După ce este redusă, astfel încât fotonii nu va fi în măsură să dea naștere la electroni pozitron perechi, ploaia sa oprit. Numărul de particule într-un duș de electroni de mare energie poate ajunge la 10 iunie.
Pentru ionizare electronică mare de atomi este însă o modalitate de interacțiune cu mediul. Cu energii de electroni E ≈ 50 probabilități MeV ale diferitelor procese sunt, respectiv:

coliziuni elastice - 5%;
Ionizarea - 35%;
excitarea atomilor - 60%.

interacțiunea pozitroni cu substanța
interacțiunea pozitroni în materie este descrisă de aceleași relații ca și pentru electroni. Ar trebui, de asemenea, în considerare în continuare pentru efectele anihilarea incidentului pozitroni cu un substanțe de electroni și excluzând efectul de schimb calcule. Secțiunea transversală este invers proporțională cu anihilarea vitezei pozitroni: anihilarea

1 / V, astfel încât pozitroni anihila pierdut aproape toată energia mea.