1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 73
Текст из файла (страница 73)
ОБЩИЙ ХАРАКТЕР ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ у-ИЗЛУЧЕНИЯ С ВЕЩЕСТВОМ При рассмотрении взаимодействия Т-квантов со средой надо учитывать все три процесса: фотоэффект, эффект Комптона и образование электрон-позитронных пар. Суммарное сечение для них о = ое., + о„.„„, + ои.„, й! Пг Ц5 7 г 5 1й га 5В 7ВВ Г„/т,с' Рис.
175 362 Глава Л'. Взаимодействие часиищ и излучения с веществом где о, Хз!Етцз(Ет) — -сечение фотоэффекта; о„„„,-У!!Ет— сечение эффекта Комптона; (утр-Уз)п2ń— сечение образования пар, Из характера зависимости сечений от энергии т-излучения Е и заряда среды л. следует, что в области малых энергий (Е„< Е, ) основной механизм взаимодействия т-излучения со средой — фотоэффект, в промежуточной области Е, < Е, <Ез) — эффект Комптона, а в области больших энергий Е, > Ез) — процесс образования электрон-позитронных пар.
раничные значения энергии, отделяющие области преимущественного значения каждого из эффектов, различны для разных сред. В алюминии они соответственно равны Е, =0,05 МэВ и Ез= )5 МэВ, а в свинце Е, =0,5 МэВ и Е,=5 МэВ. На рис. ! 75 приведена зависимость сечения поглощения т-квантов в свинце в функции от энергии для каждого из трех механизмов взаимодействия, а также для суммарного сечения Остии = О Вот + !Зкоивт + Оилр 5 31.
Краткое заключение к гл. !Ч Глава 1Ч посвящена взаимодействиям заряженных частиц, нейтронов и т-квантов с электронами и ядрами атомов вещества при низких энергиях. В ядерной физике рассматриваются три вида взаимодсйствн: сильное (ядерное), электромагнитное и слабое. Ядерное взаимодействие характеризуется наибольшей интенсивностью и наибольшим эффективным сечением (о- 1О "— 10 '4 см') и наименьшим временем протекания (хм !О "—:1О хх с). Переносчиком ядерного взаимодействия являются ядерные кванты — я-мезоны. Простейшие примеры ядерных взаимодействий- притяжение межлу различными нуклонамн внутри ядра и рассеяние нуклона на нуклоне.
Электромагнитное взаимодействие в 10' — Юэ раз слабее ядерного и проис- холит за время т,„> 10 'р с. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются кванты электромагнитного излучения — фотоны. Примеры электромагнитных процессов — это ионизационное торможение, кулоновское рассеяние, фотоэффект. Слабое взаимодействие примерно в Ю" раз слабее сильного взаимодействия и характеризуется нанбольпэим временем протекания (как правило, т,„>10 'в с) и наименьшим сечением (о-Ю "' см').
Пример слабого взаимолействия . (1-распад ялер. Все виды взаимолействий (сильные, электромагнитые и слабме) по характеру их протекания можно разделить на упругие и неупругие. Упругое взаимодействие, т. с. упругое рассеяние одной частицы на другой, характеризуется сохранением суммарной кинетической энергии обеих частиц и может быть описано (лля всех нилов взаимолействий) при помощи простой геометрической схсмы, называемой и м п у л ь с н о й д и а г р а м м о й (для высоких энергий лолжсн быль рассмотрен релятивистский вариант диаграммы). у 3!. Краткое эахлоченае к гл.
)Ч 363 Неупругие процессы характеризуются переходом (полным или частичным) кинетической энергии движущейся частицы в другие формы, например в энергию возбуждения атома или ядра, в энергию излучения, в энергию покоя образующихся частиц. В гл. (Ч в основном рассматриваются упругие и неупругие процессы, происходящие под действием электромагнитного взаимолействия.
Частным случаем упругого электромагнитного взаимодействия является кулоновское рассеяние и-частиц на атомных ядрах, которое описывается формулой Резерфорда; йт=(Лхеэ1тоэ)э[ИП14з)пч(б12)). Экспериментальное подтверждение формулы Резерфорда привело к открытию ядерной модели атома. Упругое рассеяние двух тождественных заряженных частиц (протона на протоне, и-частицы на ядре зНе) описывается с помощью квантовомеханических формул Мотта, При движении в плотной среле зарюкенная частица испытывает серию последовательных актов упругого рассеяния на ядрах, располо:кенных вдоль траектории движения (многократное кулоновское рассеяние).
В результате этого процесса частица в среднем отклоняется от первоначального направления на некоторый результирующий угол п (средний угол многократного рассеяния), значение которого определяется формулой и Еэ 'х л1р)), где Л--заряд вдер среды; х — пройденное ресстояние; л — концентрация ядер среды; р, (3 и г--импульс, скорость и заряд частицы соответственно. По этой формуле можно определять рб частицы по измеренному значению и. Своеобразным процессом упругого рассеяния у-квантов на алек гранах является эффект Комптона, для которого характерна независимость ЛХ=)г'-)го (при постоянном угле рассеяния б) от характера рассеивающего вещества: Л2 = 2Л з(п ' ( й12) = 2 ( 1бт„г) й и ' (й,'2).
Дифференциальное сечение комптоиовского рассеяния вычисляется по формуле Клейна — Нишнны — Тамма. При Е,ж т„г' сечение, рассчитанное на атом, о„,„„, Х/Ег. Одним из видов нсупругого электромагнитного взаимодействия заряженных частиц с веществом является и о ни за цио н ное э ар м о же ни с, при котором кинетическая энергия частицы тратится на возбужденис и ионизацию атомов среды. Удельная потеря энергии на ионизапию не зависит от массы частицы, пропорциональна квадрату ее зарада и концентрации электронов в среде и обратно пропорциональна (в первом приближении) квадрату скорости частицы: г(2)г)х х'п„1о'. С помощью эх ого соогношения можно получить формулы, связывающие между собой энергию и ионизационный пробег для любой заряженной частицы в различных срелах. Электроны, выбитые из атомов среды в процессе ионизационного торможения заряженной частицы.
называются Ь-электронами. По направлению движения энергии и числу Ь-электронов на единице ллины можно оценить энергию и зарял образующей их частицы. Зб4 Глава 1И Взаимодействие частиц и излучения е веществом Другой неупругнй электромагнитный процесс — т о р м о з н о е н з л у ч ен не — возникает прн быстром тормо:кенни заряженной частицы в электрическом поле атомного ядра.
Потери энергнн на тормозное излучение (раднацнонные потери) для частиц с равными зарядами обратно пропорциональны квадрату массы частицы. Поэтому тормозное излучение существенно только для легчайших заряженных частиц — электронов, лля которых в первом приближении справедлива формула (ЙТ,)йх)„м-лТ,Х', где и †концентрац ядер в среде; Т, -кинетическая энергия электронов; а †зар ядер среды. Энергня, при которой потери на излучение н ноннзацню сравнимы по величине, называется к рн т н ч ес кой. Для энергни выше критической убывание средней энергии электронов с пройденным расстоянием х пРоисхоДит по экспоненцнальномУ законУ ехР( — х)хв), где величина хв называется раднацнонной длнной.
Очень своеобразный нсупругнй электромагнитный процесс открыт в 1934 г. П. А. Черенковым, работавшим в лаборатории С. И. Вавилова. Прн движении заряженных частиц со скоростью, превышающей фазовую скорость света е)л (л — показатель преломления в данной среде), наблюдается резко направленное свечение (созб= 11л()), котоРое получило название излучениЯ Вавилова †Черенкова. Это свечение возникает в результате когерентного излучения орпентпрованных днполей, возникающих вдоль траектории заряженной частицы под действием ее электрического поля. Теория излучения Вавилова — Черенкова была построена в 1937 г.
И. Е. Таммом н И. М. Франком. Эффект Вавнлова— Черенкова широко применяется для определенна скорости быстродвнжущнхся заряженных частиц, В !944 г. В. Л. Гинзбургом н И. М. Франком было предсказано переходное излучение, которое возникает прп равномерном н прямолинейном движении заряженных частиц в оптически неоднородной нлн оптически переменной во времени среде. Прн движении релятивистских заряженных частиц в магнитном поле (в том числе в вакууме) возникает магннтотормозное, нлн сннхротронное, излучение, которое наиболее существенно для легких заряженных частиц— электронов н позитронов. Сннхротронное излучение имеет большое прикладное значение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
