تحقیق برهمکنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده

توضیحات :

تحقیق برهمکنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده

تعداد صفحه 9 صفحه در قالب ورد قابل ویرایش

فهرست  مطالب :

    برهمکنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده ــــــــــــــــــ

برهمکنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوکار اصلی برهمکنش

تفاوت بین ذرات باردار سبک وسنگین

بْرد ذرات باردار

عوامل مؤثردر بْرد

انرژی (E)

جرم (M)

بار ( Q )

چگالی محیط (D  )

تولید برمشترالانگ[1]

انتقال خطی انرژی

انهدام پوزیترونها

برهمکنش پرتوی‌هایX  یا γ  ( keV 10 تا MeV 10)

تضعیف و نفوذ پرتو‌های x  یا γ

ضریب تضعیف جرمی μ (mass)

سازوکار‌های برهمکنش

اثر فوتوالکتریک

وابستگی به E _γ

بستگی به  Z

اثرکامپتون

وابستگی به E

وابستگی به Z

پدیدة جفت‌سازی

وابستگی به E

وابستگی به Z

اهمیت نسبی این سه‌ فرآیند

برهمکنش نوترونها

بخشی از متن :

    برهمکنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده ــــــــــــــــــ

در این فصل، فقط سازوکار برهمکنش پرتوی پرانرژی با ماده، مورد بحث قرار می‌گیرد. دراین‌‌جا، پرتو به معنی کلی، آن یعنی هم پرتوی ذره‌ای ( ذرات باردار و نوترون ) و هم تابش الکترومغناطیس به‌صورت پرتو‌های X  و γ مورد نظر است.  موضوعات مورد بحث، شامل استنباطی از آشکارسازی و اثرات ( مخصوصاً بیولوژیک ) پرتو‌های پرانرژی وحفاظت در برابرآنهاست. به‌خاطر پیچیدگی موضوع، فقط بعضی از ویژگیها مطرح می‌شود. این فصل به سه بخش تقسیم می‌شود:

1. - برهمکنش ذرّات باردار نظیر ² D ، e , e⁺ , p , α ( با انرژی keV10 تا MeV 10 ).
2.  - برهمکنش فوتون‌ها پرانرژی نظیر پرتوی  X  و γ 
3.  ـ برهمکنش نوترون.

برهمکنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوکار اصلی برهمکنش

  ذرة باردار هنگام عبور از میان مادّه (هدف)، با الکترونهای منفی و هسته‌های مثبت اتم‌ یا مولکولهای هدف برهمکنش می‌کند. پرتو با نیروی کولمب، سعی در جذب یا دفع الکترون‌ یا هسته‌های نزدیک مسیر عبور می‌کند و در اثر این کشیدن یا پس‌زدن‌ قدری از انرژی خود را ازدست می‌دهد. این انرژی توسط الکترون ‌اتمهای نزدیک مسیر جذب و به برانگیختگی یا یونیزاسیون اتمها می‌انجامد. دراین محدودة انرژی (keV10 تا MeV 10)، یونیزاسیون بیش از برانگیختگی اتفاق می‌افتد. به همین دلیل، پرتو‌های پرانرژی را پرتو‌های یونساز نیز می‌نامند. به‌طور کلی، احتمال برخورد غیرالاستیک چنان زیاد است که برای توقف کامل ذرات باردار احتیاج به مادة بسیار ضخیم نمی‌باشد.

تفاوت بین ذرات باردار سبک وسنگین

  آیا برهمکنش تمام ذرّات باردار مشابه است؟ جواب این سؤال هم بله و هم خیر است. بله، زیرا طیبعت برخورد تمام ذرات باردار در این محدوده انرژی ذاتاً مشابه است( برخورد غیرالاستیک ). خیر، زیرا تظاهر برهمکنشها در ذرات سبکتر(جرم در حد یک الکترون،  مثل e  و e⁺ ) و ذرات سنگین‌تر(جرم مساوی یا بیشتر از یک پروتون،  مثل، p  و α ) کاملاً متفاوت است. ذرات سبک در برخورد غیرالاستیک با الکترونهای اتم هدف، علاوه بر ازدست دادن انرژی با زاویة بزرگتری نسبت به ذرات سنگین، منحرف می‌شوند؛ که سبب اختلاف در برد دو ذره می‌شود. مسیر ذرات سنگین تقریباً خط مستقیم ولی ذرات سبک خطوط شکسته (زیگزاگ) است. هرگاه یک ذرة سبک با زاویة بزرگ منحرف شود انرژی انتقالی به الکترون اتم هدف نیز کاملاً بزرگ است. درنتیجه، الکترون هدف با جذب این انرژی، مشابه ذرة باردار پرانرژی رفتار می‌کند، یعنی خودش در مادة هدف، مسیری را طی می‌کند. مسیرهای تولیدی ناشی از الکترونهای پرانرژی ثانویه را پرتوی δ می‌نامند در مورد پروتون و دیگر ذرات سنگین این نوع انتقال انرژی به‌ندرت اتفاق می‌افتد.

بْرد ذرات باردار

  یک ذرة باردار هرقدر در یک ماده بیشتر حرکت ‌کند، انرژی بیشتری از دست ‌داده و اتمهای نزدیک به مسیر حرکت، بیشتر یونیزه و برانگیخته می‌شوند ودر نهایت، ذرة باردار تمام انرژی جنبشی خود را ازدست داده و تقریباً می‌ایستد. متوسط طولی که یک ذرة باردار در جهت ورودی طی کند،  بْرد،  R، نامیده می‌شود. این تعریف، فقط برای ذرات باردار سنگین نظیرذرة  α کاملاً معتبر است. تعریف دقیق بْرد برای ذرات سبک مشکل است و فرض می‌‌شود بْرد ذرات سبک، نظیرالکترون و پوزیترون، کمترین ضخامت ماده‌ای است که قادر به نفوذ از آن نباشد. درامور حفاظت در برابر پرتو، برای طراحی آشکارسازها و دوزیمتری، مفهوم بْرد یک ذرة بادار بسیار مفید است.  بْرد ذرات باردار سنگین که کم وبیش به خط مستقیم حرکت می‌کنند، تقریباً مساوی متوسط مسیر طی شده در مادة مفروض است؛ درصورتی‌که بْرد ذرات سبکتر نظیر الکترون، که مسیر شکسته را طی می‌کنند، کوتاهتراز متوسط مسیر طی شده است. درجدول 6-1 فهرستی از بْرد ذرات  α و الکترون با انرژی و محیطهای مختلف  آورده شده که ایده‌ای تقریبی از مسافتهای طی‌شده را به‌دست می‌دهد.  مفهوم بْرد، گاهی اوقات با رادیونوکلوئیدهای بتا دهنده که ذرة  β با مقادیر مختلف انرژی تا مقدار ماکزیمم،E _β   منتشر می‌کند، به‌کار می‌رود. در این مورد، بْرد کم وبیش با انرژی ماکزیمم تعیین می‌شود.

جدول 6-1 برد (cm) تقریبی ذرات باردار

و........

[1] Bremsstrahlung Production