تحقیق برهمكنش پرتوهای پرانرژی با ماده

تحقیق برهمكنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده

تعداد صفحه 9 صفحه در قالب ورد قابل ویرایش

فهرست  مطالب :

    برهمكنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده ــــــــــــــــــ

برهمكنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوكار اصلی برهمكنش

تفاوت بین ذرات باردار سبك وسنگین

بْرد ذرات باردار

عوامل مؤثردر بْرد

انرژی (E)

جرم (M)

بار ( Q )

چگالی محیط (D  )

تولید برمشترالانگ[1]

انتقال خطی انرژی

انهدام پوزیترونها

برهمكنش پرتوی‌هایX  یا γ  ( keV 10 تا MeV 10)

تضعیف و نفوذ پرتو‌های x  یا γ

ضریب تضعیف جرمی μ (mass)

سازوكار‌های برهمكنش

اثر فوتوالكتریك

وابستگی به E γ

بستگی به  Z

اثركامپتون

وابستگی به E

وابستگی به Z

پدیدة جفت‌سازی

وابستگی به E

وابستگی به Z

اهمیت نسبی این سه‌ فرآیند

برهمكنش نوترونها

بخشی از متن :

    برهمكنش پرتوهای‌پرانرژی با ماده ــــــــــــــــــ

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

برهمكنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوكار اصلی برهمكنش

  ذرة باردار هنگام عبور از میان مادّه (هدف)، با الكترونهای منفی و هسته‌های مثبت اتم‌ یا مولكولهای هدف برهمكنش می‌كند. پرتو با نیروی كولمب، سعی در جذب یا دفع الكترون‌ یا هسته‌های نزدیك مسیر عبور می‌كند و در اثر این كشیدن یا پس‌زدن‌ قدری از انرژی خود را ازدست می‌دهد. این انرژی توسط الكترون ‌اتمهای نزدیك 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 كلی، احتمال برخورد غیرالاستیك چنان زیاد است كه برای توقف كامل ذرات باردار احتیاج به مادة بسیار ضخیم نمی‌باشد.

تفاوت بین ذرات باردار سبك وسنگین

  آیا برهمكنش 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 غیرالاستیك ). خیر، زیرا تظاهر برهمكنشها در ذرات سبكتر(جرم در حد یك الكترون،  مثل e  و e+ ) و ذرات سنگین‌تر(جرم مساوی یا بیشتر از یك پروتون،  مثل، p  و α ) كاملاً متفاوت است. ذرات سبك در برخورد غیرالاستیك با الكترونهای اتم هدف، علاوه بر ازدست دادن انرژی با زاویة بزرگتری نسبت به ذرات سنگین، منحرف می‌شوند؛ كه سبب اختلاف در برد دو ذره می‌شود. مسیر ذرات سنگین تقریباً خط مستقیم ولی ذرات سبك خطوط شكسته (زیگزاگ) است. هرگاه یك ذرة سبك با زاویة بزرگ منحرف شود انرژی انتقالی به الكترون اتم هدف نیز كاملاً بزرگ است. درنتیجه، الكترون هدف با جذب این انرژی، مشابه ذرة باردار پرانرژی رفتار می‌كند، یعنی خودش در مادة هدف، مسیری را طی می‌كند. مسیرهای تولیدی ناشی از الكترونهای پرانرژی ثانویه را پرتوی δ می‌نامند در مورد پروتون و دیگر ذرات سنگین این نوع انتقال انرژی به‌ندرت اتفاق می‌افتد.

بْرد ذرات باردار

  یك ذرة باردار هرقدر در یك ماده بیشتر حركت ‌كند، انرژی بیشتری از دست ‌داده و اتمهای نزدیك به مسیر حركت، بیشتر یونیزه و برانگیخته می‌شوند ودر نهایت، ذرة باردار تمام انرژی جنبشی خود را ازدست داده و تقریباً می‌ایستد. متوسط طولی كه یك ذرة باردار در جهت ورودی طی كند،  بْرد،  R، نامیده می‌شود. این تعریف، فقط برای ذرات باردار سنگین نظیرذرة  α كاملاً معتبر است. تعریف دقیق بْرد برای ذرات سبك مشكل است و فرض می‌‌شود بْرد ذرات سبك، نظیرالكترون و پوزیترون، كمترین ضخامت ماده‌ای است كه قادر به نفوذ از آن نباشد. درامور حفاظت در برابر پرتو، برای طراحی آشكارسازها و دوزیمتری، مفهوم بْرد یك ذرة بادار بسیار مفید است.  بْرد ذرات باردار سنگین كه كم وبیش به خط مستقیم حركت می‌كنند، تقریباً مساوی متوسط مسیر طی شده در مادة مفروض است؛ درصورتی‌كه بْرد ذرات سبكتر نظیر الكترون، كه مسیر شكسته را طی می‌كنند، كوتاهتراز متوسط مسیر طی شده است. درجدول 6-1 فهرستی از بْرد ذرات  α و الكترون با انرژی و محیطهای مختلف  آورده شده كه ایده‌ای تقریبی از مسافتهای طی‌شده را به‌دست می‌دهد.  مفهوم بْرد، گاهی اوقات با رادیونوكلوئیدهای بتا دهنده كه ذرة  β با مقادیر مختلف انرژی تا مقدار ماكزیمم،E β   منتشر می‌كند، به‌كار می‌رود. در این مورد، بْرد كم وبیش با انرژی ماكزیمم تعیین می‌شود.

جدول 6-1 برد (cm) تقریبی ذرات باردار

و........

[1] Bremsstrahlung Production