Диапазон (излучение частиц)

Проходя через вещество, заряженные частицы ионизируются и, таким образом, теряют энергию в несколько этапов, пока их энергия не станет (почти) нулевой. Расстояние до этой точки называется пробегом частицы. Дальность зависит от типа частицы, ее начальной энергии и материала, через который она проходит.

Например, если ионизирующая частица, проходящая через материал, представляет собой положительный ион, такой как альфа-частица или протон , она будет сталкиваться с атомными электронами в материале посредством кулоновского взаимодействия . Поскольку масса протона или альфа -частицы намного больше массы электрона , существенного отклонения от траектории падения излучения не будет, и очень небольшая кинетическая энергия при каждом столкновении будет теряться . Таким образом, потребуется множество последовательных столкновений, чтобы такое тяжелое ионизирующее излучение остановилось внутри сдерживающей среды или материала. Максимальная потеря энергии произойдет при лобовом столкновении с электроном .

Поскольку рассеяние на большие углы для положительных ионов встречается редко, диапазон этого излучения может быть четко определен в зависимости от его энергии и заряда , а также энергии ионизации тормозящей среды. Поскольку природа таких взаимодействий является статистической, количество столкновений, необходимое для того, чтобы частица излучения остановилась в среде, будет незначительно меняться для каждой частицы (т. е. некоторые могут путешествовать дальше и подвергаться меньшему количеству столкновений, чем другие). Следовательно, будет небольшое изменение диапазона, известное как разброс .

Потери энергии на единицу расстояния (и, следовательно, плотность ионизации), или тормозная способность, также зависят от типа и энергии частицы и от материала. Обычно потери энергии на единицу расстояния увеличиваются по мере замедления частицы. Кривая, описывающая этот факт, называется кривой Брэгга . Незадолго до окончания потери энергии проходят через максимум, Пик Брэгга , а затем падают до нуля (см. цифры в Пике Брэгга и в тормозной способности ). Этот факт имеет большое практическое значение для лучевой терапии .

Размах альфа-частиц в окружающем воздухе составляет всего несколько сантиметров; поэтому этот тип излучения можно остановить с помощью листа бумаги. Хотя бета-частицы рассеиваются гораздо сильнее, чем альфа-частицы, диапазон все же можно определить; часто он составляет несколько сотен сантиметров воздуха.

Средний диапазон можно рассчитать путем интегрирования обратной тормозной способности по энергии.

Масштабирование

Пробег тяжелой заряженной частицы примерно пропорционален массе частицы и обратной плотности среды и является функцией начальной скорости частицы.

См. также

• Тормозная способность (излучение частиц)
• Длина затухания
• Длина излучения

Дальнейшее чтение

• Накамура, К. (1 июля 2010 г.). «Обзор физики элементарных частиц» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 37 (7А): 1–708. Бибкод : 2010JPhG...37g5021N . дои : 10.1088/0954-3899/37/7A/075021 . hdl : 10481/34593 . ПМИД   10020536 .
• Уильямс, Уильям СК (1992). Ядерная физика и физика элементарных частиц (Переиздается (с корр.) под ред.). Оксфорд: Кларендон Пресс. ISBN  978-0-19-852046-7 .
• Лео, Уильям Р. (1994). Методы экспериментов по физике ядра и элементарных частиц: практический подход (2-е изд.). Берлин: Шпрингер. ISBN  978-3-540-57280-0 .