Взаимодействие НЕ заряженных частиц с веществом Заряженные

Взаимодействие НЕ заряженных частиц с веществом

Заряженные частицы тяжелые( , p, d, t) и легкие (е+, е). Электромагнитные излучения ( - и рентгеновские кванты). Нейтроны. Косвеноионизирующие излучения

Типы взаимодействия частицы и мишени Упругое рассеяние Едо = Епосле Неупругое рассеяние Едо Епосле Поглощение частицы X + a K* Y + b, X ( a, b ) Y.

Важнейшие параметры Для частицы: масса, заряд, энергия. Для вещества: плотность, атомный номер (заряд рассеивающего центра), средний ионизационный потенциал.

Взаимодействие фотонов с веществом. Механизмы взаимодействия ФОТОЭФФЕКТ КОМПТОНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР

Закон ослабления моноэнергитичных фотонов в веществе = 0 e - d = ф + к + п

ФОТОЭФФЕКТ Фотоэлектрон Вероятность ФЭ увеличивается с ростом энергии связи электрона ф 4/ E Z M L К ФЭ является главным механизмом поглощения мягкого электромагнитного излучения в тяжелых веществах.

КОМПТОНОВСКОЕ РАССЕЯНИЕ Комптоновский электрон КЭ происходит на слабосвязанных, внешних электронах атома. Длина волны рассеянного излучения Рассеянный больше длины волны падающего фотон к Z / E M L К КЭ становится значимым при энергии гамма-кванта > 1 Мэ. В.

ОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР Электрон Для образования электрон-позитронной пары энергия гамма-кванта должна быть > 1, 02 Мэ. В п M L К 2 Z Позитрон

Фотоэффект основной механизм взаимодействия -квантов в области энергий < 10 -2 -10 -1 Мэ. В Комптон-эффект - в области энергий 10 -1 < Е < (1 -10) Мэ. В Эффект образования пар - в области энергий > 10 Мэ. В При энергии гамма-квантов в несколько десятков Мэ. В возможен ядерный фотоэффект

В качестве защиты от -излучения используют вещества большой плотности - свинец, сталь, железобетон, иногда воду. Столб воды высотой 10 см уменьшает интенсивность пучка -лучей (E =1 Мэ. В) в 2 раза, 20 см - в 4 раза, 40 см - в 8 раз. Для очень жестких гамма-лучей, с энергиями порядка 10 -100 Мэ. В, проникающая способность даже в очень плотных средах может достигать нескольких метров

Взаимодействие нейтронов с веществом. НЕЙТРОН (n) По энергии нейтроны делят на состав udd медленные (Еn < 0, 5 кэ. В), спин 12 заряд промежуточные (0, 50 кэ. В < Еn < 0, 5 Мэ. В) масса 939, 55 Мэ. В быстрые жизни Мэ. В) время (Еn > 0, 5 103 c

Закон ослабления моноэнергитичных нейтронов в веществе = 0 e - N d

Взаимодействие нейтронов с веществом. Механизмы взаимодействия УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ НЕУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ ПОГЛОЩЕНИЕ

УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ Рассеянный нейтрон M L К Ядро отдачи

Кинетическая энергия ядра отдачи Eя = 4 ( m n / Mя ) 1+ (mn / Mя) Encos В среде с легкими ядрами быстрые нейтроны испытывают только упругое рассеяние. Вещества, используемые для замедления быстрых нейтронов, называются замедлителями.

НЕУПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ Рассеянный нейтрон Возбужденное ядро M L К -кванты

Для возбуждения легких ядер требуется значительная энергия (например, для 14 C ≈ 5 Мэ. В); для тяжелых на порядок меньшая ( 0, 1 Мэ. В). Быстрые нейтроны (с энергией несколько Мэ. В) при прохождении через среду с тяжелыми ядрами испытывают одно-два неупругих столкновения, теряя значительную долю своей энергии, а затем уже взаимодействуют упруго.

ПОГЛОЩЕНИЕ А+1 M L К Возбужденное ядро -кванты

при En 1, 5 Мэ. В (медленные нейтроны) 19 F (n, ) 20 F при En 1, 5 -3, 7 Мэ. В (быстрые нейтроны) 19 F (n, ) 16 N при En 60 Мэ. В (сверхбыстрые нейтроны) 19 F (n, 3 p, 6 n) 11 C

AX (n, ) A+1 X Радиационный захват нейтрона. (n, ) 1/vn Образование радионуклидов под действием нейтронного излучения получило название наведенной радиоактивности. 23 Na (n, ) 24 Na → 24 Mg + e- + ν

Способность ядер поглощать нейтроны используется при выборе защиты от нейтронного излучения. Хорошими веществами-поглотителями медленных нейтронов являются изотопы кадмия и бора: 113 Cd (n, ) 113 Cd , 10 B (n, ) 7 Li, 10 B (n, ) 11 B

Защита от нейтронного излучения ЗАМЕДЛИТЕЛЬ НЕЙТРОНОВ ПОГЛОТИТЕЛЬ -КВАНТОВ

Деление тяжелых ядер под действием нейтронов О. Ган и Ф. Штрассман, , 1938, г, 235 U Делящиеся ядра: 235 U 233 U 239 Pu Делятся под действием нейтронов любых энергий ( макс. для промежуточных и тепловых нейтронов) Ядра 238 U, 232 Th Делятся под действием быстрых нейтронов, медленные нейтроны захватываются без деления.

Пространство, где происходит цепная Деление тяжелых ядер под реакция называется активной зоной действием нейтронов носит цепной характер Минимальные размеры активной зоны, при которых возможна деления, реакция, цепная зависит Скорость цепной реакции называются критическими нейтронов от коэффициента размноженияразмерами, а масса делящегося вещества в ней = Nk+1/Nk критической массой. 1 ускоряющаяся реакция деления Критическая масса для урана 235 составляет около 52 кг, для плутония-239 - 10 кг, = 1 самоподдерживающаяся для калифорния - несколько граммов. < 1 затухающая

ЛИТЕРАТУРА ü Савельев И. В. Курс общей физики т. 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М. , "Аст-Пресс", 2005, 368 с. ü Ю. М. Широков, Н. П. Юдин Ядерная физика. М. , «Наука» . 1990 г. 671 с ü Яворский Б. М. , Детлав А. А. , Ю Лебедев А. К. Справочник по физике для инженеров и студентов. М. , "Оникс, мир и образование", 2006, 1056 с.