Дальность (излучение частиц) - Range (particle radiation)

Проходя через вещество, заряженные частицы ионизируются и, таким образом, теряют энергию за много шагов, пока их энергия (почти) не станет равной нулю. Расстояние до этой точки называется дальностью полета частицы. Диапазон зависит от типа частицы, от ее начальной энергии и от 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 , не будет значительного отклонения от траектории падения излучения, и при каждом столкновении будет потеряна очень небольшая кинетическая энергия . Таким образом, потребуется много последовательных столкновений, чтобы такое тяжелое ионизирующее излучение остановилось в тормозящей среде или материале. Максимальная потеря энергии произойдет при лобовом столкновении с электроном .

Поскольку для положительных ионов рассеяние на большие углы встречается редко, диапазон для этого излучения может быть хорошо определен в зависимости от его энергии и заряда , а также энергии ионизации тормозящей среды. Поскольку природа таких взаимодействий является статистической, количество столкновений, необходимых для приведения частицы излучения в состояние покоя в среде, будет незначительно изменяться с каждой частицей (т. Е. Некоторые могут двигаться дальше и подвергаться меньшему количеству столкновений, чем другие). Следовательно, будет небольшое изменение диапазона, известное как расслоение .

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, пока частица замедляется. Кривая, описывающая этот факт, называется кривой Брэгга . Незадолго до конца потеря энергии проходит через максимум, пик Брэгга , а затем падает до нуля (см. Цифры в пике Брэгга и в останавливающей способности ). Этот факт имеет большое практическое значение для лучевой терапии .

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

Средний диапазон может быть вычислен путем интегрирования обратной тормозной способности по энергии.

Масштабирование

Радиус действия тяжелой заряженной частицы приблизительно пропорционален массе частицы и обратной плотности среды, и является функцией начальной скорости частицы.

Смотрите также

дальнейшее чтение

  • Накамура, К. (1 июля 2010 г.). «Обзор физики элементарных частиц» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 37 (7A): 1–708. Bibcode : 2010JPhG ... 37g5021N . DOI : 10.1088 / 0954-3899 / 37 / 7A / 075021 . PMID  10020536 .
  • Уильямс, Уильям SC (1992). Ядерная физика и физика элементарных частиц (Перепечатано (под ред.). Оксфорд: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-852046-7.
  • Лео, Уильям Р. (1994). Методы экспериментов по ядерной физике и физике элементарных частиц: практический подход (2-е изд.). Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-57280-0.