Взаимодействие электронов с веществом

 

Поглощение потоков электронов высокой энергии средой протекает в результате взаимодействия с орбитальными электронами и электромагнитным полем ядра атома (рис. 5. 1). Чтобы отличить электроны, генерируемые ускорителями и образующиеся при в – распаде, от орбитальных, будем обозначать их как в – частицы. в – частицы теряют свою энергию по такому же механизму, что и б – частицы, однако имеется несколько важных отличий.

Бета-частица в виду малой массы, заряда и большой первоначальной скорости, обладают значительно меньшей ионизирующей способностью по сравнению с альфа-частицами. Бета-частица с энергией 1 Мэв создает на пути своего движения в воздухе около 30 000 пар ионов.

 

Рис. 5. 1. Схематическое описание пяти процессов поглощения b-частиц

В отличие от тяжелых частиц из-за равенства масс летящего и орбитального электронов, в одном столкновении может быть передана значительная доля энергии. При таких взаимодействиях в – частицы отклоняются от своего первоначального пути на разные углы и по мере пробега рассеиваются. Поэтому треки в – частиц в веществе сильно отличаются от прямолинейных, а их энергия не является однозначной функцией пробега Вторичные электроны, вылетающие из атомов при ионизации, имеют достаточно высокие энергии, чтобы вызвать интенсивную вторичную ионизацию, которая составляет 70 - 80% полной ионизации в процессах поглощения в – частицы.

Если первоначально все электроны имели строго одинаковые энергии, то по мере углубления в вещество возникает и быстро увеличивается разброс электронов по энергиям. Средняя энергия электронов при этом уменьшается.

Приблизительно одна половина полной энергии в – частицы расходуется на ионизацию, а другая – на возбуждение.

Если(из Пикаева стр.18-19)

Возбуждение атома происходит тогда, когда первичное излучение передает энергию недостаточную для ионизации. При этом электрон занимает более высокий уровень энергии возбуждения атома. Возбужденные атомы быстро возвращаются на более низкие энергетические уровни путем эмиссии электромагнитного излучения, например рентгеновского или видимого света.

ИОНИЗАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ

Потери энергии электронов, связанные с возбуждением и ионизацией атомов и молекул среды, называются ионизационными потерями и описываются теорией Блоха и Бете.

Согласно этой теории, для электронов относительно малых первоначальных энергий (Е_в< 0,5 МэВ), средняя потеря на ионизацию на единице длины пути, определяется уравнением, которое аналогично по форме уравнению для средних потерь энергии б – частиц:

 

, (5. 5)

 

где m_e – масса покоя электрона;

v – скорость электрона;

n_A – число атомов поглотителя а 1 см³ поглотителя;

 

,

 

w – средняя энергия возбуждения для атомных электронов;

 

, нерелятивистская энергия электронов;

 

После замены в формуле (5.4) n_A на N₀·с/A и объединения постоянных в К, где N₀ – число Авогадро, с – плотность, г/см³ поглотителя, А – атомная масса поглотителя, получаем:

 

(5. 6)

 

Так как изменяется относительно мало, зависит в основном от плотности тормозящего вещества.