Упругое рассеяние электронов ядрами.

При прохождении электрона через атом его отклонение (рассеяние) вызывается кулоновским взаимодействием с ядром. В силу большого отличия масс взаимодействующих частиц энергией отдачи ядра пренебрегают, и рассеяние считают упругим.

Угловое распределение электронов Р(θ), упруго рассеянных атомными ядрами, теоретически рассчитано Моттом. Интегральное эффективное сечение рассеяния электронов ядрами σ_я ~ Z².

Упругое рассеяние электронов, проходящих через вещество, может быть грубо разделено на четыре класса: 1) однократное рассеяние; 2) кратное рассеяние; 3) многократное рассеяние; 4) диффузия.

Если толщина слоя d мала (d<<1/σN), где σ - эффективное сечение рассеяния, то происходит только однократное рассеяние, т.е. почти все рассеяние обусловлено лишь одним ядром.

Для больших толщин (d ~ 1/σN) получается кратное рассеяние, т.е. угол рассеяния обязан нескольким последовательным однократным актам рассеяния.

При многократном рассеянии (среднее число актов рассеяния превосходит 20) угловое распределение рассеянных электронов является приблизительно гауссовым до тех пор, пока средний угол рассеяния меньше ~ 20°.

Для еще больших толщин (d >> 1/σN) угловое распределение рассеянных электронов принимает вид ω(θ) ~ cos²θ.

Средний угол рассеяния θ достигает максимальной величины θ_max ≈30° и остается постоянным при дальнейшем увеличении толщины. Это случай полной диффузии. Электроны выходят из слоя также и со стороны падающего пучка - обратно рассеянные электроны. Процесс многократного рассеяния играет большую роль при прохождении электронов через вещество.

Рассеяние электронов на электронах.

Теоретическое исследование рассеяния движущихся электронов электронами оболочки атомов основывается на квантово-механическом рассмотрении взаимодействия двух тождественных частиц. Расчет выражения для эффективного сечения рассеяния электрона на электроне приводит к выводу, что интегральное эффективное сечение рассеяния σ_e ~ Z. Таким образом, для электронов отношение эффективных сечений , т.е. оба эффекта имеют одинаковое значение в случае водорода (Z=1), тогда как для средних ядер рассеяние преимущественно ядерное. Для золота, например, (Z=79) только около 1% рассеяния обусловлено атомными электронами.

Ионизационные потери энергии.

Взаимодействие β - частицы с электроном атома приводит к передаче ему некоторой доли энергии, следствием чего является либо вылет электрона за пределы атома (ионизация атома), либо переход электрона в более высокое энергетическое состояние (возбуждение атома). Эти два равновероятных процесса объединяют под общим названием ионизационных потерь энергии.

Потери на излучение.

При движении быстрых электронов через поглощающую среду существенную роль, наряду с ионизационными потерями, играют потери на излучение, возникающие при взаимодействии электронов с кулоновским полем ядер. Примером тормозного излучения является непрерывный спектр рентгеновских лучей, возникающих при торможении электронов на антикатоде рентгеновской трубки. Потеря энергии заряженной частицы на тормозное излучение называется радиационной. Для медленных электронов радиационные потери растут пропорционально Е, а для быстрых - несколько быстрее. Полные потери энергии электронами складываются из ионизационных и радиационных. Энергия Е_кр, при которой радиационные потери становятся равными ионизационным, называется критической.

К примеру, для водорода, воздуха, алюминия, меди и свинца критическая энергия имеет соответственно следующие значения: 340, 83, 47, 22, 7 Мэв. Это превышает энергию электронов β -распада. Для электронов, испускаемых радиоактивными элементами, радиационные потери в общем балансе потерь играют незначительную роль.