Bài giảng cơ sở vật lý hạt nhân Chương V

Tương tác của notron sẽ học ở học phần Vật lý lò phản ứng hạt nhân NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác của bức xạ với vật chất 2 V.1: Giới thiệu • Bức xạ : chùm các

Trang 1

CƠ SỞ VẬT LÝ HẠT NHÂN

GV Trần Kim Tuấn

Viện Kỹ thuật Hạt nhân và Vật lý Môi trường

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

HỌC PHẦN NE3012

Chương V: TƯƠNG TÁC CỦA BỨC XẠ

HẠT NHÂN VỚI VẬT CHẤT

• Nội dung: gồm các vấn đề

1 Giới thiệu

2 Tương tác của các hạt mang điện nặng

3 Tương tác của các hạt mang điện nhẹ

4 Tương tác của bức xạ điện từ

5 Tương tác của notron (sẽ học ở học phần Vật lý lò phản ứng hạt nhân)

NE3012 Cơ sở vật lý hạt nhân - HUST Chương V: Tương tác của bức xạ với vật chất 2

V.1: Giới thiệu

• Bức xạ : chùm các photon bức xạ điện từ hoặc chùm

bức xạ hạt (beta, anpha, proton …) có năng lượng đủ

lớn để có thể gây ion hóa hoặc kích thích nguyên tử của

vật chất khi tương tác với chúng

 Năng lượng ion hóa nguyên tử nhỏ nhất ~ 13,6 eV (=

năng lượng ion hóa nguyên tử hydro)

 Gọi là bức xạ ion hóa

• Chùm tia bức xạ : thường là các chùm hạt được gia

tốc hoặc các sản phẩm phát ra từ các quá trình biến đổi

/ tương tác hạt nhân (phân rã phóng xạ, phản ứng hạt

nhân …)

V.1: Giới thiệu

• Phân loại bức xạ : dựa trên đặc điểm tương tác với các nguyên tử vật chất

 Bức xạ hạt mang điện nặng: p, d, t, , f (mảnh phân hạch), các hạt nhân nhẹ và trung bình …

 có khối lượng nghỉ lớn hơn hoặc bằng khối lượng của nucleon

 Bức xạ hạt mang điện nhẹ: e+, e–(gọi chung là hạt beta)

 Bức xạ điện từ: tia gamma , tia X (đặc trưng), bức xạ hãm

 Bức xạ hạt không mang điện : notron (n)

Trang 2

V.1: Giới thiệu

• Nguồn phát bức xạ: tồn tại tự nhiên, được sản xuất

nhân tạo, chất thải phóng xạ phát sinh trong nghiên cứu

và các ứng dụng kỹ thuật hạt nhân, bao gồm

 Nguồn phóng xạ

 Lò phản ứng hạt nhân

 Máy gia tốc hạt

 Thiết bị phát bức xạ(máy phát tia X, máy phát notron …)

 Vật liệu che chắn bức xạ

 Chất thải phóng xạ, vật liệu nhiễm xạ…

 Đất đá chứa chất phóng xạ, tia vũ trụ…

V.1: Giới thiệu

• Các ứng dụng kỹ thuật của N/C tương tác bức xạ với

vật chất

 Ghi đo bức xạ: cho bức xạ tương tác với vật liệu được chuẩn hóa  đo các

hiệu ứng tương tác: xác định cường độ bức xạ, loại bức xạ, năng lượng …

 Xác định liều lượng chiếu xạ, hiệu ứng sinh học trên cơ thể sống do chiếu xạ

 Bảo vệ an toàn và che chắn bức xạ: chọn vật liệu thích hợp để hấp thụ

bức xạ một cách hiệu quả, các biện pháp an toàn bức xạ khi làm việc với bức xạ

 Phát triển các kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp: biến tính vật liệu tạo

tính năng mới, kiểm tra không phá hủy mẫu, đo mức (bụi, nước, chất lỏng

…) , chiếu xạ thực phẩm tiêu diệt tế bào …

 Phát triển các ứng dụng của kỹ thuật hạt nhân trong Y tế: các phương

pháp chụp hình ảnh chuẩn đoán, các phương pháp điều trị bệnh sử dụng bức xạ …

V.1: Giới thiệu

• Các cơ chế tương tác của bức xạ với vật chất

 Tương tác Culomb với điện tử và hạt nhân nguyên tử:

 Xảy ra với các bức xạ mang điện và photon (, , , …)

 Tán xạ đàn hồi và tán xạ không đàn hồi: hạt tới mất một phần năng

lượng cho nguyên tử và bị lệch hướng chuyển động

 Nguyên tử vật chất bị ion hóa/ kích thích

 Va chạm đàn hồi và không đàn hồi với hạt nhân nguyên tử:

 Xảy ra với các bức xạ không mang điện (n, )

 Hạt tới mất năng lượng, lệch hướng chuyển động/ bị hấp thụ

 Phát xạ thứ cấp, ion hóa gián tiếp/ kích thích nguyên tử vật chất

V.1: Giới thiệu

• Các cơ chế tương tác của bức xạ với vật chất (tiếp)

 Tương tác hạt nhân:

 Xảy ra giữa hạt bức xạ (nặng) với hạt nhân: tạo hạt nhân mới

 Hiếm xảy ra: do tiết diện hạt nhân << tiết diện nguyên tử (1: 108)

 Tương tác hủy cặp / sinh cặp:

 Phản ứng hủy cặp của positron: e+ + e–  2

 Phản ứng sinh cặp gamma :   e+ + e–(E 1,02 MeV)

 Tiết diện xảy ra mỗi loại tương tác: phụ thuộc vào (a) loại và năng

lượng hạt tới, (b) thành phần đồng vị và mật độ khối của vật chất

 Gọi là bức xạ ion hóa: có hiệu ứng gây ion hóa và kích thích nguyên tử

của vật chất

Trang 3

V.1: Giới thiệu

• Các đại lượng được quan tâm: cần xét – tính toán

− Độ suy giảm (mất) năng lượng trung bình trên một đơn vị chiều

dài quãng chạy của hạt trong vật chất

− Độ suy giảm cường độ chùm tia đi qua vật chất

− Quãng chạy và quãng đường tự do trung bình của hạt bức xạ

trong vật chất

− Thời gian dừng hạt, thời gian làm chậm hạt bức xạ

− Mật độ ion hóa

− Độ truyền năng lượng bức xạ cho vật chất trên một đơn vị chiều

dài quãng chạy / một đơn vị thể tích vật chất

− …

V.2: Tương tác của các hạt mang điện nặng

• Các hạt mang điện nặng :

− Các hạt: p, d, t, , hạt nhân nhẹ …

− Có khối lượng nghỉ lớn hơn nhiều so với khối lượng điện tử

− Là sản phẩm của các phản ứng hạt nhân, phân rã phóng xạ, các quá trình gia tốc hạt

− Phát / sinh ra trong các lò phản ứng hạt nhân, nguồn phóng xạ, máy gia tốc, vật liệu bị chiếu xạ …

V.2.1: Các tương tác làm suy giảm năng lượng

• Khi đi qua vật chất, hạt mang điện nặng có thể :

− Va chạm (tương tác Culomb) với e – nguyên tử: chủ yếu

 Hạt tới truyền năng lượng cho e–và bị lệch hướng: gây ion hóa (bứt

e–ra khỏi nguyên tử) hoặc kích thích nguyên tử (đẩy e–lên mức

năng lượng cao hơn)

− Va chạm (tương tác Culomb) với hạt nhân nguyên tử: hiếm

xảy ra do kích thước hạt nhân << kích thước nguyên tử (tiết diện)

 Hạt tới mất năng lượng nhiều hơn so với va chạm với e–

− Gây phản ứng hạt nhân: rất hiếm xảy ra do tiết diện phản ứng rất

nhỏ

Tương tác với e – nguyên tử(gây ion hóa và kích thích nguyên tử vật

chất) làtương tác chínhlàm suy giảm năng lượng của hạt mang điện

nặng trong vật chất !!!

V.2: Tương tác của hạt mang điện nặng

V.2.1: Các tương tác làm suy giảm năng lượng

• Xét va chạm của hạt mang điện nặng với e–nguyên

tử :

Năng lượng truyền cực đại trong một va chạm đàn hồi trực diện

được tính như sau :



 Hạt tới mấtphần nhỏ năng lượng/ va chạm; lệch hướng không đáng kể do M >> me

 Đường đi của hạt trong vật chất gần như làđường thẳng(trừ đoạn cuối)

 Hạt tới mất năng lượng gần như liên tục: Gây ion hóa / kích thích nguyên tử dọc trên đường đi trong vật chất

= 4 +

me: khối lượng điện tử M: khối lượng hạt mang điện E: năng lượng hạt mang điện

= 4 1836 + 1836 ≈ 0,0022

Trang 4

V.2.2: Năng suất hãm

• Khi đi được đoạn đường có độ dài x trong vật chất, động năng của

hạt giảm E0 E(x)

• Năng suất hãm của môi trường chất đối với hạt mang điện là năng

lượng hạt bị mất trung bìnhtrên một đơn vị chiều dài quãng chạy

của hạt trong chất đó

• Năng suất hãm đối với các hạt mang điện nặng chủ yếu do tương

tác Culomb với e–nguyên tử: gây ion hóa và kích thích nguyên tử

được gọi là năng suất hãm do va chạm / năng suất hãm do ion hóa

− = : xác suất va chạm với e – n / đv chiều dài quãng chạyE

tb: năng lượng bị mất trung bình trong một va chạm

V.2.2: Năng suất hãm (tiếp)

• Công thức Bethe tính năng suất hãm đối với các hạt mang điện nặng trong môi trường đồng nhất (theo CHLT tương đối tính)

• Công thức Bohr (1913): theo cơ học cổ điển, là gần đúng của công thức Bethe khi  = v/c << 1 (phi tương đối tính)

k0= 8,99109N.m2/C2: hằng số Culomb Z : điện tích hạt mang điện

e = 1,6023 10-19C : điện tích điện tử v : vận tốc hạt mang điện

me: khối lượng nghỉ của điện tử c : vận tốc ánh sáng

n : mật độ điện tử trong vật chất = v/c

I : năng lượng trung bình kích thích e–trong vật chất

− =4 ln2

1 − −

− =4 ln2

= 

• Nhận xét: sự phụ thuộc của năng suất hãm (–dE/dx) vào

động năng E của hạt mang điện

– Khi E giảm xuống từ giá trị rất lớn (  1): năng suất hãm nói

chungtăng dần

– Khi E giảm vượt quá mức mà từ đó các hiệu ứng lượng tử và

hiệu ứng trung hòa điện tích bắt đầu xảy ra: năng suất hãm

giảm dần

– Khi E giảm tiếp tục trong vùng năng lượng thấp (  0): năng

suất hãmtiếp tục giảm

 Đồ thị của (–dE/dx) phụ thuộc năng lượng cócực đại(đỉnh

-píc): đỉnh Bragg, tại đó năng suất hãm đạt giá trị cực đại

• Năng suất hãm khối (–dE/dx)m= Năng suất hãm chia cho mật

độ khối của vật chất

xm = .x : độ dài khối trong vật chất [ xm] = g/cm 2  [ (–dE/dx)m] = MeV.cm 2 /g

 Năng suất hãm khối là độ mất năng lượng của hạt trên một đv chiều dài khối quãng chạy trong vật chất

 Cùng hợp chất nhưng ở trạng thái có mật độ khác nhau: cùng năng suất hãm khối(VD: nước, băng, hơi nước…)

 Các vật liệu có thành phần nguyên tử tương tự: năng suất hãm khốikhác nhau không nhiều(VD: vật liệu hữu cơ, mô sinh, nước…)

 Trên một đv chiều dài khối: vật liệu nặng làm chậm hạt nặng kém hiệu quả

so với vật liệu nhẹ do nguyên tử có nhiều e – lớp trong liên kết mạnh với hạt nhân nên tham gia không hiệu quả vào qúa trình hấp thụ năng lượng

Trang 5

• Năng lượng kích thích e–trung bình I của một số nguyên tố có thể

tính (CHLT) / xác định bằng thực nghiệm (công thức Bethe)

− Công thức bán thực nghiệm tính I, đủ chính xác trong hầu hết các ứng

dụng

− I của một nguyên tố phụ thuộc nhẹ vào loại hợp chất hóa học và trang

thái vật chất (ngưng kết rắn, lỏng, khí)

• Vật liệu là hợp chất, hỗn hợp: năng suất hãm được tính bằng tổng

đơn giản các năng suất hãm từ các nguyên tử của mỗi nguyên tố

thành phần:

cho vật liệu: nguyên tố Zicó mật độ nguyên tử là Ninguyên tử/cm3và năng

lượng kích thích trung bình là Ii

≅ 19,0 = 1 ℎ 11,2 + 11,7 × 2 ≤ ≤ 13 52,8 + 8,71 × > 13

• Năng suất hãm cho hạt mang điện nặng trong vật liệu: tính theo công thức Bethe

Thay các giá trị hằng số sẽ có

Với n: mật độ điện tử trong vật liệu (số e–/m3)

VD: Năng suất hãm đối với proton có năng lượng 1 MeV trong nước tính được bằng 270 MeV/cm

− ⁄ =5,08 × 10 − ln

= ln1,02 × 10

1 − −

V.2.3: Quãng chạy của hạt mang điện nặng

• Quãng chạy của hạt mang điện nặng trong vật chất: là độ dài

quãng đường mà hạt đi được trong vật chất cho đến khi dừng lại

• Từ công thức Bethe cho năng suất hãm : tính

 Tỷ số quãng chạy của hai hạt mang điện nặng có cùng vận tốc ban đầu :

Giá trị chính xác của Rp() được cho sẵn trong các bảng dữ liệu: sử dụng

để ước tính quãng chạy của các hạt bức xạ mang điện nặng khác

= − (Rất khó tính được)

′ ′ =

= = Rp(): quãng chạy của hạt

proton có vận tốc 

V.2.3: Quãng chạy của hạt mang điện nặng (tiếp)

• Công thức bán thực nghiệm tính quãng chạy của hạt anpha 

có năng lượng E (MeV) trong không khí (15C – 1 at)

– Các nguồn ở ngoài cơ thể ít nguy hiểm vì R< độ dày tối thiểu của

lớp biểu bì (tế bào da) ngoài cùng (độ dày lớp biểu bì  7 mg/cm2) – Khi hạt  lọt vàotrong cơ thể thì rất nguy hiểm vì Rđủ lớn để hạt  tới các tế bào, phá hoại tế bào (VD: Đồng vị phân rã  vào đường hô hấp và mắc ở phổi  hạt  đến được các tế bào biểu mô ở cuống phổi)

• Khi hạt đi qua môi trường chất: có sự thăng giáng thống kê số lần va chạmvànăng lượngbị mất trong mỗi lần va chạm

 Có phân bố theo năng lượng của các hạt truyền qua theo độ sâu và có phân bố theo quãng chạy của hạt trong môi trường chất

= 0,56 < 4 1,24 − 2,62 4 < < 8

Trang 6

 Các hạt mang điện nặng tới thuộc cùng một loại và có cùng năng lượng

ban đầu dịch chuyển gần như theo một đường thẳng về phía trước

trong vật chất đến cùng một độ sâu, nhưng có quãng chạy là một phân

bố hẹp xung quanh quãng chạy trung bình

 Hiện tượng này được gọi là hiện tượngtrải rộng(straggling) về năng

lượng và quãng chạy

• Quãng chạy trung bình và hiệu ứng trải rộng có thể đo bằng thí

nghiệm truyền qua (cường độ chùm bức xạ truyền qua)

 Quãng chạy trung bình được định nghĩa bằng độ dày lớp chất hấp thụ

mà tại đó tốc độ đếm hạt tương đối bằng 0,5: cường độ chùm bức xạ

giảm nửa

 Quãng chạy ngoại suy: điểm cắt trục hoành của phần tuyến tính trên

đồ thị cường độ chùm bức xạ truyền qua

 Độ trải rộng (straggling) của quãng chạy đo được không lớn.

 Độ dày lớp hấp thụ ngăn chặn hoàn toàn các hạt bức xạ phân bố

quanh quãng chạy trung bình gần như theo phân bố Gaus

• Thí nghiệm đo truyền qua (cường độ chùm bức xạ truyền qua)

o Thiết lập đường cong truyền qua I(d)/I 0

 I0: cường độ chùm hạt khi không có lớp hấp thụ (d = 0)

 I: cường độ chùm hạt khi có lớp hấp thụ dày d

Đường cong truyền qua của hạt bức xạ

Sơ đồ thí nghiệm đo truyền qua

Ví dụ:

o Thí nghiệm cho proton năng lượng 100 MeV truyền qua mô

 Quãng chạy trung bình  7,57 cm

 Phương sai (căn bậc hai của độ lệch bình phương trung bình) của

quãng chạy đo được  0,09 cm

 độ rộng của phân bố quãng chạy (độ trải rộng) của quãng chạy đi

được là

0,09 / 7,57 = 1,2%

V.2.4: Thời gian di chuyển của hạt

• Độ mất năng lượng trong một đơn vị thời gian –dE/dt

được tính theo công thức

• Thời gian  để hạt có động năng E bị dừng lại trong môi trường chất: ước tính thô thiển như sau

với giả thiết tốc độ mất năng lượng dE/dt là không đổi  năng suất hãm (độ mất năng lượng tuyến tính) không đổi

− = − ⁄

⁄ = − = − v: vận tốc của hạt

≈ −

⁄ = − ⁄

Trang 7

V.2.4: Thời gian di chuyển của hạt (tiếp)

Ví dụ:

1 Tốc độ mất năng lượng trong nước của proton có động năng E = 0,5 MeV

được ước tính bằng:

–dE/dt  4,1910 11 MeV/s

2 Tính theo năng suất hãm của Bethe, thời gian để proton có năng lượng E =

0,5 MeV dừng lại trong nước được ước tính bằng:

  1,210 –12 s

Tuy nhiên do năng suất hãm đối với proton tăng lên khi hạt chuyển động

chậm lại vì vậy thời gian dừng hạt thực tế còn ngắn hơn thời gian đã tính

toán trên

V.3: Tương tác của hạt mang điện nhẹ

• Hạt bức xạ mang điện nhẹ: điện tử e – và positron e +

 Có khối lượng nhỏ: khối lượng nghỉ bằng khối lượng nghỉ của e–

 Là sản phẩm của các quá trình phân rã phóng xạ, phản ứng hạt nhân, phản ứng sinh cặp của bức xạ gamma, chùm điển tử được gia tốc trong máy gia tốc, sản phẩm của tương tác bức xạ với vật chất (ion hóa, kích thích nguyên tử), …

 Phát / sinh ra từ các nguồn phóng xạ (đồng vị phóng xạ phân rã), lò phản ứng hạt nhân (tương tác hạt nhân trong lò, sản phẩm phân hạch …) Máy gia tốc hạt bức xạ, vật liệu bị chiếu xạ (kích hoạt do tương tác hạt nhân) …

V.3.1: Tương tác làm suy giảm năng lượng của

hạt mang điện nhẹ

• Các tương tác chủ yếu của các hạt e– và e+ khi đi qua

vật chất:

 Tán xạ (va chạm) Culomb với e– của nguyên tử :

 Hạt tới bị mất (truyền) một phần năng lượng cho e– nguyên tử, gây ion

hóa và kích thích nguyên tử

 Tán xạ (va chạm) Culomb với hạt nhân của nguyên tử :

 Hạt tới bị gia tốc mạnh bới trường Culomb của hạt nhân (+Ze), bị suy

giảm năng lượng do phátbức xạ hãm

 Hiệu ứng phát bức xạ hãm là đáng kể khi hạt tới có năng lượng lớn và

va chạm với hạt nhân nặng (số Z lớn)

 Phản ứng hủy cặp: của riêng hạt positron e+ với e – của vật chất

 Hạt tới e+ kết hợp với e- của vật chất: biến mất, sinh ra 2 tia gamma

hủy cặp (2 E= 0,511 MeV = 1,02 MeV)

V.3: Tương tác của hạt mang điện nhẹ

V.3.1: Tương tác làm suy giảm năng lượng của hạt mang điện nhẹ (tiếp)

1 Tán xạ (va chạm) Culomb với e– của nguyên tử :

Năng lượng truyền cực đại của hạt e tới trong va chạm trực diện với e- nguyên tử:

do M = me

 hạt mang điện nhẹ (e) có thể mất động năng (động lượng) lớn trong

một va chạm Culomb với e- nguyên tử :

 Hạt mang điện nhé có thể đổi hướng chuyển động lớn

 e- nguyên tử bị kích thích, làm nguyên tử vật chất bị ion hóa hoặc bị kích thích: đẩy e- ra khỏi nguyên tử; đưa e- lên vành điện tử cao hơn

 Do khối lượng nhỏ và lực Culomb hạt nhân: hạt tới mang điện nhẹ bị gia tốc mạnh  suy giảm năng lượng: phát bức xạ hãm(điện từ)

 Hạt tới có thể bị tán xạ ở góc lớn (góc tán xạ)

= 4

Trang 8

hạt mang điện nhẹ (tiếp)

 Điều kiện cho hiệu ứng phát bức xạ hãm là đáng kể:

 Hạt tới mang điện

 Động năng E lớn hơn năng lượng nghỉ: E > mec2= 0,511 MeV

 Bia có nguyên tử số lớn: Z lớn

 Phổ năng lượng của bức xạ hãm: phẳng, liên tục 0  E, có phân bố

góc hướng mạnh hơn về phía trước khi E tăng

 Các photon bức xạ hãm tương tác với vật chất: ion hóa và kích

thích nguyên tử, có thể sinh các điện tử thứ cấp năng lượng cao,

tạo phản ứng sinh hạt – thác lũ ion-photon … nếu E lớn

Sơ đồ tương tác phát bức xạ hãm của điện tử

hạt mang điện nhẹ (tiếp)

2 Phản ứng hủy cặp của positron (e+) :

 Positron (mất gần hết năng lượng do kích thích và ion hóa nguyên

tử vật chất) sẽ có phản ứng hủy cặp với điện tử tự do hay với

e-có liên kết yếu nhất, sinh ra 2 lượng tử gamma với E= 0,511 MeV

và chuyển động ngược chiều nhau:

 Cần chú ý bức xạ hãm và tia  hủy cặp khi che chắn bức xạ hạt điện

tử và positron

 Đường đi của các hạt mang điện nhé (e+ và e-) trong vật chất rất

ngoằn ngoèo: khi va chạm với hạt nhân, hạt dễ tán xạ với góc lớn

khác nhau; trên đường đi xảy ra hàng ngàn va chạm…

+ → 2 0,511 MeV

2 Phản ứng hủy cặp của positron (e+) :

Sơ đồ phản ứng hủy cặp:

+ → 2 0,511 MeV

Trang 9

 Đ/N: Năng suất hãm của vật chất đối với hạt bức xạ bằngnăng

lượng bị mất trung bìnhtrên một đơn vị chiều dài đường đi của

hạt  - dE/dx

 Năng suất hãm của vật chất đối với e+ và e- gồm 2 thành phần

tương ứng với 2 hiệu ứng chính làm suy giảm năng lượng của

chúng: va chạm và bức xạ hãm

(-dE/dx)c= năng suất hãm do va chạm: gây ion hóa, kích thích

nguyên tử

(-dE/dx)r= năng suất hãm do phát bức xạ hãm

−

±

= −

±

+ −

±

- : điện tử electron + : positron

 Công thức Bethe cho năng suất hãm do va chạm

với: n = mật độ e- trong vật chất [số e-/m3]

E = 0,01  10 MeV

I = thế ion hóa [eV]

Ví dụ: năng suất hãm do va chạm của bức xạ beta

- Điện tử 1 MeV: −d E d⁄ x = 1,86 Me V c⁄ m

- Positron 1 MeV: −d E d⁄ x = 1,82 Me V c⁄ m

−

±

G± β = ln 3,61 × 10 τ τ + 2 + F± β

= = 1 −

1 − 1 −

Xấp xỉ bằng nhau

 Công thức Bethe cho năng suất hãm do va chạm

với: n = mật độ e- trong vật chất [số e-/m3]

E = 0,01  10 MeV

I = thế ion hóa [eV]

Ví dụ: năng suất hãm do va chạm của bức xạ beta

- Điện tử 1 MeV: −d E d⁄ x = 1,86 Me V c⁄ m

- Positron 1 MeV: −d E d⁄ x = 1,82 Me V c⁄ m

−

±

G± β = ln 3,61 × 10 τ τ + 2 + F± β

= = 1 −

1 − 1 −

Xấp xỉ bằng nhau

 Năng suất hãm do phát bức xạ hãm

 Nghiên cứu : Bethe và Heitler

 Không có công thức đơn lẻ nào có thể đánh giá đúng năng suất hãm cho vùng năng lượng rộng của hạt bức xạ

 Công thức chấp nhận tốt: dựa trên kết quả tính và thực nghiệm

Hàm F(E,Z): phụ thuộc mạnh vào E, yếu vào Z

 Công thức gần đúngtỷ số năng suất hãmdo phát bức xạ hãm

và do va chạm gây ion hóa:

M: khối lượng hạt bức xạ tới

Hiệu ứng phát bức xạ hãm: quan trọng khi hạt mang điện nhẹ tới có

năng lượng E lớntrong vật chất nặng cónguyên tử khối Z lớn

−dE

ρN

A E + m c Z F E, Z ∼ Z E

−d E d ⁄ x

−d E d ⁄ x =

EZ 700 m M

Trang 10

V.3.3: Quãng chạy của hạt bức xạ

 Đ/N: Quãng chạy của điện tử và positron trong vật chất là chiều dài

đường đicủa hạt trong môi trường chất cho đến khi dừng lại

với −d E d⁄ x = −d E d⁄ x + −d E d⁄ x

Việc đánh giá tích phân trên cho các hạt e rất phức tạp !!

 Quãng chạy tính theo chiều dài khối R [g/cm2] của các hạt bức xạ

e tới gần như bằng nhau trong các vật liệu khác nhau nhưng có

thành phần nguyên tố tương tự (gần giống nhau)

−d E d⁄ x

 Năng suất hãm do va chạm của các hạt bức xạ e chiếm ưu thế

trong cácvật liệu nhẹ có Z nhỏ

 Giải thích cho quãng chạy (g/cm2) của điện tử trong chì (vật liệu nặng) lớn hơnso với trong nước (vật liệu nhẹ) khi năng lượng của điện tử nhỏ hơn 20 MeV

 Năng suất hãm do phát bức xạ hãm của các hạt bức xạ e chiếm

ưu thế trong các vật liệu nặng (có Z lớn) và ở vùng năng lượng cao

 Giải thích cho quãng chạy (g/cm2) của điện tử trong chì (vật liệu nặng) nhỏ hơnso với trong nước (vật liệu nhẹ) khi năng lượng của điện tử lớn, > 20 MeV

 Công thức bán thực nghiệm tính quãng chạy Rm(g/cm2) của điện

tử trong vật liệu có Z thấp (vật liệu nhẹ)

 Đối với điện tử có năng lượng 0,01 MeV ≤ E ≤ 2,5 MeV

hay

 Đối với điện tử có năng lượng E > 2,5 MeV

hay

= 6,63 − 3,24 × 3,29 −

R = ρR = 0,53E − 0,016

E = 1,89R + 0,200

V.4: Tương tác của bức xạ điện từ

 Bức xạ điện từ bao gồm:

 Tia gamma

 Bức xạ hủy cặp

 Tia X đặc trưng

 Bức xạ hãm

 Đặc trưng:

 Vận tốc trong chân không: c = 2,9979108m/s

 Năng lượng E = h; h = 6,6260810-34J.s

 Tần số  = c/ ; bước sóng   E = hc/

 Khối lượng nghỉ m = 0

 Đặc điểm:

 Có cùng bản chất là bức xạ điện từ

 Khác nguồn gốc và vùng năng lượng điển hình

 không có giới hạn chặt chẽ

về vùng năng lượng cho mỗi loại bức xạ điện từ

Định dạng
Số trang	19
Dung lượng	820,64 KB