مقاله و تحقیق دانشجویی

تحقیق برهمكنش پرتوهاي‌پرانرژي با ماده

تعداد صفحه 9 صفحه در قالب ورد قابل ویرایش

فهرست مطالب :

برهمكنش پرتوهاي‌پرانرژي با ماده ــــــــــــــــــ

برهمكنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوكار اصلي برهمكنش

تفاوت بين ذرات باردار سبك وسنگين

بْرد ذرات باردار

عوامل مؤثردر بْرد

انرژي (E)

جرم (M)

بار ( Q )

چگالي محيط (D )

توليد برمشترالانگ[1]

انتقال خطي انرژي

انهدام پوزيترونها

برهمكنش پرتوي‌هايX يا γ ( keV 10 تا MeV 10)

تضعيف و نفوذ پرتو‌هاي x يا γ

ضريب تضعيف جرمي μ (mass)

سازوكار‌هاي برهمكنش

اثر فوتوالكتريك

وابستگي به E _γ

بستگي به Z

اثركامپتون

وابستگي به E

وابستگي به Z

پديدة جفت‌سازي

وابستگي به E

وابستگي به Z

اهميت نسبي اين سه‌ فرآيند

برهمكنش نوترونها

بخشی از متن :

برهمكنش پرتوهاي‌پرانرژي با ماده ــــــــــــــــــ

در اين فصل، فقط سازوكار برهمكنش پرتوي پرانرژي با ماده، مورد بحث قرار مي‌گيرد. دراين‌‌جا، پرتو به معني كلي، آن يعني هم پرتوي ذره‌اي ( ذرات باردار و نوترون ) و هم تابش الكترومغناطيس به‌صورت پرتو‌هاي X و γ مورد نظر است. موضوعات مورد بحث، شامل استنباطي از آشكارسازي و اثرات ( مخصوصاً بيولوژيك ) پرتو‌هاي پرانرژي وحفاظت در برابرآنهاست. به‌خاطر پيچيدگي موضوع، فقط بعضي از ويژگيها مطرح مي‌شود. اين فصل به سه بخش تقسيم مي‌شود:

1. - برهمكنش ذرّات باردار نظير ² D ، e , e⁺ , p , α ( با انرژي keV10 تا MeV 10 ).
2. - برهمكنش فوتون‌ها پرانرژي نظير پرتوي X و γ
3. ـ برهمكنش نوترون.

برهمكنش ذرّات باردار (keV 10 تا MeV 10 )

سازوكار اصلي برهمكنش

ذرة باردار هنگام عبور از ميان مادّه (هدف)، با الكترونهاي منفي و هسته‌هاي مثبت اتم‌ يا مولكولهاي هدف برهمكنش مي‌كند. پرتو با نيروي كولمب، سعي در جذب يا دفع الكترون‌ يا هسته‌هاي نزديك مسير عبور مي‌كند و در اثر اين كشيدن يا پس‌زدن‌ قدري از انرژي خود را ازدست مي‌دهد. اين انرژي توسط الكترون ‌اتمهاي نزديك مسير جذب و به برانگيختگي يا يونيزاسيون اتمها مي‌انجامد. دراين محدودة انرژي (keV10 تا MeV 10)، يونيزاسيون بيش از برانگيختگي اتفاق مي‌افتد. به همين دليل، پرتو‌هاي پرانرژي را پرتو‌هاي يونساز نيز مي‌نامند. به‌طور كلي، احتمال برخورد غيرالاستيك چنان زياد است كه براي توقف كامل ذرات باردار احتياج به مادة بسيار ضخيم نمي‌باشد.

تفاوت بين ذرات باردار سبك وسنگين

آيا برهمكنش تمام ذرّات باردار مشابه است؟ جواب اين سؤال هم بله و هم خير است. بله، زيرا طيبعت برخورد تمام ذرات باردار در اين محدوده انرژي ذاتاً مشابه است( برخورد غيرالاستيك ). خير، زيرا تظاهر برهمكنشها در ذرات سبكتر(جرم در حد يك الكترون، مثل e و e⁺ ) و ذرات سنگين‌تر(جرم مساوي يا بيشتر از يك پروتون، مثل، p و α ) كاملاً متفاوت است. ذرات سبك در برخورد غيرالاستيك با الكترونهاي اتم هدف، علاوه بر ازدست دادن انرژي با زاوية بزرگتري نسبت به ذرات سنگين، منحرف مي‌شوند؛ كه سبب اختلاف در برد دو ذره مي‌شود. مسير ذرات سنگين تقريباً خط مستقيم ولي ذرات سبك خطوط شكسته (زيگزاگ) است. هرگاه يك ذرة سبك با زاوية بزرگ منحرف شود انرژي انتقالي به الكترون اتم هدف نيز كاملاً بزرگ است. درنتيجه، الكترون هدف با جذب اين انرژي، مشابه ذرة باردار پرانرژي رفتار مي‌كند، يعني خودش در مادة هدف، مسيري را طي مي‌كند. مسيرهاي توليدي ناشي از الكترونهاي پرانرژي ثانويه را پرتوي δ مي‌نامند در مورد پروتون و ديگر ذرات سنگين اين نوع انتقال انرژي به‌ندرت اتفاق مي‌افتد.

بْرد ذرات باردار

يك ذرة باردار هرقدر در يك ماده بيشتر حركت ‌كند، انرژي بيشتري از دست ‌داده و اتمهاي نزديك به مسير حركت، بيشتر يونيزه و برانگيخته مي‌شوند ودر نهايت، ذرة باردار تمام انرژي جنبشي خود را ازدست داده و تقريباً مي‌ايستد. متوسط طولي كه يك ذرة باردار در جهت ورودي طي كند، بْرد، R، ناميده مي‌شود. اين تعريف، فقط براي ذرات باردار سنگين نظيرذرة α كاملاً معتبر است. تعريف دقيق بْرد براي ذرات سبك مشكل است و فرض مي‌‌شود بْرد ذرات سبك، نظيرالكترون و پوزيترون، كمترين ضخامت ماده‌اي است كه قادر به نفوذ از آن نباشد. درامور حفاظت در برابر پرتو، براي طراحي آشكارسازها و دوزيمتري، مفهوم بْرد يك ذرة بادار بسيار مفيد است. بْرد ذرات باردار سنگين كه كم وبيش به خط مستقيم حركت مي‌كنند، تقريباً مساوي متوسط مسير طي شده در مادة مفروض است؛ درصورتي‌كه بْرد ذرات سبكتر نظير الكترون، كه مسير شكسته را طي مي‌كنند، كوتاهتراز متوسط مسير طي شده است. درجدول 6-1 فهرستي از بْرد ذرات α و الكترون با انرژي و محيطهاي مختلف آورده شده كه ايده‌اي تقريبي از مسافتهاي طي‌شده را به‌دست مي‌دهد. مفهوم بْرد، گاهي اوقات با راديونوكلوئيدهاي بتا دهنده كه ذرة β با مقادير مختلف انرژي تا مقدار ماكزيمم،E _β منتشر مي‌كند، به‌كار مي‌رود. در اين مورد، بْرد كم وبيش با انرژي ماكزيمم تعيين مي‌شود.

جدول 6-1 برد (cm) تقريبي ذرات باردار

و........

[1] Bremsstrahlung Production